山西老陳醋不同熏醅工藝對風味物質的影響

王宏霞，閆裕峰，郎繁繁，周景麗，陳旭峰，許 女*

（1.山西農業大學 食品科學與工程學院，山西 晉中 030801；2.山西紫林醋業股份有限公司，山西 太原 030400；3.山西農業大學 實驗教學中心，山西 晉中 030801）

熏醅是山西老陳醋這一中華民族瑰寶發酵工藝的精髓之一[1]，對山西老陳醋的風味形成至關重要[2]。傳統熏醅工藝是取一半發酵成熟的醋醅放入甕缸中，采用地炕炭火文（溫）火加熱的方式熏烤醋醅，溫度為80～90 ℃，每天依次倒缸，5～6 d后，待色澤黑亮且富有濃郁的熏香味時即可結束熏醅[3]。熏醅過程主要發生了水解、美拉德、焦糖化等一系列復雜的化學反應，對于老陳醋最終的色、香、味都有著重要影響[4]。高溫熏制過程中，在殘存酶系的作用下，原料中殘余的淀粉、半纖維素及蛋白質、菌體等物質緩慢水解成為還原糖與氨基酸等，經羰氨縮合，Amadori分子重排及Strecker降解等，生成大量副產物，賦予山西老陳醋獨特的熏香味。另外，還原糖類物質和蛋白質水解物經醇醛縮合、雜環化、醛氨聚合等多種反應，產生了大量類黑精物質，有增加山西老陳醋的營養保健功效的作用[5]。山西老陳醋的風味主要由呈香和呈味兩類物質組成，呈香物質主要是酸類、酯類、醛類、酮類、雜環類等揮發性香氣成分[6-7]，呈味物質主要是有機酸、氨基酸、糖類等不揮發物質，這些不同的呈香、呈味物質共同存在于山西老陳醋中并協同作用，形成了山西老陳醋特有的味覺和嗅覺效果。

李婷等[8]采用高效液相色譜法跟蹤檢測山西老陳醋熏醅階段乙酸、乳酸、琥珀酸等7種有機酸含量，結果表明乳酸和乙酸是熏醅階段主體有機酸，占總有機酸含量的90%，在整個熏醅階段7種有機酸的總含量逐漸增加，乙酸含量呈下降趨勢，其占比由熏醅初期的75.95%降至熏醅結束時的67.12%，而乳酸、琥珀酸、蘋果酸等不揮發性有機酸的含量逐漸上升，熏醅結束時其占比達到32.88%。陳濤等[9]采用氣相色譜質譜聯用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）法對山西老陳醋熏醅樣品中的揮發性香氣成分進行分析，發現熏醅階段的樣品中共檢測到69種風味物質，包括酸類11種、醇類3種、酯類15種、醛類7種、酮類8種、酚類3種和雜環類22種，且熏蒸過程中大部分酯和酸的含量降低，熏蒸結束后僅檢測到3種酯類物質。李江涌等[10]利用頂空固相微萃取結合氣相色譜質譜聯用技術對山西老陳醋熏醅前后香氣物質進行分析，結果表明熏醅后增加了山西老陳醋特有的揮發性物質—糠醛和吡嗪類化合物。張春杰等[11]研究了熏醅工藝裝備提升對山西老陳醋品質及功能成分的作用，表明蒸汽熏醅保證了物料在90 ℃的有效時長高于傳統炭火熏醅，指出智能化熏醅裝備將成為未來熏醅工業化的發展方向。郎繁繁等[12]對山西老陳醋機械化釀造工藝標準化的研究中確定熏醅溫度120 ℃，添加量占熏醅罐比例70%，熏醅時間12 h。

傳統熏醅方式采用明火煙熏、手工倒醅，作業環境較差，且勞動強度大，成熟醋醅整體升溫慢，火候控制不當容易導致熏醅品質不穩定。因而近年來出現了新型的蒸汽熏醅工藝，通過熏醅罐的旋轉翻醅代替人工翻醅，不僅明顯縮短熏醅時間、減少勞動力，而且有效地避免了使用明火的危險及污染問題[13-14]。然而關于二者數據對比鮮有報道，因此本研究對不同熏醅工藝過程中的風味物質進行了分析，旨在比較兩種熏醅工藝對風味物質的影響，從而為山西老陳醋熏醅工藝的改善提供科學的數據支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

