山西老陈醋作为我国四大名醋之一,色泽黑紫,酸味醇厚[1],其主料为高粱,糖化发酵剂是大曲,通过“蒸、酵、熏、淋、陈”进行酿制[2]。山西老陈醋的酿造装备包括物料输送设备、原料粉碎设备、糖化液化罐、酒精发酵罐、醋酸发酵装备、熏醅装备及淋醋设施。液化糖化和酒精发酵一般采用不锈钢罐;固态醋酸发酵大多数使用陶缸、镶砌耐酸瓷砖的水泥地或不锈钢池和大型固态醋酸发酵罐等,传统手工陶缸和大型机械不锈钢池是两种常见的醋酸发酵方式。
传统手工陶缸发酵是山西老陈醋的经典酿造方式,其采用人工翻醅,产品风味浓郁,口感独特,但操作方法人工劳动强度较大,作业环境较差,生产效率低,生产成本高,只适合小规模的食醋生产。目前大型机械不锈钢池发酵逐渐被应用于山西老陈醋的生产中,采用机械旋转倒池翻醅,降低了生产劳动强度,提高了产能及工作效率,实现了固态醋酸发酵的规模化、机械化生产,降低生产成本。但存在醋酸发酵周期偏长的问题,如山西老陈醋批次醋酸发酵需14 d 左右,镇江香醋批次醋酸发酵长达20 d左右。此外,还存在原料利用率偏低、发酵风味欠佳、无法实现自动化控制生产等问题。近些年,领先的食醋公司开始探索大型固态醋酸发酵罐的设备,杨勇等[3]设计了一种提高原料利用效率的翻醅机,赵红年等[4]制作了一种连续陈醋固态发酵设备,丁伟等[5]发明了一种山西陈醋酵、熏、淋一体化智能酿造设备。山西老陈醋工艺较为复杂,对发酵条件也有许多要求,尤其是酿造装备。酿造装备对推动固态发酵食醋的机械化、规模化、智能化、标准化生产发展,降低劳动强度,提高产能和生产效率有着极其重要的作用。
本实验主要研究了传统手工陶缸和大型机械不锈钢池两种醋酸发酵模式对山西老陈醋基础理化指标、有机酸含量、氨基酸种类与含量、以及挥发性香气物质种类与含量的影响,旨在改善传统手工陶缸醋酸发酵人工翻醅效率低及大型机械不锈钢池醋酸发酵周期偏长等问题,将两者的优点结合,为固态酿造食醋酿造装备的升级改造及工艺优化提供数据支持。
样品:分别对山西某醋厂山西老陈醋传统手工陶缸和大型机械不锈钢池醋酸发酵阶段醋醅和新淋醋进行取样。传统手工陶缸醋酸发酵分别取样第0、1、2、3、5、7、9、10天,每间隔3个陶缸取样1次,分别从10个陶缸醋醅的上、中、下位置等量取样共约50 g,共采样约500 g醋醅样品混匀;大型机械不锈钢池醋酸发分别酵取样第0、1、2、3、5、7、9、11、13天,每间隔2 m取样1次,从不锈钢池醋醅的上、中、下位置等量取样共约50 g,取样10次,共采样约500 g醋醅样品混匀。
酒石酸钾钠、氢氧化钠、亚铁氢化钾(均为分析纯):天津天利化学试剂有限公司;葡萄糖、硫酸铜、硫酸、次甲基蓝、甲醛(均为分析纯):天津恒兴化学试剂有限公司;草酸、丙酮酸、酒石酸、苹果酸、乳酸、乙酸、柠檬酸、琥珀酸(均为色谱纯):天津光复精细化工研究所;α-淀粉酶(酶活20 000 U/mL)、液体糖化酶(酶活100 000 U/mL):山东隆科特酶制剂有限公司。
PB-21酸度计:北京赛多利斯天平有限公司;HJ-1磁力搅拌器:常州峥嵘仪器有限公司;DF205电热鼓风干燥箱:北京医疗设备工厂;Secura225D分析天平:德国sartorius公司;Thermo Fisher U-3000高效液相色谱(high performance liquidchromatography,HPLC)仪、Trace-1300气相色谱(gas chro-matography,GC)仪、TraceISQ质谱分析仪、Biochrom 30+氨基酸自动分析仪、Thermo-ST16R离心机:赛默飞世尔有限公司。
1.3.1 山西老陈醋生产工艺流程及操作要点
高粱→粉碎→液化、糖化→酒精发酵→醋酸发酵→压醅→熏醅→淋醋→陈酿→陈酿醋
操作要点:
高粱粉碎:精选除杂,去掉霉变、变质、有邪杂味的原料,将高料粉碎成四六瓣,细粉不超过1/4,最好不要带面粉。
