基于风味检测技术对四大名醋挥发性成分的研究进展

郭 蕾，孙 浩，宋来生，洪厚胜，3*

（1.南京工业大学 生物与制药工程学院，江苏 南京 211816；2.南京工业大学 化学与分子工程学院，江苏 南京 211816；3.南京汇科生物工程设备有限公司，江苏 南京 210009）

食醋是中国传统发酵食品的典型代表，是中国烹饪方式依赖的酸性调味品，在我国历史悠久，品类众多，风格迥异，深受广大消费者的喜爱。其中山西老陈醋、镇江香醋、四川保宁醋、福建永春老醋最具特色，被美誉为“中国四大名醋”[1]。食醋的酿造需经过多个步骤，发生一系列复杂的生物化学反应，最终形成了酸味纯正、香气浓郁、风味绵长的产品。其中山西老陈醋“以曲代粮”，具有独特的熏醅、陈酿工艺使其酯香、熏香、陈香有机复合[2]；镇江香醋以糯米为主原料，经传统固态分层发酵和特有的后熟、陈酿工艺使其具有“色、香、酸、醇、浓”的特色[3]；四川保宁醋以大米和麸皮为原料，加入多种中药材经生料固态发酵形成集麸醋、药醋为一身的名醋[4]；福建永春老醋以糯米为原料，红曲为发酵剂，采用独家配方，经液态表层发酵使其具有色泽棕黑、酸中带甘、醇香爽口、同时伴随特殊的红曲香气[5]。本文对食醋的风味检测技术与多元统计学分析手段进行归纳，同时对四大名醋挥发性成分的研究进展进行阐述，以期能够更好地对我国传统发酵食醋产品加以认识。

1 四大名醋的酿造工艺

我国传统食醋能够享誉国内外，一方面在于原料利用的多样性；另一方面在于发酵体系的复杂性，表现在发酵过程中参与微生物多、酶系全，同时生物、物理、化学影响因素多，各个发酵阶段彼此联系，反应过程相互抑制、相互促进、相互协调，故成就了中国传统食醋独有的风味[6]。在食醋酿造的发展进程中，形成了以山西老陈醋、镇江香醋、四川保宁麸醋、福建永春老醋为代表的特色醋，它们各自形成了一套完善且有特点的原料选择及生产工艺方法和理论[7]。

1.1 山西老陈醋

山西老陈醋以高粱为主原料，选用麸皮、谷糠等谷物作为辅料，采用大曲为糖化剂，其采用大麦、豌豆制成，再通过蒸、酵、熏、淋、晒等生产工艺自然酿制而成[8]，以“酸绵咸甜鲜”为佳，具有色泽黑紫，液体清亮，酸香浓郁，食之棉柔，醇厚不涩的风味特征[9]。它还具有酸醇厚、味清香、质浓稠和久贮不变质等特点，深受人们喜爱[10]，其酿造工艺流程如下：

1.2 镇江香醋

镇江香醋是南方醋的典型代表，它以糯米为主要原料，通过添加高温麦曲制成酒醅，进一步再利用固态分层发酵方法制醋醅，随后套淋出生醋，最后经后熟陈酿获得[11]，该工艺需要40多道工序，历时近60 d方能酿制而成，以“酸而不涩，香而微甜、色浓味鲜，愈存愈香”著称，还具有“色香味醇浓”五大特点[12]，其酿造工艺流程如下：

1.3 四川保宁醋

保宁醋是四川麸醋的典型代表，以麸皮为主要原料，小麦、玉米、大米及几十种中草药为辅料，糖化剂是由生料制成药曲并加入黑曲制成，再与酵母等混匀后加入发酵池中，采用生料固态开放式多菌种混合发酵，使糖化、酒化和醋化在发酵池中同时进行发酵，需1个月以上才发酵而成[13-14]。具有醇香回甜、酸味柔和适中、色泽红棕、久陈不腐的特点[15]，其酿造工艺流程如下：

1.4 福建永春老醋

永春老醋是传统液态醋的代表。它是以糯米为主要原料，红曲作为发酵剂，先酿成红曲酒，酒精发酵后采用液态表层分割发酵工艺进行醋酸发酵，最后陈酿制得。由于加入芝麻等调味料，永春老醋香气独特，香中带甜，同时还具有汁浓味鲜，口感醇厚的特点，其品质优良，历年来出口多个国家和地区[16]。其酿造工艺流程如下：

