HS-SPME和GC-MS聯用法對甘薯醋揮發性香氣成分的分析

喬羽，王如福*，于迪，邢曉瑩，李江涌，張懷敏

（山西農業大學食品科學與工程學院，山西晉中030801）

HS-SPME和GC-MS聯用法對甘薯醋揮發性香氣成分的分析

喬羽，王如福*，于迪，邢曉瑩，李江涌，張懷敏

（山西農業大學食品科學與工程學院，山西晉中030801）

采用頂空固相微萃取和氣相色譜質譜聯用技術分析了甘薯醋液中的揮發性香氣成分。結果表明，從甘薯醋液中檢測并鑒定出49種化合物。其中酸類9種（61.96%）、酯類9種（9.89%）、醇類9種（8.98%）、雜環類化合物11種（8.22%）、醛類2種（2.04%）、酚類1種（0.09%）、酮類4種（0.08%）及其他化合物4種（4.72%）。含量較高的乙酸和5-氨基頡草酸、2,3-丁二醇和乙醇、乙酸乙酯和L（-）-乳酸乙酯以及2,3,5,6-四甲基吡嗪是形成甘薯醋風味特征的主要物質。

甘薯醋；頂空固相微萃??；揮發性香氣成分

甘薯又名甜薯、地瓜、紅薯，其營養豐富，富含淀粉、糖類、蛋白質、維生素、纖維素以及各種氨基酸，是人們日常飲食中備受歡迎的食物之一。近年來甘薯因具有抗癌、抗氧化及增強免疫力等多種保健功能而吸引了科研工作者廣泛關注。日本國立癌癥預防研究所公布的數據顯示，甘薯在20種抗癌食品中排名首位，被譽為“抗癌之王”[1]。此外，甘薯的淀粉含量較高，且含有豐富的營養成分，是釀造食醋的理想原料。以甘薯為原料釀制而成的甘薯醋，其醋中揮發性香味成分是評價甘薯醋品質的重要指標，也是與其他品種食醋相區別的關鍵。然而，被人熟知的甘薯醋產品相對匱乏，甘薯醋中揮發性香味成分的的研究隨之相對較少。

固相微萃?。╯olid-phase microextraction，SPME）技術，是一種比較成熟的樣品前處理技術，具有靈敏度高、成本低、所需樣品量少，重現性及線性好等優點，現已廣泛應用于提取食品基質中揮發性和半揮發化合物[2-5]，其中頂空固相微萃取法適用于提取含有一定揮發性成分的待測組分，特別是含有高分子質量干擾物的樣品[6]。本研究通過采用頂空固相微萃取氣質聯用（head space-solid phase mi croextraction-gas chromatography-mass spectrometry，HPSPME-GC-MS）法對以甘薯為原料，同大曲共同發酵，并配有特殊的熏醅工藝釀制而成的甘薯醋液易揮發成分進行分析，以期為甘薯醋的香氣特征研究提供科學依據，為甘薯醋風味品質的提高提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

甘薯：山西省晉中市祁縣地區；大曲：山西某醋廠；NaCl（分析純）：天津市光復科技發展有限公司。

1.2 儀器與設備

VF-5MS色譜柱（30m×0.25mm×0.25μm）、Varian8400固相微萃取進樣器、TRACE-ISQ型氣相色譜-質譜聯用儀：美國賽默飛世爾科技有限公司；75 μm聚二甲基硅氧烷萃取纖維頭（polydimethylsiloxane，PDMS）、20μL頂空進樣瓶：美國Supelco公司；BS210S型電子天平：北京賽多利斯天平有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 甘薯醋的制作工藝

操作要點：

原料處理：采用流水洗凈新鮮甘薯，去皮切片。將甘薯片平鋪在蒸籠上，蒸煮1.5 h。蒸煮后的甘薯片搗碎成漿狀。同時將大曲與等質量的溫水（25℃）混合后室溫放置2 h。

酒精發酵：將大曲與漿狀原料混合，加入溫水（25℃）攪拌。將混合物置于23～28℃的環境中，敞口發酵3 d，每天早晚攪拌兩次，從第4天開始封口發酵12 d。

醋酸發酵：用鐵鍬將酒醪與麩皮、谷糠、稻殼拌勻，使醋醅的水分含量為60%～65%。醋酸發酵時間控制在10 d左右，每天要對醋醅進行倒缸。定期測量其醋醅的酸含量，直至其含量達到5.0%以上，酸度升高緩慢且醋醅品溫逐漸降至35℃以下，即醋酸發酵結束。將60%的醋醅拌入2%的食鹽，壓實，并在醋醅表面撒上一層食鹽。

