基于HS-SPME-GC-MS的不同醋齡河溪香醋香氣成分比較

譚琰俐 吳 泳 劉 品 譚 笑 麻成金,2 陳萬富 余 佶,2

(1. 吉首大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，湖南 吉首 416000；2. 吉首大學(xué)食品科學(xué)研究所，湖南 吉首 416000；3. 湘西自治州邊城醋業(yè)科技股份有限責(zé)任公司，湖南 吉首 416000)

河溪香醋原產(chǎn)于湖南省湘西土家族苗族自治州吉首市河溪鎮(zhèn)，清代嘉慶二年曾作為宮廷貢品，2016年被列為湖南省省級非物質(zhì)文化遺產(chǎn)名錄[1]。河溪香醋以高寒山區(qū)優(yōu)質(zhì)大米為原料，以辣蓼草、黃金葉自然制曲，不添加任何人工菌種和酶制劑，采用純天然自然液態(tài)發(fā)酵，經(jīng)過蒸煮、制曲、曬曲、入壇發(fā)酵、陳釀、攪拌、滅菌灌裝8道工序，歷時(shí)2年以上釀造而成。成品棕紅透明、香氣馥郁、爽口無澀、回味甘甜，富含氨基酸、維生素等多種營養(yǎng)保健物質(zhì)[2]?；诃h(huán)境獨(dú)特、工藝獨(dú)特、品質(zhì)獨(dú)特、功效獨(dú)特4個(gè)特質(zhì)，河溪香醋及其衍生出的系列產(chǎn)品逐漸走向國內(nèi)外更廣闊的市場。

食醋香氣成分對評價(jià)食醋品質(zhì)具有極大參考價(jià)值，香氣成分則與原料選擇、發(fā)酵工藝、陳釀條件等密切相關(guān)。目前諸多學(xué)者對不同種類食醋香氣成分進(jìn)行了研究。如袁小單等[3]利用SPME-GC-MS分析了超高壓處理對鎮(zhèn)江香醋香氣的影響；孫宗保等[4]利用GC-O結(jié)合GC-MS分析了不同醋齡鎮(zhèn)江香醋的香氣成分；Xing等[5]利用基于代謝指紋法的GC-MS比較了生醋和焙烤醋揮發(fā)性成分的差異；Jo等[6]利用電子鼻、電子舌、MS-電子鼻檢測蘋果醋的香氣成分；郝勇等[7]利用近紅外光譜(NIRS)結(jié)合自組織映射(SOM)和支持向量機(jī)(SVM)對食醋釀造年份和品牌進(jìn)行判別分析；韋璐等[8]通過連續(xù)固定化發(fā)酵的方法釀制香蕉果醋，采用頂空固相微萃取—?dú)庀嗌V—質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)分析鑒定不同發(fā)酵階段果醋的揮發(fā)性成分，并分析其主要香氣物質(zhì)含量的動(dòng)態(tài)變化。

盡管國內(nèi)外對食醋香氣成分研究較多、方法較廣，但針對河溪香醋這一品牌香氣成分研究基本處于空白，未見不同陳釀年份河溪香醋香氣成分差異的相關(guān)報(bào)道。研究擬通過頂空固相微萃取—?dú)庀嗌V質(zhì)譜技術(shù)(HS-SPME-GC-MS)對5組發(fā)酵工藝完全相同，但陳釀時(shí)間不同的河溪香醋的香氣成分進(jìn)行解析，旨在探究不同醋齡河溪香醋的揮發(fā)性風(fēng)味成分的種類及其含量差異。

1 材料和方法

1.1 原料

河溪香醋：醋齡為2017、2018、2019、2020、2021年(分別對應(yīng)陳釀5，4，3，2，1年的河溪香醋)，湘西土家族苗族自治州邊城醋業(yè)科技有限責(zé)任公司。

