山西老陳醋熏醅工藝的優(yōu)化及醋樣感官定量描述分析

鄭丹丹，王曉云，李江，王如福*

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，山西 晉中 030801；2.山西老陳醋集團(tuán)有限公司，太原 030013)

山西老陳醋以其獨(dú)特的釀造技藝、酸綿醇厚的風(fēng)味、較高的醫(yī)藥功效及養(yǎng)生價(jià)值位于“中國四大名醋”之首，其“蒸、酵、熏、淋、曬”釀造工藝已被列入國家級非物質(zhì)文化遺產(chǎn)名錄[1]。熏醅是老陳醋釀造工藝的精髓之一，傳統(tǒng)熏醅工藝采用地炕炭火加熱的方式，每天依次倒缸翻醅，待熏醅5～6 d后色澤變?yōu)楹诤稚腋挥袧庥舸紫阄稌r結(jié)束[2]，熏醅期間發(fā)生了以非酶褐變?yōu)橹鞯囊幌盗袕?fù)雜的反應(yīng)，對最終成品的色澤、營養(yǎng)、安全、風(fēng)味及功能活性等都有重要影響。適當(dāng)褐變可提高老陳醋的質(zhì)量，并賦予其不同色澤及芳香風(fēng)味，同時產(chǎn)生的類黑精、酚類、雜環(huán)類物質(zhì)等都具有重要的功能活性；但過度褐變則會導(dǎo)致醋醅焦糊、發(fā)苦并產(chǎn)生大量致癌物，且造成其中營養(yǎng)成分大量損失，進(jìn)而影響老陳醋的風(fēng)味品質(zhì)[3-4]。熏醅溫度、熏醅時間、醋醅含水量等是影響熏醅過程中非酶褐變反應(yīng)的主要因素。類黑精(melanoidins)是熏醅過程中美拉德反應(yīng)產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)復(fù)雜且聚合度不等的黑褐色終產(chǎn)物[5-6]，除了賦予老陳醋特殊色澤和風(fēng)味外，還具有抗氧化[7]、抗腫瘤、抑菌[8]、降血壓[9]、降血糖[10]等功能活性；酸類是老陳醋中最重要的風(fēng)味類別之一，既是呈香物質(zhì)又是呈味物質(zhì)，決定了老陳醋的風(fēng)味品質(zhì)。在新時代的環(huán)保政策及形勢下，傳統(tǒng)炭火熏醅方式逐漸被蒸汽熏醅方式所取代，但此技術(shù)尚未成熟，各醋廠采用的熏醅工藝條件不盡相同，仍無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，因此確定熏醅工藝條件已成為亟待解決的問題[11]。

定量描述分析法(quantitative description analysis，QDA)是一種具備剖析與描述功能的綜合性感官分析方法，在剖析食品感官品質(zhì)、判斷缺陷成因等方面均具有定量效果。蔣青香等[12]采用QDA法分析了白芽奇蘭茶葉水溶液的香氣輪廓為青草香、花香、烘烤香、甜香、木香和焦糖香。山西老陳醋的滋味有酸味、鮮味、酯香、甜味等，各滋味強(qiáng)度高低不一且相互影響，是衡量老陳醋感官品質(zhì)的重要指標(biāo)之一。

目前，有關(guān)山西老陳醋熏醅工藝的優(yōu)化及醋樣定量描述分析等方面的研究相對較少。試驗(yàn)以類黑精提取量和總酸含量為分析指標(biāo)，通過響應(yīng)面法考察不同熏醅工藝條件對兩個指標(biāo)的影響，進(jìn)而篩選出最優(yōu)熏醅工藝參數(shù)，同時對熏醅工藝優(yōu)化前后醋樣進(jìn)行定量描述分析，以期為老陳醋熏醅工藝的優(yōu)化及改善最終成品的風(fēng)味品質(zhì)提供重要的科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

