黄芪醋与山西老陈醋挥发性成分分析对比

刘瑶，文明，赵恒山，胡文伟，王如福*

(1.山西农业大学 食品科学与工程学院，山西 晋中 030801； 2.山西海霖食品有限公司，山西 晋中 030600)

黄芪为豆科植物蒙古黄芪[Astragalusmembranaceus(Fisch.) Bunge.var.mongholicus (Bunge.) Hsiao]或膜荚黄芪[Astragalusmembranaceus(Fisch.)]的干燥根[1]，其味甘、性温，是一种较名贵的中药材，素有“十药八芪”之称，主要分布于我国北部和西南部等地区[2]。传统中医认为黄芪具有补气固表、敛疮生肌、排脓、利尿等作用[3]；现代研究表明，其还具有增强机体免疫力、强心降压、降血糖、抗衰老、抗肿瘤等功效[4-6]。此外，黄芪除了含有普通营养物质外，还有黄酮类、皂苷类、多糖及生物碱类等成分[7]，具有很高的功能价值。2018年，黄芪已被卫健委列入药食同源原料目录。近年来，已有大量关于黄芪的保健品和功能食品的报道，如黄芪保健胶囊、黄芪保健酒、黄芪饼干等。黄芪醋是以黄芪、高粱为主要原料，在山西老陈醋酿造工艺基础上酿制而成。其挥发性成分是评价其品质的重要指标，也是与其他食醋相区别的关键。

固相微萃取(solid-phase microextraction，SPME)技术是通过纤维头从样品中吸附待测物，并解吸于分析设备中的一种无溶剂样品预处理技术，具有灵敏度高、效率高、操作便捷、选择性与重复性好等优点[8-11]。目前，黄芪已广泛应用于环境、食品、生化、医学等领域。目前，国内对黄芪的研究主要是药理方面，未见将黄芪酿造为食醋的相关报道，对黄芪醋挥发性成分的报道更没有。本研究采用顶空固相微萃取-气质联用(headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry，HP-SPME-GC-MS)法检测黄芪醋易挥发成分，并与山西老陈醋的挥发性成分进行分析比较，以期为黄芪醋的香气特征研究、产品质量控制提供科学的理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

黄芪：山西省浑源县；高粱、大曲和谷糠：山西省晋中市榆次区某醋厂；麸皮、稻壳：安徽省寿县；山西老陈醋：山西农业大学山西食醋研究中心；NaCl(优级纯)：天津市致远化学试剂有限公司。

1.2 主要仪器与设备

VF-5MS色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)、Varian 840固相微萃取进样器、TRACE-ISQ型气相色谱-质谱联用仪 美国赛默飞世尔科技有限公司；75 μm聚二甲基硅氧烷萃取纤维头、20 μL顶空进样瓶 美国Supelco公司；多功能粉碎机 浙江红景天工贸有限公司；722可见光分光光度计、FA224型电子天平 上海舜宇恒平科学仪器有限公司。

1.3 黄芪醋的酿造工艺

1.3.1 工艺流程

1.3.2 操作要点

1.3.2.1 原料处理

挑选优质的干黄芪，除去杂质并将其粉碎，粉碎后过100目筛。

1.3.2.2 润料

将粉碎的黄芪与高粱按1∶5计算，混合后加入总质量1倍的纯净水搅拌均匀，在室温下放置12 h。

1.3.2.3 液化

再加入原料总质量3.5倍的纯净水后加热，当升温至60 ℃时，加入总质量0.15%的α-淀粉酶，继续升温至煮沸后，调到中火煮50 min。

1.3.2.4 糖化

将液化醪置于室温下降温，当醪液降温至60 ℃时加入总质量0.6%的糖化酶，继续降温至30 ℃时加入原料总质量55%的大曲。

1.3.2.5 酒化发酵

向搅拌均匀的糖化醪中加入原料总质量0.02%的安琪酿酒酵母，将其置于25～28 ℃的环境中，先敞口发酵3 d，每天早晚各搅拌一次，从第4 天开始封口发酵10 d。

1.3.2.6 醋化发酵

将酒醪与麸皮、谷糠、稻壳拌匀。接入火醅(温度为35～40 ℃的醋醅)，约发酵12 d，每天同一时间翻醅一次。随着醋醅酸度升高减缓，醋醅品温逐渐下降，即醋化发酵结束[12]。