液化、糖化:粉碎后的高粱与水按照1.0∶3.5的比例混合进行焖料,焖料结束后加入耐高温α-淀粉酶(0.2%),在95~98 ℃高温液化40 min,降温至60~65 ℃时加入液体糖化酶(0.2%)糖化1 h。
酒精发酵:液化糖化液降温至30 ℃时加入大曲(大曲是由大麦、豌豆为原料经过十多道工序制成,添加量为高粱质量的62.5%)、活化酿酒酵母(取100 kg液化糖化液降温至28~30 ℃后加入酿酒酵母活化20 min)搅拌均匀,进行酒精发酵(30~32 ℃),酒精发酵周期为12 d,采用自动控温系统保持发酵液温度低于32 ℃,发酵结束得到酒醪酒精度为9%vol~10%vol。
醋酸发酵:酒精发酵结束后的酒醪泵入搅拌罐内,加入麸皮、谷糠辅料混合均匀(酒醪∶麸皮∶谷糠=13∶6∶7),得到水分为60%~65%,酒精度为4%vol~5%vol的固态醅料。搅拌均匀的醅料平均分为两份,分别进入到陶缸(上口直径0.75 m×下口直径0.50 m×高度0.60 m)和不锈钢池(长19 m×宽1 m×高0.9 m),接火醅(总醋醅的10%)后进行醋酸发酵,接火醅24 h内醋醅温度能达到38~45 ℃,第3~5天温度可超过45 ℃,第9~13天温度自然下降。传统手工陶缸采用人工翻醅,每天翻醅1次,发酵周期为10 d。大型机械不锈钢池采用机械自动旋转翻醅,每天翻醅1次,发酵周期为13 d。
压醅:醋酸发酵成熟的醅料移到不锈钢池中装满压实,表面洒少许盐用塑料布封严,密闭陈酿10 d。
熏醅:把陈酿好醋醅的40%移入熏醅池中进行文火熏醅5 d,每天翻醅1次。
淋醋:把白醋醅和熏醋醅分别装入白淋池和熏淋池,采用循环套淋的方式进行淋醋。
陈酿:新淋醋通过“夏伏晒、冬捞冰”的方式进行陈酿,陈酿时间为一年以上。
1.3.2 理化指标检测
pH的检测:采用pH计;总酸、可溶性无盐固形物、不挥发酸的检测:参照GB/T 18187—2000《酿造食醋》;总酯、氨基酸态氮、还原糖的检测:参考GB/T 19777—2013《地理标志产品 山西老陈醋》;有机酸的检测:高相液相色谱法[6];氨基酸的检测:氨基酸自动分析仪[7]。
1.3.3 新淋醋挥发性香气物质的测定
采用顶空固相微萃取(headspace solid phase microextraction,HS-SPME)-气相色谱-质谱联用法进行测定。
前处理:各取5 mL样品置于15 mL的顶空瓶中,加入NaCl 1.5 g,置于解化炉45 ℃平衡30 min,萃取头270 ℃老化,顶空吸附30 min,插入萃取头270 ℃解吸5 min。
气相色谱条件:HP-5-MS毛细管色谱柱(30 m×0.25 mm×0.25 mm);载气是高纯氦气(He)(纯度99.999%),流速为1 mL/min,不分流。升温程序为起始温度40 ℃,保持3 min,以4 ℃/min的速度升至160 ℃,保持1 min,并以10 ℃/min的速度上升至270 ℃并保持5 min。
质谱条件:电子电离(electronic ionization,EI)源,传输线温度220 ℃,离子源温度280 ℃,电子能量70 eV,扫描质量范围41~500 amu。
定性定量:通过美国国家标准技术研究所(national institute of standards and technology,NIST)17.0谱库检索并结合保留指数(retention index,RI)对GC-MS检测结果进行定性分析,保留匹配度>80的化合物,同时采用峰面积归一化法对各挥发性香气成分进行相对定量。
分别对陶缸醋醅和不锈钢池醋醅温度进行监控,结果见图1。
图1 陶缸(a)及不锈钢池(b)醋酸发酵过程中温度的动态变化
Fig.1 Dynamic changes of temperature during acetic acid fermentation in pottery jar (a) and stainless-steel pool (b)