山西老陳醋熏醅樣品(采用傳統(tǒng)炭火熏醅方式，熏醅0～5 d，編號設(shè)置為DH-Xd)：取自山西老陳醋集團(tuán)有限公司的生產(chǎn)車間；熏醅工藝優(yōu)化后的醋醅樣品(編號設(shè)置為YH-Xd)：由實(shí)驗(yàn)室熏醅而成；氫氧化鈉：天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司；感官評定的工具主要有玻璃品嘗杯、紙、筆等。

1.2 主要儀器與設(shè)備

GZX-9240-MBE數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱 上海博迅實(shí)業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；DW-86L388(J)海爾醫(yī)用低溫保存箱 青島海爾特種電器有限公司；HDC-140HR高速冷凍離心機(jī) 安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司；STARTER3100 pH計(jì) 奧豪斯儀器(上海)有限公司；79-1磁力加熱攪拌器 常州潤華電器有限公司；722可見分光光度計(jì) 上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；BC/BD536G臥式轉(zhuǎn)換型冷凍箱 河南新飛電器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 類黑精提取量的測定

準(zhǔn)確稱取各醋醅樣品10.00 g，以液料比20∶1 (mL/g)加入蒸餾水并于室溫振蕩，超聲波提取(60 ℃，100 W，1 h)，經(jīng)高速冷凍離心(4 000 r/min，20 min)后得到上清液，即為待測熏醋液。準(zhǔn)確量取10.00 mL待測熏醋液(稀釋4倍)，以蒸餾水作為參比調(diào)零，測定420 nm波長下各熏醋液的吸光度值，類黑精提取量按式(1)進(jìn)行測定，每個樣品平行測定3次。A420值可反映美拉德反應(yīng)褐變程度，其與類黑精提取量呈正相關(guān)[13]。

類黑精提取量=A420×V。

(1)

式中：A420為待測熏醋液在420 nm波長處的吸光度值；V為相對體積比倍數(shù)。

1.3.2 總酸含量的測定

參考GB 12456-2021《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中總酸的測定》[14]中的pH計(jì)電位滴定法測定。

1.4 熏醅工藝的單因素試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以類黑精提取量和總酸含量為響應(yīng)指標(biāo)，探究不同熏醅工藝參數(shù)對兩個指標(biāo)的影響。準(zhǔn)確稱取醋化結(jié)束后發(fā)酵成熟的醋醅6 kg，熏醅溫度采用數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱分別設(shè)置為100，105，110，115，120 ℃；熏醅時間分別設(shè)置為2.0，2.5，3.0，3.5，4.0 d；醋醅含水量經(jīng)低溫干燥法(40 ℃)分別調(diào)控為45，50，55，60，65 g/100 g[15]。固定單因素條件熏醅溫度為110 ℃，熏醅時間為3 d，醋醅含水量為60 g/100 g。

1.5 熏醅工藝的響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)上述單因素試驗(yàn)結(jié)果，運(yùn)用Box-Behnken原理進(jìn)行響應(yīng)面設(shè)計(jì)，以熏醅溫度、熏醅時間和醋醅含水量為自變量，以類黑精提取量和總酸含量為分析指標(biāo)，分別考察各自變量對兩個指標(biāo)的影響并進(jìn)一步優(yōu)化熏醅工藝參數(shù)。響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)見表1。

表1 響應(yīng)面試驗(yàn)因素水平設(shè)計(jì)Table 1 Design of factors and levels of response surface test

1.6 熏醅工藝優(yōu)化前后醋樣的制備

先用液料比為2∶1 (mL/g)的熱水淋白醅(醋化結(jié)束后的未熏醋醅)，再用白醅淋醋液浸泡優(yōu)化前后各熏醅樣品8 h淋出各醋樣。

1.7 熏醅工藝優(yōu)化前后醋樣的定量描述分析

1.7.1 感官評分標(biāo)尺建立

參考GB/T 16291.1-2012《感官分析 選拔、培訓(xùn)與管理評價(jià)員一般導(dǎo)則 第1部分：優(yōu)選評價(jià)員》[16]，通過基本氣味辨別、基本滋味辨別和閾值試驗(yàn)對食品科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生進(jìn)行初步篩選，挑選12名學(xué)生進(jìn)行山西老陳醋感官風(fēng)味相關(guān)知識的培訓(xùn)并組成評價(jià)小組，醋樣感官風(fēng)味特性采用9點(diǎn)數(shù)字標(biāo)度為感官評分標(biāo)尺。