山西老陳醋熏醅樣品（傳統炭火熏醅第1天（X1）、傳統炭火熏醅第2天（X2）、傳統炭火熏醅第3天（X3）、傳統炭火熏醅第4天（X4）、傳統炭火熏醅第5天（X5）和現代蒸汽熏醅（XJ））：紫林醋業股份有限公司。

1.2 儀器與設備

TD-分析天平：北京賽多利斯天平有限公司；Eppendorf 5425R離心機：艾本德中國有限公司；U3000液相色譜儀、Trace1300氣相色譜儀、TraceISQ質譜分析儀：賽默飛世爾科技（中國）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 有機酸的測定

用超純水將熏醅樣品浸泡3 h后抽濾，12 000 r/min離心10 min后用0.22 μm的微孔濾膜過濾后進樣。采用外標法測定草酸、酒石酸、丙酮酸、蘋果酸、乳酸、乙酸、檸檬酸及琥珀酸8種有機酸的含量。

色譜測定條件為液相系統UItimate 3000；C18色譜柱（4.6mm×150mm，5μm）；流動相20mmol/LNaH2PO4（pH2.7）；進樣量20 μL；流動速度0.8 mL/min；紫外檢測器（ultraviolet detector，UV）波長210 nm[15]；柱溫：室溫。

1.3.2 揮發性香氣物質的測定

取熏醅樣品1 g，采用頂空固相微萃取法進行揮發性香氣物質的萃取，采用面積歸一化法測定其揮發性香氣的種類和含量。

色譜條件：色譜柱為VF-5MS（30 m×0.25 mm×0.25 μm），載氣氦氣（He），純度99.999%，流量1 mL/min，不分流；程序升溫：起始溫度40 ℃，保持3 min，以4 ℃/min的速度升至160 ℃，保持1 min；再以10 ℃/min的速度升至270 ℃，保持5 min。質譜條件：接口溫度280 ℃，電子電離（electron ionization，EI）源，離子源溫度280 ℃，電子能量70 eV，掃描質量范圍41～500 amu。鑒定結果由保留指數、美國國家標準與技術研究所（national insititute of standards and technology，NIST）08譜庫檢索和人工圖譜解析共同確定。

2 結果與分析

2.1 山西老陳醋不同熏醅工藝有機酸含量動態變化

由圖1可知，傳統炭火熏醅前期樣品：第1天（X1）、第2天（X2）聚為1支，中后期樣品：第3天（X3）、第4天（X4）和第5天（X5）被聚類為第2支，而現代蒸汽熏醅的有機酸熱點圖譜與傳統熏醅樣品顯著不同，單獨成為1支。結合表1的具體數據顯示，熏醅第1天（X1）樣品中乙酸和酒石酸的含量較高，隨著熏醅過程的進行，二者含量逐漸降低，分別由熏醅第1天的1.008 1 g/100 g和0.164 3 g/100 g降至熏醅末期的0.685 7 g/100 g和0.017 8 g/100 g。丙酮酸、乳酸、檸檬酸在熏醅過程中的上升幅度較大，分別由熏醅第1天（X1）的0.087 7 g/100 g，0.331 0 g/100 g和0.085 2 g/100 g升至熏醅第5天（X5）的0.238 3 g/100 g，0.410 1 g/100 g和0.140 2 g/100 g，升高比例分別為171.72%，23.90%和64.55%。其他有機酸如草酸、蘋果酸和琥珀酸的變化趨勢不明顯。

圖1 山西老陳醋不同熏醅工藝有機酸熱圖Fig.1 Heat map of organic acids during the fumigation process of Shanxi aged vinegar