由图1a可知,在醋酸发酵1~3 d时,陶缸醋醅温度呈快速上升趋势,在醋酸发酵3~10 d时,醋醅温度趋于平缓而后有所下降;由图1b可知,在醋酸发酵1~7 d时,不锈钢池醋醅温度呈快速上升趋势,在醋酸发酵7~13 d时,醋醅温度呈下降趋势。发酵前期陶缸醋醅温度上升较快的原因是陶缸醋醅量远低于不锈钢池,盛放量少导致发酵初期醋醅中的氧气充足,且人工翻醅,醅料中氧气、温度适宜,有利于醋酸菌等快速且充分地进行繁殖和代谢活动[8],产生大量生化热。发酵后期陶缸温度下降较快的原因是发酵底物减少、代谢产物大量积累、醋酸菌等活性降低导致发酵减缓,温度降低。与不锈钢池相比,陶缸发酵醋醅温上升和下降较快,发酵周期更短,可提高设备周转效率。
分别对陶缸醋醅和不锈钢池醋醅的总酸、水分含量和酒精度进行测定,结果见图2。
图2 陶缸(a)及不锈钢池(b)醋酸发酵过程中理化指标的动态变化
Fig.2 Dynamic changes of physicochemical indexes during acetic acid fermentation in pottery jar (a) and stainless-steel pool (b)
由图2可知,在醋酸发酵阶段,陶缸和不锈钢池醋醅的总酸、水分和酒精度的变化趋势一致。总酸上升、酒精度下降、水分先下降后上升并趋于平稳。发酵结束时,陶缸、不锈钢池醋醅总酸及水分含量分别为5.55 g/100 g、5.36 g/100 g及64.45%、65.15%,酒精完全消耗。醋酸发酵是醋酸菌、乳酸菌等微生物把乙醇等营养物质氧化成乙酸、乳酸等代谢产物的过程,陶缸醋酸发酵的周期更短。
陶缸、不锈钢池新淋醋理化指标检测结果见表1。
表1 陶缸及不锈钢池新淋醋理化指标检测结果
Table 1 Detection results of physicochemical indexes of new leaching vinegar in pottery jar and stainless-steel pool
项目 陶缸 不锈钢池总酸/(g·100 mL-1)氨基酸态氮/(g·100 mL-1)总酯/(g·100 mL-1)还原糖/(g·100 mL-1)不挥发酸/(g·100 mL-1)食盐/(g·100 mL-1)可溶性无盐固形物/(g·100 mL-1)pH 5.00 0.147 2.17 0.95 1.37 0.78 8.63 3.67 4.88 0.140 2.02 0.80 1.28 0.68 8.13 3.64
由表1可知,陶缸、不锈钢池新淋醋中总酸、氨基酸态氮、不挥发酸、食盐和pH差异均不明显,而陶缸新淋醋中总酯、还原糖、可溶性无盐固形物含量明显高于不锈钢池新淋醋,分别提高6.91%、15.79%、5.79%。总酯的生成途径主要为微生物分泌的酯酶催化酯化反应和酸醇酯化反应[9]。还原糖则主要来源于淀粉水解残留和微生物代谢等。可溶性无盐固形物主要来源于淀粉、蛋白质等分解转化、微生物代谢产物和美拉德反应产物的累积等。陶缸具有一定的透气性,且人工翻醅氧气、温度等环境适宜,有利于发酵过程中醋酸菌、乳酸菌、芽孢菌等多种微生物共存,多种酶系共酵,醋酸发酵更彻底,代谢产物更丰富,营养物质含量较高[10],故陶缸新淋醋香味浓郁,口感柔和,营养物质更丰富。
食醋中的有机酸分为挥发性酸和不挥发性酸,挥发性酸大多是乙酸,而不挥发性酸主要是乳酸、酒石酸、柠檬酸和苹果酸等[11]。据报道,有机酸能够抑菌、消炎、提高机体免疫功能等[12]。有机酸对食醋的风味和口感影响很大。乙酸呈刺激性酸味,略带涩感的乳酸,有新鲜感的柠檬酸[13],这些有机酸互相协调,缓解了乙酸的刺激性口感,使山西老陈醋口感醇厚,食而绵柔,余香绵长。分别对陶缸和不锈钢池新淋醋中有机酸含量进行测定,结果见图3。
图3 陶缸及不锈钢池新淋醋有机酸含量检测结果
