釀造食醋與配制食醋成分鑒別方法研究

肖　輝,劉麗娟,李冰寧，杜建萍

(北京市食品安全監控和風險評估中心,北京 100041)

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釀造食醋與配制食醋成分鑒別方法研究

肖輝,劉麗娟,李冰寧，杜建萍

(北京市食品安全監控和風險評估中心,北京 100041)

本研究通過測定市場中18個配制食醋、90個釀造食醋中的有機酸、游離氨基酸的含量,利用主成分分析方法對檢測結果進行分析,建立了鑒別釀造食醋和配制食醋的方法。結果表明:釀造食醋的乳酸含量在500～15000 mg/kg之間,配制食醋乳酸含量在0～500 mg/kg之間,差異明顯;釀造食醋中的游離氨基酸種類和含量都明顯高于配制食醋;主成分分析結果表明,食醋樣品可明顯分為固體發酵食醋與配制食醋兩大類,因此,通過檢測食醋中乳酸、丙氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸、蘇氨酸、絲氨酸、甘氨酸的含量,對主成分分析法作了重要貢獻,可以有效區分釀造和配制食醋,達到鑒別市場上標稱的釀造食醋的真偽的目的。

食醋鑒別,乳酸,有機酸,游離氨基酸,主成分分析

食醋是一種古老的釀造調味品,在中國,上溯到西周時期就用醋來調味,而北魏時期的《齊民要術》中就收納了22種制醋方法[1]。根據工藝流程,可將醋分為釀造食醋和配制食醋兩大類。其中釀造食醋根據發酵工藝不同,可分為固態發酵食醋、液態發酵食醋;配制食醋是以釀造食醋為主體,與冰乙酸、食品添加劑等混合配制而成的調味食醋。釀造食醋與配制食醋無論在生產工藝上、生產成本上、營養價值上、口感風味上都有很大不同。釀造醋以酸味純正、香味濃郁、色澤鮮明占優勢。因此,廚房中常見的醋大都是釀造醋,如香醋、陳醋和熏醋等,此外還有一些飲用果醋。但是因為生產成本、消費者接受程度、口感等各方面原因,食醋市場上仍然存在著以配制食醋冒充釀造食醋的情況。配制食醋在主要指標乙酸含量上與釀造食醋相仿,難以通過傳統的理化指標進行鑒別,因此,建立和完善行之有效的鑒別真偽的方法刻不容緩。

近年來,隨著化學計量學和計算機科學的發展,人們越來越多地傾向于用模式識別方法結合各種化學分析方法解決食品分類和質量鑒別的難題。在國外,采用各種儀器分析方法包括傳感器分析[2-3],離子選擇電極[4],原子吸收光譜[5],氣相色譜[6-9]。裂解質譜[10-11]等測定食醋中的一些化合物或醋的一些物理化學性質,結合化學計量學方法解析,對食醋進行分類和質量鑒別。國內學者也采用傳感器[12-13]、紫外光譜[14-15]、近紅外光譜[16-18]、原子吸收法、高效液相色譜等與化學計量學結合對食醋進行分類或理化指標分析。

食醋的檢測指標繁多,在尋找特征指標時,需要用簡便、準確和有效的方法從指標中篩選出有效的特征指標。本文依據樣品中釀造食醋與配制食醋的營養成分數據的分析結果,結合化學計量學,采用主成分分析方法對食醋進行聚類,得到了質量相近的物質聚為一類的結論,并找出對聚類分析貢獻較大的營養指標,從而尋找出釀造與配制食醋的區別性指標。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

本研究主要在北京市海淀、朝陽、房山、豐臺、門頭溝、石景山、通州、順義、宣武9大區縣中的共計30個大型集貿市場、超市、連鎖店以及批發、零售市場抽取樣品108個,其中有標稱釀造食醋90個,配制食醋18個。樣品產地涉及北京、天津、山西、江蘇、上海、香港等地區的近百家生產企業。

H3PO4(分析純)、NaH2PO4(分析純)、亞鐵氰化鉀(分析純)、ZnSO4(分析純)、乙酸(分析純)、甲醇(色譜純),中國醫藥(集團)上海化學試劑公司;草酸、丙酮酸、檸檬酸、乳酸、酒石酸、琥珀酸、富馬酸和蘋果酸均為色譜純,Sigma-Aldrich(上海)公司。濃鹽酸:優級純、26 mol/L鹽酸(濃鹽酸與水1∶1混合而成)、苯酚(需重蒸餾)、混合氨基酸標準液(0.0025 mol/L)、緩沖液(pH分別為2.2,3.3,4.0,6.4的檸檬酸鈉緩沖液)、茚三酮溶液、高純氮氣(純度99.99%)、冷凍劑(市售食鹽與冰按1∶3混合)。

