（发酵工程专业论文）恒顺香醋醋酸发酵过程中风味物质的变化分析.pdf

摘要 摘要 酿醋技术历史悠久，是我国古代文化的重要组成部分。食醋作为日常生活必备的酸 性调味品，风味的丰满感和协调性非常重要。镇江恒顺香醋是我国四大名醋之一。其醋 酸发酵过程采用传统的固态分层发酵工艺，酿得的成品醋具有“酸而不涩、香而微甜： 色浓味鲜、愈存愈香 等特点。这种开放式的固态发酵工艺，利用自然环境中的多种微 生物共同发酵，发酵过程菌种变化复杂，使醋的风味物质的形成与变化复杂。本课题采 用高效液相色谱、固相微萃取和气质联用等分析技术对醋酸发酵过程中醋醅跟踪检测， 分析恒顺香醋风味物质的形成与变化规律。研究结果如下： 对恒顺香醋醋酸发酵醋醅的总酸、不挥发酸、p h 等理化指标跟踪检测分析，结果表 明，随着发酵时间的延长，总酸、氨态氮、可溶性无盐圆形物均增加；p n 在3 乱3 9 范围 内，先减少，再平稳，最后又略有增加；不挥发酸前期增加很快，后期略有下降。上、 中、下层醋醅的水分、温度不同。上层挥发酸生成得多，下层不挥发酸生成得多；不挥 发酸在前九天的下层醋醅中大量生成，后期略有下降。 乙酸和乳酸含量占到醋醅总有机酸的7 0 以上，是恒顺香醋重要的有机酸。发酵 初期的酒醪中乳酸含量高达4 3 0 4m g 1 0 0 9 醋醅，是乙酸的五倍。乳酸在发酵前期大量 生成，发酵第五天时达到1 5 6 9 1m g 1 0 0 9 醋醅，之后乳酸逐渐下降至发酵结束的7 1 2 2 n a g 1 0 0 9 醋醅。发酵前九天，乙酸增长较快，之后增长较慢。酒石酸是检测到的醋醅中 第三大有机酸，变化不显著。琥珀酸、丙酮酸以及总有机酸的含量波动较大，草酸、柠 檬酸和富马酸含量变化不显著；而苹果酸随着醋酸发酵的进行呈下降趋势。 丙氨酸、亮氨酸、脯氨酸、缬氨酸、谷氨酸、y 氨基丁酸六种游离氨基酸含量之和 占到总游离氨基酸的的7 2 。酪氨酸、丝氨酸、天冬氨酸、赖氨酸、半胱氨酸含量低， 在0 0 5 9m g 1 0 0 9 醋醅之间。丙氨酸、亮氨酸、脯氨酸、缬氨酸、谷氨酸、丫一氨基丁酸， 增长较快，日平均增长率达到1 0 ，半胱氨酸、天冬氨酸、精氨酸、苯丙氨酸增长缓慢。 通过固相微萃取和气质联用对发酵过程中醋醅的挥发性成分进行检测，并用m a t l a b 7 0 进行聚类分析脂类、醇类、羰基类和杂环类化合物的变化规律。乙酸乙酯和乳酸乙 酯是重要的两种脂类化合物质，在前期分层翻醅阶段，酸类和乙醇接触充分，酯类大量 生成。乙醇含量先增加后迅速下降；具有玫瑰花香的苯乙醇是恒顺香醋的重要香气物质。 2 ，3 丁二醇，2 ，3 丁二酮，乙偶姻三者可以相互转化，在恒顺香醋中含量较高，是香 醋的重要的香味和滋味物质。四甲基吡嗪在发酵后期才开始生成。 关键词：醋醅；固态发酵；理化指标；有机酸；氨基酸；挥发性物质 a b s t r a c t v i n e g a rp r o d u c t i o n ，a sa ni m p o r t a n tp a r to ft h ec h i n e s ea n c i e n t ，h a sal o n gh i s t o r yi n c h i n a a sas o u rc o n d i m e n t ，t h ef a v o ro fv i n e g a ri sa s k e df u l l b o d i e da n dh a r m o n i o u s z h e n j i a n gh e n g s h u nv i n e g a ri s o n eo ft h ef a m o u sv i n e g a r s ，p r o d u c i n gb ys o l i d s t a t e d e l a m i n a t i n gf e r m e n t a t i o n t h ef l a v o u ro fh e n g s h u nv i n e g a ri ss o u ra n dn o ta s t r i n g e n t ， f r a g r a n ta n ds l i g h t l ys w e e t ，m o r e o v e r , t h el o n g e rk e e p i n g ，t h em o r ef r a g r a n t t h es u c c e s so f t h eo p e ns o l i d - s t a t ef e r m e n t a t i o nd e p e n d e do nt h ec o n j u n c tf e r m e n t a t i o nb yv a r i o u sm i c r o b e s f r o me n v i r o n m e n t t h ec h a n