Fig.3 Determination results of organic acid contents of new leaching vinegar in pottery jar and stainless-steel pool
由图3可知,陶缸和不锈钢池新淋醋中有机酸总含量分别为7.039 8 g/100 mL和8.833 7 g/100 mL,陶缸新淋醋中有机酸总含量比不锈钢池新淋醋中有机酸总含量低25.48%。食醋中有机酸的生成途径主要为丙酮酸或三羧酸循环[14],其可能是因为醋酸发酵装备及翻醅方式等的不同引起醋酸发酵过程中微生物、酶系种类及丰度的差别。其中,陶缸新淋醋中草酸和苹果酸含量明显高于不锈钢池新淋醋,分别提高59.73%和63.48%;而酒石酸、乳酸和柠檬酸含量分别比不锈钢池新淋醋低53.73%、57.84%和86.55%。不锈钢池新淋醋中乳酸含量高于陶缸新淋醋可能是由于不锈钢池的不透气性导致其比陶缸更适合厌氧及兼性厌氧菌的繁殖,乳酸菌为兼性厌氧菌,在厌氧条件下,繁殖更快,产乳酸更多[15]。乳酸菌也能通过苹果酸-乳酸发酵(Malo-lactic fermentation,MLF)较专一地分解苹果酸,产生乳酸和CO2[16],这同时也解释了不锈钢池新淋醋中苹果酸含量较低的原因。陶缸和不锈钢池新淋醋中丙酮酸、乙酸和琥珀酸含量差异不明显。陶缸和不锈钢池两种醋酸发酵模式对新淋醋的有机酸影响有差异,不锈钢池新淋醋中有机酸总量更高,且乳酸含量明显高于陶缸新淋醋,中和了刺激性口感。
食醋中氨基酸来源于原料分解及微生物代谢[17],每一种氨基酸均可产生其独特的味觉,包括鲜、苦、酸、甜,对食醋的香气及口感有重要作用。苏氨酸、缬氨酸、蛋氨酸、异亮氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸、组氨酸、赖氨酸为必需氨基酸,天冬氨酸、丝氨酸、谷氨酸、甘氨酸、丙氨酸、胱氨酸、酪氨酸、精氨酸、脯氨酸为非必需氨基酸。分别对陶缸和不锈钢池新淋醋中氨基酸含量进行测定,测定结果见表2。
表2 陶缸及不锈钢池新淋醋氨基酸含量检测结果
Table 2 Determination results of amino acid contents of new leaching vinegar in pottery jar and stainless-steel pool
氨基酸含量/(mg·mL-1)陶缸 不锈钢池天冬氨酸苏氨酸丝氨酸谷氨酸甘氨酸丙氨酸胱氨酸缬氨酸蛋氨酸异亮氨酸亮氨酸酪氨酸苯丙氨酸组氨酸赖氨酸精氨酸脯氨酸0.202 3 0.214 6 0.286 1 0.297 8 0.228 6 1.047 4 0.077 1 0.510 0 0.086 4 0.291 3 0.546 7 0.055 9 0.191 2 0.037 1 0.136 2 0.162 8 0.347 8 0.197 6 0.173 2 0.234 2 0.243 2 0.197 9 0.893 7 0.060 6 0.421 5 0.066 9 0.231 3 0.414 0 0.050 7 0.141 4 0.028 4 0.110 2 0.125 3 0.179 9
由表2可知,陶缸和不锈钢池新淋醋中氨基酸总含量分别为4.719 3 mg/mL和3.770 0 mg/mL,陶缸新淋醋中氨基酸总含量明显高于不锈钢池新淋醋,提高20.12%,正是这些多量、多味的氨基酸赋予陶缸新淋醋更加丰富的味觉层次。醋醅中产蛋白酶的菌种主要是芽孢杆菌,手工翻醅更加均匀,氧气供应更加充足,有利于芽孢杆菌的生长,产蛋白酶活力更强[18],故陶缸新淋醋中的氨基酸总含量高于不锈钢池新淋醋。陶缸和不锈钢池新淋醋中必需氨基酸的总含量分别为2.013 5 mg/mL和1.586 9 mg/mL,必需氨基酸/氨基酸总含量的比值分别为42.67%和42.09%,陶缸新淋醋中必需氨基酸总含量明显高于不锈钢池新淋醋,提高21.19%,更符合人体的饮食所需,营养价值较高。陶缸新淋醋中17种氨基酸含量均高于不锈钢池新淋醋氨基酸含量,其中脯氨酸差异最明显,为48.27%;苯丙氨酸次之,为26.05%;天冬氨酸差异最小,为2.32%。综上所述,陶缸和不锈钢池两种醋酸发酵模式对新淋醋的氨基酸含量影响有差异,陶缸新淋醋中氨基酸总量、必需氨基酸总含量均明显高于不锈钢池新淋醋,营养价值更高。
