山西老陳醋釀造過程中理化指標動態變化及新淋醋品質分析

陳旭峰，朱 丹，郭宏萍，康帥帥，，劉 峰，曹彥軍，許 女*

（1.黃土高原特色作物優質高效生產省部共建協同創新中心，山西 晉中 030801；2.山西農業大學食品科學與工程學院，山西 晉中 030801；3.山西農業大學實驗教學中心，山 西太谷 030801；4.山河醋業股份有限公司，山西 和順 032700）

山西老陳醋具有紫黑明亮的色澤，口感綿柔，是一種重要的調味品[1-2]。經發酵，山西老陳醋中積累了豐富的呈味物質，這些物質相互協調，賦予了山西老陳醋“綿、酸、香、甜、鮮”的風格。同時山西老陳醋中還含有功能物質川芎嗪，這讓山西老陳醋還具有較高的營養價值。山西老陳醋發酵過程主要分為酒精發酵和醋酸發酵兩部分，在這兩個階段中會產生大量風味成分，再通過山西老陳醋獨有的熏醅工藝，為老陳醋增色增香，調和五味[3]。山西老陳醋口感、滋味與其中風味物質的種類及含量密切相關[4]，如果能從山西老陳醋的釀造過程中找出這些復雜的呈香、呈味物質的變化規律，將為山西老陳醋釀造過程中的代謝調控以及成品醋的品質控制提供有力的數據支撐。

很多研究對食醋中理化指標、有機酸含量及揮發性風味物質進行了研究。NIE Z Q等[5]研究了山西老陳醋清徐醋廠酒精發酵及醋酸發酵階段酒精度、溫度、總酸和可溶性固形物含量的變化。楊宇霞等[6]在對食醋中有機酸的差異性進行研究，發現山西老陳醋中乙酸和乳酸的含量較高，其比例也具特色。呂利華等[7]對山西老陳醋有機酸進行定性定量研究，同時優化了山西老陳醋的檢測方法。呂艷歌等[8]對山西老陳醋醋醅中有機酸進行檢測，主要分析了老陳醋醋酸發酵中有機酸含量變化及影響因子。苗志偉等[9]利用氣質聯用對老陳醋進行了定性分析，共檢測出29種揮發性風味物質，并對色譜條件進行了優化。但目前還鮮見有學者對山西老陳醋整個釀造過程中的理化和風味物質進行測定。因此，本實驗主要研究了山西老陳醋整個釀造過程的理化指標、有機酸的動態變化，同時對新淋醋的理化指標、有機酸含量及揮發性香氣成分進行了檢測，旨在優化山西老陳醋的釀造工藝，改善其品質具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

1.1.1 樣品

對山西某醋廠的山西老陳醋整個釀造階段進行動態采樣。分別在酒精發酵第0、1、2、3、5、7、9、11天等距離（5 m）、等量（100 mL）從3個酒精發酵缸內采集約300 mL的酒醪樣品，于滅菌廣口瓶中均勻混合，分別編號為AF0、AF1、AF2、AF3、AF5、AF7、AF9、AF11；醋酸發酵第0、1、3、5、7、9、10天等距離（5 m）、等量（100 g）從3個醋酸發酵缸中，距醋醅表面30 cm處，各選取4個點共采集約300 g剛完成翻醅的醋醅樣品于無菌自封袋中混勻，分別編號為AAF0、AAF1、AAF3、AAF5、AAF7、AAF9、AAF10；上述樣品及新淋醋樣品存放于-80 ℃保存。

1.1.2 化學試劑

草酸、丙酮酸、酒石酸、蘋果酸、乳酸、乙酸、檸檬酸、琥珀酸（均為色譜純）：天津市光復精細化工研究所。

1.2 儀器與設備

PB-21酸度計：賽多利斯科學儀器（北京）有限公司；戴安U3000液相色譜儀、戴安ICA-1500離子色譜儀、Trace1300氣相色譜儀、TraceISQ質譜分析儀：賽默飛世爾科技（中國）有限公司；TDL-4分析天平：北京賽多利斯天平有限公司；Eppendorf離心機：艾本德（中國）有限公司。

1.3 方法

1.3.1 理化指標測定

酒精度、還原糖、水分、總酸、不揮發酸的測定參照國標GB/T 19777—2013《地理標志產品山西老陳醋》中的方法。

1.3.2 外標物的制備及定量方法

參照文獻[10]配制草酸、酒石酸、丙酮酸、蘋果酸、乳酸、乙酸、檸檬酸及琥珀酸共8種有機酸的混合標準溶液，存于4 ℃冰箱，使用時稀釋于0.22 μm微孔濾膜過濾后進樣。采用峰面積外標法定量分析。

