谷物釀造傳統食醋化學成分研究進展

聶佳慧，李 藝，秦雪梅，李震宇,*

（1.山西大學中醫藥現代研究中心，山西 太原 030006；2.山西大學化學化工學院，山西 太原 030006）

我國是最早生產谷物醋的國家，食醋釀造歷史悠久，釀造原料以谷物為主。有文字記載的釀醋工藝始于西周，但由于地域的不同，我國人民在長期的釀醋過程中，按照本地的歷史、地理、物產和生活習慣，創造了多種不同種類的釀造食醋，《齊民要術》中曾詳細列出幾十種制醋原料和不同的釀造方法。

近年來食醋的保健功能逐漸受到人們重視，其保健功能和營養價值與其所含的化學成分密切相關。近年來研究人員對食醋的化學成分開展了大量研究工作，研究較多的成分包括氨基酸、有機酸、總黃酮、川芎嗪、揮發性成分、無機元素等。其中，氨基酸和有機酸在食醋中含量較高，研究也最為深入。陳樹俊等對2009年之前山西老陳醋功效成分的進展進行過綜述[1]。近年來隨著對食醋研究的深入，又有很多新的物質成分報道，如多元醇、類黑精等。為了進一步研究利用食醋的功能成分，發掘食醋新的生物學功能，本文就目前我國谷物釀造食醋中化學成分的研究現狀進行綜述。

1 氨基酸

研究表明，在食醋的生產過程中，微生物分解植物中蛋白質生成游離氨基酸，大量氨基酸的存在使釀造食醋富含營養，味道醇厚柔和[2-4]。在現有釀造食醋氨基酸成分研究的文獻中，已有26 種氨基酸被報道，包括20 種組成蛋白質的編碼氨基酸（包含人體所需的8 種必需氨基酸、2 種半必需氨基酸及12 種非必需氨基酸）以及6 種其他氨基酸（圖1），分別是胱氨酸、鳥氨酸、?；撬帷ⅵ?氨基己二酸、α-氨基丁酸和γ-氨基丁酸。與配制食醋相比，釀造食醋中含有較多的甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸、亮氨酸、異亮氨酸、蘇氨酸、絲氨酸等[3,5-8]，有研究認為這些氨基酸可以作為鑒別釀造食醋和配制食醋的檢測指標[8]。

圖 1 釀造食醋中的6 種其他氨基酸Fig. 1 Other amino acids in grain-derived traditional vinegar

不同種類釀造食醋中氨基酸的種類及含量均存在差異，這可能與其釀造原料、發酵方式、菌種、陳釀時間等的不同有關。有研究采用氨基酸分析儀對不同食醋（山西老陳醋、保寧醋、鎮江香醋、永春老醋）的氨基酸組成進行了分析，發現共有的氨基酸有14 種，包括甘氨酸、丙氨酸、絲氨酸、蘇氨酸、脯氨酸、亮氨酸、纈氨酸、異亮氨酸、苯丙氨酸、胱氨酸、谷氨酸、甲硫氨酸、天冬酰胺、γ-氨基丁酸；保寧醋、山西老陳醋、鎮江香醋中含量較高的氨基酸為亮氨酸、谷氨酸、纈氨酸，而液態發酵食醋福建紅曲醋中異亮氨酸、甘氨酸的含量較高；α-氨基已二酸僅在永春老醋中檢測到，而精氨酸、組氨酸、賴氨酸和鳥氨酸未在永春老醋中檢測到；在山西老陳醋中未檢測到α-氨基丁酸和酪氨酸[3]。另有研究采用氨基酸分析儀對不同年限山西老陳醋進行了分析，結果顯示老陳醋中還含有牛磺酸、色氨酸、半胱氨酸、天冬氨酸、組氨酸[9]。墨淑敏等采用電化學檢測色譜法檢測了3 份釀造食醋樣品中18 種氨基酸的含量，除了上述氨基酸外還在食醋中檢測到谷氨酰胺[8]。有研究對不同食醋中氨基酸總量進行了比較，結果顯示保寧醋中氨基酸總量最高（3 4 3 8.5 5 m g/1 0 0 m L），其次為鎮江香醋（1 6 8 2.3 6 m g/1 0 0 m L）和山西老陳醋（1 346.54 mg/100 mL），最低為永春老醋（3 年陳釀為737.55 mg/100 mL，5 年為840.16 mg/100 mL，8 年為933.7 mg/100 mL）[3]。王爭爭等比較了9 個品牌13 種山西老陳醋的氨基酸組成，以17 種氨基酸計算的氨基酸總量范圍在565.5～3 371.5 mg/100 mL之間；丙氨酸含量最高，其平均值為272.2 mg/100 mL，占氨基酸總量的14.43%；組氨酸含量最低，其平均值為20.0 mg/100 mL，僅占氨基酸總量的1.06%[6]；王爭爭等進一步對不同陳釀期9 種山西老陳醋進行了比較，發現17 種氨基酸總量范圍在630～3 200 mg/100 mL，隨著釀造時間的延長，氨基酸總量呈升高趨勢；10 種氨基酸隨著陳釀時間的延長呈現逐漸升高趨勢，而其余7 種氨基酸含量隨著陳釀時間未見明顯升高，說明這些氨基酸在陳釀過程中可能參與化學反應，導致含量發生復雜的動態變化[2,6]。此外，陳釀期分別為3、5 年和8 年的福建紅曲醋中的氨基酸總量呈上升趨勢[3]。

