醬油的風味物質1

葛金鑫1，2，李永凱2，曾斌2*

（1.江西科技師范大學藥學院，江西南昌330013；2.江西科技師范大學生命科學學院，江西南昌330013）

醬油是起源于我國的傳統調味品，它是中國以及亞洲其他國家如日本、韓國、泰國乃至世界上比較重要的調味品之一[1]，與其他豆類調味品一樣，醬油的主要原料為蛋白質（如大豆、脫脂大豆等），與其他不同的地方則在于醬油釀造還要加入淀粉質輔料（如小麥、麩皮等）。在醬油的釀造過程中，復合微生物會在生命活動中產生的各種酶類，而原輔料中各種有機物經由這些酶類催化、水解、發酵等一系列反應后生成各種小分子物質，這些小分子物質之間再經過復雜的相互反應、多級轉化以及微生物的自溶等作用進而形成液體狀調味品醬油[2-3]。由于醬油的風味主要來源于其中微生物和復合生物酶的協同作用所產生的可溶性小分子物質，所以醬油生產過程中從原料到生產工藝每一步的不同，都會導致醬油風味和香氣的改變[4]。

醬油因其風味的獨特而愈加受歡迎的體現，不僅僅在于醬油種類的增加，更凸顯在其消費市場從東南亞國家擴張到西方歐美國家，并逐漸在世界各地廣泛使用[5]。醬油人均產量已超過臺灣地區，預計未來增速維持低位。由于國內缺乏醬油行業銷量數據，我們借助產量反映行業趨勢。數據顯示，我國醬油產量從04年的169萬t迅速增長到11年的662萬t，呈現出放量式的高速增長。但從2012年開始，隨著醬油的人均產量超過5 L，產量同比增速下滑，醬油行業逐漸告別粗放增長的時代。2016年大陸醬油人均產量達7.2L/人，高于臺灣地區。人均產量趨于飽和，但受益餐飲行業的略微復蘇，未來產量增速將維持在低位[6]。但目前，對醬油進行深入研究的地區主要集中于日本、韓國和臺灣等地區。特別是日本，經過對中國醬油技術的系統理論研究，再結合現代科技，總結出了醬油生產的關鍵工藝即低溫、高鹽、長周期、動態稀醪發酵、加壓過濾工藝，使得日本醬油全球市場上的份額處于領先地位[7]。為使得中國醬油在國際市場上的份額以及經濟效益的提高，必須對醬油的風味和生產工藝進行深入的研究，不斷改善提高醬油的品質和風味[8]。國內對醬油風味物質的研究主要研究了原料或原料配比、原料特殊處理、菌種改造（如誘變的米曲霉、醬油曲霉、酵母菌和乳酸菌等）、添加物（酵母抽提物等）、醬油中的總氮、氨基酸態氮和有機酸等對醬油感官風味的影響[9]。新加坡的BULL S M[10]研究了大曲質量對醬油風味物質的影響；CHOU C C[11]等研究了經過擠壓處理的原料對醬油風味的影響；WANAKCHAHORNKRA P等[12]研究了真空同時蒸氣一溶劑萃取、直接溶劑萃取和頂空萃取三種萃取方法對泰式醬油風味成分分析結果的異同；LEE S M等[13]將酸水解醬油和發酵醬油的風味成分進行比較研究。本綜述從國內外對醬油風味物質的研究進行綜合分析闡述了醬油的呈味物質及風味物質，探討了這些呈味物質的來源，并對這些香味物質的鑒定檢測及它們所產生的生理活性。旨在深入了解醬油釀造的生化反應過程和工藝機理，對于改善醬油的風味和提高醬油品質具有重要的意義。

1 醬油的呈味物質

味覺是指食物在人的口腔內對味覺器官化學感受系統的刺激并產生的一種感覺，是人民在品嘗食品的過程中產生的一種味感、嗅感和三叉神經感的復合感覺，最基本的味覺有鮮、酸、甜、苦、咸五種。人依靠味覺對食物中所含的呈味物質進行辨別，也因此食品中的呈味物質也被分為也就被分為鮮、酸、甜、苦、咸五種。醬油的口感為咸而鮮，稍甜味而醇厚，略帶苦味，醬油中有著復雜多樣的呈味物質，主要是原料中的蛋白質、淀粉、脂肪等成分經過微生物發酵后生成的各種小分子化合物和微生物自身產生的代謝產物，這些組分在微生物發酵過程中相互作用并發生復雜的化學反應后生成各類滋味物質[14]。

