不同原料發(fā)酵原醋中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)成分分析

曾 健，林良靜，莫梅清，黃立標(biāo)，許朝輝，高向陽*

（1.華南農(nóng)業(yè)大學(xué) 食品學(xué)院 廣東省功能食品活性物重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 嶺南現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科學(xué)與技術(shù)廣東省實(shí)驗(yàn)室，廣東 廣州 510642；2.陜西時(shí)代釀造科技有限公司，陜西 楊凌 712100）

醋是以酒精、谷物或帶糖分的水果等為原料發(fā)酵而成的酸味調(diào)味品[1]，不僅含有大量的有機(jī)酸類物質(zhì)，而且含有人體必需氨基酸、維生素和多種礦物質(zhì)及多種功能性成分[2]。如植物甾醇以及黃酮類物質(zhì)，可以給人體帶來很多益處，包括降低血脂作用[3]、刺激人體食欲、促進(jìn)鈣離子吸收[4]、抗疲勞[5]等。釀造醋由于釀造的地理環(huán)境、原料與工藝不同，呈現(xiàn)不同風(fēng)味[6-8]。醋的品質(zhì)好壞很大程度取決于香氣成分，也是生產(chǎn)發(fā)酵過程的重要決定因素[9]。中國傳統(tǒng)食醋的主要揮發(fā)性成分是酯類、醛類、酸類、醇類等，通過物質(zhì)之間的相互作用可形成獨(dú)特的食醋風(fēng)味[10]，隨著風(fēng)味解析技術(shù)的迅速發(fā)展，食醋風(fēng)味的研究分析越來越多。如今在谷物醋中鑒定出來化合物大約360種[11]，因此香氣成分分析對于食醋的品質(zhì)分析尤其重要。

固相微萃?。╯olid phase microextraction，SPME）與氣相色譜-質(zhì)譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）聯(lián)用技術(shù)[11-12]，集萃取、濃縮、分析于一體，被廣泛應(yīng)用在揮發(fā)成分的檢測[13-14]。目前已成為對揮發(fā)性成分及揮發(fā)性物質(zhì)組成進(jìn)行精確定性、定量分析的有效手段[15]。

本研究采用固相微萃取（SPME）結(jié)合氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）技術(shù)，研究不同原料發(fā)酵的原醋的風(fēng)味成分，并結(jié)合相對氣味活度值（relative odor activity value，ROAV）探討不同原醋中關(guān)鍵的特征香氣成分[16-17]。為不同原料發(fā)酵的原醋風(fēng)味的解析以及香氣成分的調(diào)控提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大棗、梨、大米麩皮、葡萄、柿子、桑葚、山楂、香蕉八種原料分別發(fā)酵的原醋（4 ℃低溫密封保存）：陜西時(shí)代釀造科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

GC-MS-QP2010 ULTRA氣質(zhì)聯(lián)用儀：日本島津株式會社；SPME手動進(jìn)樣器、SPME萃取裝置（50/30 μm，DVB/CAR/PDMS）：美國Supelco公司；PC-420磁力恒溫?cái)嚢杵鳎好绹鳦orning公司。

1.3 方法

1.3.1 原醋的加工工藝流程及操作要點(diǎn)

1.3.2 原醋中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分析（1）樣品前處理

將原醋樣品搖晃均勻，準(zhǔn)確吸取5 mL樣品置于40 mL頂空瓶中，在45 ℃下平衡35 min，將老化（230 ℃，120 min）后的萃取頭插入樣品瓶頂空部分萃取30 min，隨后插入氣相色譜進(jìn)樣口，在230 ℃的條件下解吸3 min，同時(shí)啟動儀器采集數(shù)據(jù)，用于GC-MS的分離與鑒定。

（2）GC-MS分析

在李晶等[18]測定方法上稍作修改。GC條件：采用DBWAX柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）。升溫程序：初始溫度40 ℃，保持2 min，以4 ℃/min升溫至150 ℃，然后以15 ℃/min的速度上升至220 ℃，并保持8 min。流速1.0 mL/min，分流比10∶1。MS條件：電離方式為電子電離（electronic ionization，EI）源，電子能量70 eV，離子源溫度為230 ℃；質(zhì)量掃描范圍35～400 m/z。

（3）定性定量方法[19]

根據(jù)美國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所（national institute of standards and technology，NIST）14質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫通過匹配度和保留時(shí)間并結(jié)合保留指數(shù)確定，并選擇與匹配度＞85%的成分為有效香氣成分。采用峰面積歸一化法進(jìn)行定量分析，得到揮發(fā)性物質(zhì)的相對含量。