1.3.3 有機酸含量測定

（1）酒醪、醋醅有機酸含量測定

樣品預處理：將酒醪、醋醅樣品用去離子水浸泡3 h，抽濾，12 000 r/min離心10 min，取上清液于0.22 μm微孔濾膜濾樣后進樣檢測。

酒醪、醋醅樣品有機酸含量測定采用高效液相色譜法，其色譜條件如下：流動相為pH=2.7的20 mmol/L NaH2PO4；進樣量20 μL；流動速度0.8 mL/min；紫外檢測波長210 nm；柱溫30 ℃。

（2）新淋醋有機酸含量測定

樣品預處理[10]：新淋醋樣品用去離子水稀釋，0.22 μm微孔濾膜過濾后進樣。

新淋醋有機酸含量測定采用離子色譜法，其色譜條件如下：IonPac AS11色譜柱（4 mm×250 mm）；流動相20 mmol/L NaOH；進樣量1 mL；流動速度1 mL/min；色譜池溫度35 ℃；柱溫30 ℃；抑制器電流100 mA。

1.3.4 新淋醋品質分析

對新淋醋的理化指標、有機酸含量及揮發性香氣成分進行分析。揮發性香氣成分測定采用氣質聯用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）法。

樣品處理方法[11]：先將萃取頭在進樣口270 ℃老化至無雜峰，然后將樣品于45 ℃孵化爐中平衡30 min，頂空吸附30 min后將萃取頭插入進樣口，270 ℃解吸5 min，進行樣品中揮發性香氣成分萃取。

氣相色譜條件：HP-5-MS（30 m×0.25 mm×0.25 mm）色譜柱；載氣為氦氣（He），純度99.999%；流量1 mL/min，不分流進樣；程序升溫：初始溫度為40 ℃，保持3 min，4 ℃/min升至160 ℃保持1 min，后以10 ℃/min的速度升至270 ℃保持5 min。

質譜條件：電子電離（electronic ionization，EI）源，接口溫度270 ℃，離子源溫度270 ℃，電子能量70 eV，掃描質量范圍41～500 amu。

2 結果與分析

2.1 理化指標動態變化

2.1.1 酒精發酵階段理化指標的動態變化

對山西老陳醋酒精發酵階段的理化指標進行測定，結果見圖1。由圖1可知，山西老陳醋酒精發酵階段酒醪溫度在整體上呈現先上升后下降的趨勢，發酵第0～1天，由于酵母菌快速繁殖，產生大量熱量，酒醪溫度由22 ℃迅速上升至30 ℃，而隨著發酵地進行酒醪溫度逐漸下降，到酒精發酵末期為21 ℃。在酒精發酵第0～1天，酒醪中還原糖、可溶性固形物的含量急劇下降，分別由17.50 g/100 g、19.4%下降至3.50 g/100 g、6.0%，發酵第1～3天，還原糖的含量減少趨勢較為緩慢，可溶性固形物的含量出現少量增加，而后均趨于穩定。酒精度和酸度在酒精發酵階段均呈現上升趨勢，發酵第0～1天，酒精度和酸度分別由0和0.29 g/100 g上升至9.3%vol和0.71 g/100 g，其中酒精度的上升趨勢最為明顯，到發酵末期時，酒精度和酸度的含量分別為8.7%vol和1.42 g/100 g。在酒精發酵第0～1天，酒醪pH下降趨勢最為明顯，由5.62急劇下降至3.13，這可能是由于酒精發酵初，酵母菌以及乳酸菌、芽孢菌等其他微生物快速生長，從而產生酸性代謝物質，使得酒醪pH迅速降低，而隨著發酵，酒醪中的代謝產物種類和含量不斷增加，構成了緩沖體系，使得酒醪pH在酒精發酵中期至末期呈現穩定波動變化[12]。

圖1 山西老陳醋酒精發酵階段理化指標的動態變化Fig. 1 Dynamic changes of physicochemical indexes in alcoholic fermentation of Shanxi aged vinegar

