李弘文，王旭苹，杨小兰,*

（1.山西大学生命科学学院，山西 太原 030006；2.华南理工大学轻工与食品学院，广东 广州 510641）

不同熏醅工艺对山西老陈醋香气成分的影响

李弘文1，王旭苹2，杨小兰1,*

（1.山西大学生命科学学院，山西 太原 030006；2.华南理工大学轻工与食品学院，广东 广州 510641）

采用顶空固相微萃取结合气相色谱-质谱联用技术对蒸汽熏醅（120 ℃，21 h）和传统炭火熏醅（80～90 ℃，5 d）2 种山西老陈醋的香气成分动态分析。结果显示，未熏醋醅中检出48 种香气物质，蒸汽熏醅后增加到83 种，而炭火熏醅后减少到46 种，其中杂环化合物在蒸汽熏醅21 h后增加了27 种，炭火熏醅5 d仅增加了2 种。在2 种熏醅工艺中，随着熏醅时间延长，酸、酯、酮类和醇类化合物总含量均呈现逐渐降低趋势，与熏醅前比，蒸汽熏醅21 h后分别降低了35.72%、68.14%、67.91%和57.87%，炭火熏醅5 d分别降低了67.10%、76.00%、67.12%和71.84%；总杂环和四甲基吡嗪含量均呈现增高趋势，与熏醅前比，蒸汽熏醅21 h后分别增高了21.58 倍和56.07 倍，炭火熏醅5 d 仅增高了0.09 倍和0.39 倍。蒸汽熏醅相比炭火熏醅不仅极大的缩短熏醅时间，减少香气成分损失，还可以显著提高杂环类香气的生成，此工艺值得推广应用。

山西老陈醋；蒸汽熏醅工艺；炭火熏醅工艺；顶空固相微萃取；气相色谱-质谱联用；香气成分

山西老陈醋的酿制技艺是国家级非物质文化遗产[1]，熏醅是其独特的核心工序[2-3]。传统熏醅工艺是将发酵成熟醋醅放入陶缸中，用地炕炭火加热（温度80～90 ℃），每天依次倒缸，熏至第5天醋醅变成黑褐色即可出缸，结束熏醅，进行淋醋和陈化[4]。熏醅赋予了老陈醋独特的色泽和香味[3,5]。目前，国内外对老陈醋熏醅的香气研究报道较少，已有王爱莉等[5]报道了山西苦荞老陈醋在传统炭火熏醅过程中的香气生成规律，共检出31 种香气成分。另外， 苗志伟[6]、袁仲[7]等分别从山西老陈醋成品中检出了23 种和43 种香气成分。由于传统炭火熏醅工艺存在一定缺陷：熏醅生产周期长，倒缸劳动强度大，敞口熏醅醋酸挥发损失大，明火生产安全性差且污染严重等[4]。为了改进提升传统熏醅工艺，已有生产企业引用了机械化不锈钢夹层蒸汽熏醅罐进行熏醅，但由于缺乏对山西老陈醋熏醅呈香机制的深入系统研究，导致熏醅工艺的实施具有盲目性，对机械化蒸汽熏醅工艺香气的研究还未见报道。因此，本研究采用顶空固相微萃取（headspacesolid-phase microextraction，HS-SPME）结合气相色谱-质谱（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）联用技术对老陈醋机械化蒸汽熏醅（120 ℃，0～21 h）与传统炭火熏醅（80～90 ℃，0～5 d）工艺过程中的香气成分进行动态分析，旨在比较和评价2 种熏醅工艺对熏醅香气质量的影响，为进一步优化改进山西老陈醋熏醅工艺及提升产品质量提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

山西老陈醋熏醅 山西紫林醋业有限公司；老陈醋传统地缸炭火熏醅（80～90 ℃）第0、3、5天的醋醅；老陈醋不锈钢夹层熏醅罐蒸汽熏醅（120 ℃）第7、14、21小时的醋醅。

1.2 仪器与设备

手动SPME进样器、75 μm碳分子筛/聚二甲基硅氧烷（divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane，CAR/ PDMS）萃取纤维头、20 mL顶空进样瓶 美国Supelco公司；GC7890-5975C型GC-MS联用仪（配有Dean Switch装置） 美国Agilent公司；DF-101C型集热式恒温加热磁力搅拌器 巩义市英峪予华仪器厂；BS224S电子天平北京塞多利斯仪器系统有限公司。

