山西老陳醋陳釀過(guò)程中功能成分的變化研究

邢曉瑩，劉毅，喬羽，王如福，武曉英*

(1.太原師范學(xué)院 生物系，山西 晉中 030619；2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院(山西省農(nóng)科院園藝研究所)，太原 030031；3.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)

山西老陳醋是中國(guó)四大名醋之一，以其獨(dú)特的風(fēng)味和悠久的釀造歷史聞名于世，其釀造技藝于2006年榮獲首批“國(guó)家級(jí)非物質(zhì)文化遺產(chǎn)稱號(hào)”[1]。山西老陳醋的釀造采用“先液后固”的發(fā)酵方式，酒精發(fā)酵是液態(tài)發(fā)酵，醋酸發(fā)酵是傳統(tǒng)的、開(kāi)放式的固態(tài)發(fā)酵[2]。發(fā)酵結(jié)束后歷經(jīng)熏醅、淋醋、陳釀、調(diào)配等環(huán)節(jié)，最終形成的產(chǎn)品通常呈深褐色，香味濃郁、口感醇厚、酸味綿柔，富含多種有機(jī)酸、可溶性無(wú)鹽固形物及人體所必需的8種氨基酸[3-4]。

陳釀是山西老陳醋釀制過(guò)程中不可或缺的一道工序，經(jīng)過(guò)陳釀后的山西老陳醋，無(wú)論比重、濃度、黏稠度、可溶性固形物還是不揮發(fā)酸、總糖、還原糖、總酯、氨基酸態(tài)氮等指標(biāo)均位居全國(guó)食醋前列[5]。目前，加速陳釀的熱點(diǎn)主要集中于固定化酶、超聲波、超高壓等催陳技術(shù)的研究[6-9]。本文主要對(duì)不同陳釀時(shí)間山西老陳醋醋液中的主要功能成分進(jìn)行了測(cè)定和分析，初步探討特征指標(biāo)川芎嗪、總黃酮及其他常規(guī)理化指標(biāo)在不同陳釀時(shí)間的變化規(guī)律，旨在獲得最佳的陳釀時(shí)間，為山西老陳醋生產(chǎn)工藝的優(yōu)化提供參考，提升生產(chǎn)企業(yè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

樣品采集于山西紫林醋業(yè)股份有限公司。山西老陳醋陳釀期間樣品的采集時(shí)間及其編號(hào)見(jiàn)表1。

表1 山西老陳醋陳釀期間樣品的采集時(shí)間及其編號(hào)Table 1 The collection time and number of Shanxi aged vinegar samples during aging

1.2 試驗(yàn)中所需的主要試劑、儀器

鹽酸川芎嗪標(biāo)準(zhǔn)品、甲醇(色譜純)、磷酸二氫銨、雙蒸水、氫氧化鈉、三氯甲烷、鹽酸、無(wú)水乙醇、亞硝酸鈉、硝酸鋁、蘆丁、硫酸銅、酒石酸鉀鈉、葡萄糖、濃硫酸等。本試驗(yàn)方法中所用試劑除特殊注明外，均為分析純。

FA224型電子天平 上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司；STARER 3100型酸度計(jì) 上海奧豪斯儀器有限公司；LC-210型高效液相色譜儀 上海精密科學(xué)儀器有限公司；5424型高速冷凍離心機(jī) 德國(guó)Eppendorf公司；分光光度計(jì) 尤尼柯(上海)儀器有限公司；分液漏斗。

1.3 試驗(yàn)方法

川芎嗪：按GB/T 19777-2013[10]附錄B方法測(cè)定；總黃酮：按GB/T 19777-2013附錄C方法測(cè)定；總酸：按GB/T 5009.41-1996方法測(cè)定；總酯：按GB/T 19777-2013附錄E方法測(cè)定；還原糖：按GB/T 19777-2013附錄D方法測(cè)定；氨基酸態(tài)氮：按GB 18186-2000[11]方法測(cè)定；不揮發(fā)酸：按GB 18187-2000[12]方法測(cè)定；食鹽：按GB 18187-2000方法測(cè)定；可溶性無(wú)鹽固形物：按GB 18187-2000方法測(cè)定；pH：按GB/T 13662-2018[13]方法測(cè)定：將酸度計(jì)直接插入10倍稀釋濾液中檢測(cè)樣品的pH值，做3次平行試驗(yàn)，取平均值，即得該樣品的pH值。

2 結(jié)果與分析

2.1 GB/T 19777-2013解析

表2 GB/T 19777-2013和GB 19777-2005規(guī)定的各項(xiàng)理化指標(biāo)對(duì)比Table 2 Comparison of various physical and chemical indexes specified in GB/T 19777-2013 and GB 19777-2005