2 食醋风味分析方法研究

食醋中的挥发性成分是一个复杂的混合体系，这些复杂的混合物交织在一起共同赋予了其特有的香气，香气的好坏是评价食醋质量的重要指标之一，也是食醋最重要、最直观的感官品质之一[17]。因此，大量研究者运用了先进的分离检测技术对食醋中的香气成分不断地进行深入探索。

2.1 食醋样品前处理

由于样品中的挥发性成分在空气中含量相对较低，在进入仪器分析之前，需要对其进行前处理，使其中的挥发性成分得到提取和浓缩，同时风味物质的浓缩与提取是后续对其进行定性定量分析的基础。当前，对食醋中挥发性成分分析普遍使用的的方法主要有液液萃取（liquid liquid extraction，LLE）、固相萃取（solid phase extraction，SPE）、固相微萃取（solid phase micro extraction，SPME）、顶空固相微萃取（headspace solid phase micro extraction，HS-SPME）、搅拌棒吸附萃取（stir bar sorptive extraction，SBSE）等。这几种方法的优缺点对比分析结果见表1[18]。

表1 样品前处理方法的特点Table 1 Characteristics of the sample pretreatment methods

对于食醋样品挥发性成分分析的前处理方法有诸多，如溶剂辅助风味蒸发（solvent assisted flavor evaporation，SAFE）、超临界流体萃取（supercritical fluid extraction，SFE），但这些方法都不同程度地存在某些缺点，或者是样品量过多，或者是耗时过长，或者是使用有机溶剂，不但对操作者不利，而且有可能会损害检测的挥发性物质。HS-SPME具有简单、无溶剂、选择性好等优点，可直接与气相色谱-质谱联用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）联用，其集采样、萃取、进样于一体，加快了分析检测速率，近年来该技术在食醋风味分析中的应用越来越广泛。

2.2 食醋中风味物质分离检测技术

样品经过前处理后，需对挥发性成分进行定性定量分析。食醋的风味物质包含挥发性和不挥发性成分，食醋中风味物质的分离检测技术目的是对食醋中挥发性成分和不挥发性成分进行定性和定量分析，其关键在于筛选高选择性和高灵敏度的分析方法[25]。而目前在对其的定性和定量分析中，GC-MS是最常用的挥发性成分分析方法，因为GC-MS综合了两种分析技术的优势，即色谱的灵敏度高、分离效率高、定量准确及质谱的鉴别能力强、响应速率快的特点，又利用了计算机快速处理、检索大量数据的能力，实现了对混合物中各组分的定性定量分析。而气相色谱离子迁移谱（gas chromatography-ion mobility spectrometry，GC-IMS）结合了GC的高分离能力和IMS的快速响应，相较于GC-MS优点在于分析更加快速高效且无需进行预处理，但其缺点在于定量分析方面有局限性[26]。红外光谱能够进行实时、连续以及遥感检测，具有快速、无损、无需取样的特点[27]。高效液相色谱-质谱（high performance liquid chromatography-mass spectrometry，HPLC-MS）、核磁共振（nu clear magnetic resonance，NMR）等技术可用于检测和鉴定难挥发性成分。如NIE J等[28]利用核磁共振的方法从山西老陈醋中检测出29种化合物。气相色谱技术与其他专用定性技术（质谱、红外、紫外、核磁共振四大谱）结合使用后可以极大地拓展分析能力。

2.3 食醋中香气活性成分检测技术

食醋中的挥发性成分种类丰富，化合物数量众多，每种成分对食醋香气的影响差异也很大，此时需要一种技术来检测食醋中的香气活性成分，化学分析仅能得到食醋中化合物的组成，仍需要结合感官评价等试验进一步分析来确定其风味。香气萃取稀释分析（aroma extraction dilution analysis，AEDA）是将气相色谱与感官分析相结合，通过嗅闻结合保留值从众多挥发物中把有香气活性的挥发物区别出来，其不足在于分析各个组分的嗅闻时间短，仅有2～5 s，很难准确的评定其强度[29]。故进一步发展了气相色谱-嗅闻技术（gas chromatography-olfactory，GC-O），GC-O是一种能将气相色谱与人的嗅觉结合在一起的技术，以人的鼻子作为检测器（嗅辨员坐在气味仪的出口处，记录在气体流出物中所闻到的香气，定性地描述香气信息以及香气的强度），辨别从气相色谱分离出来的挥发性成分，是有效的鉴定样品中香气活性成分的技术[30]，是一种理想的检测方法。