1.3 方法

1.3.1 香气的萃取方法[6]

将75 μm CAR/PDMS萃取头在GC的进样口老化至无杂峰，老化温度250 ℃，时间30 min。称取3.0 g熏醅样品放入20 mL干净的顶空进样瓶中，再加入1.5 g氯化钠，4 mL蒸馏水和搅拌子，加盖密封，然后放在40 ℃水浴锅中保持10 min，将SPME纤维头插入顶空瓶中，使之与醅液面保持1.0 cm的距离，萃取温度40 ℃，萃取时间40 min，磁力搅拌速率50 r/min。

1.3.2 GC条件

色谱柱：RTX-WAX柱（30 m×0.25 mm，0.25 μm）；升温程序[8]：起始温度32 ℃，以3 ℃/min升至120 ℃，再以10 ℃/min升至250 ℃，保持10 min；载气（He）流速1.0 mL/min；进样口温度250 ℃；解吸5 min；不分流。

1.3.3 MS条件

电子电离源；电子能量70 eV；传输线温度280 ℃；离子源温度250 ℃；四极杆温度150 ℃；质量扫描范围m/z 18～500；数据采集速率1.56 scans/s。

1.3.4 定性与定量分析

在1.3.2节和1.3.3节GC-MS联用分析条件下，将1.3.1节HS-SPME法萃取了易挥发性成分的萃取头插入GC进样口，250 ℃解吸5 min后进行色谱扫描，对检测的挥发性成分与NIST 05质谱库进行对比解析，根据匹配度初步确定各易挥发成分的结构，再结合实际成分进行定性。所得各挥发性成分含量以峰面积表示。

2 结果与分析

2.1 老陈醋不同工艺熏醅过程中挥发性成分的动态分析

研究[9-11]表明，食醋中的香气成分繁多复杂，它们在恰当的配比条件下赋予了食醋特殊的芳香。本研究采用HS-SPME结合GC-MS联用法测定了山西老陈醋2 种不同的熏醅工艺（炭火熏醅80～90 ℃，0～5 d；蒸汽熏醅120 ℃，0～21 h）熏制的醋醅中挥发性成分，其结果如表1所示，共检测出99 种挥发性成分，其中包括19 种酯类、13 种醇类、11 种酸类、8 种酮类、6 种醛类、31 种杂环类和11 种其他类化合物。熏醅前的醋醅检出48 种香气物质，蒸汽熏醅后增加到83 种，而炭火熏醅后减少到46 种。熏醅后香气成分种类变化最大的是杂环类化合物的显著增加，由表1可知，熏醅前的醋醅中仅检出了4 种杂环类物质，炭火熏醅5 d后杂环类增加到6 种，蒸汽熏醅21 h后杂环类增加到31 种，表明熏醅能显著增加杂环类化合物的生成。其原因可能是老陈醋熏醅以美拉德反应为主[12]，老陈醋的原料高粱、豌豆和大麦含有丰富的多糖、氨基酸等[13]，为美拉德反应提供了前体物质[14-15]，在熏醅中可生成大量的美拉德反应产物，如杂环类化合物[16-17]，它们能赋予老陈醋独特香味[6,9]。酸、酯、醇、酮和醛类化合物的种类在熏醅前后的变化不大。

2.2 不同工艺熏醅过程中酸、酯、酮类和醇类总含量的变化规律

酸、酯、酮类和醇类化合物是老陈醋最主要的呈香呈味成分。未熏醋醅的香气以酸类含量（134.23×108）最大，占香气总量（363.86×108）的36.89%，其中以乙酸含量（116.88×108）最高，占总酸量的87.07%。未熏的醋醅中酯类（101.55×108）占香气总量的27.91%，居于第2位，其中以乙酸乙酯含量（45.49×108）最高，占总酯量的44.80%，它为食品提供果香和酒香[8]；其次为酮类含量（67.46×108）占香气总量的18.54%，其中以3-羟基-2-丁酮含量（46.02×108）最高，占总酮量的68.22%，它为食品提供甜香和奶香[6]；醇类