食醋中的挥发性香气物质可以评价食醋的质量,主要产生于发酵过程中微生物的代谢,挥发性香气物质的种类和含量直接影响食醋的香气。食醋的整体风味分为挥发性成分和不挥发性成分,挥发性成分主要是酸类、酯类、醇类等[19]。挥发性香气物质含量较低,但对食醋的风味有极其重要的影响[20],这些风味物质共同存在,使得山西老陈醋酸绵酸适口、口感醇厚,形成了山西老陈醋的独特风味。分别对陶缸和不锈钢池新淋醋中挥发性香气物质进行测定,相对含量测定结果见表3。
表3 陶缸及不锈钢池新淋醋挥发性香气物质检测结果
Table 3 Determination results of volatile aroma components of new leaching vinegar in pottery jar and stainless-steel pool
化合物酯类(26种)1,3-丙二醇二乙酸酯2-甲基丁基乙酸酯乙酸异戊酯甲酸异戊酯丙二醇甲醚醋酸酯丙位壬内酯乙酸糠酯3-甲硫基丙醇乙酸酯亚油酸乙酯乙酸仲丁酯乙酸苯乙酯苯乙酸乙酯丁二酸二乙酯0 0 0 0癸酸乙酯月桂酸乙酯乙酸乙酯油酸乙酯庚酸乙酯棕榈酸乙酯正己酸乙酯乙酸异丁酯壬酸乙酯辛酸乙酯2-羟基-4-甲基戊酸乙酯戊酸乙酯十四酸乙酯总计酸类(7种)4-酮庚二酸乙酸2-甲基丁酸异戊酸2-甲基己酸草酸异丁酸总计含量/(mg·100 mL-1)陶缸 不锈钢池0.187 4 0.010 4 0.046 6 0.036 1 0.407 9 0.038 5 0.035 2 0.021 1—.036 4.407 0.025 1.120 0 0.047 8 0.015 7 0.805 0 0.011 5 0.010 9 0.100 6 0.039 0 0.013 0 0.028 6 0.063 8 0.413 7—0.012 0 2.933 3 0.319 9—0.037 4 0.257 7 0.081 9 0.030 3 0.048 9 0.020 7 0.009 5 0.026 4 0.392 3 0.026 9 0.107 8 0.024 9——0.143 4 0.052 1 0.910 7——0.133 0 0.274 0 0.024 8—2.922 4 0.048 7 4.725 0 0.014 1———0.023 5 4.811 3 1.917 7 0.013 4 0.010 7 0.012 5 0.181 1 0.025 6 2.161 1
续表
注:“—”为未检出。
化合物醇类(6种)3-甲硫基丙醇(2S,3S)-(+)-2,3-丁二醇仲丁醇糠醇1-庚稀-2-醇苯乙醇总计醛类(9种)5-甲基呋喃醛α-(2-呋喃基亚甲基)苯乙醛可卡醛苯甲醛苯乙醛癸醛糠醛正己醛壬醛总计酮类(3种)苯丙酮3-羟基-2-丁酮苯基丙酮总计吡嗪类(2种)2,5-二乙基吡嗪2,3,5,6-四甲基吡嗪总计其他类(4种)1,1,5-三甲基-1,2-二氢萘1,2,3,4-四氢-1,1,6-三甲基萘2-乙酰基呋喃4-乙基-2-甲氧基苯酚总计所有香气物质总含量含量/(mg·100 mL-1)陶缸 不锈钢池0.022 1 0.766 1—0.043 2—0.762 0 1.593 3 0.031 1 1.473 0 0.622 1 0.033 5 0.028 9 0.714 1 2.902 8 0.453 0—0.015 1 0.147 9 0.113 2—4.585 9 0.055 4 0.069 7 5.440 2 0.157 8 0.014 0 0.015 6 0.165 5 0.090 2 0.023 9 5.451 0 0.012 3 0.014 2 5.944 6 0.020 7——0.020 7 0.029 0 0.378 2 0.017 6 0.424 7 0.017 7 0.355 0 0.372 7—0.204 8 0.204 8 0.011 7 0.034 7 0.016 1 0.015 3 0.077 8 15.249 3——0.021 9 0.015 3 0.037 2 14.597 7