2013年，中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局和中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)聯(lián)合發(fā)布了國(guó)標(biāo)GB/T 19777-2013《地理標(biāo)志產(chǎn)品 山西老陳醋》，代替了國(guó)標(biāo)GB 19777-2005《原產(chǎn)地域產(chǎn)品 山西老陳醋》[14]，標(biāo)準(zhǔn)的屬性由強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)改為推薦性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。GB/T 19777-2013增加了特征指標(biāo)川芎嗪(四甲基吡嗪)、總黃酮，理化指標(biāo)氨基酸態(tài)氮、pH和食鹽的要求及檢測(cè)方法。同時(shí)，不揮發(fā)酸、還原糖及總酯的含量也由原來(lái)的1.5，1.4，2.4 g/dL分別提高至2.0，2.0，2.5 g/dL。新標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)對(duì)山西老陳醋的生產(chǎn)、陳釀、調(diào)配等提出了更高的要求，生產(chǎn)者需要做到規(guī)范、嚴(yán)格、準(zhǔn)確地監(jiān)測(cè)各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)，從而為不同批次食醋品質(zhì)的穩(wěn)定性提供保障。

2.2 山西老陳醋陳釀期間特征指標(biāo)及主要理化指標(biāo)的動(dòng)態(tài)變化

2.2.1 不同陳釀時(shí)間對(duì)醋樣中川芎嗪含量的影響

川芎嗪，化學(xué)名四均甲基吡嗪(tetramethylpyrazine，ligustrazine，TMP)，是傳統(tǒng)發(fā)酵食醋中一種重要的活性物質(zhì)，對(duì)增加冠脈流量，改善微循環(huán)和血瘀障礙，擴(kuò)張外周血管，降低動(dòng)脈壓及冠脈阻力有明顯效果[15-17]。已有研究表明，食醋釀造過(guò)程中川芎嗪先于醋酸發(fā)酵后期少量產(chǎn)生，在熏醅、陳釀階段開(kāi)始明顯積累[18-20]，表明川芎嗪主要通過(guò)后期各物質(zhì)間的物理化學(xué)反應(yīng)生成，而非微生物的直接代謝產(chǎn)物。通過(guò)高效液相色譜法測(cè)定不同陳釀時(shí)間醋樣中的川芎嗪含量，結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 不同陳釀時(shí)間醋樣中川芎嗪含量的動(dòng)態(tài)變化Fig.1 Dynamic changes of TMP content in Shanxi aged vinegar during different aging periods

由圖1可知，隨著陳釀時(shí)間的延長(zhǎng)，醋樣中的川芎嗪含量逐漸增加。陳釀初期，川芎嗪含量呈緩慢上升趨勢(shì)，陳釀60 d后其含量大幅提高，至陳釀周期結(jié)束后，川芎嗪含量由新醋的10.49 mg/L增加至78.8 mg/L，增幅近7倍。山西老陳醋在陳釀階段，樣品體系中的川芎嗪生成主要有兩種方式：(1)醋樣中游離的氨基酸和還原糖通過(guò)美拉德反應(yīng)合成川芎嗪[21]；(2)Strecker反應(yīng)不斷降解產(chǎn)生的氨基酮，經(jīng)縮合反應(yīng)生成大量的川芎嗪[22]。在二者的綜合作用下導(dǎo)致川芎嗪含量急劇增加，陳釀結(jié)束后醋樣的川芎嗪含量為78.80 mg/L，遠(yuǎn)高于國(guó)標(biāo)要求的30.00 mg/L。

a.還原糖含量的動(dòng)態(tài)變化

b.氨基酸態(tài)氮含量的動(dòng)態(tài)變化

由圖2可知，陳釀45 d和70 d的醋樣中還原糖、氨基酸含量與川芎嗪含量成反比例增長(zhǎng)。新醋含量中的還原糖為2.38 g/dL，而陳放365 d后醋樣的還原糖為3.09 g/dL。食醋中的糖類來(lái)自原料，淀粉質(zhì)原料進(jìn)行糖化變成可發(fā)酵性糖。大部分糖被微生物發(fā)酵成醇、酸和多種酶類等代謝產(chǎn)物，但總有一部分糖殘留下來(lái)進(jìn)入成品醋中。食醋中含有的糖分同氨基酸態(tài)氮一樣，使食醋嘗起來(lái)略帶甜味，酸而不烈。

