山西陈醋是中国的传统食醋之一,历史悠久,是人们生活不可缺少的酸性调味品。以高粱、豌豆、麸皮、谷糠和稻壳为原料经酒精发酵、固态醋酸发酵酿制而成[1],口感丰富,风味独特,含有丰富的营养物质和生物活性成分,主要包括氨基酸、还原糖、有机酸、总黄酮和川芎嗪等[2],因其缓解疲劳、调节血压、血脂、护肝、抗氧化等功效,深受人们喜爱[3]。山西陈醋含有十分复杂的挥发性成分,因此其香气是感官的重要指标,主要挥发性成分有酸类、醇类、酯类、酮类、醛类、酚类、吡嗪类等,它们共同作用形成了山西陈醋的特有香味[4]。目前,山西陈醋的挥发性成分分析主要采用气相色谱-质谱联用的方法[5-7],这有助于了解不同醋样之间的风味差异,为改善食醋风味提供基础。
香辛料是指具有天然味道或气味等味觉属性、可用作食用调料或调味品的植物特定部位,如植物的根、茎、叶、花蕾、种子等,是一类能够使食品呈现香、辛、麻、辣、苦、甜等特征气味的食用植物香料的简称,不同植物来源和不同部位的香辛料都有其本身特有的风味,至今已有几千年的历史。香辛料不仅具有调味、着色、增香、促进食欲等作用,还有抗氧化、抑菌、抗炎症和抗癌的潜力,因此,其作为添加剂广泛应用于现代食品加工领域,是食品工业中最重要的添加剂之一[8]。
香辛料的添加是山西陈醋生产过程不可或缺的工序,但香辛料对其风味的影响及发挥主要作用的风味物质组成尚不明晰,因此无法对食醋的风味进行精准调控,本研究以此为目标,开展香辛料对山西陈醋风味影响的研究,为山西陈醋香辛料的科学复配提供理论基础。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
山西陈醋,山西紫林醋业股份有限公司;香辛料(小茴香、高良姜、花椒、草果、八角茴香、肉豆蔻、甘草、牛至、芹菜籽),市售;C5～C19正构烷烃,迪马科技有限公司;2-辛醇(色谱纯),上海阿拉丁科技有限公司;其他试剂都为国产分析纯。
1.2 仪器与设备
Agilent 7890A-5975C气相色谱-质谱联用仪、SPME萃取头(50/30 μm DVB/CAR/PDMS),美国安捷伦科技有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 样品制备
将新淋的山西陈醋煮沸灭菌,备用,记为样品1;将小茴香、高良姜、花椒、草果、八角茴香、肉豆蔻、甘草、牛至、芹菜籽香辛料放入65 ℃数显鼓风干燥箱干燥4 h,用高速粉碎机粉碎后过60目筛,备用。在新淋的山西陈醋中加入质量分数为0.03%的香辛料混合粉后煮沸灭菌,备用,记为样品2。以样品2为对照组,香辛料缺失后制得的醋为试验组,共9组,在此基础上,通过分析对照组和试验组间的差异性确定对照组中新增的挥发性化合物的来源。
1.3.2 GC-MS方法及条件
1.3.2.1 样品前处理
将萃取头在气相色谱的进样口250 ℃老化至无杂峰,准确称取1 g样品,3 g饱和食盐水于样品瓶中,将样品瓶放入40 ℃恒温水浴锅中,将SPME萃取头通过瓶盖插入到样品的顶空部分,推出纤维头,顶空吸附40 min后,将萃取头插入GC-MS的气相色谱进样口250 ℃解吸2 min。
1.3.2.2 GC-MS条件
色谱条件:色谱柱为DB-WAX(30 m×0.25 mm,0.25 μm)毛细管色谱柱;升温程序:35 ℃保持2 min,以3 ℃/min升温至170 ℃,再以5 ℃/min升温到250 ℃,保持2 min;载气为He,流速1.0 mL/min,进样1 μL,分流比5∶1。
质谱条件:EI源;电子能量70 eV;离子源温度230 ℃;四极杆150 ℃;扫描模式Scan;扫描质量范围33～300 amu。
1.3.2.3 数据处理
GC-MS测定结果通过NIST20.0数据库检索进行初步鉴定、再经过质谱和采用相同升温程序,以C8～C26的正构烷烃作为标准,以其保留时间计算测试样品中化合物保留指数(retention index,RI),并与其他文献测定的RI进行比较,对化合物进一步确认定性。以2-辛醇为内标物进行半定量,得到各组分的相对含量。