SevenEasy實驗室pH計、電子天平Mettler Toledo儀器(上海)有限公司;高效液相色譜DIONEX公司;樣品預處理柱Sep-Pak C18Cartridge美國Waters公司、真空泵、恒溫干燥箱、水解管(耐壓螺蓋玻璃管或硬質玻璃管,體積20～30 mL)、真空干燥器(溫度可調節)、氨基酸的自動分析儀。

1.2實驗方法

1.2.1有機酸含量測定樣品處理:取5 mL醋樣于100 mL容量瓶中,分別加入2 mL亞鐵氰化鉀(106 g/L)和2 mL ZnSO4(300 g/L);搖勻后用去離子水定容,靜止沉淀1 h后用雙層濾紙過濾,濾液用0.22 μm微孔濾膜過濾,濾液再用Sep-PakC18固相小柱進行處理。固相小柱采用甲醇進行活化,用超純水將甲醇洗凈,然后將樣品溶液用小柱進行處理。處理后的溶液采用HPLC進行有機酸分析。色譜峰以保留時間和樣品加標定性,將各種有機酸標準溶液在同樣的色譜條件下進樣,繪制標準曲線,采用峰面積外標法定量。

色譜分析條件:色譜柱,Waters Atlantis dC18,5 μm,4.6 mm×150 mm;柱溫30 ℃;流動相:20 mmol/L NaH2PO4,用H3PO4調pH至2.7;進樣體積10 μL;流速0.7 mL/min,檢測器UV210 nm。

1.2.2游離氨基酸含量測定樣品處理:樣品采集后用均質器均質。

稱樣:準確稱取一定量樣品,精確到0.0001 g。將稱好的樣品防于水解管中。

水解:在水解管內加6 mol/L鹽酸10～15 mL,加入新蒸餾的苯酚3～4滴,再將水解管放入冷凍劑中,冷凍3～5 min,再接到真空泵的抽氣管上,抽真空(接近0 psi),然后充入高純氮氣;再抽真空充氮氣,重復三次后,在充氮氣狀態下封口或擰緊螺絲蓋將已封口的水解管放在(110±1)℃的恒溫干燥箱內,水解22 h后,取出冷卻。打開水解管,將水解液過濾后,用去離子水多次沖洗水解管,將水解液全部轉移到50 mL容量瓶內,用去離子水定容。吸取濾液1 mL于5 mL容量瓶內,用真空干燥器在40～50 ℃干燥,殘留物用1～2 mL水溶解,再干燥,反復進行兩次,最后蒸干,用1 mL pH2.2的緩沖液溶解,供儀器測定用。

測定:準確吸取0.200 mL混合氨基酸標準,用pH2.2的緩沖液稀釋到5 mL,此標準稀釋濃度為5.00 nmol/50 μL,作為上機測定用的氨基酸標準,用氨基酸自動分析儀以外標法測定樣品測定液的氨基酸含量。

1.2.3數據分析為研究食醋的品質特征,本研究分別以8種有機酸含量的百分數、10種游離氨基酸濃度含量作為變量,采用Excel軟件對108個樣品的有機酸數據以及游離氨基酸數據根據樣品包裝標簽進行歸類整理,并根據氨基酸總含量對樣品進行排序。整理后編號1～18號樣品為配制食醋樣品,編號19～108樣品為釀造食醋樣品。

研究以8種有機酸和10種游離氨基酸的濃度作為變量,不同發酵類型作為樣本集,通過Unscrambler X軟件對數據進行主成分分析。樣本包含18個配制食醋、73種固態發酵食醋、17種液態發酵食醋。

2　結果與討論

2.1理化指標分析

2.1.1有機酸含量分析食醋中的有機酸主要是由于食醋發酵過程中存在的醋酸菌、乳酸菌、酵母菌等微生物通過丙酮酸或三羧酸循環形成,從而賦予食醋酸味柔和、回味綿長的口感特點。食醋在釀造過程后期添加乳酸菌與酵母菌共發酵,提高食醋中含氮量及增加不揮發酸的比例,并重視強化陳釀后熟階段,改善食醋風味。釀造食醋中含有多種多樣的有機酸,有機酸的多樣性是構成食醋風味的重要物質基礎之一。食醋中有機酸分為揮發酸和不揮發酸兩種,其中揮發酸以乙酸為主,是食醋酸味的主要來源,乳酸、酒石酸、蘋果酸和琥珀酸為不揮發酸,能夠調節食醋的酸味,使食醋口感更加柔和。本研究以乳酸、乙酸、丙酸、甲酸、丙酮酸、琥珀酸、草酸、檸檬酸8種有機酸作為研究指標，具體結果見圖1。

圖1　食醋中有機酸含量Fig.1　The content of organic acids in vinegar注:1～18配制食醋,19～35液體發酵食醋,36～108固體發酵食醋,圖2同。