g e so fm i c r o b e sd u r i n gf e r m e n t a t i o na r ec o m p l e x ，s ot l l a tt h e f l a v o rs u b s t a n c e sf o r ma n dc h a n g ec o m p l e x l y i nt h i st h e s i s ，w ee x a m i n e dt h ef l a v o u r s u b s t a n c e so f v i n e g a rc u l t u r e sb yh e a ds p a c e - s o l i dp h a s em i c r o e x t r a c t i o n - g a sc h r o m a t o g r a g h - m a s ss p e c t r u m ( h s - s p m e - g c m s ) a n dh i g hp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y ( h p l c ) ， c l u s t e r e db ym a t l a b7 0 ，t oa n a l y s et h ec h a n g e so ff l a v o rs u b s t a n c e so fv i n e g a rc u l t u r e s t h e m a i nr e s u l t sw e r ea sf o l l o w i n g ： t h ec h a n g e so fs o m ep h r s i c o c h e m i c a li n d e x e sw e r ed e t e c t e dc o n t i n u o u s l y i ng e n e r a l ， t h et i t r a t a b l e a c i d i t y , d i s s o l u b l e s a l t l e s s s u b s t a n c e ，f o r m a l d e h y d en i t r o g e ni n c r e a s e d t h r o u g h o u tt h ef e r m e n t a t i o np e r i o d ，w h i l ep h ，c h a n g i n gw t h i n3 6 - - 3 9 ，d e c r e a s e df i r s t l y , t h e n l e v e l e do f f , a n di n c r e a s e df i n a l l y u n v o l a t i l ea c i di n c r e a s e df i r s t l y , a n dt h e nd e c r e a s t e d c o n t e n to fw a t e ra n dt e m p e r a t u r ei ns u p e r , m i d d l ea n du n d e rl a y e r sw e r ed i f f e r e n t v o l a t i l e a c i dp r o d u c e dm a i n l yi ns u p e rl a y e r u n v o l a t i l ea c i dp r o d u c e dm a i n l yi nu n d e rl a y e r , e s p e c i a l l yi nt h eu n d e rl a y e ro ft h ef o r m e re i g h td a y s ，a n dt h e nd e c l i n e da l i t t l e t h eh p l ca n a l y s i sr e s u l t si n d i c a t e dt h a ta c e t i ca c i d ，l a c t i ca c i dw e r et w oi m p o r t a n t o r g a n i ca c i d s ，a c c o u n t i n gf o rm o r et h a n7 5 o r g a n i ca c i d so ft h ev i n e g a rc u l t u r e 1 1 1 eo r i g i n a l c u l t u r ec o n t a i n e d4 3 0 4m gl a c t i ca c i dp e r10 0g r a mc u l t u r e ，f i v et i m e sm o