1.2 試劑

氯化鈉：分析純，成都市科隆化學(xué)品有限公司。

1.3 主要儀器與設(shè)備

安捷倫氣質(zhì)聯(lián)用儀：Agilent 5975C型，美國安捷倫公司；

固相微萃取裝置：PC-420D型，美國Corning公司；

萃取頭：75 μm CAR-PDMS型，美國Supelco公司。

1.4 樣品處理

預(yù)熱固相微萃取儀器45 min，分別取不同年份醋液樣品各8 mL于15 mL樣品瓶，加入2.5 g干燥氯化鈉。將固相微萃取頭插入樣品瓶，55 ℃頂空吸附40 min，攪拌轉(zhuǎn)速為280 r/min，而后將吸附針手動(dòng)插入GC進(jìn)樣口。

1.5 儀器條件及分析方法

1.5.1 色譜條件 HP-5MS 型彈性石英毛細(xì)管柱，30 m×250 μm×0.25 μm；載氣為高純氦氣(99.999%)，柱前壓為48.7 kPa，柱內(nèi)載氣流量為1 mL/min。升溫程序：40 ℃維持5 min，以4 ℃/min升至210 ℃維持10 min，然后以30 ℃/min升至220 ℃維持5 min。進(jìn)樣口溫度280 ℃；分流進(jìn)樣，分流比1∶1。

1.5.2 質(zhì)譜條件 EI離子源，離子源溫度230 ℃，電子能量70 eV，質(zhì)量掃描范圍50～550 amu。

1.5.3 定性方法 河溪香醋香氣成分各色譜峰所對應(yīng)質(zhì)譜圖，通過與NIST11.L譜庫進(jìn)行比對來初步鑒定、定性。

1.5.4 定量方法 以各成分峰面積與色譜圖總有效峰面積比值表示該香氣成分相對含量，運(yùn)用峰面積歸一法進(jìn)行相對定量分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 總離子色譜圖

不同醋齡河溪香醋香氣成分的總離子色譜圖如圖1所示。

圖1 不同醋齡河溪香醋香氣成分的總離子色譜圖Figure 1 Total ion chromatogram of aroma components of different vinegar ages of Hexi balsamic vinegar

2.2 不同醋齡河溪香醋GC-MS分析結(jié)果

由表1可知，不同醋齡河溪香醋所含揮發(fā)性香氣成分在種類和含量上均存在差別。不同醋齡的河溪香醋共檢測出揮發(fā)性香氣成分117種，香氣主要來源于酯類、醇類、醛類、酸類化合物以及少量醚、酮和雜環(huán)化合物。其中醇類物質(zhì)25種、醛類物質(zhì)13種、酸類物質(zhì)14種、酯類物質(zhì)24種、其他類(吡嗪、呋喃、醚等)物質(zhì)41種，五類物質(zhì)的物質(zhì)數(shù)量占總物質(zhì)數(shù)量比例分別為21.4%，11.1%，12.0%，20.5%，35.0%。醇類物質(zhì)以苯乙醇、丁二醇等為主；醛類物質(zhì)以苯甲醛、苯乙醛等為主；酸類物質(zhì)以苯甲酸、辛酸、醋酸等為主；酯類物質(zhì)以苯乙酸乙酯、丙位壬內(nèi)酯、乙酸苯乙酯等為主；其他類以吡嗪、呋喃等雜環(huán)類化合物為主。

表1 不同醋齡河溪香醋香氣成分的GC-MS分析結(jié)果Table 1 GC-MS analysis results of aroma components of Hexi vinegar with different vinegar ages

續(xù)表1

隨著陳釀時(shí)間的延長，揮發(fā)性香氣成分的種類呈下降趨勢(2021年41種、2020年41種、2019年35種、2018年31種、2017年29種)。而且，香氣成分的相對含量也處于動(dòng)態(tài)變化中，醛類、其他類物質(zhì)相對含量整體呈上升趨勢；酸類、酯類物質(zhì)相對含量整體呈下降趨勢；醇類物質(zhì)整體變化不明顯。