由圖1可知釀造、配制食醋所含有機酸主要以乙酸和乳酸為主,它們是食醋中主要的酸性物質,占總有機酸的75%以上。配制食醋和釀造食醋的各種有機酸含量有明顯差異,其中釀造食醋的乳酸含量范圍遠高于配制食醋,18個配制食醋樣本的乳酸含量大多在0～500 mg/kg之間,90個釀造食醋樣本的乳酸含量大多在500～15000 mg/kg之間。另外,釀造食醋的有機酸相比于配制食醋種類更加豐富,丙酸、甲酸、丙酮酸、琥珀酸、草酸、檸檬酸的含量明顯高于配制食醋。

2.1.2游離氨基酸含量分析作為影響食醋風味物質的游離氨基酸,同樣來源于食醋發酵過程中微生物對糧食中氮的代謝。釀造食醋中具有豐富的氨基酸組分,而配制食醋中幾乎不含氨基酸,可通過氨基酸態氮含量分析來鑒別釀造食醋和配制食醋。為研究配制食醋、液態發酵食醋和固態發酵食醋中的游離氨基酸含量的差異,本研究對18個配制食醋、17個液態釀造食醋和73個固態釀造食醋樣本中的包括脯氨酸、精氨酸、組氨酸、賴氨酸等10種氨基酸進行分析,結果如圖2所示。

圖2　食醋中游離氨基酸含量Fig.2　The contents of free amino acids in vinegar注:PRO(脯氨酸),ARG(精氨酸),HIS(組氨酸),LYS(賴氨酸),PHE(苯丙氨酸),TYR(酪氨酸),LEU(亮氨酸),ILE(異亮氨酸),MET(蛋氨酸),VAL(纈氨酸),ALA(丙氨酸),GLY(甘氨酸),GLU(谷氨酸),SER(絲氨酸),THR(蘇氨酸),ASP(天冬氨酸)。

由圖2可知,在配制食醋中未檢測到游離氨基酸,而液態和固態釀造食醋中含有豐富的游離氨基酸,其中谷氨酸的比例較高,很有可能是廠家添加了谷氨酸鈉(味精)調味劑的緣故;而固態發酵食醋相比于液態發酵食醋,還含有7種人體不能合成的必需氨基酸:蘇氨酸、異亮氨酸、纈氨酸、亮氨酸、蛋氨酸、苯丙氨酸和賴氨酸。天冬氨酸和谷氨酸是主要的呈鮮氨基酸,蘇氨酸、絲氨酸、甘氨酸、丙氨酸和脯氨酸是主要的甜味氨基酸,食醋的甜、鮮就是依靠這幾種氨基酸來體現的。

2.2主成分分析

主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)是一種將多個變量通過線性變換以選出較少個數重要變量的一種多元統計分析方法,其中心思想是將數據降維,以排除眾多化學信息共存中相互重疊的信息。其具體處理方法是將原變量進行轉換,使少數幾個新變量成為原變量的線性組合,同時,這些變量要盡可能多的表征原變量的數據結構特征而不丟失信息。主成分分析(Principal Component Analysis,PCA)的中心思想是將數據降維,以排除眾多化學信息共存中相互重疊的信息。以8種有機酸、16種游離氨基酸含量作為變量,選取18個配制食醋、73個固態發酵食醋、17個液態發酵食醋作為樣本集,進行主成分分析。

圖3a得分圖表示的是經過降維后食醋樣本在二維空間的分布情況。圖中橫坐標表示每一個樣本的第一主成分得分值,縱坐標表示每個樣本的第二主成分得分值,其中主因子1(PC1)解釋了總變異的67%,主因子2(PC2)解釋了總變異的20%。配制食醋在PC1的分布范圍是0.24～0.28,有明顯的聚類趨勢,固態發酵食醋在PC1的分布范圍是-0.53～0.15,雖然聚類趨勢不甚明顯,但是與配制食醋距離較遠。液態發酵食醋的聚類趨勢不明顯,在PC1的-0.20～0.28范圍內均有分布。液態發酵食醋的有機酸組成和游離氨基酸含量比固態發酵食醋少很多,有些甚至與配制食醋類似。

圖3　食醋的PCA得分圖(a)和主成分載荷圖(b)Fig.3　The PCA score plot(a)and Loading plot(b)of vinegar

