我国的食醋古称“酢”、“醯”，主要是由多种谷物酿制而成的，所以称为谷物醋，是人们日常生活中不可缺少的调味品。我国的谷物醋与欧美的果醋、酒醋称为世界三大主流酿造醋[1]。在几千年的历史文化长河中，我国形成了以四大名醋——镇江香醋、山西老陈醋、四川保宁醋、福建永春老醋为代表的特色鲜明的众多食醋产品[1]。它们有的色深质地浓厚，有的色浅酸醇清香，风味迥异、不同的地理环境、原料及工艺等造就了不同风味的醋。
五谷晒醋产自太行山东麓，属于山西老陈醋的分支，采用高粱、黄米、大米、小麦、豌豆等经自然发酵，日晒夜露，历久弥香，是特色鲜明的地方食醋产品。通过分析该食醋的香气成分，可了解其风味特点，有利于改进酿造工艺，提升其食用品质。
顶空固相微萃取技术（headspace solidphase microextraction，HS-SPME）是一种成熟的风味萃取技术，它操作简便、用时短、样品用量少，对风味成分富集效果好，已广泛应用于果醋[2-3]、食醋[4-5]等的风味检测中，明确了醋的酸、酯、醇、醛、酮等风味特征化合物，取得了良好的检测效果。气味活性值法[6]（odor active value，OAV）是利用食品某一特定成分浓度与其气味阈值的比值，以确定某一气味成分对食品风味贡献程度的方法，可在总体把握气味成分的前提下明确赋值各成分的贡献。目前国内外对福建红曲醋[7]、北京米醋[8]、西班牙果酒醋[9]和意大利香酯醋[10]等的风味成分报道大多集中于分析总体气味活性成分，明确了乙酸异丁酯、二氢-5-戊基-2（3H）-呋喃酮等多种成分对醋的香气的贡献，鲜有HS-SPME与OAV结合对五谷晒醋特征风味分析的报道。
鉴于此，本实验利用HS-SPME结合气相色谱-质谱联用（gas chromatography-mass spectrometry，GC-MS）对五谷晒醋的挥发性气味成分进行测定分析，并通过OAV分析其特征气味成分，明确有香气贡献的特征成分，以对今后品质分析及酿造工艺改良提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
五谷晒醋原浆（总酸6.57 g/100 mL，总糖0.8 g/100 g，总蛋白2.80 g/100 g）：河北粟凝香食品有限公司。
NaCl（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司，2,4,6-三甲基吡啶（纯度≥99%）：英国Alfa Aesar化学有限公司。其他试剂为国产分析纯。
1.2 仪器与设备
50/30 μm DVB/CAR/PDMS萃取头、手动SPME进样手柄：美国Supelco公司；20 mL萃取瓶：上海安谱科学仪器有限公司；Agilent 7890A-5975C气相色谱-质谱联用仪：美国安捷伦科技公司；DS-101S集热式恒温加热磁力搅拌器：河南予华仪器有限公司。
1.3 方法
1.3.1 顶空固相微萃取条件
将首次使用的DVB/CAR/PDMS萃取头在气相色谱的进样口老化至无杂峰，老化温度270 ℃，时间60 min。
吸取8 mL五谷晒醋于样品瓶中，加2 g NaCl溶解后，加入10 μL内标2,4,6-三甲基吡啶用于定量分析（2,4,6-三甲基吡啶的质量浓度为20 mg/L）。将老化好的萃取头插入样品瓶顶空部分，在60 ℃恒温水浴下吸附40 min；再将吸附好的萃取头纤维收回并拔出萃取头，迅速插入GC进样口，推出萃取头纤维，于250 ℃解吸5 min，同时采集进样数据。
1.3.2 GC-MS条件
气相色谱条件：DB-5ms毛细管色谱柱（30 m×0.25 mm×0.25 μm），进样口温度250 ℃。程序升温：起始温度45 ℃保留2 min，以2.5 ℃/min升温至65 ℃保留2 min，以5 ℃/min升温至220 ℃保留3 min。载气为氦气（He），流速1.0 mL/min，不分流。
质谱条件：接口温度为250 ℃，电离方式为电子电离（electron ionization，EI），电子能量70 eV，灯丝发射电流为200 μA，离子源温度为230 ℃，扫描质量范围33～450 amu。