2.3 不同組分相對含量及物質(zhì)數(shù)量

2.3.1 醇類物質(zhì)相對含量及物質(zhì)數(shù)量 由圖2可知，2017—2021年河溪香醋樣本所含醇類物質(zhì)的變化呈“W”型，其中2021年的種類最多。檢出的醇類物質(zhì)種類豐富，包含一元醇和多元醇，一元醇如2-己醇、異丙醇、3-甲基-2-戊醇等，多元醇如2,3-丁二醇、丙二醇、四甘醇等。醋中的醇類物質(zhì)絕大部分是由于微生物分解糖苷類、氨基酸和脂肪酸產(chǎn)生的，主要產(chǎn)生于酒精發(fā)酵階段[9]。試驗(yàn)檢測出的醇類物質(zhì)為揮發(fā)性醇類物質(zhì)，有些非揮發(fā)性高級醇未能檢測出，可能的原因有：① 生產(chǎn)量極少；② 在醋酸發(fā)酵環(huán)節(jié)因發(fā)生氧化反應(yīng)而轉(zhuǎn)變成乙酸，或與酸類物質(zhì)發(fā)生酯化反應(yīng)而產(chǎn)生大量的酯類物質(zhì)。

2017—2021年的河溪香醋樣本中醇類物質(zhì)相對含量最高的為2019年的，達(dá)到41%。結(jié)合表1及圖2，2019年所含醇類物質(zhì)為2-己醇、2,3-丁二醇、(2S,3S)-(+)-2,3-丁二醇、芐醇、苯乙醇，其相對含量分別為0.72%，8.42%，8.38%，0.13%，44.76%。其中苯乙醇在5組樣本中均有存在，并占據(jù)當(dāng)年醇類物質(zhì)相對含量之首，其主要來源于酵母菌的氨基酸代謝產(chǎn)物[10]。

圖2 不同醋齡河溪香醋中醇類物質(zhì)相對含量及 物質(zhì)數(shù)量的變化趨勢Figure 2 Change trend of relative content and substances number of alcohols in Hexi vinegar with different vinegar ages

2.3.2 醛類物質(zhì)相對含量及物質(zhì)數(shù)量 由圖3可知，隨著陳釀時(shí)間的延長，醛類物質(zhì)的相對含量及物質(zhì)數(shù)量整體變化趨勢相似，且均為2020年的河溪香醋樣本物質(zhì)數(shù)量最多。

圖3 不同醋齡河溪香醋中醛類物質(zhì)相對含量及 物質(zhì)數(shù)量的變化趨勢Figure 3 Change trend of relative content and substances number of aldehydes in Hexi vinegar with different vinegar ages

檢出的醛類物質(zhì)以無環(huán)脂肪醛和芳香醛為主，無環(huán)脂肪醛如癸醛、十二醛、十一醛，芳香醛如苯甲醛、苯乙醛、香草醛等；糠醛、苯甲醛、苯乙醛存在于大部分年份的陳醋中?？啡┰?017、2018、2020年的樣本中均檢出；苯甲醛和苯乙醛在2017—2020年的樣本中均檢出。

2020年的河溪香醋樣本醇類物質(zhì)相對含量最高(為44%)，2021年的最低為1%。結(jié)合表1及圖3，苯甲醛的相對含量占2017、2018、2019、2020年醛類物質(zhì)相對含量之首，苯乙醛占2021年醛類物質(zhì)相對含量之首。苯乙醛存在于不同醋齡的河溪香醋中，其相對含量分別為0.90%，3.98%，2.16%，2.08%，0.89%，其變化趨勢與醛類物質(zhì)整體變化趨勢一致。

醛類物質(zhì)是食醋風(fēng)味重要的組成部分，但它的氣味閾值一般低于醇類物質(zhì)。同時(shí)，醛類物質(zhì)具有較強(qiáng)的與許多其他物質(zhì)重疊的風(fēng)味效應(yīng)[11]。

2.3.3 酸類物質(zhì)相對含量及物質(zhì)數(shù)量 由圖4可知，隨著陳釀時(shí)間的延長，酸類物質(zhì)數(shù)量呈先上升后下降趨勢，2019年的河溪香醋樣本所含酸類物質(zhì)數(shù)量最多。