（38.24×108）占香气总量的10.51%，其中以乙醇含量（14.75×108）最高，占总醇量的38.57%。2 种工艺熏醅过程中酸、酯、酮和醇类化合物总含量的变化规律如表2和图1所示。无论传统炭火熏醅还是蒸汽熏醅工艺，随着熏醅时间的延长，总酸含量均呈先升高后降低的趋势（图1A）。与熏醅前相比，蒸汽熏醅7 h后总酸含量（152.48×108）升高了13.60%，熏醅21 h后（86.28×108）降低了35.72%；炭火熏醅3 d后总酸含量（157.12×108）升高了17.05%，熏醅5 d后（44.16×108）降低了67.10%；酯、酮和醇类总含量在2 种工艺熏醅过程中均呈现逐渐降低的趋势（图1B、C和D）。蒸汽熏醅21 h后，酯、酮和醇类总含量（32.35×108、21.65×108和16.11×108）比熏醅前分别降低了68.14%、67.91%和57.87%；炭火熏醅5 d后，酯、酮和醇类总含量（24.37×108、22.18×108和10.77×108）比熏醅前分别降低了76.00%、67.12%和71.84%。已有韩庆辉等[18]的研究报道了凉州熏醋在传统炭火熏醅中，总酯和总醇含量随着熏醅时间的延长呈现逐渐降低趋势，本实验结果与此相一致。分析其原因，可能是因为这些化合物在熏醅高温条件下分解、挥发或转化所致[9,18-20]。2 种熏醅工艺对酸、酯、醇类和酮类香气总含量的影响：与炭火熏醅5 d相比，蒸汽熏醅21 h酯、醇类和酸类总含量分别提高了32.75%、49.58%和95.38%，总酮含量与炭火熏醅5 d相近，表明蒸汽熏醅不仅能显著缩短熏醅时间，还能有效减少香气成分的损失。分析其原因可能是蒸汽熏醅设备采用的不锈钢夹层罐360°旋转密闭翻醅，减少了醋醅中挥发性香气成分的损失，而传统炭火熏醅设备采用敞口缸每日翻醅造成了香气成分挥发逸散。

表1 不同熏醅工艺各种类香气成分含量的变化Table1 Changes in aroma compounds of fumigated vinegars by different fumigation processes

表2 不同熏醅工艺酸、酯、酮类和醇类香气成分总含量的变化分析Table2 Changes in total contents of acids, esters, ketones and alcohols during fumigation by different fumigation processes

图1 不同工艺熏醅过程中酸（A）、酯（B）、酮（C）类和醇（D）类总含量的变化规律Fig.1 Variations in total contents of acids, esters, ketones and alcohols during fumigation by different fumigation processes

2.3 不同工艺熏醅过程中总杂环类和四甲基吡嗪含量的变化规律

表3 不同熏醅工艺总杂环类和四甲基吡嗪含量的变化分析Table3 Changes in the contents of total heterocyclic compounds and ligustrazine during fumigation by different fumigatiion processes

分析结果（表1）表明，熏醅中产生的杂环类化合物主要包括糠醛、吡嗪和呋喃类等具有特殊香味的风味物质[9-10,19]。其中四甲基吡嗪不但具有低风味阈值、可为食品提供咖啡香、坚果香和烘烤香气[6,20-21]，又具有降血压、抗血栓和清除自由基[9,22]作用而成为关注点。新制定的山西老陈醋产品质量标准GB/T 19777—2013《地理标志产品：山西老陈醋》中特别增加了“川芎嗪（即四甲基吡嗪）”这一功能性指标[23]。对传统炭火熏醅和蒸汽熏醅过程中总杂环类和四甲基吡嗪含量的变化规律进行了分析，结果如表3和图2所示。在蒸汽熏醅过程中，随着熏醅时间的延长，总杂环和四甲基吡嗪含量呈现快速升高趋势，熏醅21 h后其含量（391.14×108和31.96×108）比熏醅前（17.32×108和0.56×108）分别增加了21.58 倍和56.07 倍；在炭火熏醅过程中，随着熏醅时间的延长，总杂环和四甲基吡嗪含量呈现了缓慢的先升高后降低趋势，熏醅第3天达到最高量（21.97×108和1.23×108），比熏醅前分别增加了0.27 倍和1.20 倍，之后其含量逐渐减少，熏醅5 d后其含量（18.90×108和0.78×108）比熏醅前仅增高了0.09 倍和0.39 倍，分析其原因可能是炭火熏醅3 d后它们的生成量小于每日翻醅的挥发损失量。

