不同原料發酵原醋中揮發性風味物質成分分析

曾 健，林良靜，莫梅清，黃立標，許朝輝，高向陽*

（1.華南農業大學 食品學院 廣東省功能食品活性物重點實驗室 嶺南現代農業科學與技術廣東省實驗室，廣東 廣州 510642；2.陜西時代釀造科技有限公司，陜西 楊凌 712100）

醋是以酒精、谷物或帶糖分的水果等為原料發酵而成的酸味調味品[1]，不僅含有大量的有機酸類物質，而且含有人體必需氨基酸、維生素和多種礦物質及多種功能性成分[2]。如植物甾醇以及黃酮類物質，可以給人體帶來很多益處，包括降低血脂作用[3]、刺激人體食欲、促進鈣離子吸收[4]、抗疲勞[5]等。釀造醋由于釀造的地理環境、原料與工藝不同，呈現不同風味[6-8]。醋的品質好壞很大程度取決于香氣成分，也是生產發酵過程的重要決定因素[9]。中國傳統食醋的主要揮發性成分是酯類、醛類、酸類、醇類等，通過物質之間的相互作用可形成獨特的食醋風味[10]，隨著風味解析技術的迅速發展，食醋風味的研究分析越來越多。如今在谷物醋中鑒定出來化合物大約360種[11]，因此香氣成分分析對于食醋的品質分析尤其重要。

固相微萃?。╯olid phase microextraction，SPME）與氣相色譜-質譜（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）聯用技術[11-12]，集萃取、濃縮、分析于一體，被廣泛應用在揮發成分的檢測[13-14]。目前已成為對揮發性成分及揮發性物質組成進行精確定性、定量分析的有效手段[15]。

本研究采用固相微萃?。⊿PME）結合氣相色譜-質譜（GC-MS）技術，研究不同原料發酵的原醋的風味成分，并結合相對氣味活度值（relative odor activity value，ROAV）探討不同原醋中關鍵的特征香氣成分[16-17]。為不同原料發酵的原醋風味的解析以及香氣成分的調控提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大棗、梨、大米麩皮、葡萄、柿子、桑葚、山楂、香蕉八種原料分別發酵的原醋（4 ℃低溫密封保存）：陜西時代釀造科技有限公司。

1.2 儀器與設備

GC-MS-QP2010 ULTRA氣質聯用儀：日本島津株式會社；SPME手動進樣器、SPME萃取裝置（50/30 μm，DVB/CAR/PDMS）：美國Supelco公司；PC-420磁力恒溫攪拌器：美國Corning公司。

1.3 方法

1.3.1 原醋的加工工藝流程及操作要點

1.3.2 原醋中揮發性風味物質分析（1）樣品前處理

將原醋樣品搖晃均勻，準確吸取5 mL樣品置于40 mL頂空瓶中，在45 ℃下平衡35 min，將老化（230 ℃，120 min）后的萃取頭插入樣品瓶頂空部分萃取30 min，隨后插入氣相色譜進樣口，在230 ℃的條件下解吸3 min，同時啟動儀器采集數據，用于GC-MS的分離與鑒定。

（2）GC-MS分析

在李晶等[18]測定方法上稍作修改。GC條件：采用DBWAX柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm）。升溫程序：初始溫度40 ℃，保持2 min，以4 ℃/min升溫至150 ℃，然后以15 ℃/min的速度上升至220 ℃，并保持8 min。流速1.0 mL/min，分流比10∶1。MS條件：電離方式為電子電離（electronic ionization，EI）源，電子能量70 eV，離子源溫度為230 ℃；質量掃描范圍35～400 m/z。

（3）定性定量方法[19]

根據美國國家標準技術研究所（national institute of standards and technology，NIST）14質譜數據庫通過匹配度和保留時間并結合保留指數確定，并選擇與匹配度＞85%的成分為有效香氣成分。采用峰面積歸一化法進行定量分析，得到揮發性物質的相對含量。

1.3.3 相對氣味活度值

基于化合物的相對含量，參考劉登勇等[20]評價方法，利用ROAV值評價各組分對原醋揮發性風味的相對貢獻。選擇對樣品總體風味貢獻最大的組分定義為ROAVstan=100，其他揮發性物質ROAV計算公式如下：

式中：C%A表示各揮發性組分的相對百分含量，%；TA表示各揮發性組分的閾值，mg/kg；C%stan表示對樣品風味貢獻最大組分的相對百分含量，%；Tstan表示對樣品風味貢獻最大組分的閾值，mg/kg。

2 結果與分析

2.1 八種原醋中揮發性成分GC-MS分析

2.1.1 八種原醋中揮發性成分的數量和含量分析

采用GC-MS對八種發酵原醋的揮發性風味成分進行測定，各類揮發性風味成分種類及相對含量見圖1，各揮發性風味成分含量測定結果見表1。

圖1 八種原醋中各類別揮發性物質的相對含量（A）和數量（B）Fig.1 Relative contents (A) and numbers (B) of each category volatile substances in eight kinds of original vinegars