現代封閉式的蒸汽熏醅罐與傳統開放式的炭火熏醅工藝相比，有效防止了風味物質損失、污染環境等問題[16]。由表1可見，現代蒸汽熏醅罐樣品中的有機酸總量（2.8257g/100g）顯著高于傳統炭火熏醅工藝（1.7600g/100g），但丙酮酸（0.055 2 g/100 g）和檸檬酸（0.068 6 g/100 g）的含量卻顯著低于傳統炭火熏醅樣品。乙酸爽口帶酸微甜，帶刺激，可以為食醋提供醋酸氣味；乳酸入口微酸、甜，帶澀、增加食醋濃厚感；酒石酸和草酸都稍有澀感，酒石酸酸味強烈且呈味快，可以增加食醋酸味；丙酮酸和琥珀酸有酸、咸味，豐富食醋的風味；檸檬酸酸味清爽，可賦予食醋新鮮感的酸味[17]；蘋果酸酸度柔和、滯留時間長可以緩沖食醋刺激的酸味，從而導致蒸汽熏醅罐感官風味稍遜于傳統炭火熏醅。

表1 山西老陳醋不同熏醅工藝有機酸含量動態變化Table 1 Dynamic changes of organic acids content in different fumigation processes of Shanxi aged vinegar

2.2 山西老陳醋不同熏醅工藝揮發性香氣成分的變化

熏醅過程中發生著復雜的物理、化學變化過程，涉及蒸發、濃縮、酯化、縮合等復雜的大分子合成和降解反應，不僅是形成山西老醋特有的味-“熏香”和色-“棕紅”的重要步驟，更是形成重要要功能成分如川芎嗪、類黑精、多酚、黃酮等的關鍵工藝[18]。

現代蒸汽熏醅罐樣品中共檢測出53種香氣成分，其中包含29種酯類，7種醇類，4種酸類，6種醛類，3種酮類和4種其他化合物成分。遠遠低于傳統炭火熏醅池樣品中檢測出的74種揮發性香氣成分。

選取兩種工藝中共有的49種香氣成分繪制heatmap圖（圖2），結果顯示所有熏醅樣品被明顯聚為兩大支，熏醅前期第1天（X1）、第2天（X2）被聚為1支，此階段呈花香的乙酸乙酯[19]、奶油香的十六烷酸乙酯和乙偶姻、呈椰香的十四烷酸乙酯、蕉香味的乙酸異戊酯[20]等酯類，玫瑰香的苯乙醇[21]、白蘭地香的3-甲基丁醇等醇類含量較高。隨著熏醅過程的進行，香氣物質結構發生轉變，X3、X4和X5被聚類為第2支，呈蜂蜜香的乙酸苯乙酯、具有醋香的壬醛、呈杏仁香的苯乙醛、2-丙酸呋喃酮、呈烘焙香的四甲基吡嗪等物質在此階段大量生成，在熏醅末期濃度達到最高。值得注意的是，現代蒸汽熏醅罐樣品（XJ）與傳統炭火熏醅X3樣品的揮發性香氣圖譜最為相似，說明現代蒸汽熏醅工藝相當于傳統炭火熏醅熏3 d的效果。

圖2 山西老陳醋不同熏醅工藝揮發性香氣成分熱圖Fig.2 Heat map of volatile aroma components of Shanxi aged vinegar by different fumigation processes

由表2可知，隨著熏醅的進行，酯、酸、醇、酮等各類揮發性香氣物質的種類和總量都呈現下降趨勢，傳統炭火熏醅樣品中的酯類物質是由酯酶催化酸類和醇類化合物而生成[22]，其總相對含量從熏醅第1天的47.82%降至第5天的25.18%，比現代蒸汽熏醅罐樣品低4.35%，主要的酯類物質，如乙酸乙酯、乙酸異戊酯、2-羥基-4-甲酸異戊酯、辛酸乙酯、丁二酸二乙酯和乳酸異戊酯分別從熏醅第1天的5.71%、7.81%、6.94%、3.67%、1.96%、1.10%降至熏醅末期的1.16%、0.27%、1.66%、2.46%、0.61%、0.25%。并且酯類揮發性香氣物質種類數量整體也呈下降趨勢，到熏醅末期下降至30種，這是由于在倒缸翻醅過程中導致酯類揮發性香氣成分的損失所致，但其仍比現代蒸汽熏醅罐樣品多1種。