1.3.2.7 淋醋

将醋化发酵结束的黄芪醋醋醅置于淋醋池中，用沸水浸泡12 h后淋醋，过滤，瞬时灭菌后得到白淋醋，然后用白淋醋浸泡山西老陈醋熏醅，约2 h后淋醋，灭菌后即得到黄芪原醋。

1.3.2.8 陈酿

将黄芪原醋置于陈酿池中约30 d，灭菌后即得到黄芪醋。

1.4 实验方法

1.4.1 理化指标的测定

总酸、总酯、不挥发酸、氨基酸态氮、还原糖的测定：参照GB/T 18187-2000《酿造食醋》规定的方法[13]。

1.4.2 总黄酮含量的测定

参照GB/T 19777-2013《地理标志产品 山西老陈醋》附录C规定的方法[14]。

1.4.3 固相微萃取方法[15,16]

将萃取纤维头插入气相色谱的进样口中，于250 ℃老化至无杂峰。分别准确提取3.0 g已粉碎的黄芪样品和8.0 mL液体样品置于20 mL顶空瓶中，黄芪样品中再加入6.0 mL蒸馏水，然后分别加入NaCl 2 g，用瓶盖密封后于50 ℃恒温水浴中平衡10 min。将进样瓶置于孵化炉中，孵化温度为45 ℃，保持30 min后，将老化好的SPME萃取头插入顶空瓶中，使之与液面保持1.5 cm，推出纤维头顶空吸附60 min。萃取后直接进样，于250 ℃进样口解吸5 min。

1.4.4 GC-MS参数条件[17]

1.4.4.1 色谱条件

TG-5MS毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)；载气为氦气(He)；流速1.0 mL/min；进样口温度250 ℃；起始温度为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 质谱条件

接口温度250 ℃，EI离子源温度230 ℃；电子能量70 eV，质量扫描范围为35～500 amu。

1.4.5 定性与定量分析

1.4.5.1 定性方法

通过质谱分析，通过检索NIST 08谱库和人工图谱解析进行比对，结合相关文献及化学成分的保留时间、质谱图谱和匹配度等共同进行定性分析。

1.4.5.2 定量方法

采用峰面积归一化法进行定量分析，计算各成分的相对含量。

2 结果与分析

2.1 黄芪醋指标测定结果与分析

表1 黄芪醋指标测定结果Table 1 Determination results of Astragalus vinegar indexes

由表1可知，黄芪醋理化指标符合GB/T 19777-2013《地理标志产品 山西老陈醋》的标准，其中不挥发酸的含量较高，使黄芪醋具有刺激性小、酸味柔和、后味长等特点。黄芪中黄酮类物质不仅具有抗氧化、抗衰老及增强机体免疫力等功效，而且具有抗心肌缺血、舒张血管平滑肌、保肝、抗炎、降血糖等作用[18]，经检测，黄芪醋的总黄酮含量明显高于山西老陈醋[19]，因此黄芪醋具有良好的保健功效。

2.2 黄芪醋和山西老陈醋香气成分变化分析

黄芪醋和山西老陈醋中挥发性香气成分的GC-MS总离子流色谱图见图1和图2，经谱库检索和其他鉴定方法，鉴定出的挥发性香气成分见表2。

图1 黄芪醋挥发性香气成分的GC-MS总离子流色谱图Fig.1 GC-MS total ion chromatogram of volatile aroma components of Astragalus vinegar

图2 山西老陈醋挥发性香气成分的GC-MS 总离子流色谱图Fig.2 GC-MS total ion chromatogram of volatile aroma components of Shanxi mature vinegar

由图1和图2可知，黄芪醋和山西老陈醋各挥发性香气成分的色谱峰相对较尖且窄，说明该SPME条件对黄芪醋和山西老陈醋挥发性物质的萃取效果较好。

表2 黄芪醋与山西老陈醋挥发性香气成分分析Table 2 Analysis of volatile aroma components of Astragalus vinegar and Shanxi mature vinegar

续 表

续 表

注：“-”表示未检出。

表3 黄芪醋和山西老陈醋挥发性成分化学分类Table 3 Chemical classification of volatile components of Astragalus vinegar and Shanxi mature vinegar

