小米醋的制作工藝及理化指標分析

于迪，喬羽，李江涌，張懷敏，邢曉瑩，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 太谷 030801；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，山西 太谷 030801)

食醋不僅是一種重要的調(diào)味品，還具有一定的保健功效。山西老陳醋以獨特的生產(chǎn)工藝和酸爽醇厚的風(fēng)味位于四大名醋之首[1]。其中的熏醅工藝，賦予了山西老陳醋特有的色澤和口感。小米的營養(yǎng)豐富，氨基酸、維生素、礦物質(zhì)種類齊全，是釀醋的優(yōu)選原料[2]。根據(jù)山西老陳醋釀造工藝，以小米為原料，打漿后混合

大曲進行酒精發(fā)酵，再經(jīng)固態(tài)醋酸發(fā)酵、熏醅、淋醋等工藝釀成的小米醋，清香味濃，同時具有熏醅后的焦香味和濃郁的色澤。

釀造過程中各指標的動態(tài)變化對小米醋的風(fēng)味品質(zhì)有較大的影響，香氣成分是反映小米醋品質(zhì)的特征性標志之一，它們的種類、含量及比例是影響最終風(fēng)味的關(guān)鍵因素[3]。本文對酒化階段、醋化階段的總酸、氨基酸態(tài)氮、總酯、不揮發(fā)酸、還原糖等理化指標進行跟蹤測定，分析其動態(tài)變化，為優(yōu)化小米醋的釀造工藝提供一定的理論參數(shù)；通過HS-SPME-GC-MS對小米醋的揮發(fā)性香氣成分進行測定，分析香氣成分組成，為提高小米醋的風(fēng)味和品質(zhì)提供數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與設(shè)備

1.1.1 材料和試劑

小米、大曲、麩皮、谷糠：山西省晉中市榆次區(qū)；

氫氧化鈉、甲醛、無水葡萄糖、硫酸、硫酸銅、次甲基藍、酒石酸鉀鈉、亞鐵氰化鉀。

1.1.2 試驗設(shè)備

FLK-MFX大米磨漿機 南通富萊克流體裝備有限公司；GZX-924數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱 上海博訊實業(yè)有限公司醫(yī)療設(shè)備廠；氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀 美國賽默飛世爾科技公司。

1.2 試驗方法

1.2.1 小米醋的釀造工藝

以小米為主要原料，麩皮、谷糠為輔料，豌豆和大麥做成的大曲為糖化發(fā)酵劑[4，5]，主要工藝流程如下：

大曲 輔料

↓ ↓

原料清洗→潤料→原料打漿→酒化階段→醋化階段→熏醅→淋醋→滅菌→小米醋成品。

1.2.2 取樣及樣品處理方法

1.2.2.1 酒化階段

從酒化階段的第1天到酒化階段結(jié)束(第14天)。酒精發(fā)酵罐攪拌均勻后，用無菌取樣杯取500 mL酒醪。搖勻后過濾，濾液及剩余酒醪備用。

1.2.2.2 醋化階段

從醋化階段的第1天到醋化階段結(jié)束(第10天)，待發(fā)酵缸中的醋醅翻醅后取300 g左右放入自封袋中。將自封袋中的樣品取10 g放入錐形瓶中，加入90 mL水將其配成體積分數(shù)10%的樣品稀釋液，塞上塞子在恒溫振蕩培養(yǎng)箱中浸泡振蕩3 h，然后將錐形瓶中的樣品搖勻后過濾，濾液及剩余醋醅備用。

1.2.3 理化指標的測定方法

總酸、總酯、氨基酸態(tài)氮、不揮發(fā)酸、還原糖、pH，參照國標GB/T 19777-2013中相應(yīng)的檢測方法進行測定[6]。

酒精度，按照GB/T 5009.225-2016《酒中乙醇濃度的測定》[7]。

1.2.4 香氣成分的測定方法

采用頂空固相微萃取與氣質(zhì)聯(lián)用方法(HS-SPME-GC-MS)分析小米醋中的香氣成分[8,9]。

1.2.4.1 樣品處理

取20 mL小米醋于25 mL離心管中，4000 r/min離心10 min，取上清液，經(jīng)濾膜過濾后，用移液管準確移取8 mL待測樣品放入15 mL 固相微萃取樣品瓶中，并加入3 g 氯化鈉溶解。

1.2.4.2 色譜條件

DB-1701色譜柱，柱長30 m，內(nèi)徑0.25 mm，液膜厚度0.25 μm，載氣He，流量1 mL/min，不分流，進樣口溫度250 ℃，柱溫：起始溫度40 ℃，保持10 min，以5 ℃/min升溫至140 ℃，保持5 min，再以10 ℃/min升溫至200 ℃，保持15 min。