1.1 鮮味

醬油之所以能夠得到越來越多人的喜愛，這與醬油鮮味之間的關系密不可分，鮮味是醬油中最主要的風味，它主要是由原輔料中蛋白質被分解所產生的氨基酸及多肽呈現，醬油的鮮味和營養價值取決于氨基酸態氮的含量高低，一般來說氨基酸態氮越高，醬油的等級就越高，也就是說品質越好[15]。更因為鮮味是醬油中最突出的味道，所以醬油中各種氨基酸的含量直接影響醬油的風味，也使得總氨基酸態氮成為了判斷一種醬油品質好壞的標志性物質。氨基酸是由醬油釀造過程中原料經高溫后蛋白質變性，分子結構發生改變，再經微生物分泌的蛋白酶作用后被降解所得到[16]。目前，分析醬油中氨基酸的最主要的方法有柱前衍生高效液相色譜法、毛細管電泳法等，但是這些方法都面臨著樣品衍生化操作所帶來的由于衍生化試劑或操作所帶來的問題。墨淑敏等[17]利用高效陰離子交換色譜-積分脈沖安培法，該方法只需通過使用一定濃度的氫氧化鈉（NaOH）和醋酸鈉（NaAc）作淋洗液，梯度淋洗便可將醬油中常見的18種氨基酸實現分離并被檢測，既避免了衍生化所帶來的問題，同時也對醬油中所產生的氨基酸進行了分析，可以發現醬油中除了鮮味的主要貢獻者谷氨酸外，丙氨酸、甘氨酸、脯氨酸、亮氨酸、酪氨酸等氨基酸的含量也很大，它們也會對醬油的鮮味產生重要的影響。

1.2 酸味

醬油中的酸味來自于有機酸類物質，其中最主要的是乙酸、乳酸、以及蘋果酸等，且這部分的有機酸來源于三羧酸循環中醇、醛等物質的氧化。當前，測定有機酸的方法中最主要的為高效液相色譜法，該方法相較于其他方法不僅前處理簡潔方便而且其試驗結果精確性非常高，因此現已廣泛用于檢測醬油中機酸種類和含量[18]。根據SONG Y等[19]研究發現，在醬油發酵的過程中，有機酸類物質不斷增加，總酸度也呈現增長趨勢，而固形物的量則呈現先增長后保持不變的趨勢，由此可以推斷醬油的酸味主要取決于醬油的有機酸物質和其他固形物的比例，當總酸過低時，鮮味不突出；而總酸過高時，會使得酸味過于突出，使醬油的風味惡化。

1.3 甜味

通過酶水解淀粉原料形成的小分子糖類（葡萄糖、果糖、阿拉伯糖、木糖、麥芽糖等）是醬油的主要甜味來源，若還原糖含量越高，則甜味越顯著，而蛋白質發酵后產生的甜味氨基酸如甘氨酸、丙氨酸、蘇氨酸等及小分子甜味肽對醬油的甜味也呈現促進作用[20]。

1.4 苦味

通常在品嘗醬油的時候，不會感受到苦味的存在，但實際上在醬油中確實含有苦味物質，但含量十分微少，但正是這微量的苦味增添了醬油滋味的厚重感以及連續感。醬油中的苦味物質來源有兩個，一是來自釀造過程中所必須添加的食鹽會帶來氯化鎂，硫酸鎂及硫酸鈉等一系列物質，這些物質會產生苦味。二是原料分解會得到的一些帶有苦味的氨基酸如酪氨酸、色氨酸、亮氨酸、精氨酸、甲硫氨酸、谷氨酸-酪氨酸等以及含硫氨基酸殘基的肽[20]。根據KIM Y等[21]將人類的苦味受體Htas2Rs、htas2r46的表達質粒克隆到peak10載體中進行實驗，可以發現醬油中的鮮味活性成分會對人的苦味受體產生拮抗作用，因此也會使得醬油中的苦味不明顯。

1.5 咸味

醬油的咸味主要來源于釀造過程中所添加的食鹽，大多數的醬油中會添加18%左右的氯化鈉（NaCl），適度的鹽能增加人的食欲，除此以外，醬油中存在的大量氨基酸、有機酸以及糖、醇等物質，同樣使得醬油的咸味不僅不突出，而且還很溫和[22]。