熏醅：取40%醋醅放入熏醅鍋中，熏醅5 d，每天倒醅一次。

淋醋：將下鹽3 d后的白醅（沒經過熏醅工藝）用沸水浸泡，6 h后，將其置于白淋池中進行淋醋，即為白淋醋。將煮沸后的白淋醋浸泡熏后的醋醅，浸泡6 h后其將其置于熏醅淋池中進行淋醋，過濾所得醋液即為甘薯醋。

1.3.2 揮發性成分風味物質的提取[7-8]

采樣前對PDMS、PDMS/DVB和CAR/PDMS/DVB三種萃取頭進行測試，選取萃取效果較優的PDMS萃取頭插入GC-MS的進樣口中，于250℃老化并進行空白實驗，直至無色譜峰出現。準確移取5.0 mL甘薯醋樣置于20 mL頂空瓶中，加入1 g NaCl溶解，用帶有硅橡膠隔墊的瓶蓋密封。將進樣瓶放入孵化爐，孵化爐攪拌速度100 r/min，孵化溫度為45℃保持30 min，將老化的PDMS萃取頭插入頂空瓶中，使之與液面保持1.5 cm的距離，推出纖維頭頂空吸附40 min。萃取后直接進樣，在進樣口溫度250℃解吸5 min。

1.3.3 GC-MS參數條件[8-9]

色譜條件：VF-5MS色譜柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）；載氣為氦氣（He）；流速：1 mL/min；不分流進樣；進樣口溫度：250℃；程序升溫：40℃保持10 min，以5℃/min升至140℃，保持5 min，然后以10℃/min升至230℃，保持15 min。

質譜條件：電子電離（electron ionization，EI）源；接口溫度250℃，離子源溫度230℃，電子能量70 eV，質量掃描范圍為35～500 m/z。

1.3.4 定性與定量分析

通過質譜分析，檢索美國國家標準技術研究所（National Institute ofStandardsandTechnology，NIST）譜庫進行比對，結合有關文獻進行人工譜圖解析，確認各易揮發性成分的結構，按峰面積歸一化法進行定量分析，計算出各成分相應的相對百分含量。

2 結果與分析

采用HS-SPME和GC-MS聯用技術對甘薯醋的易揮發成分進行了分析，甘薯醋液香氣成分GC-MS檢測總離子流色譜圖見圖1，甘薯醋各香氣成分分析結果見表1。

圖1 甘薯醋液香氣成分GC-MS檢測總離子流色譜圖Fig.1 Total ion chromatogram of aroma components of sweet potato vinegar analysis by GC-MS

表1 甘薯醋香氣成分分析結果Table 1 Analysis results of aroma components in sweet potato vinegar

續表

由表1可知，在甘薯醋液中一共檢測出49揮發性物質，有酸類、醇類、酯類、醛類、酮類、酚類和雜環類化合物等，占總易揮發成分總量的95.22%。其中酸類、醇類、酯類、雜環化合物的種類較多。從風味成分的相對含量分析可知，酸類化合物相對含量中最高，為61.96%，構成了甘薯醋主要風味成分。在甘薯醋中被檢測到的其余成分的相對含量分別是醇類8.98%、酯類9.89%、醛類2.04%、酮類0.08%、酚類0.09%、雜環化合物8.22%、其他化合物3.96%。

酸類化合物是醋酸發酵過程中的主要產物，構成了甘薯醋主要的揮發性風味成分，具有明顯的呈香呈味作用。在山甘薯醋中檢測到酸類化合物9種，從表1可以看出，乙酸是山甘薯醋所有揮發性成分中含量最高的一種化合物，相對含量為54.82%，具有強烈的刺激氣味，是甘薯醋的主要呈酸物質；除乙酸外，其他檢出的酸類化合物相對含量較小，依次為5-氨基頡草酸（3.87%）、己酸（1.24%）、2-甲基丁酸（1.03%）、正戊酸（0.42%）、異戊酸（0.26%），異丁酸（0.25%）、α-酮戊二酸（0.17%）、庚酸（0.14%）、3-羥基丁酸（0.01%）。其中己酸呈特殊的似干酪和椰子油的香甜氣味[10]；2-甲基丁酸呈愉快的水果香氣；異丁酸呈強烈的哈敗氣味和干酪味[10]；正戊酸和異戊酸呈令人不愉快的氣味[11]；庚酸呈脂肪樣氣味。它們和乙酸刺激的尖酸氣味相互調和，構成了甘薯醋的主體香味。此外，在甘薯醋中檢測到一定量的α-酮戊二酸，α-酮戊二酸是微生物三羧酸循環中重要的代謝中間產物，目前已被開發為膳食補充品，可作為運動營養飲料的成分。