所有数据均表示为5次平行的平均值。采用SIMCA-P+14.1软件,进行正交偏最小二乘法判别分析(orthogonal partial least square discriminant analysis,OPLS-DA)和变量重要性投影值(variable importance in the projection,VIP)分析;采用SPSS进行差异显著性分析,P<0.05为差异显著。
1.3.3 风味评估方法
风味评价采用定量描述性分析方法进行[9]。选10名经过专业培训的品评员(5名男性,5名女性,年龄在25～40岁)组成感官评价小组。每位成员独立产生样品醋的香气描述词,整合后确定10个感官描述属性词,如表1所示,每位品评员依据每种香气属性的感官强度在0～9给样品打分,如表2所示,从左到右表示样品的感官特性强度由弱依次增强。所有感官分析均在特定的感官品评室进行,每个样品随机编号,重复3次,取平均值[10]。
表1 香气感官描述词及定义
Table 1 Sensory descriptors and definitions of aroma
序号香气感官描述词定义1酸味类似白醋、乙酸的气味2烟熏味类似烟熏的香气3坚果味类似杏仁、核桃、瓜子等的香气4谷物味类似麸皮、谷糠、高粱、大麦的香气5果香味类似苹果、桃、山楂的香气6花香味类似玫瑰、丁香的香味7焙烤味类似烤面包的香味8焦糖味类似焦糖的香味9调料味类似茴香、八角、豆蔻等调料香气10草药味类似甘草的气味11香气丰富度感受到香气整体的丰富度
表2 感官评分尺度表
Table 2 Sensory score scale
感官评分0123456789感官特征强度没有极弱很弱较弱稍弱中等稍强较强很强极强
2 结果与分析
2.1 添加香辛料前后山西陈醋挥发性成分分析
为了分析添加香辛料前后山西陈醋香气成分的差异,采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用(headspace solid-phase microextraction-gas chromatography-mass spectrometry analysis,HS-SPME-GC-MS )分析样品1和样品2中挥发性化合物成分及含量,结果如图1、图2和电子版增强出版附表1所示(https://doi.org/10.13995/j.cnki.11-1802/ts.039964)。山西陈醋在添加香辛料前后共检测并鉴定出121种挥发性化合物,其中样品2中增加了17种挥发性化合物,且挥发性化合物总含量明显增多,达到8 787.22 μg/kg,高于样品1的8 222.21 μg/kg,增加的挥发性化合物主要来自醇类、酚类和其他,表明添加香辛料丰富了山西陈醋的香气。
a-挥发性化合物色谱图;b-化合物种类韦恩图
图1 挥发性化合物色谱图、化合物种类韦恩图
Fig.1 Volatile compound chromatogram, venn diagram of compound types
图2 挥发性成分种类含量
Fig.2 Content of volatile components
酯类化合物是山西陈醋重要的香气成分,由醇和酸在酯化作用下生成。共检测出酯类化合物21种,其中乙酸橙花酯和肉豆蔻酸乙酯仅在样品2中检出,花椒中的橙花醇和醋中的乙酸在酯化作用下生成具有橙花、玫瑰、覆盆子和蜂蜜样香气的乙酸橙花酯[11];肉豆蔻酸乙酯具有花果香气[12]。
酸类物质是山西陈醋中含量最多的成分,赋予山西陈醋特定的风味和感官属性。山西陈醋在添加香辛料前后共检测出酸类化合物18种,样品2中未检测到4-甲基戊酸,目前对于4-甲基戊酸的去向还不明确,需要进一步研究。
酮类挥发性化合物共检测出14种,主要成分为3-羟基-2-丁酮,是吡嗪类化合物的前体,为山西陈醋提供奶油香气,是山西陈醋的关键香气成分,添加香辛料对山西陈醋中3-羟基-2-丁酮的含量无显著影响。
醛类挥发性化合物共检测出11种,山西陈醋中醛类化合物主要是通过氨基酸分解作用和多种微生物发酵而生成的[13]。添加香辛料前后山西陈醋中的醛类化合物种类和含量均没有显著变化。山西陈醋中醛类化合物主要有糠醛、苯甲醛、2-苯基-2-丁醛,其中糠醛具有焦糖气味[14],苯甲醛具有糖果甜味和杏仁气味[10]。4-羟基-3-甲氧基苯甲醛是香辛料中醛类化合物分布最广的香气活性成分,具有草香、奶香和甜香特征,在桂皮、丁香、豆蔻和牛至中都存在[15]。