1.3.3 相對氣味活度值

基于化合物的相對含量，參考劉登勇等[20]評價(jià)方法，利用ROAV值評價(jià)各組分對原醋揮發(fā)性風(fēng)味的相對貢獻(xiàn)。選擇對樣品總體風(fēng)味貢獻(xiàn)最大的組分定義為ROAVstan=100，其他揮發(fā)性物質(zhì)ROAV計(jì)算公式如下：

式中：C%A表示各揮發(fā)性組分的相對百分含量，%；TA表示各揮發(fā)性組分的閾值，mg/kg；C%stan表示對樣品風(fēng)味貢獻(xiàn)最大組分的相對百分含量，%；Tstan表示對樣品風(fēng)味貢獻(xiàn)最大組分的閾值，mg/kg。

2 結(jié)果與分析

2.1 八種原醋中揮發(fā)性成分GC-MS分析

2.1.1 八種原醋中揮發(fā)性成分的數(shù)量和含量分析

采用GC-MS對八種發(fā)酵原醋的揮發(fā)性風(fēng)味成分進(jìn)行測定，各類揮發(fā)性風(fēng)味成分種類及相對含量見圖1，各揮發(fā)性風(fēng)味成分含量測定結(jié)果見表1。

圖1 八種原醋中各類別揮發(fā)性物質(zhì)的相對含量（A）和數(shù)量（B）Fig.1 Relative contents (A) and numbers (B) of each category volatile substances in eight kinds of original vinegars

由圖1及表1可知，共檢測出128種揮發(fā)性物質(zhì)，共6大類，包括19種醛類、48種酯類、18種醇類、7種酸類、16種酮類和20種其他類物質(zhì)。其中，酯類和醛類物質(zhì)種類最豐富，其次是醇類物質(zhì)、酮類物質(zhì)和酸類物質(zhì)。八種原醋的揮發(fā)性物質(zhì)組成較相似，但豐度有較大差異。

表1 八種原醋中的揮發(fā)性成分含量GC-MS測定結(jié)果Table 1 Determination results of volatile components contents in eight kinds of original vinegars analyzed by GC-MS

續(xù)表

續(xù)表

由圖1A可知，酸類物質(zhì)含量高于其他種類，相對含量在29.49%～83.36%，特別是香蕉原醋中酸類物質(zhì)相對含量占比達(dá)到了83.36%。其次是酯類物質(zhì)（6.79%～36.07%）、醛類物質(zhì)（0.13%～27.44%）、醇類物質(zhì)（1.97%～25.85%）和酮類物質(zhì)（0.35%～9.15%）。

2.1.2 八種原醋中揮發(fā)性物質(zhì)成分分析

醛類物質(zhì)的產(chǎn)生主要是醋加工過程中由還原糖通過Maillard反應(yīng)或焦糖反應(yīng)降解而形成的[21]。由表1可知，壬醛、3-糠醛、苯甲醛是八種原醋中出現(xiàn)最多的醛類物質(zhì)，其中山楂原醋中的3-糠醛相對含量最高，達(dá)到16.81%，其次是桑葚原醋，達(dá)10.38%，其他六種原醋中的相對含量則都在10%以下。而苯甲醛則是八種原醋所共有的，具有非常強(qiáng)烈的杏仁味[22]，桑葚原醋中相對含量最高，達(dá)11.86%，而梨原醋、葡萄原醋及柿子原醋中的含量則分別只有0.01%、0.13%和0.07%。

酯類物質(zhì)主要來自發(fā)酵過程中酸類物質(zhì)和醇類物質(zhì)的酯化反應(yīng)。由圖1B及表1可知，八種原醋中的酯類物質(zhì)的種類是最多的，其中乙酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸丁酯、乙酸異丁酯、異戊酸乙酯、乙酸異戊酯、正己酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸芐酯、乙酸苯乙酯等在八種原醋中基本都有出現(xiàn)。這類物質(zhì)一般具有令人愉悅的水果香味[23-24]，對原醋的香氣成分有著很重要的影響。

醇類物質(zhì)的產(chǎn)生主要來自酵母作用下氨基酸的代謝物[11]。由表1可知，乙醇、（R）-（-）-2-丁醇、異丁醇、異戊醇、2-丙基-1-戊醇、苯乙醇等在八種原醋中含量較高，尤其是苯乙醇更是八種原醋中所共有的，在梨原醋中的相對含量最少（0.10%），在葡萄原醋中最多（1.25%），具有令人愉悅的玫瑰花香[25]。