1.7.2 感官描述詞匯表建立

12名感官評價(jià)員分別對醋樣的感官風(fēng)味特性進(jìn)行品評并獨(dú)立記錄，經(jīng)反復(fù)討論和分析后，最終確定老陳醋的感官描述詞匯及定義。

1.7.3 醋樣的定量描述分析

參考李楊等[17]的方法，采用定量描述分析法(QDA)對熏醅工藝優(yōu)化前后醋樣進(jìn)行感官分析，結(jié)果采用雷達(dá)圖表示。要求12名評價(jià)員在評價(jià)前12 h內(nèi)均不能吸煙、不能喝酒及不能吃辛辣刺激性食物，以清水漱口并間隔10 min后再評價(jià)下一組醋樣。

1.8 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)圖表采用Excel 2019和Design-Expert 8.0軟件進(jìn)行繪制，每個樣品平行測定3次，結(jié)果以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)差”表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 山西老陳醋熏醅工藝的單因素試驗(yàn)

2.1.1 熏醅溫度對醋醅中類黑精提取量和總酸含量的影響

由圖1可知，隨著熏醅溫度的增加，醋醅中類黑精提取量呈先逐漸升高后略微下降的趨勢，總酸含量呈緩慢下降的趨勢，且下降速率逐漸增大。當(dāng)熏醅溫度為115 ℃時，醋醅中類黑精提取量達(dá)最高值，為161.087，但總酸含量下降較為嚴(yán)重，為3.523 g/100 g，這主要是由于隨著熏醅溫度的逐漸增加，加速了熏醅過程中美拉德反應(yīng)速率，相應(yīng)的非酶褐變速率也越快，進(jìn)而影響了最終反應(yīng)產(chǎn)物的生成，同時溫度過高易導(dǎo)致醋醅中總酸發(fā)生揮發(fā)、轉(zhuǎn)化或破壞，還易致使醋醅焦糊發(fā)苦，影響最終老陳醋的風(fēng)味品質(zhì)。當(dāng)熏醅溫度為110 ℃時，醋醅中類黑精提取量為146.536，總酸含量達(dá)5.629 g/100 g，綜合考慮兩個指標(biāo)的變化規(guī)律及其耗能成本等因素，選擇熏醅溫度105，110，115 ℃作為后續(xù)響應(yīng)面分析的3個水平。

圖1 熏醅溫度對醋醅中類黑精提取量和總酸含量的影響Fig.1 Effect of fumigation temperature on the extraction amount of melanoidins and the content of total acids in fermented grains

2.1.2 熏醅時間對醋醅中類黑精提取量和總酸含量的影響

由圖2可知，隨著熏醅時間的逐漸增加，醋醅中類黑精提取量呈先升高后下降的趨勢，總酸含量呈逐漸下降的趨勢。當(dāng)熏醅時間為3.5 d時，醋醅中類黑精提取量達(dá)到最大，為158.567，總酸含量卻損失嚴(yán)重，為4.604 g/100 g，這可能是由于熏醅時間是影響非酶褐變反應(yīng)的重要因素之一，若熏醅時間過短，則會導(dǎo)致非酶褐變反應(yīng)在還未進(jìn)入最終階段時就突然被迫終止，從而影響非酶褐變產(chǎn)物的生成及功能活性；而熏醅時間相對過長，則會導(dǎo)致非酶褐變反應(yīng)產(chǎn)物退化為前期物質(zhì)，進(jìn)而影響熏醅過程中各成分的變化[18]，同時熏醅時間較長則易導(dǎo)致醋醅中總酸發(fā)生揮發(fā)、轉(zhuǎn)化或破壞。當(dāng)熏醅時間為3 d時，醋醅中總酸含量損失相對較小，為5.523 g/100 g，類黑精提取量高達(dá)144.384。因而選擇熏醅時間為2.5，3.0，3.5 d作為后續(xù)響應(yīng)面分析的3個水平。