1.2.4.3 質(zhì)譜檢測條件

EI 源；電子能量70 eV；離子源溫度250 ℃；接口溫度 280 ℃，四極桿溫度150 ℃；掃描模式Scan；質(zhì)量掃描范圍為29～400 amu。

2 結(jié)果與分析

2.1 酒化階段理化指標變化趨勢

將不同發(fā)酵天數(shù)的酒醪樣品進行處理并測定，pH、酒精度、總酸、不揮發(fā)酸、氨基酸態(tài)氮、還原糖、總酯的測定結(jié)果見圖1。

圖1 酒化階段各指標含量的變化Fig.1 Changes in the content of each indicator during the alcoholic stage

酒化階段，霉菌分泌的糖化酶將淀粉轉(zhuǎn)化成葡萄糖，同時酵母菌分泌的酒化酶在無氧條件下將葡萄糖轉(zhuǎn)化為酒精[10]。由圖1可知，小米醋的酒精度在酒化階段前2天增長迅速，第8天開始增長緩慢，第10天達到最高值7.0%(V/V)，此后基本保持不變。由于酒醪中各物質(zhì)反應(yīng)會生成乙醛，乙醛逐漸氧化成乙酸，同時酒醪中的葡萄糖部分會轉(zhuǎn)化成葡萄糖酸，但是酒化階段以酒化和糖化作用為主，醋酸菌的作用并不明顯，使得總酸含量增長緩慢。不揮發(fā)酸的含量也在緩慢增長，杜宏福通過PCR-DGGE分析發(fā)現(xiàn)，乳酸菌多樣性在酒化階段逐漸增加，發(fā)酵產(chǎn)生的乳酸對不揮發(fā)酸含量的增長也有一定的貢獻[11]。隨著酸類物質(zhì)的增長，pH不斷降低；在多種微生物和酶的作用下[12]，酒化階段還發(fā)生各種生化反應(yīng)，酒醪中的蛋白質(zhì)在蛋白酶的催化作用下分解成小分子的氨基酸，導(dǎo)致氨基酸態(tài)氮的含量逐漸上升；還原糖主要來源于原料的糖化，酒化階段的前2天微生物大量繁殖，糖化力增強，還原糖的含量在酒化階段的前2天迅速增長，由于酒醪中酶系的積累，還原糖在多種酶的作用下逐漸轉(zhuǎn)化為酒精導(dǎo)致其含量逐漸降低；隨著酒精度和總酸含量的增長，總酯的含量呈上升趨勢，酒醪中的酸類物質(zhì)與醇類物質(zhì)發(fā)生酯化反應(yīng)形成酯類物質(zhì)，賦予了酒醪特有的酯香。

2.2 醋化階段理化指標變化趨勢

將不同發(fā)酵天數(shù)的醋醅樣品進行處理并測定，pH、酒精度、總酸、不揮發(fā)酸、氨基酸態(tài)氮、還原糖、總酯的測定結(jié)果見圖2。

圖2 醋化階段各指標含量的變化Fig.2 Changes in the content of each indicator during the acetification stage

醋化階段是小米醋酸性物質(zhì)形成的主要階段，麩皮、谷糠等輔料與酒醪混合形成醋醅，醋醅能為大量的微生物提供營養(yǎng)，醋化階段前4天，醋酸菌大量繁殖，抑制了霉菌、酵母菌等其他微生物的生長[13,14]，因此總酸含量上升最明顯，由圖2可知，第1天的總酸含量為2.43 g/dL，發(fā)酵結(jié)束時已增長到5.85 g/dL。不揮發(fā)酸含量逐漸增加，但在后期出現(xiàn)了下降的趨勢，可能是酸類物質(zhì)與醇類物質(zhì)作用生成辛酸乙酯、己酸乙酯等芳香酯所導(dǎo)致[15]。隨著總酸含量的增長，pH由醋化階段初期的4.17逐漸下降，后期始終維持在3.7左右。在醋酸菌分解的氧化酶的作用下，酒化階段產(chǎn)生的乙醇逐漸被氧化為乙酸，導(dǎo)致醋醅的酒精度持續(xù)下降。醋化階段前期的醋醅環(huán)境利于蛋白酶的積累，因此分解蛋白質(zhì)產(chǎn)生的氨基酸不斷增加，并逐漸趨于穩(wěn)定，氨基酸降解后經(jīng)氧化或還原后可以產(chǎn)生許多重要的香味物質(zhì)，為小米醋的香味成分提供了豐富的物質(zhì)基礎(chǔ)[16]。還原糖的含量在醋化階段含量稍微增長后基本不變。總酯的含量在醋化階段的前6天呈上升趨勢，之后含量逐漸下降，可能是隨著總酸含量的升高，抑制了產(chǎn)酯微生物的生長所致，也可能是部分酯類降解的原因。在釀造過程中，不同發(fā)酵階段各指標的變化與小米醋的香氣成分都有密切的聯(lián)系，共同決定了小米醋的質(zhì)量與風(fēng)味。