r et h a na c e t i ca c i d l a c t i ca c i di n c r e a s e dq u i c k l yd u r i n gt h ef o r md a y s ，a n dd e c r e a s e dg r a d u a l l yd u r i n gt h el a t t e r d a y s a c e t i ca c i di n c r e a s e dq u i c k l yd u r i n gt h ef o r md a y st o o ，a n di n c r e a s e ds l o w l yd u r i n gt h e l a t t e rd a y s t h et a r 谢ca c i dw a st h et h j r dc o n t e n to fo r g a n i ca c i d s u c c i n i ca c i d ，p y r u v i ca c i d a n do r g a n i ca c i dh a dl a r g ef l u c t u a t i o n s ；w h e r e a st a r t a r i ca c i d ，o x a l i ca c i d ，c i t r i ca c i da n d f u m a r i ca c i dd i dn o tc h a n g es i g n i f i c a n t l y ；s u r p r i s i n g l y , t h ec o n t e n to fm a l i ea c i ds h o w e da d o w n w a r dt r e n da l o n gw i t ht h ep r o c e s so fa c e t i ca c i df e r m e n t a t i o n t h ec o n t e n t so fa l a n i n e ，l e u c i n e ，p r a l i n e ，v a l i n e ，g l u t a m i n ca c i d ，7 - a m i d o b u t y r i ca c i d ， w e r ew t h i n5 0 15 0 m gp e r10 0g r a mc u l t u r e t h es i xk i n d sa m i n oa c i d sa c c o u n t e df o r7 2 p e r c e n to ft o t a ld i s s o c i a t i v ea m i n oa c i d t h ec o n e t e n t so ft y r o s i n e ，s e r i n e ，a s p a r t i ca c i d ，l y s i n e ， c y s t e i n ew e r el o w a l a n i n e ，l e u c i n e ，p r a l i n e ，v a l i n e ，g l u t a m i n ca c i d ，a n d7 - a m i d o b u t y r i ca c i d i n c r e a s e dq u i c k l y , a ta b o u tt h ea v e r a g ed a yg r o w t hr a t eo f10p e r e e n t e n t s c y s t e i n e ，a s p a r t i c a c i d ，a s p a r t i ca c i d ，p h e n y l a l a n i n eg r e ws l o w l y d e t e c t i n gv o l a t i l ec o m p o u n d si nt h ev i n e g a rc u l t u r e sb yh s s p m e - - g c - - m sa n d c l u s t e r i n gb ym a t l a b7 0 ，w ec a nk n e ws o m e t h i n g sa b o u tc h a n g e so fv o l a t i l ec o m p o u n d s e t h y la c e t a t e ，e t h y ll a c t a t ew e r et h et w oa b u n d a n c ee s t e r s a c i d sa n da l c o h o l sc o u l dc o n t a c t a d e q u a t e l yb yt h es o l