表2 山西老陳醋不同熏醅工藝揮發性香氣成分動態變化Table 2 Dynamic changes in volatile aroma components of different fumigation processes of Shanxi aged vinegar

續表

相似地，酮類揮發性香氣物質總相對含量在總體上也呈現下降趨勢，傳統炭火熏醅第1天樣品中酮類揮發性香氣成分相對含量最高，達9.85%，熏醅結束時為2.79%比現代蒸汽熏醅罐樣品低1.14%。其中3-羥基-2-丁酮從熏醅第1天的8.84%降至第5天的0.75%。酯類揮發性香氣物質種類熏醅末期為4種，比現代蒸汽熏醅罐樣品多1種。

醇類揮發性香氣物質總相對含量總體上呈現先下降后上升的趨勢，傳統炭火熏醅第1天樣品中醇類揮發性香氣成分的相對含量最高達18.85%，在0～4天迅速降至9.76%，到熏醅末期醇類揮傳發性香氣成分的相對含量為12.43%，比現代蒸汽熏醅罐樣品高2.59%。其中苯乙醇、3-甲基丁醇分別從熏醅第1天的的16.60%、1.28%降至熏醅末期的10.51%和0.07%，2,3-丁二醇從0.55%上升至熏醅末期的0.73%等。醇類揮發性香氣物質種類熏醅末期為8種比現代蒸汽熏醅罐樣品多1種。

由微生物代謝糖類而產生酸類揮發性物質在傳統炭火熏醅第1天樣品中揮發性香氣成分相對含量最高為9.80%，在熏醅1～3 d呈先下降后上升的趨勢，在熏醅第3天之后迅速下降至熏醅末期酸類揮發性香氣成分相對含量為5.19%，比現代蒸汽熏醅罐樣品低2.79%。另外，酸類揮發性香氣物質種類熏醅末期為6種比現代蒸汽熏醅罐樣品多2種。

醛類揮發性香氣物質總相對含量則在總體上呈現上升的趨勢。熏醅第1天樣品中醛類揮發性香氣成分相對含量最低，為1.53%，在第0～4天迅速上升至8.56%，到熏醅末期醛類揮發性香氣成分相對含量為8.36%，比現代蒸汽熏醅罐樣品高3.2%。

同樣地，雜環類揮發性香氣成分總相對含量整體上呈現上升趨勢，有咖啡香的四甲基吡嗪[23]和有堅果味和杏仁味的糠醛[24]在熏醅中相對含量上升顯著，到熏醅末期分別達10.83%和20.73%，比現代蒸汽熏醅罐樣品分別高3.93%和3.24%，這可能是傳統炭火熏醅的持續高溫促進極其復雜的羰氨反應發生而導致四甲基吡嗪和糠醛等物質的相對含量上升[25]。

3 結論

熏醅工藝對山西老陳醋的色澤和風味形成至關重要，是通過美拉德、焦糖化等一系列化學反應的影響而形成風味物質的過程。本研究主要是對山西老陳醋不同熏醅工藝對風味物質的影響進行研究，對改善山西老陳醋熏醅工藝有重要意義。通過結果表明現代蒸汽熏醅罐共檢測出53種香氣物質，低于傳統炭火熏醅池所檢測的香氣物質。隨著熏醅時間的延長，現代蒸汽熏醅罐的酯類、酸類和酮類揮發性香氣成分的總相對含量高于傳統炭火熏醅池熏醅末期的相對含量，但醇類和醛類和其他類物質等物質低于傳統炭火熏醅池熏醅末期的相對含量。現代蒸汽熏醅罐相比于傳統炭火熏醅池能有效縮短熏醅時間，但有機酸比例并不均衡，且四甲基吡嗪和糠醛等雜環類含量低于傳統炭火熏醅池工藝，影響老陳醋口感和其營養價值。今后需要對現代蒸汽熏醅罐工藝進行進一步優化改進。