圖2 熏醅時間對醋醅中類黑精提取量和總酸含量的影響Fig.2 Effect of fumigation time on the extraction amount of melanoidins and the content of total acids in fermented grains

2.1.3 醋醅含水量對醋醅中類黑精提取量和總酸含量的影響

由圖3可知，醋醅含水量在45～65 g/100 g內(nèi)，醋醅中類黑精提取量呈先逐漸上升后下降的趨勢，總酸含量呈緩慢上升的趨勢。醋醅含水量為55 g/100 g時，醋醅中類黑精提取量達(dá)到最大值，為164.834，總酸含量損失較嚴(yán)重，為4.984 g/100 g；醋醅含水量為60 g/100 g時，醋醅中類黑精提取量較高，達(dá)156.674，總酸含量為5.487 g/100 g。這是由于適宜的醋醅含水量可使反應(yīng)物及產(chǎn)物的流動性較高，加速了熏醅過程中各反應(yīng)的速率，醋醅含水量過高使反應(yīng)物稀釋且醋醅氧化面積減少，醋醅含水量過低使反應(yīng)物間流動性較差，均降低了熏醅過程各反應(yīng)速率[19]。綜合考慮兩個指標(biāo)的變化規(guī)律，選擇醋醅含水量50，55，60 g/100 g作為后續(xù)響應(yīng)面分析的3個水平。

圖3 醋醅含水量對醋醅中類黑精提取量和總酸含量的影響Fig.3 Effect of water content in fermented grains on the extraction amount of melanoidins and the content of total acids in fermented grains

2.2 山西老陳醋熏醅工藝的響應(yīng)面試驗(yàn)

2.2.1 響應(yīng)面試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果

在Box-Behnken試驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上，以類黑精提取量(Y1)和總酸含量(Y2)為響應(yīng)指標(biāo)，考察熏醅溫度(A)、熏醅時間(B)和醋醅含水量(C)對熏醅中兩個指標(biāo)的影響，利用Design-Expert 8.0軟件對各因素進(jìn)行多元二次回歸擬合，由表2可得出山西老陳醋熏醅中類黑精提取量(Y1)與總酸含量(Y2)對熏醅溫度(A)、熏醅時間(B)和醋醅含水量(C)的回歸模型分別為：

表2 響應(yīng)面分析方案與結(jié)果Table 2 Response surface analysis scheme and results

續(xù) 表

Y1=159.309+9.030A+8.846B-6.070C-3.013AB-0.170AC+0.970BC-5.391A2-1.185B2-12.723C2。

Y2=5.351-0.566A-0.280B+0.298C-0.073AB+0.075AC-0.054BC+0.097A2-0.155B2-0.294C2。

由表3可知，二次回歸模型的F檢驗(yàn)結(jié)果均為P<0.000 1，說明此模型達(dá)到了極顯著水平(P<0.01)；失擬項(xiàng)的F檢驗(yàn)結(jié)果均為P>0.05(P1=0.125 7，P2=0.127 1)，說明失擬項(xiàng)差異不顯著，試驗(yàn)可反映其實(shí)際情況，此回歸模型是適合的。對于類黑精提取量(Y1)，其決定系數(shù)R2為0.985 5，校正系數(shù)RAdj2為0.966 9，說明試驗(yàn)結(jié)果有96.69%受試驗(yàn)因素的影響；對于總酸含量(Y2)，其決定系數(shù)R2為0.979 6，校正系數(shù)RAdj2為0.953 3，說明試驗(yàn)結(jié)果有95.33%受試驗(yàn)因素的影響。由此可知，響應(yīng)面試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確可靠，此模型可以對類黑精提取量和總酸含量的結(jié)果進(jìn)行預(yù)測和分析。