i d s t a t ed e l a m i n a t i n gf e r m e n t a t i o n ，e s p e c i a l yd u r i n gt h ep r o p h a s e f e r m e n t a t i o n ，t h e r e f o r e ，e s t e r si n c r e a s e dq u i c k l yd u r i n gt h ep r o p h a s ef e r m e n t a t i o n e t h a n o l i i a b s t r a c t i n c r e a s e di nb o t t o mc u l t u r e sd u r i n gt h ep r o p h a s eo ff e r m e n t a t i o n , a n dt h e nd e c l i n e dq u i c k l y b e n z e n e e t h a n o lw a st h ei m p o r t a n tf l a v o u rc o m p o u n d 2 ，3 - b u t y l e n eg l y c o l ，2 ，3 一b u r a n e d i o n e ， a c e t o i nw e r et h ei m p o r t a n tf l a v o u rc o m p o u n d s t e t r a m e t h y lp y r a z i n es t a r t e df o r m i n gd u r i n g t h ea n a p h a s eo ft h ef e r m e n t a t i o n k e y w o r d s ：v i n e g a rc u l t u r e ；s o l i d s t a t ed e l a m i n a t i n gf e r m e n t a t i o n ；p h y s i c o c h e m i c a l i n d e x ；o r g a n i ca c i d s ；a m i n oa c i d s ；v o l a t i l ec o m p o u n d s i i i 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是苯人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意 期：拍必汐万 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有p - 4 果留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签 名：、幽 导师签名： 日 期： 汐心矿飞旷 办岭p 第一章绪论 第一章绪论 1 1 食醋的诞生与古代酿醋业的发展 我国酿醋技术历史悠久，是古代文明的重要组成部分。据古籍记载，醋虽在中国烹 饪史上诞生得晚一些，但酸早就被列为调味品中的五味之一。在醋没诞生之前，古人先 用梅作为调味之酸。尚书中记载“欲作和羹，尔惟盐梅 ，梅子捣碎后取其汁，作成 梅浆，也就是“酶”。礼记内则记“浆水醣滥 ，在制作梅浆以后，发现米也可以制成 酸浆，“熟炔粟饭，乘热倾在冷水中，以缸浸五七日，酸便好用。如夏月，逐日看，才 酸便用。”在制成酸浆的基础上，又加上曲，做成苦酒：“取黍米一斗，水五斗，煮作粥。 曲一斤，烧令黄，槌破，著瓮底。土泥封边，开中央，板盖其上。这里已经利用曲发 酵，实际上已是早期的醋。在古时，醋还有酰、酢等异称。公元前6 世纪，醋就已成为 常用的调味品，如论语中就有“或乞酰焉”之语，在公元前4 世纪就有了专门管理 酿醋的官员，如周礼天官中的酰人。公元6 世纪中叶，酿醋已有了较为科学的方法， 如当时的农学家贾思勰着书齐民要术，书中谈到了有关酿造方面的知识，其中包括 酿醋。这是我国现存史料中，对粮食酿造醋的最早记载。同时，这一记载也表明中国是 世界上谷物酿醋最早的国家。到了明代，酿醋常识已普及百姓之家、如徐光启所著农 政全书卷四十二中就载有“作酢法”、“秫米神酢法”等百姓酿醋的详细方法。至此，我 国古代发酵制醋的工艺基本形成。 1 2 食醋的功能性 1 2 1 古代人们对于食醋功能性的认识 三千多年来，醋不但是调味不可缺少的佳品，还是一种医疗良药。1 9 7 3 年湖南长沙 汉墓出土的医学帛书五十二病书，是迄今已发现的最古医方，大概抄成于公元前3 世 纪秦汉之际，其中用醋( 当时写作“醯”、“苦酒”等古字) 组方治灼伤、疝、疽、癣、疯 狗咬伤等1 1 种病的1 7 贝j j 处方。三国时，名医华陀曾用蒜泥加醋治愈一例严重的蛔虫感染 患者，开创食疗治急症的先例。