表 1 4大名醋中所檢測到的氨基酸成分Table 1 Amino acids detected in grain-derived traditional vinegar

釀造食醋的風味與其所含氨基酸種類和含量存在一定聯系[2-3]。根據呈味情況，食醋中所檢出的氨基酸可以分為甜味氨基酸、鮮味氨基酸、苦味氨基酸和澀味氨基酸4 類。其中，釀造食醋中苦味氨基酸（如亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸等）種類最多，并且對食醋的滋味有所貢獻。但是食醋中鮮有苦味感，這可能與滋味間的相互作用相關[3]。在食醋中，甜味氨基酸的種類也較多，其中，丙氨酸和甘氨酸的含量較高，鮮味氨基酸種類最少，主要為天冬氨酸和谷氨酸。通過對照各類氨基酸在水中的呈味閾值計算其味道強度值，發現谷氨酸、丙氨酸和纈氨酸對食醋滋味貢獻較大[3]。

食醋中氨基酸的檢測方法主要包括：氨基酸分析儀檢測法、離子交換色譜-電化學檢測法、氣相色譜法[3,12]等，不同的檢測方法對食醋中氨基酸有一定的選擇性。有研究采用氨基酸分析儀在山西老陳醋中未檢測到胱氨酸和色氨酸，認為原因可能是胱氨酸在蛋白質中含量較少，而色氨酸與其他成分共存時易分解[5]；但另有研究采用氨基酸分析儀在山西老陳醋中檢測到胱氨酸的存在[6]，采用毛細管電泳-電化學檢測法檢測到了山西老陳醋中存在色氨酸[4]。因此，全面的食醋氨基酸分析需要綜合運用多種分析手段。

2 有機酸

據報道，目前在釀造食醋中共檢測到32 種有機酸（圖2、3）。乙酸在釀造食醋中含量最高，可達總有機酸的30%以上[9,13-14]。食醋中除甲酸、乙酸、丙酸、丁酸等揮發性有機酸外，還含有一些非揮發性有機酸，如草酸、檸檬酸、琥珀酸、酒石酸、富馬酸等。部分有機酸與三羧酸循環有關，如檸檬酸、丙酮酸、蘋果酸等，這些有機酸是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的[7]。此外，釀造食醋中還含有一些芳香有機酸。在日本糙米醋中檢測到的芳香有機酸包括阿魏酸、芥子酸、沒食子酸、水楊酸、綠原酸、香草酸、反式對香豆酸、二氫阿魏酸和二氫芥子酸[10,15]；在山西老陳醋中檢測到的芳香有機酸包括原兒茶酸、對羥基苯甲酸、水楊酸、芥子酸、阿魏酸、香豆酸、二氫芥子酸和二氫阿魏酸[16]。谷物釀造食醋中含有較多的二氫阿魏酸和二氫芥子酸，主要來源于發酵過程中阿魏酸和芥子酸中的反式雙鍵的還原。