酸類物質(zhì)的產(chǎn)生主要是在醋酸菌的酸發(fā)酵過程中形成的，它們對醋的味道起著重要的作用[26]。由表1可知，八種原醋中乙酸的相對含量有較大的差異，大米原醋中相對含量只有28.60%，香蕉原醋中高達(dá)83.35%，主要來自碳水化合物經(jīng)過酵母的無氧呼吸作用生成乙醇，再通入大量氧氣使醋酸桿菌大量繁殖，將乙醇轉(zhuǎn)化為乙酸，而乙酸是醋酸味主要來源[24]。

酮類物質(zhì)主要來自于發(fā)酵過程中微生物的代謝作用，很多都具有著令人愉悅的氣味。由表1可知，八種原醋中出現(xiàn)頻率較高的有2,3-丁二酮、3-羥基-2-丁酮、3-乙?；?2-丁酮，其中3-乙?；?2-丁酮在八種原醋中同時(shí)出現(xiàn)，它主要來自于酒精發(fā)酵過程中某些微生物的代謝作用，大多數(shù)的酮類物質(zhì)對醋的香味特征有著重要的貢獻(xiàn)[21]。

由表1可知，其他類物質(zhì)中相對含量較高的主要有川芎嗪和DL-薄荷醇，川芎嗪是由Maillard反應(yīng)的Heyns和Amadori中間體的鏈斷裂而產(chǎn)生[22]，在大棗原醋、大米原醋、桑葚原醋都有檢測到，相對含量分別為1.30%、1.37%以及2.19%。而DL-薄荷醇只在梨原醋和柿子原醋中檢測到分別為2.35%和0.81%的相對含量。

大棗原醋中特有的物質(zhì)有5-甲基己醛、丙酸香葉酯、3-乙氧基丙酸乙酯、苯甲酸甲酯、3-苯丙酸乙酯、2-羥甲基苯甲酸、4-甲基-6-庚烯-3-酮、苯乙酮、苯丙酮、2,3,5-三甲基吡嗪、5-甲基-2-乙?；秽?，這與王潔茹等[27]的結(jié)論一致。其中的酯類物質(zhì)多含有水果香、花香。梨原醋中特有的物質(zhì)有乙二醇二乙酸酯、水楊酸甲酯、甲醇、3-戊烯-2-酮。這與MA X等[28]結(jié)論一致。大米原醋中特有的物質(zhì)有苯乙醛、4-羥基-3-甲基苯乙酮、異丁酰胺、N,N-二甲基丙酰胺、（-）-4-萜品醇。這與GONG M等[29]的結(jié)論一致。葡萄原醋中特有的物質(zhì)有乙酸戊酯、庚酸乙酯、乙酸糠酯、乳酸異戊酯、DL-3-乙酰氧基丁酸乙酯、（2R,3R）-（-）-2,3-丁二醇、3-呋喃甲醇、乙酰氧基乙酸、2-正戊基呋喃。柿子原醋中特有的物質(zhì)有辛酸甲酯、乙酸薄荷酯。桑葚原醋中特有的物質(zhì)有異戊醛、2,3-二氫-2,2,6-三甲基苯甲醛、丁酸甲酯、丁酸異戊酯、3-甲基苯基丁酸酯、丁酸苯乙酯、2-乙基己醇、異丁酸酐、丙酸、丁酸。山楂原醋中獨(dú)有的物質(zhì)有正己醛、庚醛、正辛醛、十二醛、異戊酸甲酯、醋酸-2-乙基己酯、苯乙酸甲酯、3,4,5-三甲基-4-庚醇、環(huán)壬酮、2-乙烯基-2,6,6-三甲基四氫-2H-吡喃。醛類物質(zhì)和酯類物質(zhì)較多，醛類物質(zhì)一般具有較低的氣味閾值[30]，一般具有花的香氣，是醋中重要的香氣成分。香蕉原醋中獨(dú)有的物質(zhì)有1,3-丙二醇二乙酸酯、紫羅蘭酮。后者具有紫羅蘭獨(dú)特的香氣，豐富了香蕉原醋的風(fēng)味。

2.2 ROAV分析

揮發(fā)性物質(zhì)相對含量的高低并不能說明其對風(fēng)味的貢獻(xiàn)程度大小[8]，故結(jié)合各揮發(fā)性化合物的呈味閾值，進(jìn)行ROAV分析。本次只對查詢到閾值的化合物進(jìn)行分析[31]。結(jié)果見表2。