醇類是酒精發酵階段的主要產物，有9種醇類化合物在甘薯醋中被檢測到，分別是異戊醇（0.54%）、3-甲基丁醇（1.02%）、2,3-丁二醇（5.11%）、糠醇（0.10%）、乙醇（1.75%）、1-辛烯-3-醇（0.07%）、芳樟醇（0.06%）、苯乙醇（0.30%）、α-松油醇（0.03%）。異戊醇和3-甲基丁醇都呈令人不愉快的氣味；糠醇呈微弱香氣，有焦香味；乙醇呈淡淡的醇香和刺激味；苯乙醇是苯丙氨酸經Strecker降解產生醛后進一步還原后生成[12-13]，這種化合物目前已被鑒定為酒中主要的芳香族化合物[14]，呈花香、玫瑰香[15]；松油醇呈海桐花、紫丁香、鈴蘭等愉快的花香味。

酯類在食醋的香味貢獻中起著極為重要的作用，是評價食醋品質的一個重要指標。甘薯醋中檢測到9種酯類化合物，乙酸乙酯（很強的酯香、果香）和乳酸乙酯（特殊的朗姆酒、水果和奶油香氣）含量相對較高；與乙酸苯乙酯（花香、果香和威士忌酒香氣）、乙酸糠酯（果香、藥香和辛香）、己酸乙酯（曲香、菠蘿香）、3-羥基丁酸乙酯（果香、葡萄香、青香和白酒香）等酯類物質糅合在一起，賦予了甘薯醋的獨特風味。酯類主要形成于醋酸發酵階段，固態醋醅的環境有利于酯類化合物的形成[16]。

醛類、酮類、酚類物質共檢測出7種，含量相對較高的有糠醛（甜香、木香和焦糖香氣）、苯甲醛（特殊的杏仁味）。糠醛是由五碳糖經微生物發酵生成木糖，木糖再分解為糠醛，也可在高溫條件下由Strecker降解反應而來[12]。由于甘薯醋的制作過程中采用了熏醅工藝，長時間的高溫有利于糠醛的生成。苯甲醛可能來自苯甲醇的氧化，微生物對苯丙氨酸、酚類物質以及苯乙酸和羥基苯甲酸等物質的作用產生[17]。雖然醛類、酮類、酚類物質種類少，相對含量低，但對甘薯醋的獨特風味的形成也有一定的影響。

雜環化合物是在甘薯醋中所檢測到種類較多的一類化合物。它們主要是微生物發酵而成，或者是Strecker降解產物縮合和熏醅工藝中的Maillard反應而成[18]。其中四甲基吡嗪（堅果香、可可、花生、咖啡樣香氣）具有降血壓和改善冠心病癥狀等功能[19]。有研究表明，3-甲基噁唑、吡嗪類和呋喃類物質可能和醋整體的抗氧化活性有關[20-21]。此外在甘薯醋中檢測到一定量的膽堿，膽堿是人類食品中常用的添加劑，具有促進腦發育和提高記憶能力，促進脂肪代謝，降低血清膽固醇的功能。這些在一定程度上賦予了甘薯醋的保健價值。

3 結論

本研究采用頂空固相微萃取和氣質聯用技術對甘薯醋中揮發性成分進行了分析，共檢測鑒定出49種成分，酸類9種（61.96%）、酯類9種（9.89%）、醇類9種（8.98%）、雜環類化合物11種（8.22%）、醛類2種（2.04%）、酚類1種（0.09%）、酮類4種（0.08%）及其他化合物4種（4.72%）。通過本研究初步確定酸類化合物、醇類化合物、酯類化合物和雜環類化合物相對含量較高，是構成甘薯醋香氣的主體成分。

揮發性成分對甘薯醋氣味輪廓的貢獻不僅與含量有關，也與其閾值有關，香氣活性值（aroma activity value，OAV）更能反映化合物對樣品整個氣味輪廓的貢獻度。下一步可以探究使用氣相色譜-嗅聞（gas chromatography-olfactometry，GC-O）技術結合氣-質聯用（GC-MS）技術的方法，將甘薯醋中的關鍵氣味活性化合物進行定性定量分析。甘薯醋的獨特風味是由多種化合物共同作用構成的。由于揮發性香味成分本身為不穩定的微量物質，除受本身特性影響外，甘薯醋的香氣成分種類和含量受甘薯品種、發酵工藝、釀造環境等多種因素的影響。因此，研究甘薯醋的主要香氣成分及其形成機理，為甘薯醋實際生產中的產品風味分析提供了重要的數據信息和理論依據，為更好地控制影響甘薯醋香氣形成的因素，生產出品質優良的甘薯醋產品奠定理論基礎。

[1]渠琛玲，玉崧成，付雷.甘薯的營養保健及其加工現狀[J].農產品加工，2010（10）：74-76.

[2]KATAOKA H,LORD H L,PAWLISZYN J.Evolution of solid-phasemicroextraction technology[J].J Chromatogr A,2000,880:35-62.