由表3可知,陶缸和不锈钢池新淋醋中挥发性香气物质种类均为46种。陶缸新淋醋中酯类、吡嗪类、其他类物质的种类比不锈钢池新淋醋分别多5种、1种、2种;而酸类、醇类、醛类、酮类的种类均比不锈钢池新淋醋少2种。陶缸和不锈钢池新淋醋中挥发性香气物质总含量分别为15.249 3 mg/100 mL和14.597 7 mg/100 mL,陶缸新淋醋中挥发性香气物质总含量比不锈钢池新淋醋高4.27%,这可能是因为陶缸醋酸发酵过程中,由于陶缸的透气性,使得发酵环境更接近自然状态,有利于多种微生物的生长和代谢,各种微生物相互作用,形成了丰富的挥发性香气物质。陶缸新淋醋中酯类、酸类、吡嗪类、其他类物质的含量均高于不锈钢池新淋醋,其中酸类物质含量差异最大,提高55.08%;而醇类、醛类、酮类物质的含量低于不锈钢池新淋醋,其中酮类物质差异最大,为95.13%。
酯类物质大多数具有乳香味和果香味,食醋中重要的呈香物质,赋予食醋特征香气[21]。陶缸和不锈钢池新淋醋中酯类种类分别为24种和19种。陶缸与不锈钢池新淋醋中酯类物质总含量分别为2.933 3 mg/100 mL和2.922 4 mg/100 mL,差异不明显。其中陶缸新淋醋中丙二醇甲醚醋酸酯含量明显高于不锈钢池新淋醋,提高79.92%;而甲酸异戊酯、庚酸乙酯和正己酸乙酯含量比不锈钢池新淋醋分别低85.99%、92.40%和95.72%。
酸类物质直接影响山西老陈醋的主体香气、风味及品质[22]。陶缸和不锈钢池新淋醋中酸类种类分别为4种和6种。陶缸新淋醋中酸类物质总含量(4.811 3 mg/100 mL)明显高于不锈钢池新淋醋中酸类物质总含量(2.161 1 mg/100 mL),提高55.08%。其中,乙酸含量比不锈钢池新淋醋高59.41%,这可能是因为陶缸能提供自然而持续的微量氧气供应,在一定程度上促进了醋酸菌的呼吸作用和发酵效率;2-甲基丁酸和异丁酸的差异不明显。
醇类物质也能够协调食醋风味,如苯乙醇和2,3-丁二醇,赋予食醋蜂蜜和玫瑰香气[23]。陶缸和不锈钢池新淋醋中醇类种类分别为4种和6种。陶缸新淋醋中醇类物质总含量(1.593 3 mg/100 mL)比不锈钢池新淋醋中醇类物质总含量(2.902 8 mg/100 mL)低45.11%。其中陶缸新淋醋中(2S,3S)-(+)-2,3-丁二醇含量比不锈钢池新淋醋低92.27%,差异明显;苯乙醇含量差异不明显。
醛类物质提供焦香味,可增加食醋滋味,且有一种很强的与许多其他物质重叠的风味效应[24]。陶缸和不锈钢池新淋醋中醛类种类分别为7种和9种;总含量分别为5.440 2 mg/100 mL和5.944 6 mg/100 mL,差异不明显。其中陶缸新淋醋中5-甲基呋喃醛、正己醛和壬醛含量明显高于不锈钢池,分别提高65.17%、77.80%和79.63%。苯甲醛、糠醛等含量差异不明显,其中糠醛主要由美拉德反应产生[25]。
酮类化合物通常由不饱和脂肪酸的热氧化降解、氨基酸降解或微生物氧化产生,具有甜的花香和果香气味。陶缸新淋醋中检测出1种酮类,为苯丙酮,含量为0.0207mg/100 mL;不锈钢池新淋醋中检测出3种酮类,分别为苯丙酮、3-羟基-2-丁酮、苯基丙酮,含量分别为0.029 0 mg/100 mL、0.378 2 mg/100 mL和0.017 6 mg/100 mL。陶缸新淋醋中酮类物质总含量比不锈钢池新淋醋低95.13%,其中苯丙酮含量比不锈钢池新淋醋低40.10%,差异明显。这可能是由于酮类化合物易挥发,而不锈钢池透气性差,故醛类化合物种类和总量均明显高于陶缸。总体来说,醛类和酮类物质具有原生的、浓郁的香气[26]。
