中國谷物醋風(fēng)味研究進展

王 敏，沈廣玥，宋 佳，鄭 宇

(食品營養(yǎng)與安全國家重點實驗室/天津市微生物代謝與發(fā)酵過程控制技術(shù)工程中心/天津科技大學(xué) 生物工程學(xué)院，天津 300457)

食醋是人們生活中不可或缺的調(diào)味品，也是世界上應(yīng)用最為廣泛的酸性調(diào)味品。結(jié)合各自的歷史、物產(chǎn)和文化等，每個國家和地區(qū)的都有各自獨特的食醋產(chǎn)品，其中，歐美、非洲等國家和地區(qū)多采用蘋果、葡萄等水果為原料生產(chǎn)果醋，如意大利的香脂醋、西班牙的雪莉醋等，而東亞國家和地區(qū)更多采用大米、高粱等谷物為原料，如中國、日本的谷物醋。比較著名的中國傳統(tǒng)食醋有：山西老陳醋、鎮(zhèn)江香醋、保寧麩醋、福建永春老醋、天津獨流老醋、浙江玫瑰醋、貴州曬醋、北京龍門米醋、岐山醋、臺灣黑醋等。與日本、韓國等國家的谷物醋相比，中國谷物醋由于釀造原料組成多樣，工藝復(fù)雜，其風(fēng)味與營養(yǎng)物質(zhì)組成也非常豐富。本文重點從食醋風(fēng)味化學(xué)和感官品評方面對中國谷物醋風(fēng)味分析研究進展進行綜述。

1 食醋風(fēng)味分析方法研究

隨著現(xiàn)代風(fēng)味化學(xué)分析方法的不斷完善，風(fēng)味組學(xué)(flavoromics)體系逐漸成熟。食品風(fēng)味組學(xué)的研究思路首先是對相關(guān)風(fēng)味化合物進行濃縮、提取，以便對其進行定性定量分析，然后通過對大量數(shù)據(jù)的系統(tǒng)化分析篩選出特征風(fēng)味化合物，并通過香味重構(gòu)等實驗對其風(fēng)味貢獻進行驗證，再運用感官評價或者結(jié)合智能感官儀器對食品風(fēng)味進行進一步分析評價，從而構(gòu)建目標產(chǎn)品的風(fēng)味輪，見圖1。

圖1 食品風(fēng)味組學(xué)研究技術(shù)路線Fig.1 Research route of food flavoromics

1.1 食醋風(fēng)味物質(zhì)濃縮與提取方法

風(fēng)味物質(zhì)的濃縮與提取是后續(xù)對其進行定性分析的基礎(chǔ)，常用的方法有溶劑輔助風(fēng)味蒸發(fā)(solvent assisted flavor evaporation，SAFE)、同時蒸餾萃取(simultaneous distillation and extraction,SDE)、固相萃取(solid phase extraction,SPE)、固相微萃取(solid phase microextraction,SPME)、頂空固相微萃取(headspace solid phase microextraction,HS-SPME)、攪拌棒吸附萃取(stir bar sorptive extraction,SBSE)、超臨界流體萃取(supercritical fluid extraction,SFE)等。表1列出了食醋常用的風(fēng)味物質(zhì)濃縮、提取與分析方法，但不同方法也有各自的特點，如SDE結(jié)合GC-MS分析方法具有高回收率，但重現(xiàn)性較差，相比之下，SPME靈敏度更高，重現(xiàn)性好；HS-SPME集樣品采集、萃取、濃縮、進樣為一體，自動化程度高，近年來運用廣泛[1-15]。

表1 谷物醋風(fēng)味化學(xué)分析方法Tab.1 Analysis methods of cereal vinegar flavor chemistry

1.2 食醋風(fēng)味物質(zhì)定性定量分析方法

對食醋中風(fēng)味物質(zhì)進行定性和定量分析的關(guān)鍵在于篩選高選擇性和高靈敏度的分析方法。GC-MS是最常用的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)分析方法，而氣相色譜-離子遷移譜(gas chromatography-ion mobility spectrometry，GC-IMS)結(jié)合了GC的高分離能力和IMS的快速響應(yīng)，相較于GC-MS更加快速高效且無需進行預(yù)處理，但在準確定量分析方面有其局限性[16]。GC-TOF-MS由于具有更高的分離和分辨效率，能夠鑒定出更多的揮發(fā)性化合物[17]。多維氣相色譜(multidimensional gas chromatography，MDGC)則是將兩個或多個色譜柱結(jié)合，能夠為復(fù)雜揮發(fā)性化合物的分離檢測提供更準確的途徑[18]。紅外光譜可以進行實時、連續(xù)以及遙感檢測，具有快速、無損、無需取樣的特點[19]。