2.1.2 醋酸發酵階段理化指標的動態變化

山西老陳醋醋酸階段的理化指標動態變化測定結果見圖2。由圖2可知，在醋酸發酵階段，酸度呈現上升趨勢，由發酵初1.34 g/100 g上升至末期的5.51 g/100 g，醋酸階段是山西老陳醋釀造的主要產酸階段。在此階段中，不揮發酸的含量呈現出先上升后下降的趨勢，這可能是由于在發酵初期，微生物利用糖類產生了乳酸、酒石酸、琥珀酸等不揮發酸，使醋醅中不揮發酸的的含量增加，隨著發酵地進行，發生了酯化反應，不揮發酸的含量開始降低。還原糖和氨基氮的含量也呈現先增加后降低趨勢，分別在發酵第5天和第7天達到最高值，為2.86 g/100 g和0.20 g/100 g，后降至末期的0.74 g/100 g和0.17 g/100 g。醋酸發酵前加入了大量的麩皮、谷糠等輔料，在酶的作用下發生水解，使得還原糖及氨基酸態氮含量增高；而發酵后期底物被微生物利用，含量降低。水分和可溶性固形物的含量均呈現波動趨勢。

圖2 山西老陳醋醋酸發酵階段理化指標的動態變化Fig. 2 Dynamic changes of physicochemical indexes in acetic acid fermentation of Shanxi aged vinegar

2.2 有機酸含量動態變化

2.2.1 酒精發酵階段有機酸含量動態變化

在酒精發酵階段，大量的乳酸沉積起到了改善山西老陳醋口感，減緩山西老陳醋刺激性酸味的作用[13]。除了乳酸，酒精發酵階段還產生其他有機酸，如酒石酸、丙酮酸、檸檬酸等[14]，多種有機酸共同賦予了山西老陳醋醇和的口感。

對山西老陳醋酒精發酵階段中有機酸含量進行檢測，結果分別見表1和圖3。由表1和圖3可知，山西老陳醋酒精發酵階段聚為兩支，第一支為發酵第0～5天，第二支為發酵第7～11天。有機酸的總含量在整體上呈現出上升趨勢，由酒精發酵第0天的0.455 1 g/100 g上升到發酵末期的1.793 8 g/100 g。其中乳酸在發酵過程中含量均為最高，在發酵末期乳酸的含量達到了1.399 1 g/100 g，占有機酸總量的77.99%，在酒精發酵階段，乳酸菌作為主要微生物之一，生長繁殖旺盛，代謝產生了大量乳酸[15-16]，乳酸是酒精發酵階段的主體有機酸。酒精發酵階段產生的其他有機酸，如酒石酸、丙酮酸和琥珀酸的含量也均有增加，在酒精發酵末期其含量分別為0.0961g/100g、0.0416g/100g和0.0153g/100g；草酸、蘋果酸、乙酸和檸檬酸含量在第5天達到峰值之后略有下降，最終含量分別為0.098 7 g/100 g、0.032 9 g/100 g、0.080 8 g/100 g和0.029 2 g/100 g。桂青[17]研究表明，酒石酸和蘋果酸在酒精發酵過程中含量增加，這與本研究結果一致。

圖3 山西老陳醋酒精發酵階段有機酸含量動態變化熱圖Fig. 3 Heat map of dynamic changes of organic acid contents during alcoholic fermentation of Shanxi aged vinegar

表1 山西老陳醋酒精發酵過程中有機酸含量動態變化Table 1 Dynamic changes of organic acid contents during alcoholic fermentation of Shanxi aged vinegar

2.2.2 醋酸發酵階段有機酸含量動態變化

在山西老陳醋醋酸發酵階段，大量的有機酸生成，同時還會伴有一些酯化反應，這個過程為山西老陳醋的滋味奠定了一定的基礎[18-19]。

山西老陳醋醋酸發酵階段的有機酸含量變化分別見表2和圖4。由表2和圖4可知，醋酸發酵階段也聚為兩支，第一支為醋酸發酵第0～3天，第二支為第5～10天。在醋酸發酵過程中，有機酸總含量呈現明顯增長趨勢，發酵第0天有機酸總含量為1.2533g/100g，而到發酵末期達到了2.3048g/100g。在醋酸發酵階段，由于醋酸菌大量生長，代謝產生了大量乙酸，其含量在發酵第0天為0.137 4 g/100 g，至發酵末期達到了1.239 3 g/100 g，占有機酸總量的53.77%。另外乳酸的含量也較多，發酵第0天含量為0.418 0 g/100 g，發酵末期上升至0.625 6 g/100 g，占有機酸總量的27.14%。該兩種酸為山西老陳醋醋酸發酵階段的主體有機酸。琥珀酸的含量在發酵第7天達到最高值0.210 3 g/100 g后開始下降，到發酵末期時降為0.045 4 g/100 g。丙酮酸、蘋果酸和檸檬酸的含量均有下降，至發酵末期時含量分別為0.008 0 g/100 g、0.0493g/100g和0.0005g/100g。其他有機酸含量變化不明顯。

