HS-SPME-GC-MS测定中国四大名醋的香气成分

李攀恒,郑吴伟,汪 超,高 冰,李冬生,徐 宁,祁勇刚,胡 勇*

(湖北工业大学 生物工程与食品学院 工业发酵湖北省协同创新中心 湖北省食品发酵工程技术研究中心发酵工程教育部重点实验室,湖北 武汉 430068)

“醋”中国古称“酢”、“醯”、“苦酒”等,是中国古代劳动人民发明的传统调味品。山西老陈醋、江苏镇江香醋、福建永春老醋、阆中保宁醋更是名扬四海,被称为“中国四大名醋”。食醋由于营养丰富、功能性强,是众多人喜爱的调味品［1-2］。

山西清徐县出产的天然陈酿老陈醋作为中国四大名醋之首,色泽黑紫,“绵、酸、甜、醇厚”回味悠长［3］。镇江香醋,具有“色、香、酸、醇、浓”的特点,“酸而不涩,香而微甜,色浓味鲜”,多次获得国内外的嘉奖［4］。永春老醋又名乌醋或福建红粬醋,具有色泽棕黑、酸中带甘、醇香爽口、久藏不腐等特点［5］。保宁醋以多味开胃健脾,促进血液流动的中药材制曲,是惟一的药醋、取观音寺莹洁甘冽、沸而无沉之唐代古“松华井”的优质泉水精酿而成［6］。目前,国内外很多专家学者已经对食醋香气成分进行很多研究,他们大多是对食醋有机酸、氨基酸、黄酮、多酚,或者对单一醋样进行香气成分分析。很少对中国四大名醋整体的香气成分进行测定与分析。

本研究采用顶空液相微萃取(headspace liquid phase microextraction,HS-LPME)与气相色谱质谱联用(gaschromatography massspectrometry,GC-MS)仪对中国四大名醋8个样的香气成分进行测定与分析,为下一步研究原料、微生物和风味物质之间的关系打好基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

四大名醋样品(A：山西老陈醋,B：江苏镇江香醋,C：福建永春老醋,D：四川阆中保宁醋)：市售。A1：水塔山西陈醋,两年陈酿,酸度≥4 g/100 mL；A2：宁华府精酿老醋,五年陈酿,酸度≥6 g/100 mL；B1：恒顺镇江香醋,六年陈酿,酸度≥6.4 g/100 mL；B2：金山寺镇江陈醋,优级,酸度≥5.5～5.9 g/100 mL；C1：桃溪永春老醋,三年陈酿,酸度≥6.5 g/100 mL；C2：桃溪永春老醋,六年陈酿,酸度≥6.5 g/100 mL；D1：一级保宁醋,酸度≥5 g/100 mL；D2：二级保宁醋,酸度≥4 g/100 mL。

2-辛醇(色谱级)、正己酸己酯(色谱级)、乳酸乙酯(色谱级)、戊酸乙酯(色谱级)、2,3,5,6-四甲基吡嗪(色谱级)、苯乙醇(色谱级)、乙酸(色谱级)、2-甲基苯酚(色谱级)、4-乙基-2-甲氧基苯酚(色谱级)、3-羟基-2-丁酮(色谱级)：美国Sigma公司。

1.2 仪器与设备

7890A/5975C气相色谱质谱联用仪、DB-WAX毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25μm)：美国安捷伦公司；SPME手动进样手柄及萃取头：美国Supelco公司；HH-6数显磁力搅拌恒温水浴锅：国华电器有限公司。

1.3 实验方法

1.3.1 样品预处理

先将萃取头装入手柄,插入250℃气相色谱进样口进行老化40 min至无杂峰［15］。分别将醋样用无菌蒸馏水稀释至酸度为4g/100mL,统一酸度。称取10mL醋样加入20mL顶空微萃取样品瓶中,放入转子,加入40μL提前配好的二辛醇稀释液,盖上盖子,插入萃取头,固定在50℃磁力搅拌恒温水浴锅内,平衡20 min后推下纤维头继续萃取20 min,然后收起纤维头,拔下萃取头,插入气相色谱质谱联用仪的气相色谱进样口,推下纤维头,于250℃解吸4min,抽回纤维头后拔出萃取头,同时启动仪器采集数据［7-12］。

1.3.2 检测条件

(1)色谱条件

色谱柱：DB-WAX毛细管色谱柱(30m×0.25mm×0.25μm)；通入保护气氦气(He)；流速：0.9 mL/min；进样口温度：250℃,不分流。升温程序：起始温度40℃,3min,阶段一：以5℃/min升温至120℃,阶段二：以10℃/min升温至200℃,保持5 min,阶段三：以30 ℃/min升温至260 ℃,保持6 min［8-12］。

(2)质谱条件

电子离子(electron ionization,EI)；接口温度280℃,离子源温度230℃,四极杆温度150℃,电子能量70 eV,质量扫描范围33～450 amu［8-12］。

1.3.3 定性分析和定量分析

(1)定性分析

醋样经过顶空固相微萃取气质联用分析,得到总离子流色谱图,根据出峰时间和质荷比进行定性分析,通过外标法进行进一步定性分析。

(2)定量分析

正己酸己酯(色谱级)、乳酸乙酯(色谱级)、戊酸乙酯(色谱级)、2,3,5,6-四甲基吡嗪(色谱级)、苯乙醇(色谱级)、乙酸(色谱级)、2-甲基苯酚(色谱级)、4-乙基-2-甲氧基苯酚(色谱级)、3-羟基-2-丁酮(色谱级)是通过相应的内标物来做定量分析,其他物质含量利用内标物2-辛醇计算得出。