HPLC-MS、核磁共振(nuclear magnetic resonance，NMR)等技術(shù)可用于檢測和鑒定難揮發(fā)性滋味化合物。超高壓液相色譜和四極桿/高分辨率質(zhì)譜聯(lián)用具有高分離性能和高分辨率、準確的定量和定性功能，也已用于食品的風(fēng)味化學(xué)分析[20]。將核磁共振分析結(jié)果結(jié)合質(zhì)譜、紅外光譜等方法，可更加準確地鑒定發(fā)酵食品中的風(fēng)味物質(zhì)，如Nie等[21]利用核磁共振的方法從山西老陳醋中檢測出29種化合物。

1.3 食醋特征風(fēng)味物質(zhì)及其風(fēng)味貢獻分析方法

基于化學(xué)分析僅能得到食醋中化合物的組成，仍需要結(jié)合感官評價等試驗進一步分析其對食醋風(fēng)味的影響。GC-MS和GC-O聯(lián)用可用于檢測和鑒定揮發(fā)性香氣活性化合物[22]。袁源等[5]結(jié)合GC-O與GC-MS技術(shù)解析出鎮(zhèn)江香醋中的60種揮發(fā)性成分及其風(fēng)味特征。熱解-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用嗅覺檢測(Py-GC-MS/GCO)可以通過熱解消除樣品中存在的易揮發(fā)風(fēng)味物質(zhì)，更加有利于對難揮發(fā)風(fēng)味物質(zhì)的分析[23]，結(jié)合香氣稀釋試驗(AEDA)可以分析候選風(fēng)味物質(zhì)的閾值。

1.4 食醋感官評價方法

食品感官評價集食品風(fēng)味化學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)和統(tǒng)計學(xué)為一體，可用于指導(dǎo)食醋產(chǎn)品的開發(fā)和工藝優(yōu)化，也是食品風(fēng)味輪構(gòu)建的理論基礎(chǔ)。程程等對山西老陳醋主要風(fēng)味物質(zhì)進行了分析，繪制出了以甜香、烘烤香、堅果香、酸香、花果香和奶香6個香氣屬性為主的山西老陳醋香氣輪和以酸味、苦味、甜味、咸味和鮮味為主的滋味輪[24]。但人工感官評價存在重復(fù)性偏差、主觀影響因素多等弊端，也可借助電子鼻和電子舌智能感官技術(shù)，建立食醋風(fēng)味智能感官評價體系[25]。

2 中國谷物醋風(fēng)味物質(zhì)組成研究

2.1 有機酸方面的研究

有機酸是食醋酸味的主要來源，是食醋最重要的一類風(fēng)味物質(zhì)[26]。食醋中的有機酸主要由揮發(fā)酸和不揮發(fā)酸組成，揮發(fā)酸包括甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、3-甲基丁酸、戊酸和己酸等，其中乙酸是含量最高的揮發(fā)酸，具有刺激性強，回味短的特點。不揮發(fā)酸包含乳酸、酒石酸、檸檬酸、蘋果酸、琥珀酸和富馬酸，不揮發(fā)酸能夠調(diào)節(jié)酸味，賦予食醋柔和的口感[26-27]。

食醋中大部分的有機酸通過醋酸菌、乳酸菌等微生物代謝形成，少部分直接來自原料[28]，其組成受到發(fā)酵原料，發(fā)酵方式及環(huán)境的影響。固態(tài)發(fā)酵方式比液態(tài)發(fā)酵能夠產(chǎn)生更多的不揮發(fā)酸[29]。從山西老陳醋、鎮(zhèn)江香醋、永春老醋、保寧醋等傳統(tǒng)谷物醋中共檢測出32種主要的有機酸[30-32]，余寧華通過比較11個典型食醋樣品中的10種有機酸，發(fā)現(xiàn)丙酮酸、蘋果酸和琥珀酸可作為鎮(zhèn)江香醋的特征有機酸，乳酸和酒石酸可作為四川保寧醋的特征有機酸，富馬酸可作為山西老陳醋的特征有機酸[33]。氣候?qū)κ炒子袡C酸組成也有影響，夏季生產(chǎn)的鎮(zhèn)江香醋中以乳酸為主的不揮發(fā)酸含量相對較高，而冬季明顯低于夏季[32]。隨著陳釀時間的延長，不揮發(fā)酸的含量逐漸增加，八年陳釀山西老陳醋中的不揮發(fā)酸含量可以占總有機酸含量60%以上[28]。