圖4 山西老陳醋醋酸發酵階段有機酸含量動態變化熱圖Fig. 4 Heat map of dynamic changes of organic acid contents during acetic acid fermentation of Shanxi aged vinegar

表2 山西老陳醋醋酸發酵過程中有機酸含量動態變化Table 2 Dynamic changes of organic acid contents during acetic acid fermentation of Shanxi aged vinegar

2.3 新淋醋的品質分析

2.3.1 新淋醋的理化指標

對新淋醋樣品的理化進行檢測，結果見表3。由表3可知，新淋醋樣品中的還原糖、可溶性固形物及氨基氮的含量分別為1.59 g/100 mL、9.7%及0.11 g/100 mL，pH值、酸度以及不揮發酸分別為3.68、5.29 g/100 mL和1.93 g/100 mL。

表3 山西老陳醋新淋醋中基礎理化指標測定結果Table 3 Determination results of basic physicochemical indexes of new leaching vinegar of Shanxi aged vinegar

2.3.2 新淋醋中有機酸

新淋醋樣品中各有機酸含量檢測結果見表4。由表4可知，樣品中各有機酸總含量為31.017 2 g/L，其中乙酸的含量最高，為20.983 0 g/L，占有機酸總含量的67.65%。乳酸含量次之，為8.184 5 g/L，占有機酸總含量的26.39%。王芮東等[20]研究表明，乙酸為食醋酸味的主要來源，且山西老陳醋中乙酸的含量占有機酸總量的51.57%，是山西老陳醋的主要呈酸物質。

表4 山西老陳醋新淋醋中有機酸測定結果Table 4 Determination results of organic acids contents in new leaching vinegar of Shanxi aged vinegar

2.3.3 新淋醋中揮發性香氣成分

采用頂空固相微萃?。╤eadspace solid-phase microextraction，HS-SPME）結合氣-質聯用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）技術，對新淋醋中揮發性香氣成分進行檢測，其總離子流色譜圖見圖5，揮發性香氣成分含量檢測結果見表5。

圖5 新淋醋揮發性香氣成分GC-MS分析總離子流圖Fig. 5 Total ion chromatogram of volatile aroma compounds in new leaching vinegar analysis by GC-MS

表5 新淋醋中揮發性香氣成分測定結果Table 5 Determination results of volatile aroma components in new leaching vinegar

續表

由圖5和表5可知，在新淋醋樣品中共檢測出13種酯類、2種醇類、1種酸類、7種醛類、12種雜環類，共35種揮發性香氣成分。新淋醋樣品中雜環類香氣成分的總相對含量最高，為43.20%，其中糠醛和四甲基吡嗪為主要成分，相對含量分別為38.87%和2.37%。酯類、酸類、醛類香氣成分含量較高，其相對含量分別為7.19%、13.88%、6.95%，山西老陳醋中的酯類物質大多具有果香和乳香，賦予了山西老陳醋，醛類物質具有一定的焦香味，起到了調和山西老陳醋無味的作用[21-22]。同時新淋醋樣品中還含有一定的醇類香氣成分，包括了2,3-丁二醇和苯乙醇，總相對含量為3.85%，其中苯乙醇的含量較多，為2.75%。苯乙醇由酵母菌代謝產生，具有蜂蜜香味，起到了改善山西老陳醋的風味的作用[23]。上述風味物質共同存在，相互調和，構成了山西老陳醋的獨特風格，使得老陳醋酸口感醇和，酸綿幽香[24-25]。

3 結論

本研究對山西老陳醋釀造過程中理化指標、有機酸含量進行了動態監測，研究其變化規律，并對新淋醋中理化指標、有機酸含量及揮發性香氣成分進行分析。結果表明，酒精發酵階段，酒精度、酸度和有機酸呈上升趨勢，還原糖含量呈下降趨勢。醋酸發酵階段酸度和有機酸含量不斷增長，還原糖和氨基氮的含量先上升后下降。新淋醋理化指標符合相關國標，有機酸總含量為31.017 2 g/L，共檢測到35種揮發性香氣成分，其中酯類、醇類、揮發性酸、醛類和雜環類化合物相對含量分別為7.19%、3.85%、13.88%、6.95%和43.20%。本研究對優化山西老陳醋釀造工藝，指導代謝控制提質增效起到重要意義。山西老陳醋是一個非常復雜的體系，多種物質共同作用賦予了其特有的風味。而在山西老陳醋發酵和陳釀的過程中，很多風味物質的代謝通路還不是十分明確，有待進一步研究。