當(dāng)ROAV＞1，表示該物質(zhì)對整體香氣成分有著重要的貢獻(xiàn)，為主要的香氣成分，該值越大，表示對風(fēng)味的貢獻(xiàn)程度也就越大。當(dāng)0.1＜ROAV＜1，則表示該物質(zhì)對整體的風(fēng)味成分有著重要的修飾作用[17]。

由表2可知，除了葡萄原醋和柿子原醋中的醛類物質(zhì)的ROAV都＜1以外，其他六種原醋中醛類物質(zhì)的ROAV值都有＞1的，特別是大米原醋和山楂原醋中都達(dá)到了5種，通過以前的研究報(bào)道得知，醛類物質(zhì)可以通過Maillard反應(yīng)和Strecker降解生成[32]，推測可能是由于大米原醋和山楂原醋工藝導(dǎo)致。

表2 八種原醋中揮發(fā)性化合物相對氣味活度值Table 2 Relative odor activity value of volatile compounds in eight kinds of original vinegars

酯類物質(zhì)一般具有令人愉悅的水果香味，對原醋最終的風(fēng)味感官有著極顯著的影響[21]。八種原醋中的關(guān)鍵性風(fēng)味成分都有較多的酯類物質(zhì)。尤其包括異丁酸乙酯、異戊酸乙酯、乙酸異戊酯以及正己酸乙酯四種酯類物質(zhì)。這四種酯類物質(zhì)對原醋的風(fēng)味有著重要的貢獻(xiàn)，這和ACE?A L等[23]的結(jié)論一致。異丁酸乙酯具有令人愉悅的水果香味，香氣持久。異戊酸乙酯具有濃郁的水果香味。乙酸異戊酯具有香蕉和梨的香味，氣味濃郁持久。正己酸乙酯具有令人愉快的氣味。大棗原醋中關(guān)鍵性風(fēng)味成分依次是異丁酸乙酯、異戊酸乙酯、乙酸異戊酯、正己酸乙酯等。梨原醋中依次是乙酸異戊酯、辛酸乙酯、正己酸乙酯等。大米原醋中依次是異丁酸乙酯、乙酸異戊酯、異戊酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯等。葡萄原醋中依次是乙酸異戊酯、辛酸乙酯、正己酸乙酯和異戊酸乙酯等。柿子原醋中依次是辛酸乙酯、乙酸異戊酯、正己酸乙酯、異丁酸乙酯以及異戊酸乙酯等。桑葚原醋中主要是丁酸乙酯、乙酸異戊酯等。山楂原醋中依次是異戊酸乙酯、異戊酸甲酯、2-甲基丁酸甲酯等。香蕉原醋中只有乙酸苯乙酯。

酮類物質(zhì)很多呈現(xiàn)出令人愉悅的味道，像水果香味、酸奶香氣以及蘑菇芳香[33]。雖然它們含量不高，但對醋的香氣成分有重要的貢獻(xiàn)[21]。除了梨原醋、葡萄原醋和柿子原醋外，2,3-丁二酮都有在其他五種原醋中出現(xiàn)并且ROAV均＞1，說明它是這五種原醋中的關(guān)鍵性風(fēng)味成分之一，這與AL-DALALI S等[34]的結(jié)論一致。

3 結(jié)論

通過SPME-GC-MS技術(shù)對八種不同原料發(fā)酵得到的原醋揮發(fā)性風(fēng)味成分進(jìn)行分析，共檢測出128種揮發(fā)性物質(zhì)，包括醛類19種、酯類48種、醇類18種、酸類7種、酮類16種以及其他類20種（萜烯類、呋喃類、酚類）。苯甲醛、乙酸乙酯、乙醇、苯乙醇、醋酸、3-乙酰基-2-丁酮為八種原醋共有的揮發(fā)性化合物。結(jié)合ROAV分析，其中酯類物質(zhì)包括異丁酸乙酯、異戊酸乙酯、乙酸異戊酯以及正己酸乙酯獨(dú)特的水果香味對八種原醋的風(fēng)味有著最重要的貢獻(xiàn)，是發(fā)酵原醋中獨(dú)特清香來源的關(guān)鍵成分。綜上所述，對不同品種原料發(fā)酵原醋風(fēng)味的組成成分以及各化合物對整體風(fēng)味的貢獻(xiàn)程度進(jìn)行分析，為不同品種原料發(fā)酵的原醋風(fēng)味的解析以及香氣成分的調(diào)控提供理論依據(jù)。