食醋中的吡嗪类物质主要由发酵过程中的美拉德反应形成,多为坚果味、烟熏味和烘烤香味,属于杂环类化合物[27]。陶缸新淋醋中检测出2种吡嗪类,分别为2,5-二乙基吡嗪、2,3,5,6-四甲基吡嗪;不锈钢池新淋醋中检测出1种吡嗪类,为2,3,5,6-四甲基吡嗪。陶缸新淋醋中吡嗪类物质总含量(0.372 7 mg/100 mL)明显高于不锈钢池新淋醋中吡嗪类物质总含量(0.204 8 mg/100 mL),提高45.05%,其中,2,3,5,6-四甲基吡嗪含量明显高于不锈钢池新淋醋,提高42.31%。乙偶姻是合成吡嗪类物质的重要前体物质之一,主要产生于醋酸发酵阶段[28],陶缸的表面和内部存在一些微小的孔隙和矿物质等,一定程度上模拟了自然环境,有利于各种微生物的生长代谢,众多微生物之间协同作用有利于乙偶姻的生成和积累,从而使陶缸新淋醋中吡嗪类物质含量较高。
陶缸和不锈钢池新淋醋中分别检测出4种和2种其他类物质,陶缸新淋醋中其他类物质总含量(0.077 8 mg/100 mL)明显高于不锈钢池新淋醋中其他类物质总含量(0.037 2 mg/100 mL),提高52.19%。
综上所述,陶缸和不锈钢池两种醋酸发酵模式对新淋醋的挥发性香气物质含量影响有差异,陶缸新淋醋中挥发性香气物质总量明显高于不锈钢池新淋醋,其中酯类、酸类、吡嗪类、其他类的含量高于不锈钢池新淋醋,故陶缸新淋醋风味浓郁、香气和谐、口感醇厚。
在传统手工陶缸(陶缸)和大型机械不锈钢池(不锈钢池)两种醋酸发酵模式下,醋酸发酵过程中温度均先上升后下降,总酸上升、酒精度下降,水分先下降后上升并趋于平稳,而陶缸醋酸发酵周期更短。与不锈钢池新淋醋相比,陶缸新淋醋中可溶性无盐固形物(8.63 g/100 mL)、氨基酸总含量(4.719 3 mg/mL)、挥发性香气物质含总量(15.249 3 mg/100 mL)分别提高5.79%、20.12%、4.27%,而有机酸总含量下降25.48%。草酸、苹果酸含量分别提高59.73%、63.48%;而酒石酸、乳酸、柠檬酸含量分别降低53.73%、57.84%、86.55%;必需氨基酸总含量提高21.19%;挥发性香气物质中酸类、吡嗪类、其他类物质含量分别提高55.08%、45.05%、52.19%;而醇类、酮类物质含量分别降低45.11%、95.13%。整体而言,传统手工陶缸新淋醋的品质风味优于大型机械不锈钢池新淋醋,但大型机械不锈钢池在提升食醋生产效率、批次稳定性、降低用工场地成本、发酵规模化、标准化等方面具有重要意义,故今后需进一步对大型醋酸发酵不锈钢池、翻醅机等设备进行升级改造,并且不断优化与之相适应的配套发酵工艺,包括原辅料配比、水分、翻醅方式、翻醅次数等,不断提升大型机械发酵、自动化发酵产品品质,逐步向智能化迈进,促进食醋酿造产业高质量发展。
[1]LI C, KOU R, JIA Y Y, et al.Dynamics and biodiversity of microbial community among seasons in Shanxi mature vinegar fermentation by semisolid-solid process[J].Microbiol Spectr,2024,12(12):e0023124.
[2]梁楷,王宏霞,孙晓琪,等.不同陈酿年份市售山西老陈醋理化指标、风味和功能成分的比较[J].中国酿造,2023,42(3):41-46.
[3]杨勇,杜大钊,郑飞,等.提高原料利用效率的翻醅机:202320071433.0[P].2023-08-01.
[4]赵红年,韩云忠,刘建平,等.转筒式连续固态酿造设备:201320309597.9[P].2013-11-13.