图2 不同工艺熏醅过程中总杂环类（A）和四甲基吡嗪（B）含量的变化规律Fig.2 Variations in the contents of total heterocyclic compounds and ligustrazine during fumigation by different fumigation processes

由图2可知，与炭火熏醅5 d相比，蒸汽熏醅21 h杂环类总含量和四甲基吡嗪含量分别提高了19.76 倍和39.97 倍，表明蒸汽熏醅可在大幅缩短熏醅时间（时间减少了82%）的前提下，显著提高香气成分杂环类和四甲基吡嗪的生成量。其原因可能是熏醅发生了美拉德反应，而温度是影响美拉德反应的主要因素[24-26]。据研究[26-27]报道温度每提高10 ℃，美拉德反应速度可增大3～5 倍。蒸汽熏醅温度（120 ℃）远高于炭火熏醅温度（80～90 ℃），致使其美拉德反应速度大大加快，美拉德反应产物杂环类和四甲基吡嗪的生成量显著增加。

3 结 论

老陈醋熏醅中共检出99 种挥发性成分，熏醅对香气成分最明显的影响是杂环化合物种类和含量显著增加。熏醅过程中香气成分的变化规律：无论传统炭火熏醅还是蒸汽熏醅工艺，随着熏醅时间的延长，总酸含量均呈先升高后降低的趋势，酯、酮和醇类总含量均呈现逐渐降低的趋势。蒸汽熏醅过程中，随着熏醅时间的延长，总杂环和四甲基吡嗪含量呈现快速升高趋势，在炭火熏醅过程中，总杂环和四甲基吡嗪含量均呈现了缓慢的先升高后降低趋势。2 种工艺熏醅效果的比较：与炭火熏醅工艺相比，蒸汽熏醅工艺不仅可以大幅度缩短熏醅时间，而且能有效减少酸、酯、酮和醇类等香气成分的损失，并可以显著提高杂环类和四甲基吡嗪的生成量。老陈醋蒸汽熏醅工艺值得推广应用。

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Infl uence of Different Fumigation Processes on Aroma Compounds of Shanxi Aged Vinegar

LI Hongwen1, WANG Xuping2, YANG Xiaolan1,*
(1. College of Life Science, Shanxi University, Taiyuan 030006, China; 2. School of Light Industry and Food Science, South China University of Technology, Guangzhou 510641, China)

This study evaluated the infl uence of different fumigation processes on aroma compounds of Shanxi aged vinegar. The aroma components of vinegars from steam fumigation (120 ℃ for 21 h) and traditional charcoal fumigation (80-90 ℃for 5 days) were dynamically analyzed by headspace solid phase micro-extraction coupled with gas chromatography-mass spectrometry. The results showed that 48 aroma compounds were identifi ed before fumigation, and 83 compounds were detected after steam fumigation, while the number of compounds detected decreased to 46 after charcoal fumigation. Among them, the number of heterocyclic compounds detected in steam fumigated vinegar increased by 27 and by only 2 in charcoal fumigated vinegar. The amounts of acid, ester, ketone and alcohol compounds were gradually reduced by 35.72%, 68.14%, 67.91% and 57.87% after steam fumigation, and by 67.10%, 76.00%, 67.12% and 71.84% after charcoal fumigation, respectively. The amounts of total heterocyclic compounds and ligustrazine presented a gradual increase by 22. 58 and 57.07 times after steam fumigation, and increased by only 9% and 39% after char coal fumigation, respectively. Compared with charcoal fumigation, steam fumigation not only greatly shortened the fumigation time and reduced the loss of aroma components, but also facilitated the formation of heterocyclic aroma. The steam fumigation technology has a great potential for popularization and application.

Shanxi aged vinegar; steam fumigation; charcoal fumigation; headspace solid-phase microextraction (HS-SPME); gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS); aroma compounds

TS264.2

A

1002-6630（2015）20-0090-05

10.7506/spkx1002-6630-201520016

2015-01-28

国家自然科学基金面上项目（31171748）；山西省科技攻关项目（20140321020-01）

李弘文（1989—），女，硕士研究生，研究方向为食品生物技术与功能食品。E-mail：lilinqion1221@126.com

*通信作者：杨小兰（1956—），女，教授，本科，研究方向为食品生物技术。E-mail：13934214833@163.com