黃芪醋與山西老陳醋揮發性成分分析對比

劉瑤，文明，趙恒山，胡文偉，王如福*

(1.山西農業大學 食品科學與工程學院，山西 晉中 030801； 2.山西海霖食品有限公司，山西 晉中 030600)

黃芪為豆科植物蒙古黃芪[Astragalusmembranaceus(Fisch.) Bunge.var.mongholicus (Bunge.) Hsiao]或膜莢黃芪[Astragalusmembranaceus(Fisch.)]的干燥根[1]，其味甘、性溫，是一種較名貴的中藥材，素有“十藥八芪”之稱，主要分布于我國北部和西南部等地區[2]。傳統中醫認為黃芪具有補氣固表、斂瘡生肌、排膿、利尿等作用[3]；現代研究表明，其還具有增強機體免疫力、強心降壓、降血糖、抗衰老、抗腫瘤等功效[4-6]。此外，黃芪除了含有普通營養物質外，還有黃酮類、皂苷類、多糖及生物堿類等成分[7]，具有很高的功能價值。2018年，黃芪已被衛健委列入藥食同源原料目錄。近年來，已有大量關于黃芪的保健品和功能食品的報道，如黃芪保健膠囊、黃芪保健酒、黃芪餅干等。黃芪醋是以黃芪、高粱為主要原料，在山西老陳醋釀造工藝基礎上釀制而成。其揮發性成分是評價其品質的重要指標，也是與其他食醋相區別的關鍵。

固相微萃取(solid-phase microextraction，SPME)技術是通過纖維頭從樣品中吸附待測物，并解吸于分析設備中的一種無溶劑樣品預處理技術，具有靈敏度高、效率高、操作便捷、選擇性與重復性好等優點[8-11]。目前，黃芪已廣泛應用于環境、食品、生化、醫學等領域。目前，國內對黃芪的研究主要是藥理方面，未見將黃芪釀造為食醋的相關報道，對黃芪醋揮發性成分的報道更沒有。本研究采用頂空固相微萃取-氣質聯用(headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，HP-SPME-GC-MS)法檢測黃芪醋易揮發成分，并與山西老陳醋的揮發性成分進行分析比較，以期為黃芪醋的香氣特征研究、產品質量控制提供科學的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黃芪：山西省渾源縣；高粱、大曲和谷糠：山西省晉中市榆次區某醋廠；麩皮、稻殼：安徽省壽縣；山西老陳醋：山西農業大學山西食醋研究中心；NaCl(優級純)：天津市致遠化學試劑有限公司。

1.2 主要儀器與設備

VF-5MS色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)、Varian 840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、20 μL頂空進樣瓶 美國Supelco公司；多功能粉碎機 浙江紅景天工貿有限公司；722可見光分光光度計、FA224型電子天平 上海舜宇恒平科學儀器有限公司。

1.3 黃芪醋的釀造工藝

1.3.1 工藝流程

1.3.2 操作要點

1.3.2.1 原料處理

挑選優質的干黃芪，除去雜質并將其粉碎，粉碎后過100目篩。

1.3.2.2 潤料

將粉碎的黃芪與高粱按1∶5計算，混合后加入總質量1倍的純凈水攪拌均勻，在室溫下放置12 h。

1.3.2.3 液化

再加入原料總質量3.5倍的純凈水后加熱，當升溫至60 ℃時，加入總質量0.15%的α-淀粉酶，繼續升溫至煮沸后，調到中火煮50 min。

1.3.2.4 糖化

將液化醪置于室溫下降溫，當醪液降溫至60 ℃時加入總質量0.6%的糖化酶，繼續降溫至30 ℃時加入原料總質量55%的大曲。

1.3.2.5 酒化發酵

向攪拌均勻的糖化醪中加入原料總質量0.02%的安琪釀酒酵母，將其置于25～28 ℃的環境中，先敞口發酵3 d，每天早晚各攪拌一次，從第4 天開始封口發酵10 d。

1.3.2.6 醋化發酵

將酒醪與麩皮、谷糠、稻殼拌勻。接入火醅(溫度為35～40 ℃的醋醅)，約發酵12 d，每天同一時間翻醅一次。隨著醋醅酸度升高減緩，醋醅品溫逐漸下降，即醋化發酵結束[12]。