东汉张仲景在经典著作伤寒论、金匮要略( 公元 2 0 0 - 2 1 0 年) 中有“少阴病，咽中伤生疮，不能语言，声不出者，苦酒汤主之”，以及黄 芪芍药桂枝苦酒汤治黄汗等；用醋浸一宿的乌梅为主药的乌梅丸，至今还是治疗蛔虫病 的神丹妙药。继而在晋、隋、唐、宋的肘后方、小品方、千金方、僧深方、圣 济总录、太平圣惠方、三因方、本事方等历代重要医学著作中，都有不少食醋 参与组方，用以治疗心绞痛、气劳黄肿、鼓胀、便秘、尿血、痔漏、养胎易生、胎死腹 中，以及狐臭、痈疽、恶疮浓血、疥癣、鼻塞诸症。汉末辑成的名医别录说它“消 痈肿，散水气，杀邪毒”。唐代陈藏器本草拾遗有“治产后血晕、消食、杀邪毒，破 结气，心中酸水痰饮”的记述。清代王士雄随息居饮食谱一书中，较深刻地归纳食 醋的保健功效，“开胃、养肝、强筋、暖骨、醒酒、消食、下气、辟邪、解鱼蟹鳞介诸 毒，【l 】。 江南大学硕士学位论文 1 2 2 现代关于食醋功能性的研究成果 随着人们消费观点的更新和对医疗科技认识的深化，食醋已不再是传统意义上的单 纯酸性调味品了，大量研究表明食醋具有非常好的保健功能。在医学上具有：杀菌灭毒、 预防感冒；溶解钙质、软化骨头；除血散肿、敛血止血；驱蛔蛲虫、杀灭滴虫；降压止 痢、治疗胃病；疗疸退黄、治疗肝炎；治皮肤病、外治烫伤；防治癌症的功能。本实验 室在研究中发现镇江恒顺香醋含有川芎嗪这一有效成分，这也是首次发现食醋中含有此 物质，经实验证明川芎嗪具有降压活血化淤、改善冠心病、溶栓抑栓、清除自由基的保 健作用，且相对安全性较高，但对食醋中川芎嗪产生的机理还有待进一步的研究。日本 金泽医科大学和京都大学联合研究小组通过老鼠实验证实，以糙米为原料的黑醋具有防 癌效果。研究人员在实验中先给老鼠注入诱发直肠癌的物质，然后把老鼠分为两组，让 一组老鼠喝平常的自来水，另一组老鼠的饮水中放入黑醋。3 5 周后检查老鼠的直肠，结 果发现，喝自来水的一组2 7 只老鼠，其中有1 6 只患了直肠癌，而另一组饮用掺有0 1 黑 醋的水的2 7 只老鼠，只有7 只患有直肠癌。加拿大谢利也博士的压力学说( t h es t r e s s t h e o r y ) 的研究表明，醋可以结合人体内其它营养物，刺激生成副肾皮荷尔蒙，使身体发 挥自然治疗效果，如产生抗体、强化身体原有的自卫机能等。1 9 9 9 年，m i k i y ak i s h i 做 了食醋对人体钙吸收影响的实验。以切除卵巢的大鼠为对象，喂给食醋并测定尿液中的 钙离子，喂养3 0 d 后与空白组产生明显差别。研究人员认为产生这一结果的原因是由于 乙酸有利于增加钙离子的溶解性，加速钙离子的代谢过程，增加了肠道中钙质的吸收。 上述实验结果恰恰佐证了食醋确有其医疗保健之功效。 1 3 食醋的生产概况 世界上食醋的生产和消费主要集中在两个大区：以意大利、法国为主的欧洲传统葡 萄酒生产区和东亚的中韩日三国。 欧洲食醋绝大部分是果醋。据1 9 9 7 年的资料，当年欧洲年产食醋四亿五千万升。其 中第一大生产国是意大利，年产五千四百万升，其次西班牙和法国的产量也很大。欧洲 食醋中以意大利摩德纳地区的芳香( b a l s a m i e o ) 醋最著名。芳香醋发酵后还要贮藏三年才 为成品，该醋不仅风味突出而且被认为具有很高的保健价值，因此价格昂贵。 东亚的食醋生产原料以谷物为主。日本食醋多为米醋，其中福山地区生产的黑米醋 最为著名，此外，在日本还有不少醋饮料、醋食品等食醋衍生产品。 我国食醋产地分布极广，许多省份都有自己的原产醋。我国著名的食醋品种有镇江 香醋、山西陈醋、四川麸醋、江浙玫瑰醋及福建红曲醋等。其中产量最大，生产工艺最 为规范成熟，国际影响最大的名醋是镇江恒顺集团生产的镇江香醋。 镇江恒顺香醋是我国传统四大名醋之一，具有醇香浓厚，回味悠长的特点。对恒顺 香醋还有“香醋摆不坏，愈陈愈香”的古语。镇江香醋用糯米为原料，是一种典型的米醋。 梁代陶弘景神农本草经注中就有关于米醋用法的记载。据此，恒顺香醋已有1 4 0 0 多 年的历史。1 8 4 0 年，江苏丹徒的朱兆怀始创“朱恒顺糟坊”，1 8 5 0 年易牌号为“朱恒顺糟 淋坊”，以酒糟加入谷壳发酵，酿制香醋，这是镇江第一家醋厂( 今恒顺酱醋厂) ，也是 2 第一章绪论 今天镇江香醋的真正发源地。1 9 0 9 年，恒顺以醋参加南洋劝业会评赛，荣获了第一枚金 牌奖。民国年间，又多次在江苏物产展览会、京沪铁道沿线评赛会、西湖博览会上获多 种奖牌，镇江香醋名声日盛。中国医药大典记载，“醋产浙江杭绍二县为最佳，实则 以江苏镇江为最”。 恒顺香醋采用固态分层发酵工艺酿制，富含营养物质，风味独特。时至今日，镇江 恒顺集团年产食醋十万吨以上。无论产量知名度，镇江恒顺香醋都居全国之首。其生产 流程如图1 1 所示。 