非線性化學指紋圖譜技術在食醋鑒別中的應用研究

楊代明 方宣啟

（湖南省食品質量監督檢驗研究院，湖南 長沙 410111）

食醋的質量因原料的種類、配比、釀造工藝等不同而異。釀造食醋是單獨或混合使用各種含有淀粉、糖類、酒精的原料，經微生物發酵釀制而成的液體酸性調味液［1］，其色、香、味是由碳水化合物、蛋白質、脂肪及其它成分經曲霉菌、酵母菌和細菌發酵而生成的，組成極為復雜。以山西老陳醋為例，以高粱為主料，先加入多量酒曲，采用低溫厭氧發酵產生酒精，再拌入谷糠、麩皮進行好氧發酵產生醋酸。將一半醋醅進行熏醅，另一半醋醅進行淋醋，以所得醋液再浸泡熏醅，淋得新醋。新醋再經夏日伏曬、冬季撈冰的長期陳釀和濃縮工序制成。內含多種有機酸（其中50%～60%醋酸及多種不揮發酸）、18種氨基酸、醇、酯、酚、醛、還原糖、多糖、黃酮、多酚等多種有機物及無機物（鐵、鈉、鈣鎂等）。配制食醋是以釀造食醋為主體即≥50%，與食用醋精、食品添加劑等混合物配制而成的調味食醋［2］。由于乙酸部分來源于釀造食醋，部分來源于冰乙酸，通過檢測乙酸無法判斷其來源的比例，采用化學分析及感官鑒定來判定食醋質量的優劣，并不能全面說明食醋的真正質量。

可見無論是生產原料、生產工藝，還是成品質量、滋味，釀造食醋和配制食醋都存在著比較大的區別。但釀造食醋和配制食醋的衛生標準基本一致，而液態發酵食醋和配制食醋的質量標準除總酸要求不一樣外，均不要求不揮發酸，可溶性無鹽固形物都要求大于0.5g/100mL，其他要求基本相同。由酒精為原料的液態發酵食醋及其配制醋只要求總酸，不要求可溶性固形物和不揮發酸。對以食用醋精配制的假配制食醋，其有機酸主要由90%～100%的醋酸組成，不揮發酸、氨基酸等物質很少或基本沒有。這就使得釀造食醋和配制食醋及食用醋精勾兌的醋酸溶液（稱之為化學食醋）可區分的界限不明顯，難以從本質上鑒別釀造食醋和配制食醋，致使以“化學食醋”充當配制食醋或釀造食醋、以配制食醋充當釀造食醋的現象相當嚴重，由于鑒別真偽的標準缺失，無法進行規范。

色譜指紋圖譜［3－5］是國際公認的中藥及天然藥物的真偽鑒別和質量控制的最有效的手段。非線性化學指紋圖譜技術的原料與色譜指紋圖譜技術是截然相反的，能參與振蕩反應的所有物質整體表現在E—t曲線上是否振蕩、振蕩時間、振蕩周期、振蕩周期數及振蕩峰谷連線、振蕩峰連線的曲線形狀中，已經成功應用于中藥鑒別［6－9］。前期筆者已經對非線性化學指紋圖譜技術在食醋鑒別中的原理進行了研究［10］。本研究擬采用非線性化學指紋圖譜技術對釀造食醋和配制食醋進行鑒別，旨在研究出能整體表征釀造食醋含量的新方法。

1 材料與方法

1.1 儀器

非線性化學指紋圖譜測定儀：MZ-1A型，配217型復合甘汞電極，中南大學與湖南尚泰測控科技有限公司聯合研制；

金屬鉑電極：213型，上海精密科學儀器有限公司；

自動電位滴定儀：ZDJ-400D型，北京先驅威鋒技術開發公司。

1.2 材料與試劑

硫酸、丙酮、硝酸銀：分析純，國藥集團化學試劑有限公司；

溴酸鈉：分析純，天津市科密歐化學試劑有限公司；

硫酸錳：分析純，臺山市粵僑試劑塑料有限公司；

食用醋精：濮陽市天口實業有限公司；

食醋樣本（見表1）：加加集團（長沙）有限公司。

表1 食醋樣本編號、名稱及來源Table 1 Numbers，names and source of vinegar samples

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品供試液的制備 取2.0mL食醋樣品于燒杯中，用自動電位滴定法測出食醋中NaCl的含量。準確量取1 00mL食醋樣本，加入適量硝酸銀，并充分攪拌至恰好完全沉淀溶液中氯離子，離心，取上清液備用。