2.3 小米醋的理化指標及香氣成分測定結(jié)果

2.3.1 小米醋的理化指標測定結(jié)果

滅菌后對成品小米醋的各項理化指標進行測定，具體結(jié)果見表1。

表1 小米醋的理化指標測定結(jié)果Table 1 Physical and chemical indicators measurement results of millet vinegar

由表1可知，小米醋未經(jīng)陳釀，酸度已達到5.51 g/dL，普通釀造食醋的總酸含量為3.5 g/dL時已達到國標要求，與一般的釀造食醋相比較，小米醋的酸度提高了36.5%，較高的酸度可抑制微生物的生長，防止小米醋的腐敗變質(zhì)。不揮發(fā)酸的含量達到1.87 g/dL，不揮發(fā)酸是固態(tài)發(fā)酵食醋產(chǎn)品的一個重要指標，可以減緩總酸含量過高帶來的尖酸口感，使其酸味更加柔和、醇厚[17]?？傰ズ繛?.11 g/dL，賦予了小米醋獨有的酯香。氨基酸態(tài)氮的含量是0.19 g/dL，醋中的氨基酸發(fā)生各種反應(yīng)的同時會伴隨著香氣物質(zhì)的生成，氨基酸的存在不但增加了小米醋的營養(yǎng)，同時對小米醋的提鮮增香也有較明顯的效果。

2.3.2 小米醋的香氣成分測定結(jié)果

香氣成分是反映小米醋品質(zhì)的特征性標志之一，小米醋的香氣成分主要由酯類、醇類、酚類等物質(zhì)組成，是釀造過程中在多種微生物的協(xié)同作用下原料中的高分子物質(zhì)經(jīng)過多種復(fù)雜的物理化學(xué)反應(yīng)而形成的[18]。小米醋香氣成分總離子流色譜圖見圖3。

圖3 小米醋香氣成分總離子流色譜圖Fig.3 Total ion chromatogram (TIC) of aroma components of millet vinegar

利用HS-SPME-GC-MS對小米醋進行揮發(fā)性香氣成分的測定，結(jié)果見表2。

表2 小米醋的香氣成分分析結(jié)果Table 2 The analysis results of aromatic components of millet vinegar

續(xù) 表

揮發(fā)性香氣成分組成及其相對含量分析見表2，各物質(zhì)的種類、含量及比例是影響小米醋風(fēng)味的關(guān)鍵因素[19]。小米醋檢測出的主要香氣成分共有48種，其中酸類物質(zhì)有9種，主要包括乙酸、己酸、異戊酸等，是小米醋酸味的主要來源；醇類物質(zhì)有10種，如乙醇、糠醇、異戊醇等；酯類物質(zhì)有11種，如丁二酸二乙酯、乙酸異戊酯，這些酯類物質(zhì)的存在賦予了小米醋獨特的酯香味；醛類物質(zhì)有2種，分別是糠醛、苯甲醛，糠醛有特殊的焦香味，是由戊糖等受熱形成的，主要在小米醋釀造過程中的熏醅階段生成[20]。苯甲醛是一種常用的芳香醛，具有杏仁氣味、櫻桃及堅果香。熏醅過程中氨基酸和還原糖發(fā)生美拉德反應(yīng)生成的雜環(huán)類化合物2,3,5,6-四甲基吡嗪，具有降壓活血、清除自由基的保健作用。小米醋中檢測到微量膽堿，膽堿是卵磷脂的有機成分，對促進人體新陳代謝、提高記憶力、降低血清膽固醇具有較好的效果。此外，小米醋中還含具有抗氧化功能的酮類、酚類等，這些物質(zhì)的存在，既維持了小米醋的色澤和風(fēng)味，也賦予了小米醋特有的營養(yǎng)保健功效。

