基于GC-MS法的陳醋熏醅過程香氣成分變化分析

李娟，劉建軍，彭艷杰，張鵬*

(1.河北醫(yī)科大學(xué) 臨床學(xué)院，石家莊 050031；2.河北科怡科技開發(fā)有限公司，石家莊 050006；3.石家莊工程職業(yè)學(xué)院，石家莊 050061)

山西老陳醋在進行釀造工藝過程中，最核心的工序是熏醅[1-2]。通過熏醅工藝可以使陳醋具有獨特的風(fēng)味[3]。一般傳統(tǒng)的熏醅工序過程是利用地?zé)崽蓟鸺訜嵫b有發(fā)酵成熟醋醅的陶缸，溫度始終維持在80～90 ℃，每24 h倒缸一次，反復(fù)5 d之后，若醋醅變?yōu)榧t褐色，則醋醅可以出缸結(jié)束熏醅。在熏醅過程中醋醅會發(fā)生水解反應(yīng)和美拉德反應(yīng)，由此產(chǎn)生大量的醛類、酮類物質(zhì)，與發(fā)酵過程中產(chǎn)生的酯類物質(zhì)作用，可以使陳醋醇厚綿長、口感柔和。

目前，國內(nèi)對于陳醋的香氣成分已有了初步的分析和研究。其中，李弘文等[4]利用頂空法和氣質(zhì)聯(lián)用的方式確定了熏醅后陳醋香氣的主要成分為醛、醇、酯和酸等物質(zhì)；谷小鳳[5]采用氣相色譜-質(zhì)譜法分析了10余種品牌陳醋的揮發(fā)性香氣成分。但是，對于陳醋熏醅過程中的香氣成分變化規(guī)律還未見報道。因此，本文以山西老陳醋作為原料，采用GC-MS分析法對陳醋熏醅過程中的香氣成分和變化規(guī)律進行研究，為后續(xù)陳醋熏醅工藝的優(yōu)化提供了相關(guān)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

山西老陳醋的樣品：白醅(已發(fā)酵成熟的醋醅)、熏醅(按照傳統(tǒng)方法熏制后的成熟醋醅)，均由山西老陳醋集團有限公司提供。

NaCl(分析純)：由上?；瘜W(xué)試劑有限公司提供。

1.2 儀器與設(shè)備

Varian 8400固相微萃取進樣器、75 μm碳分子篩/聚二甲基硅氧烷萃取纖維頭(CAR/PDMS)、20 μL頂空進樣瓶、GC7890-5975C型GC-MS聯(lián)用儀(配置Dean Switch裝置) 美國Supelco公司；BS224S電子天平 北京塞多利斯儀器系統(tǒng)有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 香氣成分萃取方法(HS-SPME)[6]

將CAR/PDMS萃取纖維頭在氣相色譜進樣口進行老化，直到無雜峰為止。老化條件：溫度250 ℃，時間30 min。稱量混合均勻的待測樣品3.0 g，放入20 μL頂空進樣瓶中，再稱量1.5 g的NaCl和4 mL的蒸餾水加入并溶解。將進樣瓶加蓋密封放入孵化爐。設(shè)置孵化爐孵化參數(shù)為：溫度45 ℃，攪拌速度100 r/min，時間30 min。孵化完成后，將老化的CAR/PDMS萃取纖維頭插入頂空瓶中，保持萃取頭頂部與液面距離為1.5 cm。其后將纖維頭推出，設(shè)置萃取溫度為40 ℃，萃取時間為40 min。然后進行解樣，設(shè)置參數(shù)為溫度250 ℃，時間5 min。

1.3.2 氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)分析條件

色譜條件：采用RTX-WAX色譜柱(30 mm×0.25 mm×0.25 μm)測試陳醋香氣成分；載氣為氦氣，流量設(shè)置為1.0 mL/min，不分流；設(shè)置升溫程序[7]：初始溫度32 ℃，保溫時間2 min，以3 ℃/min的升溫速度加熱至120 ℃，保溫10 min，再以10 ℃/min的升溫速度加熱至250 ℃，保溫10 min。