1.3.2.7 淋醋

將醋化發酵結束的黃芪醋醋醅置于淋醋池中，用沸水浸泡12 h后淋醋，過濾，瞬時滅菌后得到白淋醋，然后用白淋醋浸泡山西老陳醋熏醅，約2 h后淋醋，滅菌后即得到黃芪原醋。

1.3.2.8 陳釀

將黃芪原醋置于陳釀池中約30 d，滅菌后即得到黃芪醋。

1.4 實驗方法

1.4.1 理化指標的測定

總酸、總酯、不揮發酸、氨基酸態氮、還原糖的測定：參照GB/T 18187-2000《釀造食醋》規定的方法[13]。

1.4.2 總黃酮含量的測定

參照GB/T 19777-2013《地理標志產品 山西老陳醋》附錄C規定的方法[14]。

1.4.3 固相微萃取方法[15,16]

將萃取纖維頭插入氣相色譜的進樣口中，于250 ℃老化至無雜峰。分別準確提取3.0 g已粉碎的黃芪樣品和8.0 mL液體樣品置于20 mL頂空瓶中，黃芪樣品中再加入6.0 mL蒸餾水，然后分別加入NaCl 2 g，用瓶蓋密封后于50 ℃恒溫水浴中平衡10 min。將進樣瓶置于孵化爐中，孵化溫度為45 ℃，保持30 min后，將老化好的SPME萃取頭插入頂空瓶中，使之與液面保持1.5 cm，推出纖維頭頂空吸附60 min。萃取后直接進樣，于250 ℃進樣口解吸5 min。

1.4.4 GC-MS參數條件[17]

1.4.4.1 色譜條件

TG-5MS毛細管色譜柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；載氣為氦氣(He)；流速1.0 mL/min；進樣口溫度250 ℃；起始溫度為35 ℃，保持5 min，以5 ℃/min升至160 ℃，保持3 min，然后以10 ℃/min升至250 ℃，保持3 min。

1.4.4.2 質譜條件

接口溫度250 ℃，EI離子源溫度230 ℃；電子能量70 eV，質量掃描范圍為35～500 amu。

1.4.5 定性與定量分析

1.4.5.1 定性方法

通過質譜分析，通過檢索NIST 08譜庫和人工圖譜解析進行比對，結合相關文獻及化學成分的保留時間、質譜圖譜和匹配度等共同進行定性分析。

1.4.5.2 定量方法

采用峰面積歸一化法進行定量分析，計算各成分的相對含量。

2 結果與分析

2.1 黃芪醋指標測定結果與分析

表1 黃芪醋指標測定結果Table 1 Determination results of Astragalus vinegar indexes

由表1可知，黃芪醋理化指標符合GB/T 19777-2013《地理標志產品 山西老陳醋》的標準，其中不揮發酸的含量較高，使黃芪醋具有刺激性小、酸味柔和、后味長等特點。黃芪中黃酮類物質不僅具有抗氧化、抗衰老及增強機體免疫力等功效，而且具有抗心肌缺血、舒張血管平滑肌、保肝、抗炎、降血糖等作用[18]，經檢測，黃芪醋的總黃酮含量明顯高于山西老陳醋[19]，因此黃芪醋具有良好的保健功效。

2.2 黃芪醋和山西老陳醋香氣成分變化分析

黃芪醋和山西老陳醋中揮發性香氣成分的GC-MS總離子流色譜圖見圖1和圖2，經譜庫檢索和其他鑒定方法，鑒定出的揮發性香氣成分見表2。

圖1 黃芪醋揮發性香氣成分的GC-MS總離子流色譜圖Fig.1 GC-MS total ion chromatogram of volatile aroma components of Astragalus vinegar

圖2 山西老陳醋揮發性香氣成分的GC-MS 總離子流色譜圖Fig.2 GC-MS total ion chromatogram of volatile aroma components of Shanxi mature vinegar

由圖1和圖2可知，黃芪醋和山西老陳醋各揮發性香氣成分的色譜峰相對較尖且窄，說明該SPME條件對黃芪醋和山西老陳醋揮發性物質的萃取效果較好。

表2 黃芪醋與山西老陳醋揮發性香氣成分分析Table 2 Analysis of volatile aroma components of Astragalus vinegar and Shanxi mature vinegar

續 表

續 表

注：“-”表示未檢出。

表3 黃芪醋和山西老陳醋揮發性成分化學分類Table 3 Chemical classification of volatile components of Astragalus vinegar and Shanxi mature vinegar