2 醬油的風味物質

醬油在釀造過程中會產生一系列帶有特殊香氣的揮發性物質，這些香氣物質在成品醬油中的含量極其微少，但種類繁多，且成香機理極為復雜，對于醬油的風味影響非常重要[23]。根據朱志鑫[24]等利用氣相色譜-質譜法（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）分析方法對醬油中的揮發性香氣成分進行的研究發現，醬油中的揮發性風味物質主要包含酮類、醇類、酯類、酚類、醛類和含硫化合物等，其中最為重要的兩個成分分別是酚類中的4-乙基愈創木酚（4-ethylguaiacol，4-EG）和呋喃酮化合物中4-羥基-2（5）-乙基-5（2）-甲基-3（2H）-呋喃酮（4-hydroxy-2-methyl-5-ethyl-3-oxo-2H-furan，HEMF）[25]。醬油擁有較為復雜的成香物質來源，原因可歸納總結為以下四類：①是由原料成分產生；②是由曲霉產酶的分解代謝產物生成；③是由耐鹽酵母、細菌的代謝產物生成；④是由非酶化學反應生成[26]。

2.1 酮類化合物

4-羥基-2（5）-乙基-5（2）-甲基-3（2H）-呋喃酮（HEMF）是一種較為特殊的成分，能使醬油具有焦糖香氣，它是一種能夠呈現出獨特的醬油香氣的實體物質[27]。同時它的抗癌作用顯著，具有明顯的抑制腫瘤效果，因此是醬油中重要的天然活性物質[28]。4-羥基-2,5-二甲基-3（2H）-呋喃酮（4-hydroxy-2，5-dimethyl-3（2h）-furanone，HDMF）和5-甲基-2-糠醛（5-Methyl-2-Furfural，HMF）是HEMF的兩個同族化合物，這兩者的抗癌活性與HEMF大致相同，除此以外，這兩種物質也擁有獨特香氣，HDMF具有成熟蘿卜香氣，而HMF的味道與炒栗子焦糖相類似[29]。

2.2 醇類化合物

醬油中醇類物質主要是由糖以及氨基酸在耐鹽酵母發酵代謝產生的，其中含量比較多的幾種醇類為1-辛烯-3-醇、苯乙醇、5-甲基-2-（1-甲基乙基）環己醇和乙醇。醇類物質為醬油帶來了醇和的酒香氣味和一種類似于玫瑰的香氣，更重要的是，醇類物質還屬于醬油中成酯的基本物質[30]。

2.3 酯類化合物

酯類化合物是醬油中最豐富且最復雜的成分，大多數的酯是由醇類物質和蛋白質水解生成的有機酸經過酯化酶的酯化作用所生成，其中以乳酸乙酯、乙酸乙酯為代表，具有香味清、散逸速度快、距離遠、易感覺到等特點，能夠有效緩和醬油中的咸味，并同時能使醬油的風味變得更為醇厚[1]。油酸乙酯、亞油酸乙酯、十六酸乙酯等物質都是豆類等在發酵過程中所產生的高級脂肪酸酯，具有明顯果香味，能使釀造醬油的香氣變得更加濃郁與協調[24]。除此以外，FENG Y等[31]研究表明，在醬油曲發酵過程中產生的而甘酯，單酰甘油和游離脂肪酸等物質也是醬油風味和香味的典型前體，為醬油獨特風味的形成提供了物質基礎。

2.4 酚類化合物

醬油中的酚類香氣物質主要揮發性酚類，羥基酚類的主要是以麥麩皮，經制曲作用，再經特定酵母的發酵作用生成。它們的代表性成分是4-乙基愈創木酚（4-EG）和4-乙基苯酚。其香氣是醬油中是主要香氣成分之一，并且與丁香和煙熏的氣味相類似。酚類化合物在釀造過程中作用顯著，首先這類物質能夠調節醬油中的咸味，其次在口感上會產生發酵醬油獨有的滋味，因此增加了醬油的圓潤與飽滿的感覺[28]。

2.5 醛類化合物

醬油在釀造過程中能夠產生醛類物質的途徑主要有兩種，一是對亮氨酸和異亮氨酸進行降解，二是微生物利用游離氨基酸的轉氨和去羰基作用。2-甲基丁醛是醛類物質中含量最高的物質，其次分別是3-甲基丁醛、2-甲基丙醛，這三種物質為醬油貢獻著麥芽香[32]。除了這三種物質以外，醬油還包括甲醛、乙醛、異戊醛與苯乙醛等醛類化合物，其中乙醛的氣味較為辛辣，可以起到調和香氣的作用。