質(zhì)譜條件：采用電子電離源EI，電子能量70 eV；傳輸條件：溫度280 ℃，粒子源溫度設(shè)置為250 ℃；四極桿溫度設(shè)定為150 ℃；質(zhì)量掃描范圍(m/z)18～500；采集速度設(shè)定為1.56 Scan/s。

1.3.3 定性和定量分析方法

采用HS-SPME方法萃取的香氣按照GC-MS分析條件進行解樣和掃描后，將檢測的結(jié)果與NIST 05質(zhì)譜庫進行對比分析，確定香氣的成分結(jié)構(gòu)。結(jié)合實際的成分，將各成分以波的形式呈現(xiàn)，峰面積為香氣成分含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 熏醅過程香氣成分動態(tài)分析

在山西老陳醋中，香氣的種類較多，成分復(fù)雜，這些成分以適當(dāng)?shù)谋壤股轿骼详惔拙哂刑厥獾南銡狻１疚囊訦S-SPME結(jié)合GC-MS分析的方法對山西老陳醋熏醅過程中香氣成分的動態(tài)變化規(guī)律進行了測定和分析，其結(jié)果見表1。

表1 山西老陳醋熏醅過程香氣成分變化規(guī)律Table 1 The change rules of the aroma components of Shanxi aged vinegar in fumigation process

由表1可知，在熏醅過程中，香氣的成分種類較多。從化合物的成分來看，酯類化合物種類最多。在熏醅之前的醋醅中，共檢測出28種香氣成分，含量較多的為酸類和酯類化合物；在熏醅3 d后，香氣化合物成分增加至32種，其中含量最大的是酸類化合物，香氣的含量由大到小的排列順序依次為酯類>酮類>雜環(huán)類>醇類>醛類；熏醅5 d后，共檢測出31種香氣成分，香氣成分含量的排序與熏醅3 d時相同。

以上的分析結(jié)果表明，隨著熏醅工藝的進行，香氣成分種類先呈現(xiàn)上升的趨勢，在第3天時達到了32種，其后隨著熏醅時間的延長，香氣種類逐漸降低，到第5天時降低到31種。隨著熏醅時間的增加，香氣成分中酯類化合物種類逐漸減少，醇類和雜環(huán)類化合物種類逐漸增加，并最終達到了香氣種類和物質(zhì)的平衡。因此在進行熏醅時，一般將時間定為5 d。

2.2 熏醅過程酸類化合物成分變化規(guī)律

在未經(jīng)熏醅的醋醅中，酸類化合物總含量最高，占所有香氣總含量的37.12%。在熏醅前，醋醅中共有6種酸類化合物，隨著熏醅過程的進行，種類減少為4種。酸類化合物的總含量和各含量的變化規(guī)律分別見圖1中a和b。

圖1 熏醅過程酸類化合物含量變化Fig.1 The changes in the content of acid compounds in fumigation process

由圖1中a和b可知，乙酸含量最高，占酸類化合物總量的89.6%。隨著熏醅的進行，酸類化合物總含量呈下降趨勢。其中主要是乙酸含量的降低，其變化趨勢與酸類化合物的總含量變化趨勢一致。主要是由于乙酸熔點較低，而熏醅溫度一般在80～90 ℃，達到乙酸熔點，導(dǎo)致部分乙酸蒸發(fā)；同時，在熏醅過程中需要每天倒缸，也會加速乙酸的揮發(fā)[8-9]，進一步降低含量。其他酸類成分含量也隨熏醅時間的延長呈下降趨勢，這主要是由于醇類和酸類化合物發(fā)生了酯類反應(yīng)，降低了酸類化合物成分含量。

2.3 熏醅過程酯類化合物成分變化規(guī)律

酯類化合物主要為山西老陳醋提供果香和酒香[10]，長鏈酯呈油脂味，短鏈酯呈水果味，這類化合物對于山西老陳醋香味的形成起到了很大的作用。在未經(jīng)熏醅時，醋醅中的酯類化合物總含量為26.29%，僅次于酸類化合物，其種類多達13種，在各類化合物中成分種類最多。這些酯類化合物主要是在前期的發(fā)酵過程中產(chǎn)生，隨著熏醅過程的進行，種類減少，熏醅結(jié)束時，為9種。酯類化合物總含量和各成分含量的變化規(guī)律見圖2中a和b。