圖 2 釀造食醋中的有機酸Fig. 2 Organic acids in grain-derived traditional vinegar

圖 3 釀造食醋中的芳香有機酸和兒茶素Fig. 3 Aromatic organic acids and catechin in grain-derived traditional vinegar

目前，我國4大名醋中對有機酸的組成研究最為深入，檢測到的有機酸成分如表2所示?？梢娚轿骼详惔字袡z測到的有機酸種類有29 種，鎮江香醋中檢測到的有機酸有9 種，永春老醋中檢測到的有機酸7 種，保寧醋中檢測到有機酸9 種，4大名醋中檢測到的共有有機酸有7 種，包括草酸、酒石酸、丙酮酸、乳酸、乙酸、檸檬酸、琥珀酸。

表 2 4大名醋中所檢測到的有機酸成分Table 2 Organic acids detected in grain-derived traditional vinegar

不同種類的釀造食醋中所含有機酸的含量也存在一定差異，其原因在于釀造原料、工藝、以及陳釀期的不同。余寧華等對不同地域的11 個典型發酵食醋中10 種有機酸進行了比較，結果表明，乙酸和乳酸占總有機酸的80%以上，而α-酮戊二酸和富馬酸含量最低，在大部分樣本中均未檢測到；蘋果酸、丙酮酸和琥珀酸在鎮江香醋中含量較高，乳酸在保寧醋中含量較高，檸檬酸、富馬酸在山西老陳醋中含量較高[13]。呂利華等對6 個品牌的山西老陳醋中8 種有機酸進行了比較，結果顯示不同老陳醋樣品中有機酸含量差異較大，其中酒石酸、檸檬酸含量波動范圍最大[17]。釀造工藝對食醋有機酸的組成也有較大影響，如液態發酵和固態發酵的保寧醋中有機酸的組成和含量也存在較大差異[13]。有機酸的含量和比例在陳釀過程中也會發生變化，原因在于食醋陳釀過程中有機酸可能參與復雜的化學反應以及水分的蒸發。部分揮發性酸有機酸在陳釀過程中含量可能下降，如乙酸、丙酸、丁酸等[18]。

各種釀造食醋的風味差別除了與氨基酸有關外，還與其中所含有機酸的種類、含量以及相互比例的差異有關。如山西老陳醋中琥珀酸、蘋果酸和α-酮戊二酸含量較其他種類的食醋高，使其在pH值升高的同時酸味得到了緩沖，從而入口綿軟，減少刺激感[19]；鎮江香醋具有酸而不澀的口感，可能是因為其在發酵過程中丙酮酸、蘋果酸和琥珀酸較其他區域的食醋更易積累；而保寧醋因含大量乳酸而具有酸味柔和、酸中回甜的特點[13]。

食醋中含有與人體三羧酸循環有關的有機酸，如檸檬酸、丙酮酸、蘋果酸等。據文獻報道，食醋中有機酸有一定的抑制細菌、調節血糖、調節血脂的功能[20]。此外，食醋中的芳香有機酸類大多具有一定生物活性，如原兒茶酸具有一定的抗氧化[21-22]、抗高血糖[23]、抗炎[24]以及抗癌作用[25]；咖啡酸具有抗氧化、升高白細胞及血小板濃度、抗炎、抗病毒、抗菌等作用[26]；香草酸具有保護DNA氧化損傷以及抑制酪氨酸酶作用[27-28]；二氫阿魏酸具有清除自由基活性，且作用強于阿魏酸[29-30]。