续 表

由表2和表3可知，共检测出77种挥发性成分，包括酯类14种、酸类13种、杂环类11种、醇类9种、醛类8种、酮类4种、烃类5种、酚类4种和其他类9种。其中共有挥发性成分为22种，酸类、酯类和杂环类化合物含量均较多。

黄芪醋检测出49种挥发性成分，挥发性成分相对含量较高，约为92.72%，其中含量最多的是杂环类10种(22.28%)，其次是酸类8种(21.69%)、醛类6种(17.27%)、酯类10种(9.38%)、醇类3种(8.36%)、酮类3种(5.28%)、烃类4种(1.92%)、其他类化合物4种(6.40%)、酚类1种(0.14%)。

山西老陈醋检测出50种挥发性成分，总相对含量为73.33%，其中相对含量最多的是杂环类4种(15.40%)，其次是酯类9种(14.97%)、酸类10种(13.27%)、醇类8种(10.23%)、醛类6种(6.22%)、酮类3种(5.02%)、其他类化合物6种(6.72%)、酚类3种(1.48%)、烃类1种(0.10%)。

2.2.1 黄芪醋与山西老陈醋酯类化合物变化分析

在醋化发酵阶段，由于酯化反应的进行，生成大量酯类化合物，酯类化合物在食醋的香味贡献中起着极为重要的作用，是评价食醋品质的一个重要指标。黄芪醋中检测出10种酯类化合物，山西老陈醋中检测出9种酯类化合物，共有香气成分4种，其中乙酸苯乙酯呈花香、果香和威士忌酒香气；乙酸异龙脑酯呈松香樟脑气味；乙酸乙烯酯具有很强的酯香、果香；丙二醇甲醚醋酸酯有轻微的醚类气味。黄芪醋中特有异硫氰酸异丁酯(芥末、辣根刺激性气味)、棕榈酸乙酯(微弱蜡香、果爵和奶油香气)、辛酸乙酯(白兰地酒香味)；山西老陈醋特有乙酸甲酯、甲酸乙烯酯都具有芳香气味，风味相对单一。由表3可知，黄芪醋与山西老陈醋的酯类化合物含量相当，但黄芪醋的挥发性酯类物质更丰富，不同酯类物质糅合在一起，赋予了黄芪醋独特的风味。

2.2.2 黄芪醋与山西老陈醋酸类化合物变化分析

两种醋中均检测出大量酸类化合物，这是醋化发酵过程中的主要产物，构成了黄芪醋和山西老陈醋主要挥发性风味成分。由表3可知，黄芪醋中检测到8种酸类化合物，其中乙酸是所有挥发性成分中相对含量最高的，约为20.57%，具有强烈的刺激气味，是黄芪醋主要呈酸物质；除乙酸外，检出的其他酸类化合物相对含量较小。山西老陈醋检测出的主要挥发性酸性物质也是乙酸，但相对含量低于黄芪醋。黄芪醋中辛酸稀释后呈水果香气；山西老陈醋中2-甲基丁酸也呈愉快的水果香气，而异丁酸则呈强烈的哈败气味和干酪味[20]。总之，黄芪醋中挥发性酸类化合物含量显著高于山西老陈醋，使得黄芪醋风味口感优于山西老陈醋。

2.2.3 黄芪醋与山西老陈醋杂环类化合物变化分析

杂环类化合物主要形成于熏醅阶段，由于熏醅工艺以美拉德反应为主，且原料高粱、豌豆和大麦富含多糖、氨基酸等，为美拉德反应提供了必要的前体物质[21]，因此经熏醅工艺酿造的食醋都含有大量杂环类化合物。

吡嗪类物质是山西老陈醋熏醅中产生的特有香气物质之一，主要通过Strecker降解氮源生成的[22]。由表2可知，黄芪醋和山西老陈醋中含量最高的四甲基吡嗪(又称川芎嗪)，具有咖啡、烘烤花生等特殊香味，此外还具有降血压和改善冠心病症状等功效[23,24]。同时二者共有的杂环类化合物还有2-乙基-3,5,6-三甲基吡嗪和2,4,5-三甲基恶唑。黄芪醋中杂环类化合物相对于山西老陈醋而言更加丰富，其中黄芪醋含有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-乙酰基呋喃等杂环类化合物；而山西老陈醋特有的杂环类化合物仅有2-乙酰基呋喃。有研究表明，3-甲基恶唑、吡嗪类和呋喃类物质与食醋抗氧化活性有关[25,26]。因此，与山西老陈醋相比，这些杂环化合物在一定程度上赋予黄芪醋独特的风味及保健价值。