由圖1及表1可知，共檢測出128種揮發性物質，共6大類，包括19種醛類、48種酯類、18種醇類、7種酸類、16種酮類和20種其他類物質。其中，酯類和醛類物質種類最豐富，其次是醇類物質、酮類物質和酸類物質。八種原醋的揮發性物質組成較相似，但豐度有較大差異。

表1 八種原醋中的揮發性成分含量GC-MS測定結果Table 1 Determination results of volatile components contents in eight kinds of original vinegars analyzed by GC-MS

續表

續表

由圖1A可知，酸類物質含量高于其他種類，相對含量在29.49%～83.36%，特別是香蕉原醋中酸類物質相對含量占比達到了83.36%。其次是酯類物質（6.79%～36.07%）、醛類物質（0.13%～27.44%）、醇類物質（1.97%～25.85%）和酮類物質（0.35%～9.15%）。

2.1.2 八種原醋中揮發性物質成分分析

醛類物質的產生主要是醋加工過程中由還原糖通過Maillard反應或焦糖反應降解而形成的[21]。由表1可知，壬醛、3-糠醛、苯甲醛是八種原醋中出現最多的醛類物質，其中山楂原醋中的3-糠醛相對含量最高，達到16.81%，其次是桑葚原醋，達10.38%，其他六種原醋中的相對含量則都在10%以下。而苯甲醛則是八種原醋所共有的，具有非常強烈的杏仁味[22]，桑葚原醋中相對含量最高，達11.86%，而梨原醋、葡萄原醋及柿子原醋中的含量則分別只有0.01%、0.13%和0.07%。

酯類物質主要來自發酵過程中酸類物質和醇類物質的酯化反應。由圖1B及表1可知，八種原醋中的酯類物質的種類是最多的，其中乙酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸丁酯、乙酸異丁酯、異戊酸乙酯、乙酸異戊酯、正己酸乙酯、乳酸乙酯、乙酸芐酯、乙酸苯乙酯等在八種原醋中基本都有出現。這類物質一般具有令人愉悅的水果香味[23-24]，對原醋的香氣成分有著很重要的影響。

醇類物質的產生主要來自酵母作用下氨基酸的代謝物[11]。由表1可知，乙醇、（R）-（-）-2-丁醇、異丁醇、異戊醇、2-丙基-1-戊醇、苯乙醇等在八種原醋中含量較高，尤其是苯乙醇更是八種原醋中所共有的，在梨原醋中的相對含量最少（0.10%），在葡萄原醋中最多（1.25%），具有令人愉悅的玫瑰花香[25]。

酸類物質的產生主要是在醋酸菌的酸發酵過程中形成的，它們對醋的味道起著重要的作用[26]。由表1可知，八種原醋中乙酸的相對含量有較大的差異，大米原醋中相對含量只有28.60%，香蕉原醋中高達83.35%，主要來自碳水化合物經過酵母的無氧呼吸作用生成乙醇，再通入大量氧氣使醋酸桿菌大量繁殖，將乙醇轉化為乙酸，而乙酸是醋酸味主要來源[24]。

酮類物質主要來自于發酵過程中微生物的代謝作用，很多都具有著令人愉悅的氣味。由表1可知，八種原醋中出現頻率較高的有2,3-丁二酮、3-羥基-2-丁酮、3-乙酰基-2-丁酮，其中3-乙?；?2-丁酮在八種原醋中同時出現，它主要來自于酒精發酵過程中某些微生物的代謝作用，大多數的酮類物質對醋的香味特征有著重要的貢獻[21]。

由表1可知，其他類物質中相對含量較高的主要有川芎嗪和DL-薄荷醇，川芎嗪是由Maillard反應的Heyns和Amadori中間體的鏈斷裂而產生[22]，在大棗原醋、大米原醋、桑葚原醋都有檢測到，相對含量分別為1.30%、1.37%以及2.19%。而DL-薄荷醇只在梨原醋和柿子原醋中檢測到分別為2.35%和0.81%的相對含量。

大棗原醋中特有的物質有5-甲基己醛、丙酸香葉酯、3-乙氧基丙酸乙酯、苯甲酸甲酯、3-苯丙酸乙酯、2-羥甲基苯甲酸、4-甲基-6-庚烯-3-酮、苯乙酮、苯丙酮、2,3,5-三甲基吡嗪、5-甲基-2-乙酰基呋喃，這與王潔茹等[27]的結論一致。其中的酯類物質多含有水果香、花香。梨原醋中特有的物質有乙二醇二乙酸酯、水楊酸甲酯、甲醇、3-戊烯-2-酮。這與MA X等[28]結論一致。大米原醋中特有的物質有苯乙醛、4-羥基-3-甲基苯乙酮、異丁酰胺、N,N-二甲基丙酰胺、（-）-4-萜品醇。這與GONG M等[29]的結論一致。葡萄原醋中特有的物質有乙酸戊酯、庚酸乙酯、乙酸糠酯、乳酸異戊酯、DL-3-乙酰氧基丁酸乙酯、（2R,3R）-（-）-2,3-丁二醇、3-呋喃甲醇、乙酰氧基乙酸、2-正戊基呋喃。柿子原醋中特有的物質有辛酸甲酯、乙酸薄荷酯。桑葚原醋中特有的物質有異戊醛、2,3-二氫-2,2,6-三甲基苯甲醛、丁酸甲酯、丁酸異戊酯、3-甲基苯基丁酸酯、丁酸苯乙酯、2-乙基己醇、異丁酸酐、丙酸、丁酸。山楂原醋中獨有的物質有正己醛、庚醛、正辛醛、十二醛、異戊酸甲酯、醋酸-2-乙基己酯、苯乙酸甲酯、3,4,5-三甲基-4-庚醇、環壬酮、2-乙烯基-2,6,6-三甲基四氫-2H-吡喃。醛類物質和酯類物質較多，醛類物質一般具有較低的氣味閾值[30]，一般具有花的香氣，是醋中重要的香氣成分。香蕉原醋中獨有的物質有1,3-丙二醇二乙酸酯、紫羅蘭酮。后者具有紫羅蘭獨特的香氣，豐富了香蕉原醋的風味。