3 多元醇和糖類

多元醇是含有2 個羥基以上的醇類，包括六元醇（山梨醇、甘露醇、麥芽糖醇等）、五元醇（木糖醇、阿拉伯醇）、四元醇（赤蘚醇）等，是淀粉、糖類等原料經過發酵的產物。這類成分大多具有一定的生物學功能，常作為保健食品的原料[31]。白酒中的多元醇是其甜味的主要來源，其甜度隨羥基數的增加而增強，可以使白酒更加豐滿醇厚[32]。釀造食醋中的多元醇類也與其風味密切相關，赤蘚醇、阿拉伯醇、甘露醇是食醋甜味來源之一[33]。目前已報道的食醋多元醇類成分包括赤蘚醇、阿拉伯糖醇、木糖醇、肌醇、甘露醇、山梨醇（圖4），其含量測定方法主要是衍生化后采用氣相色譜-質譜聯用進行測定。有研究以6 種多元醇為指標，對37 份地理標志山西老陳醋、47 份地理標志鎮江香醋及52 份非地理標志食醋進行了質量濃度測定，結果表明6 種多元醇在所測的食醋樣品中質量濃度差異較大，如山西老陳醋中赤蘚醇的質量濃度（221 mg/L）明顯高于鎮江香醋（73 mg/L），而鎮江香醋中肌醇（343 mg/L）、甘露醇（359 mg/L）質量濃度明顯高于山西老陳醋（251、224 mg/L）[11]。

圖 4 釀造食醋中的多元醇類Fig. 4 Polyalcohols in grain-derived traditional vinegar

對食醋中糖類含量測定多以總糖或者總還原糖為指標進行[9,34]。食醋的糖分與風味、食醋的稠厚度有關，已報道的糖類物質包括葡萄糖、麥芽糖、甘露糖、阿拉伯糖、棉籽糖、山梨糖等，主要來源于各種原料中所含的寡糖[1]，也可能來源于原料中多糖在發酵過程中的降解。李愛平等建立的食醋核磁共振指紋技術可檢測到釀造食醋中含有葡萄糖、乳糖、蔗糖等糖類成分[35]，但糖類成分的準確鑒定需要進一步采用氣相色譜-質譜聯用技術。不同谷物釀造食醋中糖類成分差異比較研究鮮見報道。有研究報道蘋果醋中含有果糖、葡萄糖和蔗糖[36]，意大利香脂醋（主要原料為葡萄）中含有木糖、阿拉伯糖、核糖、鼠李糖、果糖、半乳糖、甘露糖、葡萄糖以及蔗糖[37]，柿子醋中檢測到具有免疫調節活性的多糖（阿拉伯-β-3,6-半乳聚糖）[38]。這些研究對糧食釀制食醋中糖類的研究具有一定借鑒意義。

4 黃酮類

目前認為食醋中的黃酮類成分與其保健功能密切相關，現有研究大多采用紫外-可見分光光度法測定總黃酮（以蘆丁為標準品）[9,34,39]。

有研究對26 種不同食醋中總黃酮的質量濃度進行了比較，結果顯示不同食醋中總黃酮質量濃度差異較大，3 年陳釀山西老陳醋總黃酮質量濃度（2.135 mg/mL）最高，鎮江香醋（1.22～2.03 mg/mL）和山西老陳醋總黃酮質量濃度（1.120～2.135 mg/mL）較高，其次是北京產食醋（1.372 mg/mL）和上海產香醋（1.508 mg/mL）[40]。有研究顯示，在5 年陳釀山西老陳醋中測得的總黃酮質量濃度為3.03 mg/mL[41]。

現有報道中對食醋中黃酮類成分的結構研究相對較少。有研究采用高效液相色譜法對日本糙米醋中的黃酮類成分進行分析，以20 種黃酮類（包括蘆丁、木犀草素、槲皮素、異鼠李素等）作為對照品，通過保留時間對照的方式在糙米醋中僅檢測到兒茶素1 種黃酮類成分[10]。釀造食醋中的黃酮類成分與食醋的品質和保健價值密切相關，山西老陳醋新的國家標準中也增加了總黃酮的測定，但由于所含黃酮類成分的結構尚不清楚，目前難以建立專屬性更強的高效液相色譜測定方法。因此，食醋中黃酮類成分的結構還需進行深入研究。