2.4 食醋智能感官检测技术

香气、滋味、色泽和体态是食醋的主要感官属性[31]，影响因素主要来源于食醋中的挥发性成分，在这些庞杂的风味成分数据中，一方面可结合相对气味活度值（relative odor activity value，ROAV）分析食醋关键风味物质，该方法是揭示各风味成分对食醋整体风味贡献的重要手段[32]。另一方面人工感官评价存在重复性偏差、主观影响因素多等缺点，可借助电子鼻和电子舌智能感官技术，电子鼻是由气味传感器、数据处理设备和分析软件等组成的设备，通过模拟人嗅觉系统对样品进行捕获和检测，可以分析、识别、检测复杂气味和挥发性成分[33]。近年来，电子鼻技术在食醋中的应用越来越广泛，如可以监控食醋的发酵过程、区分和识别不同产品等[34-36]。电子舌是一种利用多传感阵列为基础，感知样品的整体特征响应信号，对样品进行模拟识别和定量定性分析的一种检测技术[37]，该技术也逐渐运用于食醋的品质鉴定和区分[38-39]。

2.5 多元统计分析在食醋方面的应用

由于产品品牌保护以及生产控制等的需要，常常需要对不同原料、不同产地以及不同生产阶段等不同类别的食醋进行分类，这就有必要利用多元的分析方法对食醋中不同的化学组分进行区分和识别[37]。目前对于食醋中的风味物质进行研究，所涉及的多元统计分析方法主要有：主成分分析法（principal component analysis，PCA）、聚类分析（cluster analysis，CA）、判别分析（discriminant analysis，DA）、偏最小二乘法回归分析（partial least squares regression analysis，PLS）和正交偏最小二回归乘法回归分析（orthogonal partial least squares regression analysis，OPLS）等，几种方法的特点对比分析见表2。

表2 多元统计方法的特点Table 2 Characteristics of multivariate statistical methods

3 四大名醋风味物质的研究进展

3.1 检测技术与分析手段下四大名醋的风味物质研究进展

四大名醋各具特色，不同的研究者采用不同的检测手段、不同的分析方法，其目的一是分析四大名醋的挥发性组分，使其更加明确，为酿造工艺的改进提供指导，二是鉴别各种食醋的品牌，为保护名优品牌食醋的质量、维护消费者和合法生产经营者的权益提供参考，三是对不同醋龄食醋的识别，为食醋评价标准的建立和保证食醋质量稳定提供重要价值。以下是对四大名醋采用不同检测技术、不同分析方法的分别介绍。

3.1.1 山西老陈醋

山西老陈醋是中国北方最著名、最有代表性的食醋，其色黑紫、质浓稠、味醇厚，并具有特殊的清香。王红广等[45]采用HS-SPME-GC-MS技术测试样品，检测到共有挥发性成分44种，并借助CA法结合香气风味特性分析实现对其身份的识别。程程[46]采用GC-MS技术分析了山西老陈醋中挥发性成分，检测到挥发性化合物主要有酸类、醇类、醛类、酯类、酚类、呋喃类、吡嗪类、酮类、烷烃类、醚类等，并采用ROAV分析对挥发性成分进行了感官评价，同时建立了由酸味、甜香、奶香、坚果香、烘烤香和花果香组成的香气轮，通过采用不同的熏醅工艺，使得花果香、焙烤香、甜香和坚果香的贡献率分别提高了60%、11.7%、77.4%和16.2%。许女等[47]采用GC-MS技术研究了山西老陈醋发酵过程中挥发性成分的动态变化，发现了熏醅阶段有两种杂环类化合物-糠醛和四甲基吡嗪的含量上升较快，分别从熏醅第1天的0%和1.04%上升至第5天的20.72%和10.83%。郑宇等[48]应用HS-SPME-GC-MS技术对6个品牌的山西老陈醋样品挥发性成分进行了分析，共鉴定出95种挥发性成分，同时结合ROAV分析，发现了乙酸、苯甲醛、糠醛、2,3-丁二酮和四甲基吡嗪为5种主要的特征风味物质，其ROAV值占总体的96.74%。刘丹彤等[49]对熏醅后的挥发性成分进行了检测，共检测出64种，其中31种酯类、6种醇类、5种酸类、10种醛类、3种酚类及9种其他物质。