1.3.2 非線性化學指紋圖譜的分析方法 準確加入適量的去鹽后的食醋樣品、25mL H2SO4溶液、8mL丙酮溶液和15mL硫酸錳溶液于反應器中，蓋好帶溫度計、注射孔和電極的反應器蓋。開啟超級恒溫儀調節反應器內溫度為37.0℃，恒溫、恒速攪拌10.0min時，通過注射器迅速加入5.0mL溴酸鈉溶液，即刻點擊菜單采集數據，記錄非線性化學指紋圖譜至電位振蕩消失并出現電位平衡曲線為止。

1.3.3 不同釀造食醋含量的配制食醋非線性化學指紋圖譜試驗 以編號BY-1的加加陳醋為母液，配制含加加陳醋12.5%，25.0%，37.5%，50.0%，62.5%，75.0%，8 7.5%，100.0%的食醋樣品，添加適量食用醋精、苯甲酸、炒米色等使總酸及外觀與母液一致。分別取8mL上述樣品溶液按1.3.2分析。

2 結果與討論

2.1 食用醋精及不同釀造食醋含量樣品的非線性化學指紋圖譜分析

B－Z體系，是指由溴酸鹽、有機物在酸性介質中，在有（或無）金屬離子催化劑下構成的體系。經典B－Z振蕩反應認為，有機底物和催化劑是關鍵。凡 Mn＋1＋e→Mn＋電極電位在1.51～1.00V的金屬離子均可作為溴酸鹽體系的催化劑，如Ce3＋/Ce4＋（1.44eV），Mn2＋/Mn3＋（1.94eV），即使某些金屬離子不能達到此條件，但其絡合物的電極電位卻可滿足 要 求，Ru （bpy）23＋/Ru （bpy）33＋（約 1.3eV），Fe（C12H8N2）23＋/Fe（C12H8N2）33＋（1.06eV）。對 于 有 機 底物，要求其電極電位在1.0V以下，一些具有活潑亞甲基的含氧有機化合物恰好符合此條件，如丙二酸、溴化丙二酸、馬來酸、蘋果酸、酒石酸、檸檬酸、乙酰丙酮、乙酰乙酯等，脂肪族多元羧酸和多元酮及酯都可以作為B－Z反應的有機底物，苯酚、苯胺及其衍生物無需催化劑就可以產生振蕩反應，草酸、酒石酸、糖類、氨基酸等難以發生溴代反應的有機物，可通過加入溴代劑（如丙酮）構成復合底物產生振蕩反應。釀造食醋的主要成分是醋酸，還含有豐富的鈣、氨基酸、琥珀酸、葡萄酸、蘋果酸、乳酸、B族維生素及鹽類等對身體有益的營養成分。氨基酸、琥珀酸、蘋果酸、乳酸等能作為振蕩有機底物促使化學振蕩的產生及維持。在“H＋＋Mn2＋＋BrO－3＋丙酮”中加入一定體積的食醋樣本，有機底物達到一定臨界濃度時可誘發振蕩反應，出現振蕩現象。

本試驗取8mL用食用醋精、BY-1、BY-3及按1.3.3制成的配制食醋樣品按1.3.2試驗方法加入到“H＋＋Mn2＋＋BrO－3＋丙酮”中，獲得的非線性化學指紋圖譜E—t曲線（見圖1（為BY-1樣品的））。食用醋精因不含有機酸、酯、糖等能作為振蕩體系耗散物的物質而不發生振蕩反應（見圖1（l）），而釀造食醋含量≥37.5%的配制食醋方能發生振蕩反應（見圖1（c）～（h））。因為釀造食醋（以酒精為原料的發酵食醋除外）和以釀造食醋為主體的配制食醋，均含有有機酸、醇、酯、酚、醛、糖等多種有機物，有些還含有川芎素、黃酮、多酚功能性成分。當BY-1樣品的釀造食醋含量低于37.5%（但BY-3樣品則為30%）時，體系中因耗散物的濃度不足，不能達到振蕩反應條件而不發生化學振蕩，其E—t曲線為一條平直的直線。這表明，若加入食醋樣品20min內不發生化學振蕩反應，表明其釀造食醋的含量低于37.5%或30%。隨著BY-1或BY-3樣品的釀造食醋濃度的增大，其非線性化學指紋圖譜出現規律性的變化，振蕩壽命越來越長，振蕩周期數越來越多（見表2）。