2.2 氨基酸方面的研究

氨基酸對食醋的味道具有重要的調(diào)節(jié)作用，大多數(shù)食醋中甜味和苦味氨基酸的含量最高，其次是鮮味氨基酸，各種氨基酸相互作用能夠調(diào)節(jié)和改善食醋風(fēng)味[34]。谷物醋中氨基酸含量高于果醋，濃度較高的氨基酸主要有谷氨酸、丙氨酸、纈氨酸、天冬氨酸、賴氨酸和脯氨酸，主要來自微生物對原料中蛋白質(zhì)的分解代謝[35-36]。目前在谷物醋中已檢出27種氨基酸，除18種常見氨基酸外，山西老陳醋中檢測出了天冬酰胺、苯丙氨酸、甲硫氨酸、γ-羥基丁酸、天冬氨酸、牛磺酸、半胱氨酸[28]；鎮(zhèn)江香醋中檢測出了天冬酰胺、γ-羥基丁酸、α-氨基丁酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸、谷氨酰胺[37]；保寧醋中檢測出了天冬酰胺、γ-羥基丁酸、α-氨基丁酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸；永春老醋中檢測出了天冬酰胺、γ-羥基丁酸、α-氨基己二酸、甲硫氨酸、苯丙氨酸[33]。山西老陳醋中的特征氨基酸為甘氨酸、丙氨酸、纈氨酸；鎮(zhèn)江香醋中谷氨酸的含量最高；山西陳醋，四川保寧醋等大部分谷物醋中丙氨酸的含量較高[2,22]。

2.3 糖類方面的研究

糖類物質(zhì)是食醋中重要的甜味物質(zhì)，能夠減輕食醋的酸澀感，使口感更加柔和。中國谷物醋中共檢測出10種單糖和二糖[38]，主要有葡萄糖、麥芽糖、果糖、甘露糖、半乳糖、核糖、木糖、蔗糖、脫氧核糖和阿拉伯糖，它們主要來自發(fā)酵原料中多糖的降解及微生物的代謝。Gong等[38]利用離子色譜分析不同谷物醋含糖量發(fā)現(xiàn)，山西老陳醋中葡萄糖含量較高，約占總糖的38.68%，其他地區(qū)食醋中果糖是最主要的糖成分。

2.4 多酚和黃酮方面的研究

多酚和黃酮是谷物醋中含量較高的功能化合物，具有抗氧化、解酒護肝等功效，主要來自發(fā)酵原料[39]。果醋與谷物醋中多酚和黃酮組成相差較大，蘋果醋中綠原酸、咖啡酸和根皮苷含量較高[40]，而谷物醋中主要有沒食子酸、兒茶素、芥子酸和阿魏酸等。由于原料和發(fā)酵工藝的不同，每種食醋中的多酚的種類及含量不同，如鎮(zhèn)江香醋中兒茶素、二羥基苯甲酸、香草酸含量較高[41]，山西老陳醋中主要酚類化合物是沒食子酸、兒茶素和咖啡酸[42]。Du等[43]利用全二維氣相色譜-質(zhì)譜對山西老陳醋中酚類物質(zhì)進行檢測，共檢測出41種多酚類化合物，其中18種酚酸和17種多酚類化合物首次在食醋中檢測到。

2.5 醇類方面的研究

除乙醇外，谷物醋中濃度較高的醇類還包括2,3-丁二醇、異戊醇、苯甲醇、苯乙醇等[44]。醇類化合物主要在發(fā)酵過程產(chǎn)生，其種類和數(shù)量取決于底物組成和發(fā)酵類型。Zhou等[45]發(fā)現(xiàn)鎮(zhèn)江香醋中異戊醇、2，3-丁二醇和2-苯乙醇的含量與陳釀時間呈顯著負相關(guān)。