續 表

由表2和表3可知，共檢測出77種揮發性成分，包括酯類14種、酸類13種、雜環類11種、醇類9種、醛類8種、酮類4種、烴類5種、酚類4種和其他類9種。其中共有揮發性成分為22種，酸類、酯類和雜環類化合物含量均較多。

黃芪醋檢測出49種揮發性成分，揮發性成分相對含量較高，約為92.72%，其中含量最多的是雜環類10種(22.28%)，其次是酸類8種(21.69%)、醛類6種(17.27%)、酯類10種(9.38%)、醇類3種(8.36%)、酮類3種(5.28%)、烴類4種(1.92%)、其他類化合物4種(6.40%)、酚類1種(0.14%)。

山西老陳醋檢測出50種揮發性成分，總相對含量為73.33%，其中相對含量最多的是雜環類4種(15.40%)，其次是酯類9種(14.97%)、酸類10種(13.27%)、醇類8種(10.23%)、醛類6種(6.22%)、酮類3種(5.02%)、其他類化合物6種(6.72%)、酚類3種(1.48%)、烴類1種(0.10%)。

2.2.1 黃芪醋與山西老陳醋酯類化合物變化分析

在醋化發酵階段，由于酯化反應的進行，生成大量酯類化合物，酯類化合物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。黃芪醋中檢測出10種酯類化合物，山西老陳醋中檢測出9種酯類化合物，共有香氣成分4種，其中乙酸苯乙酯呈花香、果香和威士忌酒香氣；乙酸異龍腦酯呈松香樟腦氣味；乙酸乙烯酯具有很強的酯香、果香；丙二醇甲醚醋酸酯有輕微的醚類氣味。黃芪醋中特有異硫氰酸異丁酯(芥末、辣根刺激性氣味)、棕櫚酸乙酯(微弱蠟香、果爵和奶油香氣)、辛酸乙酯(白蘭地酒香味)；山西老陳醋特有乙酸甲酯、甲酸乙烯酯都具有芳香氣味，風味相對單一。由表3可知，黃芪醋與山西老陳醋的酯類化合物含量相當，但黃芪醋的揮發性酯類物質更豐富，不同酯類物質糅合在一起，賦予了黃芪醋獨特的風味。

2.2.2 黃芪醋與山西老陳醋酸類化合物變化分析

兩種醋中均檢測出大量酸類化合物，這是醋化發酵過程中的主要產物，構成了黃芪醋和山西老陳醋主要揮發性風味成分。由表3可知，黃芪醋中檢測到8種酸類化合物，其中乙酸是所有揮發性成分中相對含量最高的，約為20.57%，具有強烈的刺激氣味，是黃芪醋主要呈酸物質；除乙酸外，檢出的其他酸類化合物相對含量較小。山西老陳醋檢測出的主要揮發性酸性物質也是乙酸，但相對含量低于黃芪醋。黃芪醋中辛酸稀釋后呈水果香氣；山西老陳醋中2-甲基丁酸也呈愉快的水果香氣，而異丁酸則呈強烈的哈敗氣味和干酪味[20]。總之，黃芪醋中揮發性酸類化合物含量顯著高于山西老陳醋，使得黃芪醋風味口感優于山西老陳醋。

2.2.3 黃芪醋與山西老陳醋雜環類化合物變化分析

雜環類化合物主要形成于熏醅階段，由于熏醅工藝以美拉德反應為主，且原料高粱、豌豆和大麥富含多糖、氨基酸等，為美拉德反應提供了必要的前體物質[21]，因此經熏醅工藝釀造的食醋都含有大量雜環類化合物。

吡嗪類物質是山西老陳醋熏醅中產生的特有香氣物質之一，主要通過Strecker降解氮源生成的[22]。由表2可知，黃芪醋和山西老陳醋中含量最高的四甲基吡嗪(又稱川芎嗪)，具有咖啡、烘烤花生等特殊香味，此外還具有降血壓和改善冠心病癥狀等功效[23,24]。同時二者共有的雜環類化合物還有2-乙基-3,5,6-三甲基吡嗪和2,4,5-三甲基惡唑。黃芪醋中雜環類化合物相對于山西老陳醋而言更加豐富，其中黃芪醋含有2-甲基吡嗪、2,3-二甲基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪、2-乙基-5-甲基吡嗪、2-戊基呋喃、2-乙酰基呋喃等雜環類化合物；而山西老陳醋特有的雜環類化合物僅有2-乙酰基呋喃。有研究表明，3-甲基惡唑、吡嗪類和呋喃類物質與食醋抗氧化活性有關[25,26]。因此，與山西老陳醋相比，這些雜環化合物在一定程度上賦予黃芪醋獨特的風味及保健價值。