由圖1（c）～（h）可知，在一定濃度范圍內，增加相同量的振蕩底物，振蕩周期數增加越多，振蕩周期數（y）與釀造食醋含量（x）呈二次函數關系：對于BY-1樣品而言：y＝0.007 7x2－0.592 9x＋12.823（37.5≤x≤100）；對于BY-2樣品而言：y＝0.008 8x2－0.667 4x＋14.052（30≤x≤100），y值取小數點后一位，相關系數r分別達到0.996和0.997。其中，BY-1樣品的釀造食醋含量達到37.5%時，體系發生振蕩反應，出現第1個周期性振蕩；BY-3樣品的釀造食醋含量在30%時產生首次振蕩現象。這表明含30%BY－3（為香醋）的樣品比含37.5%BY-1（為陳醋）的樣品中有機振蕩底物的含量略高些，實際上BY-3樣品及BY-1樣品的可溶性無鹽固形物含量分別為7.1%和7.5%，表明發生振蕩反應所需最低底物濃度（閥值）是一致的。低于50%BY－1含量的配制食醋振蕩周期數小于3個振蕩周期，或振蕩壽命小于7.5min時，可以判斷該產品為BY-1釀造食醋含量不合格的勾兌食醋。BY-1釀造食醋含量高于50%，不到100%的配制食醋，其振蕩周期數或振蕩壽命明顯少于100%的釀造食醋。

因此，非線性化學指紋圖譜較易判斷食醋樣品是否為配制食醋或釀造食醋，食醋振蕩周期數與釀造食醋含量的關系至少可以作為企業對自身產品進行在線質量控制的有效檢驗方法，或可以作為企業識別市場上假冒偽劣自身產品的有效檢驗方法。

圖1 食用醋精及不同釀造食醋含量的樣品的非線性化學指紋圖譜E—t曲線Figure 1 Nonlinear chemical fingerprint E—t curve of samples of different amount of fermented vinegar and edible vinegar

表2 樣品中BY-1釀造食醋含量與振蕩壽命、振蕩周期數的關系Table 2 The relationship of BY-1fermented vinegar amount of sample and oscillation life，oscillation periodic number

2.2 食醋的可溶性無鹽固形物與非線性化學指紋圖譜振蕩周期的關系

以BY-2、BY-3為母液，配制不同含量可溶性無鹽固形物的食醋溶液，并于丙酮體系中試驗，獲得的非線性化學指紋圖譜振蕩周期對可溶性無鹽固形物作圖，見圖2。由圖2可知，隨著可溶性無鹽固形物含量的增大，非線性化學指紋圖譜的振蕩周期減小，可溶性無鹽固形物含量（y）與振蕩周期（x）的關系為：對 BY-2的釀造食醋而言，y＝0.109 5x2－1.915 4x＋17.255；對BY-3的釀造食醋而言，y＝0.228 5x2－3.047 9x＋19.014 4，可見，至少對同一個企業生產的釀造食醋產品而言，其變化趨勢是一致的。可溶性無鹽固形物是食醋內容物含量指標，其含量的高低，直接反映釀造食醋的品質好壞。因此，振蕩周期也可用于表征食醋的質量。振蕩周期越小，則食醋質量越好。

圖2 食醋振蕩周期與可溶性無鹽固形物的關系Figure 2 The relationship of vinegar oscillation period and soluble saltless solid

3 結論

勾兌食醋因不含振蕩底物，不發生化學振蕩，而釀造食醋與配制食醋均能發生非線性化學振蕩反應，且配制食醋的振蕩壽命、振蕩周期數明顯小于釀造食醋。利用非線性化學指紋圖譜技術能很好地將勾兌食醋、配制食醋和釀造食醋鑒別開來，振蕩周期與可溶性無鹽固形物的含量呈規律性的變化，振蕩周期數也隨著釀造食醋含量增加而愈發明顯地增多。用非線性化學指紋圖譜技術鑒別和評價食醋，為釀造食醋、配制食醋的鑒別和質量評價提供了一種經濟、易行、簡便和有效的方法。

1 國家國內貿易局.GB 18187—2000 釀造食醋［S］.北京：國家質量技術監督局，2000.

2 由全國調味品標準化技術委員會.SB 10337—2000 配制食醋［S］.北京：中華人民共和國商務部，2000.

3 王夏炎.現代分析技術在中藥指紋圖譜研究中的應用［J］.中草藥，2004，35（7）：6～9.

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8 張泰銘，梁逸曾，袁斌，等.中藥電化學指紋圖譜的原理、特點和用途［J］.科學通報，2007，52（13）：1 513～1 522.

9 張泰銘，梁逸曾，袁斌，等.中藥電化學指紋圖譜的檢測方法和條件因素［J］.科學通報，2007，52（9）：1 012～1 120.

10 楊代明，方宣啟，馮敏，等.食醋非線性化學指紋圖譜摻偽鑒別原理的研究［J］.食品與機械，2012，28（1）：86～92.