3.1.2 镇江香醋

镇江香醋是我国名醋之一，其具有酸而不涩、香而微甜、色浓味鲜的特点。王宗敏[50]采用HPLC、GC-MS检测技术，共检测到86种物质，包括9种有机酸、18种游离氨基酸和59种挥发性成分。根据CA法可以将醋酸发酵分为3个阶段，其中醋酸发酵后期相关的风味物质有60种，包括9种有机酸、18种氨基酸和33种挥发性成分，证明了醋酸发酵中后期是风味物质生成和积累的重要时期。袁源等[51]采用LLE-SAFE技术萃取镇江香醋中挥发性成分，应用AEDA技术共鉴定出60种。根据风味稀释（flavor dilution，FD）值得出了最重要香气物质3-（甲硫基）丙醛、2,3,5,6-四甲基吡嗪、3-甲基丁酸和香兰素（FD=729）。孙宗保等[52]采用基于直接强度法的GC-O-GC联用技术分析4个醋龄镇江香醋挥发性成分，共检测到50种，主要是酸、醇、酯、醛、酮和杂环化合物以及部分未能鉴定的挥发性成分。其中除食醋的主要呈味物质乙酸外，3-甲基丁酸、3-甲基丁醛、2,3-丁二酮、三甲基吡嗪以及一种未能鉴定的组分是不同醋龄镇江香醋香气最基本的组成成分。郑吴伟等[34]利用电子鼻对镇江香醋发酵和陈酿过程中挥发性成分进行分析，电子鼻能准确稳定地识别醋醅和陈酿醋气味图谱的变化并对不同发酵时间的醋醅和陈酿醋中的腐败醋进行区分；通过线性判别分析（linear discriminant analysis，LDA）和PCA都能区分各个样品，但PCA对醋醅的区分更优，LDA对腐败醋的区分优于PCA。王栋等[53]采用HS-SPME-GC技术对镇江恒顺香醋香气成分进行了分析，其中，糠醛、醋酸、硅氧烷、苯基乙醇、4-氨基-1,5-戊二酸、17-十八炔酸、苯甲醛、异硫氰酸异丁酯、丁二酸、二乙酯、乙酸四氢糠酯在镇江恒顺香醋中的含量较高，表明不同物质的糅合，赋予了镇江香醋独特香气和风味，刘源等[54]采用HS-SPME-GC-MS技术分析比较5种不同醋龄传统手工和现代工业生产镇江香醋挥发性成分，共检测到78种挥发性成分，其中传统醋的酸味、醇香、果香味更柔和，而现代醋的酸味、醇香、果香味更浓郁。简东振等[55]采用SPE和HS-SPME-GC-MS联用技术对不同模拟陈酿条件下的镇江香醋中挥发性成分进行检测，共检测到66种挥发性风味物质，发现了随着陈酿时间延长，杂环类物质受影响较大。并结合PCA法得出了5-羟甲基糠醛、糠醛、3-羟基-2-丁酮、2,3-丁二酮、乳酸乙酯等物质受温度影响变化较大，而氧气对2,3-丁二酮、异丁醛、异戊醛、苯甲醛、异丁酸、异戊酸、糠醛、异戊醇和3-甲硫基丙醇有明显的影响。