每一個主成分都是原變量的線性組合,這些組合的系數稱為載荷,一般用Loading表示,載荷反映的是變量與主成分的相關性,它代表在主成分中原來各個變量的權重,載荷的大小可以表明各變量的影響程度。圖3b是PCA的主成分載荷圖,分內外兩個橢圓,外橢圓代表方差100%,內橢圓代表方差50%,內外圈間的數據代表對分類貢獻顯著的變量。從主成分載荷圖中可以看出谷氨酸、乳酸距離外橢圓較近,說明釀造食醋和配制食醋的主要差異在乳酸比例及谷氨酸含量上。其余顯著的變量有丙氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸、蘇氨酸、絲氨酸、甘氨酸。變量在載荷圖的象限分布與得分圖的樣品的象限分布存在相干性,PC1上乙酸質量百分數的載荷比較大,乳酸質量百分數則起到相反的作用,可認為乳酸質量百分數對區分釀造食醋的貢獻比較大。即發酵食醋與乳酸、丙氨酸、異亮氨酸、亮氨酸等游離氨基酸含量相關。

圖4　固態發酵食醋與配制食醋的主成分分析結果Fig.4　The PCA of Solid-state fermentation vinegar and blended vinegar注:(a)得分圖,(b)主成分載荷圖。

本研究采用的液態發酵食醋的樣本量較小,但PCA得分卻很分散,一部分與固態發酵食醋指標相當,另外一部分樣本與配制食醋指標類似。為了更清晰地辨別釀造食醋與配制食醋的品質差異,將液態發酵食醋從樣本庫中剔除,對固態發酵食醋與配制食醋樣本進行主成分分析,結果如圖4所示。圖4a為固態發酵食醋和配制食醋降維后在二維空間的分布情況,其中主因子1(PC1)解釋了總變異的82%,主因子2(PC2)解釋了總變異的10%。固態發酵食醋與配制食醋有著明顯的界限。圖4b為變量的主成分載荷圖,乙酸質量百分數、乳酸質量百分數、大部分氨基酸是與主因子有顯著相關的變量,其中PC1上乙酸百分數、乳酸百分數載荷情況與圖3b中PC1載荷相似,依據相同原理分析得乳酸含量對區分配制食醋和釀造食醋的貢獻較大。丙氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸、蘇氨酸、絲氨酸、甘氨酸等游離氨基酸在PC2上載荷較大,可認為游離氨基酸在區分釀造食醋和配制食醋上也有貢獻。其余的游離酸(檸檬酸、丙酸、甲酸、丙酮酸、草酸、琥珀酸)和組氨酸、天門冬氨酸、精氨酸、酪氨酸變量對主因子貢獻較小。與圖3b相比,谷氨酸的載荷明顯下降,這是由于液態發酵食醋樣本添加谷氨酸較多,去除液態發酵食醋樣本后,固態發酵食醋樣本整體氨基酸比例均衡,反映了真實樣本情況。

3　結論

根據對食醋中有機酸、游離氨基酸數據的統計分析中得出的結論:無論是釀造食醋還是配制食醋,乙酸含量均占有機酸含量的主體地位。釀造食醋乳酸含量在500～15000 mg/kg之間,配制食醋含量在0～500 mg/kg之間。因生產工藝的不同,釀造食醋中除了含有豐富的乙酸、乳酸外,相對于配制食醋,還有更豐富游離氨基酸,以提高釀造食醋的特殊風味組成。PCA分析結果建議將乳酸、丙氨酸、異亮氨酸、亮氨酸、纈氨酸、蘇氨酸、絲氨酸、甘氨酸等作為辨別釀造食醋和配制食醋的檢測指標,同時也可用其評定食醋的優良品質。

本文研究結果有助于規范生產企業商品標識,杜絕企業以次充好,避免消費欺詐,保障消費者合法利益,防止企業間以非法降低成本為手段的不正當競爭行為,提高食品安全執法部門的執法技術水平及監管力量。

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Analysis of characteristic components in fermented vinegar and blended vinegar

XIAO Hui,LIU Li-juan，LI Bing-ning,DU Jian-ping

(Beijing Municipal center for food safety monitoring and risk assessment,Beijing 100041,China)

To establish a method for identifying fermented vinegar and blended vinegar by determination of the contents of organic acid and free amino acid in 18 samples of blended vinegar,90 samples of fermented vinegar from the market,through a Principal Component Analysis(PCA)method and based on the analysis of the determination results. Results showed that:fermented vinegar had a content of lactic acid in the range from 500 to 15000 mg/kg,and the blended vinegar had a content of lactic acid in the range from 0 to 500 mg/kg. The difference was enormous. The types and contents of the free amino acid in fermented vinegar were significantly higher than that of blended vinegar. Therefore,fermented vinegar and blended vinegar can be distinguished effectively by determination of the contents of lactic acid,alanine,isoleucine,leucine,valine,threonine,serine,and glycine in the vinegar,so as to achieve the purpose of identifying the authenticity of the nominal fermented vinegar sold in the market.

vinegar identification;lactic acid;organic acid;free amino acid;Principal Component Analysis(PCA)

2015-12-16

肖輝(1981-),男，本科，工程師，研究方向：食品檢驗，E-mail:aa311228@126.com。

TS207.3

A

1002-0306(2016)17-0308-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.17.051