[5]丁伟,许女,闫裕峰,等.一种山西陈醋酵、熏、淋一体化智能酿造设备及酿造方法:202211469094.8[P].2023-02-03
[6]SUN D D, LI WEIXIN, LUO L X.Deciphering the brewing process of Cantonese-style rice vinegar: Main flavors, key physicochemical factors,and important microorganisms[J].Food Res Int,2023,171:113068.
[7]朱晓春,孙优兰,蒋力力,等.赤水晒醋的挥发性香气特征及氨基酸分析[J].中国调味品,2024,49(5):166-170,182.
[8]ZHANG Q F, CHUAN X Z, CUI M Y, et al.Monitoring microbial succession and metabolic activity during manual and mechanical solid-state fermentation of Chinese cereal vinegar[J].LWT-Food Sci Technol,2020,133(1):12-18.
[9]ZHANG Z K,ZHANG Z H,HE R H,et al.Research advances in technologies and mechanisms to regulate vinegar flavor[J].Food Chem,2024,460:140783.
[10]樊迎.枣醋固态发酵过程菌群与代谢物的相关性研究及核心菌群分析[D].晋中:山西农业大学,2022.
[11]WU Y F, XIA M L, ZHAO N, et al.Metabolic profile of main organic acids and its regulatory mechanism in solid-state fermentation of Chinese cereal vinegar[J].Food Res Int,2021,145:110400.
[12]LI G F,YAN N,LI G Q,et al.Optimization of the process for green jujube vinegar and organic acid and volatile compound analysis during brewing[J].Foods,2023,12(17):3168.
[13]谢晓林.中国传统食醋主要风味物质组成及其差异性分析[D].天津:天津科技大学,2017.
[14]张林祥.浙江玫瑰醋多菌种发酵工艺及特征风味物质研究[D].杭州:浙江工商大学,2023.
[15]朱帆,江季春,张世佳,等.微生物对青贮饲料品质的影响[J].湖南饲料,2024(6):38-44.
[16]李璇,李中雨,舒林焱,等.洛阳传统绿豆酸浆工艺优化及发酵特性分析[J].中国粮油学报,2024,39(6):76-85.
[17]LI L,HUANG C X,LI Z C,et al.Investigating the temporal evolution of physicochemical attributes and flavorome profiles in Sichuan shai vinegar utilizing diverse aging techniques[J].Food Res Int,2024,196:115080.
[18]孙晓琪.食醋大曲制备过程中菌群功能揭示及代谢网络构建[D].晋中:山西农业大学,2023.
[19]GAO Y P,JO Y,CHUNG N,et al.Physicochemical qualities and flavor patterns of traditional Chinese vinegars manufactured by different fermentation methods and aging periods[J].Prev Nutr Food Sci,2017,22(1):30-36.
[20]MA Y R,LI X Z,DOU Y B,et al.Effects of different sterilization conditions on active components and flavor of apple vinegar[J].Asian Agr Res,2023,15(12):46-58.
[21]叶博文,闵恺,包晓丽.中国传统食醋香气物质分析研究进展[J].应用技术学报,2023,23(4):341-348.
[22]ZHOU Z L,LIU S P,KONG X W,et al.Elucidation of the aroma compositions of Zhenjiang aromatic vinegar using comprehensive two dimensional gas chromatography coupled to time-of-flight mass spectrometry and gas chromatography-olfactometry[J].J Chromatogr A,2017,1487:218-226.
[23]朱宏.山西老陈醋挥发性成分和流变性质的研究[D].北京:中国农业大学,2016.
[24]谭琰俐,吴泳,刘品,等.基于HS-SPME-GC-MS的不同醋龄河溪香醋香气成分比较[J].食品与机械,2022,38(8):80-86.
[25]MARTINS F C O L,ALCANTARA G M R N,SILVA A F S,et al.The role of 5-hydroxymethylfurfural in food and recent advances in analytical methods[J].Food Chem,2022,395:133539.
[26]KARATEPE P,AKGÖL M, I˙NCILI C A,et al.Effect of hawthorn vinegar-based marinade on the quality parameters of beef tenderloins[J].Food Biosci,2023,56:103098.
[27]沈广玥.食醋风味及其与发酵工艺的相关性分析[D].天津:天津科技大学,2023.
[28]ZHANG M,LI X J,MU D D,et al.Co-fermentation metabolism characteristics of apple vinegar with Acetobacter pasteurianus and Lactobacillus plantarum[J].J Food Process Preserv,2022,46(7):e16605.
Effect of acetic acid fermentation modes in pottery jar and stainless-steel pool on the quality of Shanxi aged vinegar