2.6 酯類方面的研究

酯類具有典型的果香特征，是影響食醋風(fēng)味的重要物質(zhì)，在谷物醋中的含量非常豐富，主要包括乳酸乙酯、乙酸乙酯、乙酸異丁酯、乙酸異戊酯、乙酸苯乙酯等。在食醋發(fā)酵過程中，酯類是由醇類物質(zhì)及有機酸在酯酶的催化下脫水反應(yīng)而成，在酒精發(fā)酵、醋酸發(fā)酵以及陳釀過程中均有酯化反應(yīng)發(fā)生，其濃度主要取決于其前體醇的含量[46]。Zhang等[47]通過對多種谷物醋中的酯類進行主成分分析，發(fā)現(xiàn)山西老陳醋(棕櫚酸甲酯、己二酸二異丁酯)、福建紅曲醋(2-甲基-1-丙基甲酸酯、丁酸乙酯、1，3-丙二醇二乙酸酯)、鎮(zhèn)江香醋[乳酸乙酯、苯乙酸乙酯、3-(甲硫基)丙基乙酸酯]、北京米醋(己酸乙酯、琥珀酸二乙酯、苯甲酸乙酯)之間存在顯著差異[47]。Al-Dalali等[8]在食醋中首次檢測出了2-羥基-4-甲基戊酸乙酯、苯甲酸乙酯、丁內(nèi)酯3種酯類化合物。

2.7 醛類方面的研究

醛類物質(zhì)多具有花香，谷物醋中檢出的醛類主要有乙醛、糠醛、苯乙醛、香草醛、甘油醛等，其中相對含量較大的為乙醛和糠醛。食醋中的醛是主要是微生物發(fā)酵或氨基酸降解產(chǎn)生的。乙醛是一種揮發(fā)性較強的化合物，主要通過乙醇的氧化反應(yīng)生成，微量的乙醛有輕微水果味，對食醋風(fēng)味有調(diào)和作用，但乙醛過多可能會產(chǎn)生刺激和辛辣的味道影響食醋的品質(zhì)?？啡┯行尤氏銡猓谑炒椎难A段糠醛的含量較高，主要來源于美拉德反應(yīng)[48]。

2.8 酮類方面的研究

酮類化合物的香氣多為花香和果香，通常是由不飽和脂肪酸以及氨基酸的氧化降解產(chǎn)生的。谷物醋中的酮類主要包括羥基苯酮、2,3-丁二酮、3-羥基-2-丁酮、苯丙酮、苯乙酮等，其中，2,3-丁二酮和3-羥基-2-丁酮具有奶油香氣，還是生成川芎嗪的重要前體[49]。

2.9 其他類物質(zhì)方面的研究

谷物醋中還有較多的雜環(huán)類化合物，這類物質(zhì)通常是通過美拉德反應(yīng)生成，表現(xiàn)為堅果香和焦香，如吡嗪類和呋喃類化合物。此外，通過美拉德反應(yīng)還會生成棕色甚至黑色的類黑精等大分子物質(zhì)[50]。近年來，隨著檢測技術(shù)的不斷進步，谷物醋中越來越多的風(fēng)味物質(zhì)被發(fā)現(xiàn)、鑒定，在龍門米醋中首次檢測到2-乙基-4，5-二甲基噁唑和3-甲硫基-丙酸乙酯[13]，在龍門熏醋中檢測出3，5-二乙基-2-甲基吡嗪[51]，在鎮(zhèn)江香醋中檢測到了2,4,5-三甲基-1，3-二氧戊烷和苯并噻唑兩種雜環(huán)類物質(zhì)[8]。

3 展 望

中國谷物醋工藝獨特，風(fēng)味怡人。近幾年，對中國谷物醋風(fēng)味化學(xué)具有較為全面的分析，但歸納總結(jié)仍然不夠全面?？紫閭サ萚52]參照其他食品的風(fēng)味輪構(gòu)建方法結(jié)合國際標準ISO11035對食醋風(fēng)味描述詞進行篩選，繪制出中國食醋的風(fēng)味輪，但仍有待完善。目前，白酒、黃酒[53]等谷物發(fā)酵食品均已構(gòu)建了較為完善的風(fēng)味輪。在對中國谷物醋風(fēng)味物質(zhì)組成及其風(fēng)味特征進行系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上，構(gòu)建系統(tǒng)完善的中國谷物醋風(fēng)味輪，將對進一步提升食醋產(chǎn)品品質(zhì)，規(guī)范市場具有重要的作用。