圖4 不同醋齡河溪香醋中酸類物質(zhì)相對含量及 物質(zhì)數(shù)量的變化趨勢Figure 4 Change trend of relative content and substances number of acids in Hexi vinegar with different vinegar ages

隨著陳釀時(shí)間的延長，酸類物質(zhì)的相對含量呈先下降后上升趨勢，2021年的河溪香醋樣本所含酸類物質(zhì)相對含量最高達(dá)32%，2019年的最低為10%。不同年份的河溪香醋樣本所含酸類物質(zhì)變化：2021—2019年呈上升趨勢，2019—2017年呈下降趨勢，苯甲酸、辛酸、己酸、癸酸、醋酸分別占2017、2018、2019、2020、2021年的酸類物質(zhì)相對含量之首。陳釀過程中酸類物質(zhì)相對含量先降后升，可能的原因是部分酸類物質(zhì)和醇類物質(zhì)發(fā)生了酯化反應(yīng)，而后部分飽和脂肪酸或酯類物質(zhì)又會(huì)分解產(chǎn)酸。這種合成與分解可能主要是因?yàn)樵谑炒姿嵝泽w系中，酯類物質(zhì)處于連續(xù)酯化形成和水解消耗的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，但水解—酯化平衡狀態(tài)受酸/醇類物質(zhì)含量、pH、溫度等因素的影響[12-13]。

2.3.4 酯類物質(zhì)相對含量及物質(zhì)數(shù)量 由圖5可知，2018、2019年的河溪香醋樣本所含酯類物質(zhì)數(shù)量最高(10種)，2017年河溪香醋樣本所含酯類物質(zhì)數(shù)量最低(4種)。酯類物質(zhì)是醇醛酸酯四大類化合物中種類最豐富的一類，是河溪香醋揮發(fā)性香氣成分的重要組成。

2021年河溪香醋樣本所含酯類物質(zhì)相對含量最高為35%，2017年河溪香醋樣本所含酯類物質(zhì)相對含量最低為11%。結(jié)合表1及圖5，三氟乙酸2-苯乙酯、鄰甲基苯甲酸乙酯、乙酸苯乙酯、3-甲基-1-丁醇乙酸酯、2-羥基丙酸乙酯分別占2017、2018、2019、2020、2021年的酯類物質(zhì)相對含量之首。檢出的酯類物質(zhì)中，苯乙酸乙酯在5組醋齡的河溪香醋樣本中均存在，其相對含量分別為1.82%，7.58%，1.39%，1.63%，1.77%。

圖5 不同醋齡河溪香醋中酯類物質(zhì)相對含量及 物質(zhì)數(shù)量的變化趨勢Figure 5 Change trend of relative content and substances number of esters in Hexi vinegar with different vinegar ages

酯類物質(zhì)是重要的呈味呈香物質(zhì)，在醋的發(fā)酵過程中合成途徑有2種：① 后熟和發(fā)酵的過程中有機(jī)酸與醇的酯化反應(yīng)，但該反應(yīng)在常溫條件下進(jìn)行極為緩慢，往往需經(jīng)幾年時(shí)間才能使酯化反應(yīng)達(dá)到平衡；② 微生物的生化反應(yīng)，這是食醋生產(chǎn)中產(chǎn)酯的主要途徑，即在微生物的作用下，酸先被活化為相應(yīng)的酰基輔酶A，再與乙醇合成相應(yīng)的乙酯[14]。

2.3.5 其他類物質(zhì)相對含量及物質(zhì)數(shù)量 由圖6可知，其他類物質(zhì)中包含大部分雜環(huán)化合物如吡嗪、呋喃，以及部分醚、酰胺、酮等，如2,3-二甲基-5-乙基吡嗪、5-甲基-2-乙?；秽?-乙?；?2-丁酮等。隨著陳釀時(shí)間的延長，其他類物質(zhì)數(shù)量整體呈先上升后下降，再緩慢上升的趨勢，而相對含量整體呈上升趨勢。2020年的河溪香醋樣本所含其他類物質(zhì)數(shù)量達(dá)到最大，而其余4年的其他類物質(zhì)數(shù)量差距較小。雜環(huán)化合物數(shù)量在其他類物質(zhì)中占據(jù)主體地位，主要是發(fā)酵陳釀過程中一些物質(zhì)發(fā)生環(huán)化反應(yīng)產(chǎn)生。