表3 回歸模型與方差分析Table 3 Regression model and analysis of variance

回歸模型中F檢驗(yàn)可判斷出各因素對兩個響應(yīng)指標(biāo)的影響程度。各因素對熏醅中類黑精提取量(Y1)影響的主次順序?yàn)锳>B>C，即熏醅溫度對熏醅中類黑精提取量的影響最大；一次項(xiàng)中A、B、C的影響均達(dá)極顯著水平(P<0.01)；二次項(xiàng)中A2、C2的影響均達(dá)極顯著水平(P<0.01)，B2的影響不顯著(P>0.05)；交互項(xiàng)中AB的影響顯著(P<0.05)，AC、BC的影響均不顯著(P>0.05)。同時各因素對熏醅中總酸含量影響的主次順序?yàn)锳>C>B，即熏醅溫度對熏醅中總酸含量的影響最大；一次項(xiàng)中A、B、C的影響均達(dá)極顯著水平(P<0.01)；二次項(xiàng)中C2的影響達(dá)極顯著水平(P<0.01)，B2的影響顯著(P<0.05)，A2的影響不顯著(P>0.05)；交互項(xiàng)中AB、AC、BC的影響均不顯著(P>0.05)。由此可知，各因素對兩個響應(yīng)指標(biāo)的影響呈二次關(guān)系，且各因素間相互影響，說明該試驗(yàn)方法是可靠的。

2.2.2 響應(yīng)面交互作用分析

根據(jù)回歸模型繪制出的3D曲面圖和等高線圖，可直接觀察出各因素與兩個響應(yīng)指標(biāo)間的關(guān)系及兩兩因素間交互作用的強(qiáng)弱[20-21]。3D曲面圖中曲面傾斜度可以說明各因素對兩個指標(biāo)的影響程度，傾斜度越大，說明該因素對響應(yīng)指標(biāo)的影響越顯著；等高線圖可以直觀反映出兩因素間交互效應(yīng)的強(qiáng)弱，等高線越接近橢圓形，表明兩因素間交互效應(yīng)越強(qiáng)，圓形則相反[22]。由圖4和圖5可知，對于類黑精提取量，AB的交互作用達(dá)顯著水平(P<0.05)，AC、BC的交互作用均不顯著(P>0.05)；對于總酸含量，AB、AC、BC的交互作用均不顯著(P>0.05)，這與方差分析的結(jié)果相一致。

圖4 各因素間交互作用對類黑精提取量的影響Fig.4 Effect of interaction of various factors on the extraction amount of melanoidins

圖5 各因素間交互作用對總酸含量的影響Fig.5 Effect of interaction of various factors on the content of total acids

2.2.3 確定最優(yōu)熏醅工藝條件與驗(yàn)證回歸模型

通過Design-Expert 8.0軟件，按照優(yōu)化目標(biāo)，將類黑精提取量(Y1)設(shè)置為“maximize”、總酸含量(Y2)設(shè)置為“target-5.5 g/100 g”，得出山西老陳醋的最優(yōu)熏醅工藝條件為熏醅溫度106.410 ℃、熏醅時間2.918 d、醋醅含水量59.799 g/100 g，此時，類黑精提取量預(yù)測值為158.609，總酸含量為5.500 g/100 g。考慮實(shí)際操作的可行性，將以上熏醅工藝條件修正為熏醅溫度106 ℃、熏醅時間3 d、醋醅含水量60 g/100 g，重復(fù)做3次平行試驗(yàn)，得出熏醅中類黑精提取量為160.731，總酸含量為5.437 g/100 g，與預(yù)測值分別相差1.338%和1.145%。由此可知，該模型得出的最優(yōu)熏醅工藝參數(shù)準(zhǔn)確可靠，并具有重要的實(shí)踐價(jià)值。

2.3 熏醅工藝優(yōu)化前后醋樣的定量描述分析

2.3.1 感官評分尺度表

山西老陳醋的感官評分尺度表見表4。

由表4可知，從左到右表示老陳醋的感官特性強(qiáng)度由弱依次增強(qiáng)，5分為中等強(qiáng)度。

2.3.2 感官描述詞匯及定義

評價(jià)小組對熏醅工藝優(yōu)化前后醋樣的感官風(fēng)味進(jìn)行品評及獨(dú)立記錄，經(jīng)反復(fù)討論和分析后，最終確定了山西老陳醋的感官描述詞匯及定義，見表5。