醇类化合物一般具有芳香、植物香和土气味等气味。共检测出醇类化合物18种,芳樟醇、4-萜烯醇、(-)-4-萜品醇、α-松油醇、香叶醇、月桂醇、反式-橙花叔醇、α-毕橙茄醇是样品2中特有的挥发性成分,表明这些化合物来源于添加的香辛料。其中芳樟醇在浓香型香料中广泛存在,具有柑橘、柠檬的香气;4-萜烯醇具有土腥、发霉、鱼腥的气味特征[15];α-松油醇具有松香、萜香、木香、花香;香叶醇具有花香、果香、玫瑰花香[15];α-毕橙茄醇具有花香和香草木的气味[16];(-)-4-萜品醇具有土腥、发霉、鱼腥的气味特征;反式-橙花叔醇具有花香、清香、甜香和橘香的香气特点[17];月桂醇具有典型的甜的脂肪醇气味[18]。
酚类挥发性化合物共检测出15种,样品2中酚类化合物总含量为1 186.58 μg/kg,高于样品1的876.65 μg/kg。增加的酚类化合物主要有具有丁香、木香、辛香气味的丁香酚;呈现出丁香、茴香香气的甲基异丁香酚;具有丁香味乙酰异丁香酚;具有草本、樟脑味的百里香酚[19]。
吡嗪类化合物中主要成分是2,3,5,6-四甲基吡嗪(又名川芎嗪),是山西老陈醋特征成分,具有焦咖啡味,加入香辛料对山西陈醋中川芎嗪含量无显著影响(P>0.05)。其他挥发性化合物如β-石竹烯、α-姜黄烯、Δ-杜松烯,这些香辛料中含量高的挥发性化合物在样品2中被检出,认为这些烯类化合物来源于香辛料的直接引入。其中β-石竹烯具有辛香、木香、柑橘香、樟脑香的香气特征[20];α-姜黄烯具有辛香、甘草香气味[11];Δ-杜松烯具有木质香气;茴香脑具有茴香、药草香和甘草气味[15],在样品2中的含量明显高于样品1。
2.2 添加香辛料前后山西陈醋挥发性成分OPLS-DA及VIP分析
在挥发性化合物检测结果的基础上进行OPLS-DA,可量化2个样品间特征风味物质的差异程度[21]。结果如图3所示,模型中R2X=0.979,Q2=0.594,表明模型能反映97.9%数据的变化,且模型具有较高的解释度和拟合度[22]。样品1和样品2分别处于不同区域聚为两类,组内聚集性好,组间分离明显,表明二者之间具有差异。对OPLS-DA模型形成的VIP值进行分析,VIP值表示变异权重参数,可反映每个化合物在分离不同样本中贡献率的大小,VIP值越大对样本分离的贡献率越大,一般以VIP>1为界限进行筛选[23]。如图4所示,VIP>1的化合物有15个,分别是乙酰异丁香酚、α-姜黄烯、(-)-4-萜品醇、丁香酚、4-萜烯醇、茴香脑、α-松油醇、β-石竹烯、α-毕橙茄醇、芳樟醇、香叶醇、Δ-杜松烯、甲基异丁香酚、反式-橙花叔醇、月桂醇。
图3 添加香辛料前后山西陈醋挥发性成分的OPLS-DA散点图
Fig.3 OPLS-DA scatter plot of volatile components of vinegar before and after adding spices
注:a～d表示同一样品的5个不同平行。
图4 基于OPLS-DA模型分析的VIP值预测分布图
Fig.4 Distribution of VIP forecast values based on OPLS-DA model analysis
进行香辛料缺失试验,对样品中15种重要的差异挥发性化合物含量进行热图分析,样品1中只检测到茴香脑,样品2中均有检出,如图5所示。山西陈醋中的茴香脑主要是在醋酸发酵过程产生的,在醋酸发酵过程的醋醅中有检出;小茴香和八角茴香缺失时,茴香脑含量明显降低,所以样品2中增加的茴香脑主要来源于八角茴香和小茴香[15];乙酰异丁香酚主要来自小茴香和高良姜;α-姜黄烯主要来源于甘草、高良姜;(-)-4-萜品醇主要来源于牛至中;丁香酚主要来自八角茴香、牛至;4-萜烯醇和Δ-杜松烯都来源于芹菜籽;α-松油醇主要来源于花椒[24]、草果、小茴香、八角茴香[25];β-石竹烯主要来源于八角茴香、小茴香;α-毕橙茄醇主要来源于高良姜、花椒;芳樟醇主要来自于小茴香、八角茴香、桂皮、肉豆蔻、牛至;香叶醇主要来源于牛至、肉豆蔻;甲基异丁香酚是来源于牛至、高良姜和八角茴香的香气成分;反式-橙花叔醇主要来自香辛料的草果中;月桂醇来自于小茴香和肉豆蔻。