3.1.3 四川保宁醋

四川麸醋以保宁醋最有名。其产品风味极好、色泽呈红褐色、味酸而醇厚，有独特芳香气味。张奶英[56]采用SPME-GC-MS技术分析了四川麸醋发酵及陈酿过程挥发性物质的动态变化。共检测到的主要挥发性成分为：乙酸乙酯、丙酸乙酯、丁酸乙酯、己酸乙酯、辛酸乙酯、十六烷酸乙酯、乙酸己酯、丙酸、己酸、5-己烯酸、戊酸、3-甲基丁酸、丁酸、庚酸、乙酸、奎尼酸、3-甲基丁醇、苯乙醇、2-甲基丁醇、乙醇、茴香脑、苯甲醛、糠醛、2-呋喃甲醛、苯乙醛、三甲基吡嗪、甲氧甲酚、四甲基吡嗪、2-戊基呋喃、2,5-二甲基呋喃，同时发现随着发酵的进行酯类物质种类先增加后减少，陈酿期间种类从21种减少到5种，醇类先迅速增加后减少，羰基类和杂环类主要产生于陈酿期间。黄丹等[57]采HS-SPME-GC-MS技术对12种四川麸醋挥发性成分进行了分析，共测出65种，确定19种共有组分。同时采用ROAV分析评价各挥发性成分对样品总体香气的贡献，确定了关键风味化合物有乙酸、丁酸、乙酸乙酯、乙酸苯乙酯、2,3-丁二醇、糠醛、2,3,5-三甲基吡嗪和4-甲基愈创木酚。刘延锐[58]利用通过HPLC、GC-MS等技术测定了四川麸醋的关键风味，共检出挥发性成分89种，其中具有5种特有成分，分别是2-乙酰基呋喃、2,3-丁二醇、5-甲基呋喃醛、苯乙酸乙酯、丁酸。进一步对这5种特有成分含量进行PCA，得出丁酸和2,3-丁二醇为四川麸醋的特征挥发性成分。杜大钊等[59]采用SPME-GC-MS技术解析了四川麸醋及其陈酿过程中的挥发性成分，共检测到的挥发性成分有42种，其中包括酯类（11种）、酸类（11种）、醇类（3种）、羰基类（9种）以及杂环类（8种）。经陈酿1月及2月后，挥发性成分的种类均增加至44种。

3.1.4 福建永春老醋

福建永春红曲醋是四大名醋中唯一一个采用了液态酿造工艺，其酸度高达7%，但不涩而带甜，芳香醇厚，具有独特风味。蒋雅君等[60]通过HS-SPME-GC-MS技术对福建红曲醋（永春老醋和永春香醋）中的挥发性成分进行分析，共检测出挥发性成分达63种，主要包括酯类（20种）、醇类（12种）、酸类（13种）、醛类（7种）、酮类（5种）、酚类（2种）、及其他类物质（4种）。利用PCA法分析出了永春老醋密切相关的挥发性成分为乙酸异丁酯、2-乙酰氧基-3-丁酮和庚酸，而永春香醋相关的为辛酸、2-十二醇、丁酸、苯乙烯、己酸乙酯和1-壬醇。谢晓林[61]利用电子鼻对山西老陈醋、镇江香醋等传统食醋挥发性成分进行了分析，共检测到100多种挥发性物质，并利用PCA法分析了其主要差异风味物质组，发现了山西老陈醋和镇江香醋差异较大的挥发性成分为正己烷、巴豆醛和乙酸；乙酸、糠醛、乙腈、正丁醇和叶醇是山西老陈醋和四川保宁醋差异较大的挥发性成分。李攀恒[62]利用HS-SPME-GC-MS测定市售四大名醋32个醋样的挥发性成分，共鉴定出73种挥发物，其中酯类和酮类在福建永春老醋中含量丰富，但是乙醇、苯酚、醛和吡嗪在其他三种名醋中突出。同时通过CA法发现相同品牌的食醋香气成分差异性小。许正宏等[63]在《食醋酿造原理与技术》一书中总结到，通过CA与DA法对不同生产原料和生产工艺的食醋进行了研究，表明了CA法能够很好地将不同生产工艺的食醋区分，并将相同的聚合，同时表明了DA法能够对不同原料的食醋的判别正确率达88%，不同醋龄的食醋判别率达100%。

4 展望

食醋中挥发性成分决定了食醋的香气特征，其物质组成的分析是对食醋风味轮廓的科学描述。随着科技的发展，食醋风味物质的提取与分析技术不断得到完善与普及，近几年，对中国四大名醋风味化学具有较为全面的分析，但仍然不够完善。因此，需要利用更加先进的风味检测技术并结合多元统计分析方法将二者运用于食醋挥发性成分研究领域，才有可能以食醋风味为突破口充分认知我国食醋酿造传统工艺的优势并推动食醋行业发展。