圖6 不同醋齡河溪香醋中其他類相對含量及 物質(zhì)數(shù)量的變化趨勢Figure 6 Change trend of relative content and substances number of other kinds in Hexi vinegar with different vinegar ages

5組樣本中，2017年的其他類物質(zhì)相對含量最高(44%)，2019年的最低(11%)。與醇醛酸酯四大類物質(zhì)相比，其他類物質(zhì)相對含量占比較小。

在陳釀過程中，從總體上看五類物質(zhì)的物質(zhì)數(shù)量情況：醇類物質(zhì)總體呈“W”型；醛類物質(zhì)整體上呈先上升后緩慢下降至較平穩(wěn)趨勢；酸類物質(zhì)總體上呈先上升后下降趨勢；酯類物質(zhì)在2018—2021年整體變化不大，而2017年的即陳釀時(shí)間最久的最低；其他類物質(zhì)整體呈先上升后下降又緩慢上升趨勢。同時(shí)，2017年的河溪香醋樣本所含揮發(fā)性香氣成分以其他類、酸類、醇類為主；2018年的河溪香醋樣本所含揮發(fā)性香氣成分以其他類、酯類、酸類為主；2019年的河溪香醋樣本所含揮發(fā)性香氣成分以其他類、酸類、酯類為主；2020年的河溪香醋樣本所含揮發(fā)性香氣成分以其他類、醛類、酯類為主；2021年的河溪香醋樣本所含揮發(fā)性香氣成分以其他類、酯類、醇類為主。河溪香醋陳釀期間發(fā)生的氧化、生化等反應(yīng)使各類物質(zhì)含量和種類整體處于動(dòng)態(tài)變化之中。

3 結(jié)論

研究采用頂空固相微萃取—?dú)庀嗌V質(zhì)譜技術(shù)(HS-SPME-GC-MS)對不同醋齡河溪香醋揮發(fā)性香氣成分進(jìn)行了定性與定量研究。結(jié)果表明：不同醋齡河溪香醋均含有醇、醛、酸、酯、其他五類物質(zhì)，且揮發(fā)性物質(zhì)組分種類及其相對含量存在差異。隨著醋齡的增加，河溪香醋所含揮發(fā)性物質(zhì)數(shù)量逐漸減少。根據(jù)其整體變化趨勢可知，醋齡為2019年的河溪香醋所含的醇、醛、酸、酯、其他五類物質(zhì)相對含量相差較小，整體處于比較均衡的狀態(tài)，由此可見，2019年的河溪香醋樣本質(zhì)量相對較好。陳釀時(shí)間過短或過長，其品質(zhì)都有所欠佳。

深層探究其變化機(jī)理可知，各種揮發(fā)性組分之間由于酯化、分解、氧化、生化等反應(yīng)發(fā)生相互轉(zhuǎn)化，醇、醛、酸、酯、其他五大類揮發(fā)性香氣成分整體的變化趨勢最終會(huì)趨于動(dòng)態(tài)平衡，使整個(gè)揮發(fā)性香氣組分體系組成變得穩(wěn)定。香氣成分因醋齡不同而存在差異，不同組分的相互融合與作用形成了不同陳釀年份河溪香醋特有的香氣特征。陳釀時(shí)間長短與食醋品質(zhì)優(yōu)劣不存在單一對應(yīng)關(guān)系，而是受多因素的影響。陳釀時(shí)間對食醋品質(zhì)的具體影響還需進(jìn)行進(jìn)一步的研究論證。為了解河溪香醋與其他種類食醋的差異，還需要對其發(fā)酵條件、工藝及作用菌種進(jìn)行試驗(yàn)探究，其揮發(fā)性香氣的形成機(jī)理更需要從微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析。