醋樣中的氨基酸態(tài)氮含量由新醋中的0.21 g/dL增加至0.52 g/dL，可能是由于陳釀過(guò)程中原料中的蛋白質(zhì)經(jīng)微生物的緩慢發(fā)酵作用分解成氨基酸態(tài)氮，使得氨基酸態(tài)氮的含量有所上升。山西老陳醋中富含多種氨基酸態(tài)氮，各種氨基酸呈味不同，使產(chǎn)品滋味調(diào)和，增加色澤和香氣，改善產(chǎn)品物性。氨基酸態(tài)氮是兩性物質(zhì)，對(duì)食醋中醋酸的刺激性具有一定的緩沖作用[23]，發(fā)酵微生物菌體自溶后產(chǎn)生的風(fēng)味物質(zhì)的增效作用，使得產(chǎn)品總酸含量雖高，卻無(wú)尖銳的刺激感，酸味柔和。氨基酸態(tài)氮的增加，不僅可以增加食醋的鮮味，還可以增強(qiáng)醋液的緩沖能力，利于體系pH值的穩(wěn)定。陳釀過(guò)程中醋樣中的還原糖與游離的氨基酸態(tài)氮雖然參與美拉德反應(yīng)，生成了川芎嗪，但同時(shí)醋液中殘存的淀粉、沉淀物等大分子物質(zhì)繼續(xù)緩慢降解為還原糖，再加上水分的大量散失導(dǎo)致醋液濃縮，故陳釀結(jié)束時(shí)醋樣中的還原糖和氨基酸態(tài)氮含量總體呈現(xiàn)波動(dòng)中緩慢上升的趨勢(shì)。

2.2.2 不同陳釀時(shí)間對(duì)醋樣中總黃酮含量的影響

總黃酮是指黃酮類化合物, 具有很強(qiáng)的抗氧化性和消除自由基的作用, 具有強(qiáng)化血管壁、促進(jìn)腸胃消化、降低血脂、增強(qiáng)身體抵抗力、抑制細(xì)菌等功效，并可防治動(dòng)脈硬化、血栓的形成[24-25]。總黃酮作為一項(xiàng)山西老陳醋的特征指標(biāo)，在一定程度上反映產(chǎn)品品質(zhì)的高低，可作為山西老陳醋的質(zhì)量監(jiān)控指標(biāo)。不同陳釀時(shí)間醋樣中的總黃酮含量變化見(jiàn)圖3。

圖3 不同陳釀時(shí)間醋樣中總黃酮含量的動(dòng)態(tài)變化Fig.3 Dynamic changes of total flavonoids content in Shanxi aged vinegar during different aging periods

由圖3可知，隨著陳釀時(shí)間的延長(zhǎng)，醋樣中總黃酮的含量逐漸增加。新醋經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)1年的陳釀，醋液在此期間發(fā)生了一系列的物態(tài)變化，黃酮類化合物得以濃縮、富集和轉(zhuǎn)化，樣品中總黃酮的含量從新醋的25.40 mg/100 g增長(zhǎng)至84.82 mg/100 g，提高了2.3倍。在陳釀初期，黃酮類物質(zhì)增加緩慢，可能是由于游離態(tài)的黃酮醇類物質(zhì)易與醋中的糖苷結(jié)合，形成配糖體；隨著陳釀時(shí)間的延長(zhǎng)，黃酮醇配糖體不斷地發(fā)生水解[26]，從而使黃酮類物質(zhì)含量明顯增加。

2.2.3 不同陳釀時(shí)間對(duì)醋樣中總酸及不揮發(fā)酸含量的影響

a.總酸含量的動(dòng)態(tài)變化

b.不揮發(fā)酸含量的動(dòng)態(tài)變化

由圖4可知，總酸含量隨著陳釀時(shí)間的增加而增加，由新醋中的5.28 g/dL增加至8.55 g/dL。陳釀過(guò)程中總酸含量上升，可能是氨基酸降解后經(jīng)氧化或還原生成的產(chǎn)物，也可能是飽和脂肪酸氧化降解形成的[27]。紫林醋業(yè)采用的是太陽(yáng)能玻璃房、陳釀池陳釀的方法?？偹嵩陉愥劤跗谠龇^小，主要有兩個(gè)原因：一是溫度，指標(biāo)測(cè)定的時(shí)間為冬季1月份前后，新醋(105 d)入池陳釀時(shí)間為前一年的10月15日，自陳釀以來(lái)受低溫的影響，微生物活動(dòng)和理化反應(yīng)的進(jìn)程均較為緩慢；二是水分蒸發(fā)的速度較慢，山西老陳醋的陳釀周期為12個(gè)月以上，期間要經(jīng)歷“夏伏曬、冬撈冰”，新醋經(jīng)日曬蒸發(fā)和冬撈冰后，其濃縮倍數(shù)達(dá)1倍以上。因太陽(yáng)能玻璃房的緣故，冬季很少結(jié)冰，因此水分蒸發(fā)多在炎炎夏日進(jìn)行。有研究表明[28-29]，低溫下各種反應(yīng)發(fā)生較緩慢，但風(fēng)味物質(zhì)的生成種類較豐富，口感醇厚柔和，醋香余味綿長(zhǎng)，經(jīng)歷冬季低溫陳釀階段，有利于成品醋品質(zhì)的提升。