2.2.4 黄芪醋与山西老陈醋醇类化合物变化分析

醇类是酒化发酵阶段的主要产物，而醋化发酵主要是将醇类物质氧化为酸类物质。由表3可知，黄芪醋中检测出3种醇类化合物，而山西老陈醋中检测出8种，且山西老陈醋中的醇类化合物含量高于黄芪醋，可能是在醋化阶段黄芪醋有氧发酵更彻底。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经Strecker降解产生醛，然后进一步还原后生成，也有部分苯乙醇是在酒化发酵时产生，后来直接转移到醋中[27-29]，该化合物目前已被鉴定为酒中主要的芳香族化合物，呈花香、玫瑰香[30]。黄芪醋中的糠醇呈微弱香气，有焦香味；α-松油醇呈海桐花、紫丁香、铃兰等愉快的花香味。

2.2.5 黄芪醋与山西老陈醋、醛类化合物变化分析

经熏醅工艺主要形成醛类物质。由表2可知，黄芪醋与山西老陈醋都含有糠醛(甜香、面包香和焦糖香)、苯乙醛(水果甜香气)、壬醛(玫瑰、柑橘等香气)、癸醛(甜香、柑橘香、蜡香、花香)。其中糠醛，亦称2-呋喃甲醛，这可能是五碳糖经微生物发酵生成木糖，木糖再分解为糠醛，也可能在高温条件下由Strecker降解反应而来。由于黄芪醋在淋醋时用白淋醋浸泡山西老陈醋熏醅，因此黄芪醋中含有大量糠醛。山西老陈醋中特有苯甲醛，又称安息香醛，具有特殊的杏仁气味，其可能来自苯甲醇的氧化，也可能是微生物对苯丙氨酸、酚类、苯乙酸和羟基苯甲酸等物质作用产生[31]。由表3可知，黄芪醋中醛类物质含量高于山西老陈醋，具有明显的水果香气，深受消费者喜爱。

3 结论

本研究首先测定了黄芪醋的理化指标和总黄酮含量，可知黄芪醋符合国家标准，且富含黄酮等功能性物质。然后采用顶空固相微萃取和气质联用技术对黄芪醋和山西老陈醋中挥发性成分进行了分析，共检测鉴定出77种挥发性成分，包括酯类14种、酸类13种、杂环类11种、醇类9种、醛类8种、酮类4种、烃类5种、酚类4种和其他类9种。通过研究确定酸类、酯类、杂环类化合物种类和含量较高，是构成黄芪醋和山西老陈醋香气的主体成分。

目前，李燕敏等[32]对不同产地干黄芪挥发性风味成分研究发现，对干黄芪香气贡献较大的成分为正己醛、苯甲醛、1-戊醇、3-辛烯-2-酮、丁香酚、榄香素、右2-丁基呋喃、2-正戊基呋喃等。徐怀德等[33]对鲜黄芪和干黄芪挥发性化学成分的研究表明，鉴定出干黄芪中含有44种香气成分，主要成分是正己醛、正己醇、己-2-烯醛。但黄芪醋中未检出黄芪特有的香气成分，主要原因可能是在发酵过程中微生物代谢将其转化为其他化合物。本研究对黄芪醋和山西老陈醋的挥发性成分相对含量和香气特征进行了鉴定，黄芪醋酸类、杂环类、醛类化合物种类多于山西老陈醋，赋予黄芪醋特殊的风味。同时，黄芪醋挥发性香气成分相对含量明显高于山西老陈醋。因此，黄芪醋风味优于山西老陈醋，且没有黄芪浓烈的中药味，功能营养物质更丰富，易被消费者接受。通过对黄芪醋和山西老陈醋的挥发性香气成分的差异对比分析，为更好地控制影响黄芪醋香气形成的因素及工业化生产奠定了理论基础。