2.2 ROAV分析

揮發性物質相對含量的高低并不能說明其對風味的貢獻程度大小[8]，故結合各揮發性化合物的呈味閾值，進行ROAV分析。本次只對查詢到閾值的化合物進行分析[31]。結果見表2。

當ROAV＞1，表示該物質對整體香氣成分有著重要的貢獻，為主要的香氣成分，該值越大，表示對風味的貢獻程度也就越大。當0.1＜ROAV＜1，則表示該物質對整體的風味成分有著重要的修飾作用[17]。

由表2可知，除了葡萄原醋和柿子原醋中的醛類物質的ROAV都＜1以外，其他六種原醋中醛類物質的ROAV值都有＞1的，特別是大米原醋和山楂原醋中都達到了5種，通過以前的研究報道得知，醛類物質可以通過Maillard反應和Strecker降解生成[32]，推測可能是由于大米原醋和山楂原醋工藝導致。

表2 八種原醋中揮發性化合物相對氣味活度值Table 2 Relative odor activity value of volatile compounds in eight kinds of original vinegars

酯類物質一般具有令人愉悅的水果香味，對原醋最終的風味感官有著極顯著的影響[21]。八種原醋中的關鍵性風味成分都有較多的酯類物質。尤其包括異丁酸乙酯、異戊酸乙酯、乙酸異戊酯以及正己酸乙酯四種酯類物質。這四種酯類物質對原醋的風味有著重要的貢獻，這和ACE?A L等[23]的結論一致。異丁酸乙酯具有令人愉悅的水果香味，香氣持久。異戊酸乙酯具有濃郁的水果香味。乙酸異戊酯具有香蕉和梨的香味，氣味濃郁持久。正己酸乙酯具有令人愉快的氣味。大棗原醋中關鍵性風味成分依次是異丁酸乙酯、異戊酸乙酯、乙酸異戊酯、正己酸乙酯等。梨原醋中依次是乙酸異戊酯、辛酸乙酯、正己酸乙酯等。大米原醋中依次是異丁酸乙酯、乙酸異戊酯、異戊酸乙酯、2-甲基丁酸乙酯等。葡萄原醋中依次是乙酸異戊酯、辛酸乙酯、正己酸乙酯和異戊酸乙酯等。柿子原醋中依次是辛酸乙酯、乙酸異戊酯、正己酸乙酯、異丁酸乙酯以及異戊酸乙酯等。桑葚原醋中主要是丁酸乙酯、乙酸異戊酯等。山楂原醋中依次是異戊酸乙酯、異戊酸甲酯、2-甲基丁酸甲酯等。香蕉原醋中只有乙酸苯乙酯。

酮類物質很多呈現出令人愉悅的味道，像水果香味、酸奶香氣以及蘑菇芳香[33]。雖然它們含量不高，但對醋的香氣成分有重要的貢獻[21]。除了梨原醋、葡萄原醋和柿子原醋外，2,3-丁二酮都有在其他五種原醋中出現并且ROAV均＞1，說明它是這五種原醋中的關鍵性風味成分之一，這與AL-DALALI S等[34]的結論一致。

3 結論

通過SPME-GC-MS技術對八種不同原料發酵得到的原醋揮發性風味成分進行分析，共檢測出128種揮發性物質，包括醛類19種、酯類48種、醇類18種、酸類7種、酮類16種以及其他類20種（萜烯類、呋喃類、酚類）。苯甲醛、乙酸乙酯、乙醇、苯乙醇、醋酸、3-乙?；?2-丁酮為八種原醋共有的揮發性化合物。結合ROAV分析，其中酯類物質包括異丁酸乙酯、異戊酸乙酯、乙酸異戊酯以及正己酸乙酯獨特的水果香味對八種原醋的風味有著最重要的貢獻，是發酵原醋中獨特清香來源的關鍵成分。綜上所述，對不同品種原料發酵原醋風味的組成成分以及各化合物對整體風味的貢獻程度進行分析，為不同品種原料發酵的原醋風味的解析以及香氣成分的調控提供理論依據。