2 结果与分析

2.1 总离子流色谱图

通过选择RTE积分器,检索NIST谱库,选取匹配度大于70%的化合物,根据总离子流色谱图出峰时间和质荷比可以做定性分析［8-12］。

图1 中国四大名醋挥发性香气成分总离子流色谱图Fig.1 Total ion chromatogram of the volatile aroma components of the four Chinese famous vinegars

2.2 定量分析

本实验采用顶空固相微萃取气相色谱质谱联用技术、内标法对A山西老陈醋、B江苏镇江香醋、C福建永春老醋、D阆中保宁醋的挥发性香气成分进行定性和部分定量分析,结果见表1。

由表1可知,四大名醋中含有香气成分种类颇多,共检测到香气成分有：酸类10种、酯类14种、醇类4种、酚类6种、醛类10种、酮类4种、吡嗪类5种、呋喃类4种、其他类11种。其中,山西A1检测出31种风味成分、A2检测出36种、B1检测出34种、B2检测出28种、C1检测出23种、C2检测出24种、D1检测出29种、D2检测出28种,表明A、B、D三种固态发酵的香气成分种类数远远高于液态发酵醋C［13-15］。其中A比C多检测出10种香气成分、B比C多检测出8种香气成分、D比C多检测出5种香气成分［16］。另外,A2比A1多检测出5种成分、C2比C1多检测出1种成分,表明食醋发酵年份越久,香气成分种类越多［17］。

表1 中国四大名醋挥发性香气成分气相色谱-质谱分析结果Table 1 Results of volatile aroma components in the four Chinese famous vinegars analysis by GC-MS

续表

就此次研究结果整体来看,A和D的吡嗪类(分别是8、3种)、酚类(7、3种)物质多于B和C(吡嗪类分别是1、2种；酚类4、3种)；B和C的酯类(分别是15、12种)和酮类(5、1种)种类多于A和D(酯类分别是8、11类；酮类2、2种)［18-19］,A和B的醇类(分别是4、4种)和呋喃类(5、3种)种类多于C和D(醇类分别是2、2种；呋喃类3、3种)。

分析各香气成分结果表明,川穹嗪(平均含量580.75μg/L［20］)、4-乙基苯酚(平均含量36.65μg/L)、苯甲醛(平均含量738.7μg/L)在山西老陈醋中含量最丰富。江苏镇江香醋的3-羟基-2-丁酮(平均503.4 μg/L)含量最高［15］。福建永春老醋的苯乙醇含量最高,平均1 415.8μg/L；乙酸乙酯含量最高,平均3 543.35μg/L。四川阆中保宁醋糠醛含量最高,平均14 600.9μg/L。

在四大名醋中检测到茴香脑,茴香脑具有升高白细胞和中性粒细胞、促进骨髓细胞成熟和释放入外周血液中、抗肿瘤的作用。山西老陈醋中茴香脑含量最高,平均727.55μg/L,远远高于其他醋品(＜100μg/L)。乙偶姻是一种重要的食用香料,被广泛应用于功能材料、医药生产和化学合成等领域,镇江香醋B2的乙偶姻中含量最高(562.6μg/L)。川芎嗪能够降低血压,改善脑循环,抗肿瘤等功效,被广泛应用于食品和医药等领域。本研究表明,川芎嗪在山西老陈醋中含量最高(平均为580.75μg/L)。

此次检测试验可得：山西老陈醋中特有的香气成分有6种：其中A1中为糠醇、苯甲醇、5-甲基-2-乙酰基呋喃、1,3,3-三甲基-二环［2.2.1］庚-2-酮；A2中为三甲基-6-乙基吡嗪；A1和A2共有的为2,3-二甲基吡嗪。江苏镇江香醋中特有的香气成分有5种：其中B1中为2,2‘-亚甲基双呋喃；B2中为2-羟基-4-甲基戊酸乙酯、山梨酸、2,6,6-三甲基-1-环己烯-1-羧醛；B1和B2共有的为2,3-丁二醇［15］。福建永春老醋中特有的香气成分有2种：C1和C2共有的为正己酸乙酯、乙酸异丁酯。四川阆中保宁醋中特有的香气成分有4种：其中D1中为2-甲酚、5-甲基-2-(1-甲基乙基)-2-己烯醛；D2中为戊酸、正丁酸。各类食醋具有独特香气成分的原因可能与原料种类、原料预处理、糖化发酵剂、微生物群落、糖化工艺、酒精发酵方式、醋酸发酵方式、熏醅或煮醋、陈酿时间等相关［20］。

3 结论

本实验采用HS-SPME-GC-MS对四大名醋挥发性香气成分进行检测。对比了四大名醋8个样品之间的香气成分。其中山西老陈醋和阆中保宁醋香气成分种类最多,镇江香醋次之,液态发酵永春醋最少；四大名醋的香气成分种类繁多且差异明显,使得具有别于其他醋类独特的风味,其原因与四大名醋样本陈酿年份、生产工艺、配料、发酵方式、微生物菌群差异均有关。由于样本数量较少,不能够完全代表各醋品种香气特征,这也是文章的局限性。但本实验对四大名醋酿造工艺的提升有一定的指导意义。为下一步研究原料、微生物和风味物质之间的关系打下良好基础。

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