5 川芎嗪

川芎嗪，即四甲基吡嗪，是中藥川芎的主要有效成分之一，具有強心[42]、擴張血管[43]、增進微循環及改善心腦血管[44]的功能。食醋中川芎嗪的生成機制尚不清楚，一般認為釀造食醋中川芎嗪的生成來自于氨基酸和還原糖的美拉德反應，其生成機制有兩種假說：一種認為在美拉德反應后期，還原酮或者脫氧還原酮經Strecker降解后可能生成川芎嗪；另外一種認為食醋中由氨基酸和糖代謝產生的乙偶姻與氨氣反應生成中間產物氨基丁酮，氨基丁酮又與乙偶姻縮合形成川芎嗪[34,45]。

目前，食醋中川芎嗪的含量測定主要集中在山西老陳醋和鎮江香醋，鮮見保寧醋和永春老醋中川芎嗪的含量檢測報道；而白醋和白米醋中則未檢測到川芎嗪[46]。陳繼承等對全國36 個食醋樣本中川芎嗪質量濃度進行了測定，其質量濃度范圍在0.017～131.108 mg/kg，鎮江香醋和山西老陳醋普遍質量濃度較高，說明川芎嗪的質量濃度在不同種類的釀造食醋中差異較大；其中，鎮江香醋中川芎嗪的質量濃度范圍在4.60～131.11 μg/mL[45]。有研究比較了62 份地理標志山西老陳醋和82 份非地理標志山西老陳醋以及其他48 份對照食醋中川芎嗪的質量濃度，地理標志山西老陳醋中川芎嗪質量濃度范圍在10.2～88.7 μg/mL，且其平均值和中位值明顯高于非地標山西老陳醋及其他對照陳醋[47]。隨著陳釀時間的延長，山西老陳醋和鎮江香醋中川芎嗪的含量均呈升高的趨勢[34,48]。

6 揮發性成分

食醋中的揮發性成分也是其風味形成的重要組成部分，已有大量文獻涉及對釀造食醋中揮發性成分的研究，定性分析和定量檢測到的化學成分有上百種，包括醇類、酯類、酮類、醛類、酸類及吡嗪類化合物。食醋揮發性成分的分析技術主要是氣相色譜或氣相色譜-質譜聯用。

在定量分析方面，有研究應用氣相色譜法通過標準品和內標定量的方法，建立了山西老陳醋中的9 種香氣成分的測定與分析方法[49]；另有研究利用固相微萃取-氣相色譜-質譜聯用對山西老陳醋中的23 種揮發性成分進行了定量分析，包括酯類、醇類、醛類、酮類、酚類及雜環化合物[18]。食醋中揮發性成分種類和含量的差異與釀醋的原料密切相關。有研究利用氣相色譜-質譜聯用指紋圖譜對幾種中國傳統食醋（山西老陳醋、鎮江香醋、龍門米醋）揮發性成分的相對峰面積進行分析，結果表明，酸類化合物在這幾種食醋中的相對含量相差不大，鎮江香醋和山西老陳醋中酯類成分種類和含量均較高，而龍門米醋中的酮類化合物的相對含量明顯較高[50]。不同廠家山西老陳醋的揮發性成分種類和含量也有一定差異，因此，生產工藝、生產環境及生產過程中質量控制也可能導致揮發性成分種類和含量的差異[50]。另外，有研究利用氣相色譜-質譜聯用對5 年和8 年兩種陳釀期山西老陳醋進行對比分析得出，隨著陳釀期的延長，由于部分揮發性成分損失或轉化為其他成分，香氣成分的總量呈減少趨勢，但其種類隨陳釀期的延長而增加[51]。

7 類黑精

類黑精是指碳水化合物（一般指糖類）與帶有自由氨基的含氮化合物（如氨基酸、肽、蛋白質等）之間發生美拉德反應后期形成的一種棕褐色物質，是一類結構復雜、聚合度不等的高分子化合物的混合體[52]。研究發現類黑精具有抗氧化、抗菌、抗腫瘤等多種生物活性[53]。