陳釀結(jié)束時(shí)，不揮發(fā)酸的含量由1.31 g/dL增加至4.32 g/dL，占總酸的50.53%。陳釀過(guò)程中，一方面，脂肪酸轉(zhuǎn)化，醇醛縮合，生成各種有機(jī)酸物質(zhì)；另一方面，部分揮發(fā)性酸(主要是乙酸)隨水分的蒸發(fā)而揮發(fā)，也會(huì)增加醋液中不揮發(fā)酸的含量和比例。食醋中的乳酸、蘋果酸、琥珀酸、檸檬酸、酒石酸等不揮發(fā)酸能調(diào)和酸味，山西老陳醋中雖然醋酸含量很高，但無(wú)刺激感，酸味柔和，其中不揮發(fā)酸的作用非常重要。

2.2.4 不同陳釀時(shí)間對(duì)醋樣中其他指標(biāo)的影響

山西老陳醋其他指標(biāo)的檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)圖5。

a.pH的動(dòng)態(tài)變化

b.總酯含量的動(dòng)態(tài)變化

c.可溶性無(wú)鹽固形物含量的動(dòng)態(tài)變化

醋樣的總酸含量在陳釀過(guò)程中增加了61.93%，但醋液的pH變動(dòng)幅度很小，基本維持在3.50～3.63之間，究其原因可能是山西老陳醋中不揮發(fā)酸與可溶性無(wú)鹽固形物的含量大幅增加，對(duì)乙酸具有明顯的緩沖作用，因而造成總酸含量增加，pH較穩(wěn)定。陳釀過(guò)程中總酯含量略有增加，由新醋的3.27 g/dL增加至3.97 g/dL，可能是由于醋液中的有機(jī)酸與醇類物質(zhì)結(jié)合生成了酯類物質(zhì)，增加了成品食醋的風(fēng)味。食醋中的可溶性無(wú)鹽固形物是指除水、食鹽、不溶性物質(zhì)(如淀粉、纖維素、灰分等)以外其他物質(zhì)的含量，主要是有機(jī)酸類、糖類、氨基酸等物質(zhì)，是影響食醋風(fēng)味的重要指標(biāo)。由圖5可知，可溶性無(wú)鹽固形物的含量在陳釀初期(90 d內(nèi))增幅較緩慢；陳釀90 d后，呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，至陳釀期結(jié)束后，其含量由新醋的9.16 g/dL增加至24.98 g/dL，高于鎮(zhèn)江香醋的可溶性固形物含量(8.12～14.54 g/dL)[30]。經(jīng)過(guò)365 d的陳釀，山西老陳醋的風(fēng)味和口感也有了明顯的改善，刺激感變淡，呈現(xiàn)出柔和、圓潤(rùn)、綿長(zhǎng)和協(xié)調(diào)的舒適感。

本試驗(yàn)的數(shù)據(jù)結(jié)果表明，新醋在陳釀105 d后，除總酸和川芎嗪外，其他各項(xiàng)指標(biāo)均已達(dá)到國(guó)標(biāo)要求；而醋樣中的總酸和川芎嗪含量在陳釀210 d后也已達(dá)到國(guó)標(biāo)要求。綜上，建議考慮因現(xiàn)代化設(shè)施的使用、陳釀條件的改善，適當(dāng)?shù)乜s短陳釀周期。

3 結(jié)論

山西老陳醋經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)12個(gè)月的陳釀，使得醋液不斷蒸發(fā)，水分不斷減少，同時(shí)也發(fā)生了一系列的生化反應(yīng)和物理變化。通過(guò)對(duì)不同陳釀時(shí)間山西老陳醋的功能成分進(jìn)行測(cè)定和分析，結(jié)果表明，隨著陳釀時(shí)間的延長(zhǎng)，山西老陳醋樣品中的川芎嗪、總黃酮兩項(xiàng)特征指標(biāo)及總酸、總酯、氨基酸態(tài)氮、還原糖、不揮發(fā)酸、可溶性無(wú)鹽固形物常規(guī)理化指標(biāo)的含量均有所增加，陳釀后的食醋口感柔和、色香突出、品質(zhì)較佳。陳釀是山西陳醋到山西老陳醋所必須經(jīng)歷的環(huán)節(jié)，新醋在陳釀105 d后，除總酸和川芎嗪外，其他各項(xiàng)指標(biāo)均已達(dá)到國(guó)標(biāo)要求；而醋樣中的總酸和川芎嗪含量在陳釀210 d后也已達(dá)到國(guó)標(biāo)要求。建議適當(dāng)縮短山西老陳醋12個(gè)月的陳釀周期，提高生產(chǎn)企業(yè)的綜合經(jīng)濟(jì)效益。