2.6 含硫化合物

醬油發酵中存在一類非常重要的反應被稱為美拉德反應，在這個反應中會產生一系列含N、S的棕褐色揮發性雜環化合物，例如類黑精等。這些雜環化合物的游離基由于其具有不易被水解以及大多數情況下不會進行自我降解的性質，因此這種物質能夠穩定地存在并能夠消除活性氧，提高過氧化物酶、過氧化氫酶等酶系的活性，以此發揮其抗氧化作用。這些含硫化合物在風味上的影響則主要體現在它們會使得醬油呈現苦澀的氣味[29，33]。

3 提高和改善醬油風味的方法

3.1 選擇適宜的原料、配比及原料處理方式

醬油在原料的選擇上，既要保證蛋白質原料滿足釀造需求又要使淀粉質輔料的充分，這要才有利于滿足產生呈香物質的物料基礎，由于麩皮中淀粉含量較少，戊糖含量較多，在發酵過程中戊糖不能被利用，經高溫發酵后會使得產品發烏無光澤，所以增加少量的小麥或者在發酵過程中添加淀粉原料制成的糖化醪，以改善醬油口感其次，原料的處理方式也會對醬油的風味產生重要的影響，所以對于處理原料的設備、水分、溫度、加熱方式等方面進行改善，找到最適宜的方法[34]，有研究發現目前淀粉質原料處理效果較好的是將小麥焙烤后制曲或者直接參與發酵作用。

3.2 選擇合適的曲霉菌種

醬油主要是由不同種類的曲霉來進行釀造的，其會對醬油的風味產生一定的影響，主要表現在以下兩個方面：①是曲霉在代謝活動中產生的各種蛋白水解酶和谷氨酰胺酶將淀粉原料中的蛋白分解成谷氨酸及多種小分子氨基酸，形成各種味道物質，香味物質的前體物質。②是曲霉在發酵過程中發生的自溶作用，能夠將曲霉體內的蛋白質、糖類、核酸等進行分解，從而產生相應的物質。正因如此，曲霉菌種的好壞直接關系著醬油風味的好壞，選擇合適的菌種對改善醬油的風味極為重要。中國醬油生產主要使用米曲霉，在生長過程中可以得到豐富的蛋白酶系，其中較為典型的是滬釀3.042米曲霉，該菌株的優點較多，例如生長速度快、酶系較全、產孢子能力特強、分生孢子形狀大等，且使用該菌株發酵的醬油香氣較好，遺傳性能更穩定，所以可以將其作為主要菌種來釀造中式醬油釀造[35]。

3.3 多菌種發酵

天然發酵所造成的酶活力較低，發酵周期長以及產品質量不穩定等弊端雖然已被純種發酵克服，但同時它也導致了一系列由于酶系簡單而帶來的原料中各種成分不能很好地分解為有效成分的問題。因此采用多菌種發酵有利于底物更充分的分解以提高醬油的風味[36]。HARADA R等[37]研究了在醬油發酵過程中加入酵母菌以及乳酸菌對其成分的影響，發現在釀造過程中加入酵母菌后可產生乙醇，乙醇作為一種呈味物質，不僅自身存在酒香味，還可以氧化成醛、酸，更進一步還可以和酸形成酯；而加入乳酸菌后醬油中呈現馬鈴薯香味的甲基化產物明顯增加。除了這兩種酶以外，還可以加入淀粉酶、果膠酶等酶同樣也可以起到改善醬油風味的作用[38]。

3.4 利用米曲霉的自溶現象

米曲霉菌絲體破碎自溶液中溶出大量的酶，多肽、氨基酸、糖類等營養物質和核酸等風味物質。米曲霉菌絲體在有機溶劑中以及好氧條件下的會產生抑制作用，但在高溫、低pH的厭氧條件則有利于誘導米曲霉自溶。XU N等[39]在研究米曲霉自溶物種物質的組成時發現，當在35℃、pH7、無鹽、無氧的條件下，自溶6 d最有利于米曲霉菌絲體自溶物溶出，其菌絲體中含有50%的蛋白質、16%的糖、11%的氨基酸、6%的核酸和6%的脂肪，且醬油中一系列揮發性的風味物質也因為米曲霉的自溶現象使得其含量有所增加。所以有效的利用米曲霉的自溶作用，可以更好地了解醬油中風味物質組分的形成機制，對提高醬油的風味有著重要的影響。