1.3.3 数据处理
定性分析：通过美国国家标准技术研究所（national institute of standards and technology，NIST）05谱库的检索保留正反匹配度在800（最大1 000）以上的物质，所得结果参考化合物保留指数的文献报道，对化合物进行定性分析。
定量分析：采用内标法对醋的香气成分进行定量，化合物浓度=（化合物峰面积/内标峰面积）×内标浓度。
OAV=风味成分的浓度/此成分的阈值。
2 结果与分析
五谷晒醋中各种类风味化合物的百分含量及数量见图1。
图1 五谷晒醋中香气成分的含量和数量
Fig.1 Contents and number of aroma components in Chinese cereal vinegar
由图1可知，HS-SPME结合GC-MS检测到8类共52种成分，其中6种醇类（30.76%）；9种酸类（9.33%）；6种醛类（6.47%）；10种酯类（32.11%）；1种烷烃类（0.37%）；4种酮类（1.03%）；6种多酚类（11.12%）；10种杂环类（8.8%）。不同类别的风味成分化合物百分含量差别很大，由此构成五谷晒醋风味成分主体。其中酯类百分含量最高为32.11%，化合物数量也最多；其次为醇类，百分含量为30.76%，但风味化合物数量略少；酸、多酚、杂环类的百分含量较为接近，但杂环类化合物的数量与化合物最多的酯类相当，明显高于其他两类；醛、烷烃、酮三类的百分含量和化合物个数都相对较低。而山西水塔醋[11]的醇类含量较五谷晒醋低，酯类种类多，醛、酮及其他成分的百分含量差别不大。
2.1 醇类
醇类是醋中含量较普遍的一类物质，该醋中共检测到6种醇，其含量为（95 922.23±14 422.13）μg/L，占总量的30.76%，百分比含量较大的为2,3-丁二醇（8.24%）、2-呋喃甲醇（3.87%）和苯乙醇（17.64%），OAV＞1的成分有2种。醇类为酵母菌发酵的代谢产物，其中苯乙醇在酵母菌作用下由苯丙氨酸经Strecker降解产生醛后进一步还原生成[4]，它具有玫瑰花香和甜香，为发酵谷物中标志性芳香族化合物[12]，其OAV为61.12，是对五谷晒醋有香气贡献的化合物。2-呋喃甲醇呈焦糖香，其OAV贡献最大为377.40。2,3-丁二醇是具有奶油香的一类化合物，普遍存在于各种醋类中，是酵母的次级代谢产物[11]，其OAV较低，对醋的香气起调和作用。
表1 五谷晒醋香气成分含量及香气活性值分析
Table 1 Contents and odor activity value analysis of aroma components in Chinese cereal vinegar
续表
注：“NA”表示未检出。
2.2 酸类
共检测到9种酸类，含量为（29 098.21±8 523.02）μg/L，占总量的9.33%，百分比含量较大的为庚酸（0.25%）、苯甲酸（4.78%）和壬酸（1.18%），OAV＞1的成分有3种。酸类的产生与醋酸发酵阶段微生物代谢有关，除苯甲酸和4-甲氧基苯乙酸为带苯环的酸外，均为大分子长链酸类，有报道检测到醋含大量的短链支链酸，其差别与发酵微生物菌种和原料有关[4]。酸类一般在水中有很好的的溶解性，阈值相对较大，对香气有贡献的为庚酸、苯甲酸、壬酸。苯甲酸的OAV贡献最大，为94.27，这与山西陈醋[11，13]的研究结果相似，与相近的地域特色和工艺特性相吻合。
2.3 醛类
检测到6种醛类物质，含量为（20 053.47±3 190.60）μg/L，占总量的6.47%，百分比含量较大的为苯甲醛（1.86%）和香兰醛（1.64%），OAV＞1的成分有3种。醛类多数来自微生物的对酚类物质和苯乙酸等物质的代谢。醛类在总体风味中百分含量较低，但阈值普遍低，OAV高，气味贡献较大，在醋的风味中起着非常重要的作用。苯甲醛有苦杏仁味，其OAV贡献值为16.56，苯乙醛也有苦杏仁味，其OAV为195.12。香兰醛呈甜味奶油味，OAV为231.97，其在意大利朗姆酒[14]中是一种典型的陈酿芳香化合物，而在醋中的形成阶段应该在沉淀晾晒陈化过程中，推断可能从醋中的另一类香气成分4-乙基愈创木酚的氧化而形成。