圖2 熏醅過程酯類化合物含量變化Fig.2 The changes in the content of ester compounds in fumigation process

由圖2中a和b可知，在1～2 d熏醅時，酯類化合物總含量降低速度較快，其中乙酸乙酯、乙酸-3-甲基丁酯等化合物含量急劇降低，苯甲酸乙酯則消失；在熏醅3～5 d時，酯類化合物總含量降低速度放緩，乙酸乙酯等成分含量持續(xù)降低，乙酸己酯、己酸乙酯等成分消失。主要是由于酯類化合物在溫度較高時具有較強的揮發(fā)性，導(dǎo)致一些酯類化合物成分含量降低甚至消失。

2.4 熏醅過程醇類化合物成分變化規(guī)律

熏醅過程中醇類化合物的總含量和各成分含量變化見圖3中a和b。

圖3 熏醅過程醇類化合物含量變化Fig.3 The changes in the content of alcohol compounds in fumigation process

由圖3中a和b可知，在熏醅之前，共檢測到3種醇類化合物，占所有香氣總含量的2.89%。其中最主要的成分是苯乙醇，屬于芳香族化合物，呈玫瑰和甜香味，是醋醅中的苯丙氨酸在前期發(fā)酵過程中，通過Strecker降解反應(yīng)再還原后產(chǎn)生的[11]。隨著熏醅過程的進行，醇類化合物總含量持續(xù)下降，由2.89%降低至1.15%，種類也減少為2種。

醇類化合物含量和種類的降低，一方面是由于醇類化合物揮發(fā)性強，如3-甲基丁醇，熏醅3 d時全部揮發(fā)，幾乎檢測不到；另一方面是由于苯乙醇和乙酸發(fā)生酯化反應(yīng)，作為反應(yīng)物使苯乙醇含量進一步降低。

2.5 熏醅過程醛類化合物成分變化規(guī)律

在熏醅過程中，只有醛類和雜環(huán)類化合物的總含量和種類增加。醛類化合物總含量和化學(xué)成分在熏醅過程中的變化見圖4中a和b。

圖4 熏醅過程醛類化合物含量變化Fig.4 The changes in the content of aldehyde compounds in fumigation process

由圖4中a和b可知，在熏醅之前的醋醅中，醛類化合物總含量較少，只有1.28%，熏醅工序完成后，總含量增加至8.92%，種類也由2種增加為4種。

醛類化合物使山西老陳醋具有獨特的香味，主要表現(xiàn)為焦糖香味，其最主要的成分為糠醛。醛類化合物一部分是在發(fā)酵過程中產(chǎn)生，并在熏醅時一直存在；另一部分則是由熏醅過程的美德拉反應(yīng)生成。由于性能穩(wěn)定，且在熏醅工序中作為生成物，因此醛類化合物總含量增加。

2.6 熏醅過程雜環(huán)類化合物成分變化規(guī)律

在熏醅前，雜環(huán)類化合物總含量為3.88%，熏醅至第3天時，含量增加至41.85%；至第5天時，含量增加至61.68%，其種類由2種增加為6種，如2-呋喃甲醇是通過酮類化合物和氨基酸反應(yīng)產(chǎn)生，在熏醅3 d時檢測到，使雜環(huán)類化合物成分種類和含量均增加。

3 結(jié)論

通過以上的試驗與分析，主要得出以下結(jié)論：

為了研究熏醅工藝對山西老陳醋香氣成分的影響，本文采用HS-SPME方法萃取，GC-MS分析方法進行分析，確定山西老陳醋的香氣成分主要為酸類、酯類、酮類、雜環(huán)類、醇類和醛類化合物，并確定各成分含量。

通過對山西老陳醋在熏醅過程中的香氣成分變化規(guī)律進行分析，發(fā)現(xiàn)酸類、酯類和醇類化合物總含量呈下降趨勢，醛類和雜環(huán)類化合物總含量呈上升趨勢，并對香氣中各成分變化規(guī)律和產(chǎn)生原因進行分析，為后續(xù)熏醅工藝的優(yōu)化提供了理論依據(jù)。