3.5 加強后熟處理

目前，大多數廠家是用純種低鹽固態發酵法釀造醬油，且該過程實在在高溫下進行的，這樣雖然能夠加快酶促反應的速度使得發酵時間變短，但同時也使得大部分的酶系以及微生物不能夠與底物充分作用，因此就抑制了各種微量成分如醇、酚、醛等物質的形成，使得醬油中的香氣成分積累過少，并因此影響醬油的風味。因此，后熟有利于醬醅中各種酶系的充分作用，后熟處理是指在原料中的成分基本上充分分解后，在經過一系列長時間的化學反應讓所釀造的調味品擁有更好的風味[40-41]。

3.6 浸出液的露曬

在醬油釀造過程中，醬醅一般要經歷浸泡過程，這個過程的溫度大概控制在80～90℃之間，但這樣的就會使得大部分的酶以及各種微生物基本失活，所以就導致了浸淋液中酶與微生物無法起到應有的作用。但有研究發現高溫的浸淋液經露曬以后，由于浸出液的水分活度降低，因此防止了細菌對其的污染，同時露曬過程中也可以使浸淋液中殘存的酶系發揮作用，以此使酶的作用效果得到提升，產品的體態更為澄清，醬油風味得到改善[40，42-43]。

3.7 利用生物反應器

傳統的醬油發酵過程中可能會面對酶活性不穩定、微生物滲透、生成物濃度過低等問題，生物反應器的原理是將與發酵相關微生物固定在固體或液體的載體上，來完成發酵這個過程。利用生物反應器來進行醬油發酵過程不僅可以很好的解決以上提到的問題，而且還具有高效率、高特異性等優點。陳釀醬油的生物反應器通常使用采用固定化微生物，固定化微生物的種類應該根據影響醬油后熟菌種來選擇，這種方法相對比較簡單[40]。

3.8 通過調配改善風味

雖然在醬油制備過程中，會產生許多風味物質，但這些物質的含量極其微量，為了改善風味，可以向其中加入適當的甜味劑和助鮮劑以及一些其他東西的香辛料。根據KIJIMA K等[44]向醬油中加入γ-谷氨酰轉肽酶發現該物質可以催化γ-谷氨酰化合物的水解及其γ-谷氨酰基轉移至氨基酸和多肽，以提高醬油的纖維。除此以外5'-鳥苷酸和5'-肌苷酸這兩種物質也同樣具有強烈助鮮作用。也就是說通過添加這些物質，不僅可以增加醬油的品種以滿足更多人的需求，同時還能夠進一步提升醬油的風味。

4 展望

越來越多的物質被發現與醬油的呈味以及風味有關，所以，對于醬油內與呈味以及風味有關物質更加深入的研究，它有助于提高中式醬油在國際市場上的地位。從醬油的呈味來看主要分為鮮、酸、甜、苦、咸，鮮味主要由氨基酸產生，最主要的鮮味貢獻者是谷氨酸，此外醬油中丙氨酸、甘氨酸、脯氨酸、亮氨酸、酪氨酸的含量也很多；酸味則主要來源于醬油發酵過程中產生的有機酸類，其中主要表現酸味的是乳酸、乙酸以及蘋果酸；甜味主要來源于一些小分子糖類物質例如葡萄糖、果糖、阿拉伯糖、木糖、麥芽糖等，這些糖類大部分都是由原料經淀粉酶酶解后產生的；醬油中所添加的食鹽則會帶來咸味和苦味。醬油的風味物質主要分為以下六類：酮類、醇類、酯類、酚類、醛類和含硫化合物。在酮類物質中主要的為HEMF，它不僅具有焦糖香氣同時還具有較強的抗癌活性；醇類物質不僅能帶來醇厚的酒香味，還是成酯的主要前體物質；酯類物質具有明顯果香味，能使釀造醬油的香氣變得更為濃郁與協調；酚類物質有一代表性物質，為4-EG，香氣具有類似丁香和煙熏的香味；醛類物質具有調和香氣的作用，其中2-甲基丁醛呈現麥芽香味，乙醛則呈現辛辣刺激之味；含硫化合物在生理活性方面具有較高的抗氧化活性，但是與此同時它也會帶來令人不愉快的苦澀感。

綜上所述，從選擇適宜的原料和適當的原料配比、選擇合適的曲霉菌種、多菌種發酵、利用米曲霉的自溶現象、加強后熟處理、浸出液的露曬、利用生物反應器、通過調配改善風味等幾個方面著手對于進一步提高和改善醬油的呈味與風味至關重要，且有望對其他的發酵食品提高風味提供新視角。展望未來，對醬油風味和呈味物質及其機理更加深入的研究，會成為提高我國醬油品質的重要方向。