[3]STASHENKO E E,MARTINEZ J R.Sampling volatile compounds from natural products with headspace/solid-phase microextraction[J].J Biochem Biophys Methods,2007,70(2):235-242.

[4]RISTICEVIC S,NIRI V H,PAWLISZYN J,et al.Recent developments in solid-phase microextraction[J].Anal Bioanal Chem,2009,393(3): 781-795.

[5]黃江艷，李秀娟，潘思軼.固相微萃取技術在食品風味分析中的應用[J].食品科學2012，33（7）：289-298.

[6]胡國棟.固相微萃取技術的進展及其在食品分析中應用的現狀[J].色譜，2009，27（1）：1-8.

[7]李江涌，王如福，焦玉雙.山西老陳醋熏醅前后香氣成分的變化分析[J].中國釀造，2016，35（9）：47-50.

[8]郝紅梅，張生萬，郭彩霞，等.頂空固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用法分析山楂果醋易揮發成分[J].食品科學，2016，37（2）：138-141.

[9]張霽紅，張永茂，曾朝珍，等.發酵蘋果醋揮發性成分的GC/MS分析[J].釀酒科技，2013（5）：94-96.

[10]解華東，布麗君，李志西，等.岐山高粱醋陳化期香氣成分研究[J].西北農林科技大學學報，2008，36（10）：168-172.

[11]張輝，楊慧敏，周文化.椰子果露酒的香氣成分分析[J].食品與機械，2014，30（1）：45-50.

[12]孫宗保，趙杰文，鄒小波，等.鎮江香醋特征香氣成分加工過程中的變化和形成機理分析[J].中國食品學報，2010，10（3）：120-127.

[13]王麗麗，任長忠，李再貴，等.傳統工藝生產的燕麥醋香氣成分分析[J].農產品加工·學刊，2011（1）：68-70.

[14]李弘文，王旭蘋，楊小蘭.不同熏醅工藝對山西老陳醋香氣成分的影響[J].食品科學，2015，36（20）：90-94.

[15]MARA J S,ALVES M A,MARQUES J C.Changes in volatile composition of Madeira wines during their oxidative aging[J].Anal Chim Acta,2006,563(1):188-197.

[16]CHARLES M,MARTIN B,GINIES C,et al.Potent aroma compounds of two red wine vinegars[J].J Agr Food Chem,2000,48(1):70-77.

[17]GENOVESE A,GAMBUTI A,PIOMBINO P.Sensory properties and aroma compounds of sweet Fiano wine[J].Food Chem,2007,103(4): 1228-1236.

[18]黃達明，楊勇，張志才.不同發酵期和陳釀期鎮江香醋香氣成分的變化[J].中國釀造，2008，27（9）：56-61.

[19]黃群，麻成金，余佶，等.湘西原香醋香氣成分的GC-MS分析[J].食品科學，2009，30（24）：260-261.

[20]WANG A,ZHANG J,LI Z.Correlation of volatile and nonvolatile components with the toal antioxidant capacity of tartary buckwheat vinegar: Influence of the thermal processing[J].Food Res Int,2012,49(1):65-71.

[21]朱宏.山西老陳醋揮發性成分和流變性質的研究[D].北京：中國農業大學，2016.

Analysis of volatile aroma components in sweet potato vinegar by HS-SPME and GC-MS

QIAO Yu,WANG Rufu*,YU Di,XING Xiaoying,LI Jiangyong,ZHANG Huaimin
(College of Food Science and Engineering,Shanxi Agricultural University,Jinzhong 030801,China)

The volatile aroma components of sweet potato vinegar were analyzed by HS-SPME and GC-MS.Results showed that a total of 49 compounds were isolated and identified,including 9 kinds of acid compounds(61.96%),9 kinds of ester compounds(9.89%),9 kinds of alcohols (8.98%),11 kinds of phenolic compounds(8.22%),2 kinds of aldehyde compounds(2.04%),1 kind of phenol compounds(0.09%),4 kinds of ketone compounds(0.08%),and other compounds(4.72%).The higher contents of acetic acid,5-aminoacetic acid,2,3-butanediol and ethanol,ethyl acetate andL(-)-ethyl lactate and 2,3,5,6-tetramethylpyrazine were the main compounds of sweet potato vinegar flavor characteristics.

sweet potato vinegar;HS-SPME;volatile aroma components

TS264.2

0254-5071（2017）07-0178-04

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.07.038

2017-05-02

山西省重點研發項目（2015-TN-10）

喬羽（1991-），女，碩士研究生，研究方向為食品科學。

*通訊作者：王如福（1960-），男，教授，博士，研究方向為發酵食品工藝、果蔬采后生理及貯運技術。