張錦華等研究了老陳醋中的類黑精成分，研究發現熏醅工藝提高老陳醋的抗氧化活性的原因在于生產大量不同分子質量的類黑精組分[54]；進一步研究發現類黑精的抗氧化作用與自由基清除和線粒體自噬有關[19]。此外研究人員還發現老陳醋中的類黑精組分對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、枯草芽孢桿菌等具有顯著的抑菌活性，其中3～5 kDa分子質量的類黑精組分抑菌活力最強[55]；基于體外膽汁膠束法的降血脂活性測定結果表明，3～5 kDa分子質量的類黑精組分降血脂活性最佳[56]。血管緊張素轉化酶抑制實驗顯示老陳醋類黑精對血管緊張素轉化酶的抑制活性中心為類黑精核心，而不是以非共價鍵連接在類黑精骨架上的低分子質量復合物[57]。蔣家奎研究了鎮江香醋中類黑精的還原能力、清除羥自由基活性、亞鐵離子螯合能力，結果顯示鎮江香醋中的類黑精成分也具有一定的抗氧化作用[58]。

8 無機元素

食醋中無機物主要來源于釀造時所選用的水、原料，以及釀造所用工具、容器等[1]。綜合文獻報道，在現有對食醋中無機元素的檢測中，共檢到40 種，包括K、Ca、Na、Mg、Mn、Zn、Cu等36 種金屬元素（表3），以及P、Se、B、As 4 種非金屬元素[10,11,59-61]。有研究認為，從食醋元素組成來看，食醋雖然呈現酸性，但含有較多的K、Ca、Na、Mg，所以為堿性食品。

表 3 食醋中檢測到的無機元素Table 3 Inorganic elements detected in grain-derived traditional vinegar

鄭彥婕等采用電感耦合等離子體質譜（inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS）儀和電感耦合等離子發射光譜（inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy，ICP-AES）儀測定了山西老陳醋和鎮江香醋中38 種無機元素的含量，12 種元素的含量在鎮江香醋和山西老陳醋中存在顯著性差異，鎮江香醋中的Cd、Ba、Mn、Zn、Ni、Mo的含量高于山西老陳醋，而山西老陳醋的Al、Ca、Fe、Pb、Cs、As的含量則高于鎮江香醋，山西老陳醋中的Ca、Fe元素高的原因在于山西水中的硬度普遍高于鎮江地區[60]。

另有報道比較了米醋、陳醋、香醋、白醋中10 種元素的含量，發現Ca、Mg、Fe、Zn和Mn元素在香醋中含量均為最高，Mn在白醋中未檢測到，Cu在米醋和陳醋中未檢測到[61]。

9 結 語

傳統釀造食醋保健功能的發揮依賴于其所含的化學成分，因此，闡明其物質基礎有助于進一步發掘其營養保健價值。食醋由于原料和工藝的復雜性，其化學組成非常復雜，是典型的化學復雜體系。本文從氨基酸、有機酸、多元醇和糖類、黃酮類、川芎嗪、揮發性成分、類黑精、無機元素的角度對近年來谷物釀造食醋的化學成分研究進行了綜述，其中氨基酸、有機酸、揮發性成分的研究最為深入，化學結構相對清楚，而芳香有機酸類、黃酮類、類黑精、多元醇、糖類的結構研究相對薄弱，但這些成分卻多具有抗氧化、抗炎、降脂等生物學功能，對于食醋的保健功能挖掘和進一步的產品開發至關重要。

化學成分的結構與其生物活性密切相關，深入研究釀造食醋所含的化學成分，可進一步準確揭示其生物活性，有助于科學闡釋傳統釀造食醋的營養保健功能。此外，這些功能成分也可為食醋質量標準研究中建立專屬性更強的量化指標提供依據，以及為食醋釀造過程的中工藝優化和生產過程監測提供更全面的量化指標。