图5 差异化合物热图分析
Fig.5 Heatmap of different compounds
2.3 气味活性值(odor activity value,OAV)分析
OAV是评价挥发性化合物对整体风味贡献的指标,通过综合浓度和气味阈值来评定挥发性化合物对整体风味的贡献[26],因此在挥发性化合物含量有差异的前提下,对其OAV进行分析,结果如表3所示。共得到5种OAV>1的挥发性化合物,分别为丁香酚、茴香脑、芳樟醇、香叶醇、月桂醇,提供花香和香辛料独特的调料味,是加入香辛料后山西陈醋风味发生变化的特征香气成分;其余10种化合物含量虽有增加,但阈值高,对山西陈醋风味的整体贡献较小,对其风味影响较小。
表3 样品2中部分挥发性化合物的阈值和气味活性值
Table 3 Threshold and OAV of some volatile compounds in sample 2
化合物阈值/(μg/kg)OAV丁香酚2.560茴香脑502.26芳樟醇371.92香叶醇101.15月桂醇4.91.13
注:香气阈值均来源于文献[26-28]。
2.4 香辛料对山西陈醋风味的影响
采用风味定量描述分析方法对样品1和样品2的香气进行分析,筛选出10个关于样品的风味描述词,分别是酸味、烟熏味、坚果味、谷物味、果香味、花香味、焙烤味、焦糖味、调料味和草药味,同时分析香气丰富度,如图6所示。添加香辛料明显改变了山西陈醋原有风味,样品2的酸味、烟熏味、坚果味、烧烤味、谷物味和焙烤味有所降低,其中焙烤味降低显著(P<0.05);而花香味、调料味、草药味和香气丰富度有所增强,其中调料味增强显著(P<0.05)。
图6 添加香辛料前后山西陈醋风味评价雷达图
Fig.6 Radar chart of flavor of vinegar before and after adding spices
注:*表示样品间差异显著(P<0.05)。
因此,在风味层面,加入香辛料可一定程度的弱化陈醋原有的酸味、烟熏味、坚果味、焙烤味,可能是由于香辛料含有的挥发性成分质量分数过大,导致其一定程度掩盖了山西陈醋的酸味、烟熏味、坚果味和烧烤味;增强了其花香味、果香味、草药味和调料味,使山西陈醋风味更协调。结合挥发性化合物的香气分析,添加香辛料后山西陈醋增强的花香味主要来源于甲基异丁香酚、乙酰异丁香酚、芳樟醇、香叶醇。果香味来源于反式-橙花叔醇、β-石竹烯。草药味主要来源于茴香脑以及α-姜黄烯。调料味主要来源于丁香酚,花椒、草果、八角茴香中的α-松油醇、(-)-4-萜品醇、α-毕橙茄醇和Δ-杜松烯。在BOR
A等[29]的研究中同样表明植物香料在对麦芽醋理化特性无显著影响的前提下,可使其感官特性发生显著变化,尤其在嗅觉方面。
3 结论与讨论
本研究采用SPME-GC-MS检测方法,分析了山西陈醋在添加香辛料前后挥发性风味物质的变化,共检测到121种挥发性化合物,山西陈醋在添加香辛料后增加的挥发性化合物有17种,其中具有百里香气味的百里香酚和具有紫罗兰鸢尾草气味的肉豆蔻酸乙酯[18]含量较低,对山西陈醋风味的影响较小;添加香辛料后引起山西陈醋风味差异的挥发性化合物有15种,主要是乙酰异丁香酚、α-姜黄烯、(-)-4-萜品醇、丁香酚、4-萜烯醇、茴香脑、α-松油醇、β-石竹烯、α-毕橙茄醇、芳樟醇、香叶醇、Δ-杜松烯、甲基异丁香酚、反式-橙花叔醇、月桂醇;混合香辛料的添加直接引入了香辛料特有的挥发性化合物,增强了陈醋的果香味、花香味、调料味和草药味,且一定程度的掩盖了山西陈醋的酸味、焙烤味、烟熏味、坚果味、谷物味和焦糖味。本研究为山西陈醋添加香辛料工艺提供一定参考依据,但如何通过添加香辛料减弱陈醋的酸味、焙烤味、烟熏味、坚果味、谷物味和焦糖味的原理需要进一步研究。
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