2.2.4 黃芪醋與山西老陳醋醇類化合物變化分析

醇類是酒化發酵階段的主要產物，而醋化發酵主要是將醇類物質氧化為酸類物質。由表3可知，黃芪醋中檢測出3種醇類化合物，而山西老陳醋中檢測出8種，且山西老陳醋中的醇類化合物含量高于黃芪醋，可能是在醋化階段黃芪醋有氧發酵更徹底。由表2可知，二者都含有大量的苯乙醇，苯乙醇主要是苯丙氨酸經Strecker降解產生醛，然后進一步還原后生成，也有部分苯乙醇是在酒化發酵時產生，后來直接轉移到醋中[27-29]，該化合物目前已被鑒定為酒中主要的芳香族化合物，呈花香、玫瑰香[30]。黃芪醋中的糠醇呈微弱香氣，有焦香味；α-松油醇呈海桐花、紫丁香、鈴蘭等愉快的花香味。

2.2.5 黃芪醋與山西老陳醋、醛類化合物變化分析

經熏醅工藝主要形成醛類物質。由表2可知，黃芪醋與山西老陳醋都含有糠醛(甜香、面包香和焦糖香)、苯乙醛(水果甜香氣)、壬醛(玫瑰、柑橘等香氣)、癸醛(甜香、柑橘香、蠟香、花香)。其中糠醛，亦稱2-呋喃甲醛，這可能是五碳糖經微生物發酵生成木糖，木糖再分解為糠醛，也可能在高溫條件下由Strecker降解反應而來。由于黃芪醋在淋醋時用白淋醋浸泡山西老陳醋熏醅，因此黃芪醋中含有大量糠醛。山西老陳醋中特有苯甲醛，又稱安息香醛，具有特殊的杏仁氣味，其可能來自苯甲醇的氧化，也可能是微生物對苯丙氨酸、酚類、苯乙酸和羥基苯甲酸等物質作用產生[31]。由表3可知，黃芪醋中醛類物質含量高于山西老陳醋，具有明顯的水果香氣，深受消費者喜愛。

3 結論

本研究首先測定了黃芪醋的理化指標和總黃酮含量，可知黃芪醋符合國家標準，且富含黃酮等功能性物質。然后采用頂空固相微萃取和氣質聯用技術對黃芪醋和山西老陳醋中揮發性成分進行了分析，共檢測鑒定出77種揮發性成分，包括酯類14種、酸類13種、雜環類11種、醇類9種、醛類8種、酮類4種、烴類5種、酚類4種和其他類9種。通過研究確定酸類、酯類、雜環類化合物種類和含量較高，是構成黃芪醋和山西老陳醋香氣的主體成分。

目前，李燕敏等[32]對不同產地干黃芪揮發性風味成分研究發現，對干黃芪香氣貢獻較大的成分為正己醛、苯甲醛、1-戊醇、3-辛烯-2-酮、丁香酚、欖香素、右2-丁基呋喃、2-正戊基呋喃等。徐懷德等[33]對鮮黃芪和干黃芪揮發性化學成分的研究表明，鑒定出干黃芪中含有44種香氣成分，主要成分是正己醛、正己醇、己-2-烯醛。但黃芪醋中未檢出黃芪特有的香氣成分，主要原因可能是在發酵過程中微生物代謝將其轉化為其他化合物。本研究對黃芪醋和山西老陳醋的揮發性成分相對含量和香氣特征進行了鑒定，黃芪醋酸類、雜環類、醛類化合物種類多于山西老陳醋，賦予黃芪醋特殊的風味。同時，黃芪醋揮發性香氣成分相對含量明顯高于山西老陳醋。因此，黃芪醋風味優于山西老陳醋，且沒有黃芪濃烈的中藥味，功能營養物質更豐富，易被消費者接受。通過對黃芪醋和山西老陳醋的揮發性香氣成分的差異對比分析，為更好地控制影響黃芪醋香氣形成的因素及工業化生產奠定了理論基礎。