表5 山西老陳醋的感官描述詞匯及定義Table 5 Sensory description words and definitions of Shanxi aged vinegar

2.3.3 熏醅工藝優(yōu)化前后醋樣的定量描述分析結(jié)果

定量描述分析法(QDA)是一種實(shí)用性和綜合性均很強(qiáng)的感官分析方法，目前國內(nèi)有關(guān)山西老陳醋定量描述分析的研究相對較少。

由表6和圖6可知，熏醅工藝優(yōu)化前后醋樣的色澤、酯香、酸味、甜味、鮮味、咸味、焦香、苦味8種感官特性各有特點(diǎn)，除酯香、鮮味和咸味強(qiáng)度外，其他5種感官特性強(qiáng)度均差異較大。在酸味、甜味和焦香的感官特性強(qiáng)度上，熏醅工藝優(yōu)化后醋樣(YH-3 d醋樣)強(qiáng)度比優(yōu)化前醋樣(DH-5 d醋樣)強(qiáng)度相對較高，且兩種醋樣酸味強(qiáng)度稍中等，甜味和焦香強(qiáng)度均較弱；在色澤和苦味的感官特性強(qiáng)度上，熏醅工藝優(yōu)化后的醋樣(YH-3 d醋樣)強(qiáng)度比優(yōu)化前醋樣(DH-5 d醋樣)強(qiáng)度低，且兩種醋樣色澤強(qiáng)度均較強(qiáng)，苦味強(qiáng)度都很弱；在酯香、鮮味和咸味的感官特性強(qiáng)度上，熏醅工藝優(yōu)化后醋樣(YH-3 d醋樣)強(qiáng)度與優(yōu)化前醋樣(DH-5 d醋樣)強(qiáng)度相差不大，且兩種醋樣的酯香強(qiáng)度和咸味強(qiáng)度均稍弱，鮮味強(qiáng)度很弱。因此，通過對熏醅工藝優(yōu)化前后醋樣的定量描述分析，表明QDA法能區(qū)分各醋樣的色澤、酯香、酸味、甜味、鮮味、咸味、焦香、苦味8種感官特性強(qiáng)度，可以評判山西老陳醋的感官質(zhì)量。

表6 熏醅工藝優(yōu)化前后醋樣的滋味定量描述分析評分記錄表Table 6 Quantitative description analysis scoring record of flavors of vinegar samples before and after fumigation process optimization

續(xù) 表

圖6 熏醅工藝優(yōu)化前后醋樣的QDA圖Fig.6 QDA diagram of vinegar samples before and after fumigation process optimization

3 結(jié)論

試驗(yàn)采用響應(yīng)面法對山西老陳醋的熏醅工藝進(jìn)行優(yōu)化，最終確定了最優(yōu)熏醅工藝參數(shù)為熏醅溫度106 ℃、熏醅時間3 d、醋醅含水量60 g/100 g，在此最佳熏醅工藝參數(shù)下，類黑精提取量為160.731，總酸含量為5.437 g/100 g，與預(yù)測值分別相差1.338%和1.145%，說明優(yōu)化得到的熏醅工藝參數(shù)準(zhǔn)確可靠，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。同時采用定量描述分析法(QDA)分析了熏醅工藝優(yōu)化前后醋樣的感官風(fēng)味特性，結(jié)果表明，與熏醅工藝優(yōu)化前醋樣(DH-5 d醋樣)的感官特性強(qiáng)度相比，熏醅工藝優(yōu)化后醋樣(YH-3 d醋樣)的酸味、甜味和焦香強(qiáng)度相對較高，色澤和苦味強(qiáng)度相對較低，酯香、鮮味和咸味強(qiáng)度相差不大，說明QDA法可區(qū)分醋樣的色澤、酯香、酸味、甜味、鮮味、咸味、焦香、苦味8種感官特性強(qiáng)度，能評判山西老陳醋的感官質(zhì)量，這為改善最終老陳醋的風(fēng)味品質(zhì)提供了科學(xué)可靠的數(shù)據(jù)支持，具有一定的實(shí)踐意義。