3 結(jié)論

根據(jù)山西老陳醋的釀造工藝，經(jīng)過熏醅后釀成的小米醋酸味柔和、香氣濃郁，總酸、氨基酸的含量明顯高于普通的釀造食醋(酸度為3.5 g/dL)。對酒化、醋化階段理化指標進行跟蹤測定，發(fā)現(xiàn)總酸、氨基酸態(tài)氮、不揮發(fā)酸、總酯的含量總體呈上升趨勢，不揮發(fā)酸、總酯的含量在醋化階段的后期有所降低；還原糖的含量在酒化階段的前3天迅速增長，隨后逐漸降低，醋化階段逐漸增長。小米醋中檢測出的主要香氣成分共有48種，包括酸類、醇類、酯類，醛類、酮類、酚類和雜環(huán)類化合物，這些物質(zhì)共同決定了小米醋的風(fēng)味及品質(zhì)。

通過對小米醋發(fā)酵過程中理化指標的跟蹤分析，掌握各個指標的變化規(guī)律，形成特定的工藝參數(shù)，能夠為小米醋的深加工、機械化生產(chǎn)提供理論依據(jù)。還可以豐富我國食醋產(chǎn)品的種類，為消費者提供更多健康、營養(yǎng)的食醋產(chǎn)品，促進我國小米資源的開發(fā)和利用。

[1]陳樹俊,蘇靜,張海英,等.山西老陳醋功效成分的研究進展[J].農(nóng)產(chǎn)品加工,2009(12):45-49.

[2]楊翼龍.晉南小米醋釀造工藝史探述[J].加工,2010(12):93-95.

[3]趙玉梅.基于川芎嗪的山西老陳醋質(zhì)量分析與評估研究[D].太原：山西大學(xué),2013.

[4]何國慶.食品發(fā)酵與釀造工藝學(xué)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2001.

[5]嚴蕊,王曉云.山西老陳醋傳統(tǒng)釀造工藝寫實記錄[J].食品工程,2015(2):55-59.

[6]GB/T 19777-2013,地理標志產(chǎn)品山西老陳醋[S].

[7]GB/T 5009.225-2016,酒中乙醇濃度的測定[S].

[8]Guerrero E D,Marin R N,Mwjias R C,et al.Stir bar sorptive compounds in vinegar:validation study and comparison with solid phase microextraction[J].Journal of Chromatography A,2007,1167(1):18-26.

[9]袁仲,李哲斌.氣相色譜/質(zhì)譜法聯(lián)用分析山西老陳醋香味成分[J].中國調(diào)味品,2011，36(5):105-108.

[10]蘇敬東.傳統(tǒng)釀醋過程中醋醅微生物時空動態(tài)變化規(guī)律研究[J].甘肅科技,2011(18):70-71.

[11]杜宏福.山西老陳醋發(fā)酵過程中細菌群落組成與有機酸變化的關(guān)系研究[J].中國調(diào)味品，2015，40(7)：26-31，42.

[12]Haruta S，Ueno S，Egawa I，et al.Succession of bacterial and fungal communities during a traditional pot fermentation of rice vinegar assessed by PCR-mediated denaturing gradient gelelectrophoresis[J].International Journal of Food Microbiology，2006,109(1/2):79-87.

[13]張奶英.四川麩醋發(fā)酵過程中理化指標與微生物菌相的動態(tài)分析[J].食品工業(yè)科技,2014(11):174-178.

[14]Vegas C，Mateo E，Gonzaiez A，et al.Population dynamics of acetic acid bacteria during traditional wine vinegar production[J].International Journal of Food Microbiology，2010，138(12):130-136.

[15]吳光明.山西老陳醋生產(chǎn)過程中不揮發(fā)酸變化規(guī)律的研究[J].中國釀造，2015(2)：31-33.

[16]孫宗保.鎮(zhèn)江香醋加工過程中理化指標分析及其與香氣成分關(guān)系初探[J].食品科學(xué)，2009(9)：59-61.

[17]申婷婷.高光譜圖像技術(shù)檢測鎮(zhèn)江香醋醋醅理化指標分布研究[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)，2016.

[18]余鳴春.鎮(zhèn)江恒順優(yōu)質(zhì)香醋理化指標的分析研究[J].中國調(diào)味品，2006(6)：18-21.

[19]楊勇.鎮(zhèn)江香醋風(fēng)味物質(zhì)檢測及醋醅中紫紋羽菌產(chǎn)色素條件[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)，2008.

[20]馬永昆，魏永義，蔣家奎.不同年份鎮(zhèn)江香醋香氣成分分析及其形成機理的研究[J].食品科學(xué),2006,27(10):504-507.