2.4 酯类
检测到10种酯类物质，含量为（100126.01±12611.44）μg/L，占总量的32.11%，百分比含量较大的为乙酸苯乙酯（18.65%）和γ-壬内酯（4.07%），OAV＞1的成分有6种。酯类在醋香气贡献中的地位举足轻重，乙酸异戊酯、苯乙酸乙酯、乙酸苯乙酯、γ-壬内酯、肉豆蔻酸乙酯和棕榈酸乙酯都对醋的风味有贡献。乙酸异戊酯由亮氨酸在微生物的作用下先生成前体物质3-甲基丁醇，进而在酯酶的作用下合成[15]，其具有明显的香蕉味、甜香，OAV贡献值为770.18，对醋的香气贡献极其重要，镇江香醋中检测到的乙酸异戊酯也是酯类特征香气成分[4，16]。γ-壬内酯又名二氢-5-戊基-2（3H）-呋喃酮，有坚果的香气，OAV贡献值为507.29，肉豆蔻酸乙酯和棕榈酸乙酯属于长链酸乙酯，其OAV为1.3，有淡奶油香味，对醋的风味起一定的平衡作用。
2.5 多酚类
检测到的多酚类物质有6种，含量为（34667.23±2198.63）μg/L，占总量的11.12%，OAV＞1的成分有2种。多酚类物质作为抗氧化剂对传统谷物醋的活性密切相关[17-18]。在镇江香醋[4]（4-甲基愈创木酚）、福建红曲醋[7]（4-乙基苯酚），北京米醋[8]（4-乙基愈创木酚、4-甲基愈创木酚、2,4-二叔丁基苯酚）和山西陈醋[11]（愈创木酚）等醋中都有相关的多酚类物质。4-甲基愈创木酚呈果香花香，其OAV为132.15，4-乙基愈创木酚呈香料香，OAV为129.72，都对醋的香气有贡献。
2.6 酮类、烷烃类及杂环类
共检测到一种烷烃类物质，为十六烷，烷烃类碳链越长阈值越高，起平衡作用。酮类物质检测到4种，OAV显示对醋的香气没有贡献。
杂环类是检测到的最复杂的一类，有6种呋喃类，三种吡嗪类和一种苯醌，占总检测量的8.03%，OAV＞1的成分有1种。呋喃类和吡嗪类的大量存在与发酵时添加麸皮和煎醋工艺有关，呋喃类的产生源于长期高温煎醋过程中在酸性条件下糖的热分解和美拉德反应。此外，煎醋的过程也可能导致呋喃的生成，因为呋喃化合物是各种糖类高温热解的重要产物[19-20]。四甲基吡嗪来源于煎醋的美拉德反应，陈酿有助于四甲基吡嗪的增加对醋的风味有促进作用。杂环类化合物仅四甲基吡嗪对醋的香气有贡献，呈坚果味、土豆味，其OAV为4.83。
对于食醋而言，酯类在香气贡献中起着至关重要的作用，几种食醋酯类特征香气有所不同：五谷晒醋的特征酯类香气为乙酸异戊酯、乙酸苯乙酯和γ-壬内酯，镇江香醋的酯类特征香气为乙酸乙酯、乙酸-3-甲基丁酯和乙酸苯乙酯，而乙酸-3-甲基丁酯在镇江醋和山西陈醋含量较高，在龙门米醋中含量较少[11，17]。而福建红曲醋的酯类含量最多，达到20种[7]。五谷晒醋与山西醋均含较长链的酸类多，镇江香醋则含乙酸、丁酸等较多。五谷晒醋和镇江香醋醇、醛、酮的种类较福建红曲醋少[7]。各种醋检测到的杂环类化合物则比较复杂，多是呋喃类、吡嗪类、吡咯类等。正是以上这些香气成分种类和含量的差别造就了不同风味的食醋。
3 结论
采用顶空固相微萃取提取五谷晒醋的香气成分，用气相色谱-质谱联用技术结合OAV鉴定五谷晒醋的香气成分以及对香气起重要作用的关键香气化合物。五谷晒醋中共检测到52种挥发性风味成分，分别为6种醇类、9种酸类、6种醛类、10种酯类、1种烷烃类、4种酮类、6种多酚类和10种杂环类化合物。它们的协同作用形成了五谷晒醋特有的香气。根据OAV计算结果，初步确定了17种OAV＞1的成分为对五谷晒醋有香气贡献的特征香味物质，其中2-呋喃甲醇、苯乙醛、香兰醛、乙酸异戊酯、乙酸苯乙酯、γ-壬内酯、4-甲基愈创木酚和4-乙基愈创木酚等8种化合物OAV＞100，对五谷晒醋有突出香气贡献。
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