水酵母、麦曲 il 糯米一粉碎一液化一糖化一酿酒酿酒过程 麸皮、糠、7 d 醋醅盐 ll - - - n 醅一露底一成熟一封醅陈酿醋酸发酵 米色液 l 一淋醋一澄清一煎煮一陈酿贮存一成品后期加工 图1 - 1 镇江香醋发酵工艺流程 f i g1 - 1f l o wc h a r to f h e n g s h u nv m e g a r 1 4 食醋的风味成分和功能因子 影响食醋风味( f l a v o u r ) 的成分包括挥发性成分、不挥发性成分。挥发性成分影响食 醋的香味( a r o m a ) ，即人的嗅觉评价。不挥发性成分，影响食醋的口味( t a s t e ) ，即人的味 觉评价。 1 4 1 食醋的挥发性成分 食醋的香气成分对品质的评价起着重要的作用。食醋中的香气成分来源于酿造原料 与发酵过程。由于发酵工艺不同其产品香气成分及感官鉴定结果就截然不同。食醋香气 成分主要包括：酸、醛、醇、酯、酚、呋喃、吡嗪类等多种挥发性成分。他们在醋中含 量极少，但在恰当的比例下，能赋予食醋特殊的芳香。各种醋的香气特征是它们香气成 分量的平衡表现。 酯类具有果香气味，是形成食醋特有香气的重要成分，一般在名醋中含量较高。酯 类中以乙酸丁酯、乙酸乙酯、乙酸异戊酯、乳酸乙酯等居多。酒精是醋酸发酵前阶段的 成分，是各种食醋的共同成分。还有2 ，3 一丁二醇、甲醇、丙醇、异丁醇、异丙醇、异 戊醇等，但过量的高级醇则能引起苦涩的感觉。醛类包括糠醛、乙醛、甘油醛、香草醛 等。醛类含量过多辛辣味会太重，刺激较大。极微量的乙醛所形成的辣味，对五味调和 有一定作用。糠醛是由戊糖等加热而生成的，因品种不同而含量不同，凡采用熏醅工艺 江南大学硕士学位论文 的醋，一般醛类含量都较高，能为醋提供一种焦香味。有机酸有气味，如乙酸带有愉快 的酸味，乳酸香气微弱，脂肪酸从丙酸开始有些异臭味出现，丁酸呈浓汗臭味，戊酸、 异戊酸、庚酸有强烈的汗臭，但极微量时，能给醋提供特殊的香气。自庚酸起，随着碳 原子数增加臭味逐渐减弱，辛酸臭味少，呈弱香，8 个以上碳原子的酸类，微有脂肪气 味。4 乙基愈创木酚含量在1 2m g l 就能呈现香气。丁香酚、香草酸、阿魏酸、酪酸、 水杨酸等能起到呈香作用和助香作用。双乙酰、3 羟基丁酮、2 ，3 丁二酮含量少时给予 蜂蜜样的香气味，含量多时呈酸奶臭，或饭馊气味。双乙酰香气阈值为0 2 m g l 。双乙 酰和3 羟基丁酮被认为是由酮酸转变而来的，乙酰乳酸是它们的前体物质。食醋中双乙 酰的成因，一般认为是由其前体3 羟基丁酮生成的。适量的双乙酰、3 羟基丁酮和其他 成分的均衡存在是构成酿造食醋特征的香气成分【2 j 。 1 4 2 食醋的不挥发性成分 食醋的不挥发性成分包括有机酸、氨基酸、糖类等。食醋含有多种有机酸、糖类、 醇类、醛类、酮类、酯类、酚类以及各种氨基酸等微量成分 3 1 。食醋质量主要取决于各 种有机酸( 主要是醋酸和乳酸) 、还原搪、各种氨基酸和各种微量元素的含量 4 1 。据有关 资料报道，食醋中已检测出1 3 0 多种微量成分。这些微量成分的含量高低及相互间的比 例关系，均直接影响到食醋的质量。近几年来，我国有关单位已开始采用液相色谱等方 法来分析鉴定食醋的芳香成分。 食醋是一种酸性调味品，而醋中的酸味成分主要是有机酸。有机酸大部分是在制曲 及发酵过程中由微生物发酵所形成，一小部分来自原料中。食醋中有机酸的含量很多， 可分为挥发性酸及不挥发性酸两类。甲酸、乙酸、丙酸、丁酸、戊酸和辛酸等都属于挥 发性酸。食醋中的挥发性酸以乙酸为主，其它呈微量存在。挥发性酸的分子量越大，呈 味越弱；分子量越小，刺激性越强。食醋中的乳酸、苹果酸、琥珀酸、葡萄糖酸、柠檬 酸、丙酮酸、焦谷氨酸、酒石酸、延胡索酸和0 【酮戊二酸等均是不挥发性酸。不挥发性 酸能调和酸味，含量高的食醋刺激性小，口感柔和。一般固态发酵醋的不挥发性酸含量 远远高于液态发酵醋。 酿醋所用原料对食醋的有机酸组成及含量也有一定影响。如大米中有机酸至少有1 5 种，主要是醋酸、延胡索酸、琥珀酸和柠檬酸等。1 0 0g 大米中含有6 0 3 m g 有机酸。而曲 中的有机酸组成变化不大，其量约为米中的2 倍多( 1 4 9 6 m g l o o g ) 。酒石酸在葡萄醋中的 含量特别明显。酒槽醋中的焦谷氨酸要比其它醋多。我国部分食醋中的有机酸的组成如 表1 1 【5 】所示。 对食醋的真伪鉴定及其有机酸含量的测定是当今商品检验的一个热点。目前测定有 机酸的方法有常规化学滴定法、液相色谱法【6 j 、气相色谱法【刀、离子排斥色谱法【8 j 等。 其中滴定法只能测定食品的总酸度；气相色谱法需甲基化处理，操作繁琐，准确度较低， 且难以用于热稳定性差和含量极低的有机酸分析；而离子色谱法多采用稀强酸，如稀盐 酸和稀硫酸作淋洗脱液，对设备有一定腐蚀的作用【9 】。高效液相色谱法则可克服上述不 足之处，并且实现一机多用，一柱多用，已广泛用于有机酸含量的分析【l 。 食醋中含有0 0 0 5 - - 0 5 全氮，其中氨基酸约占全氮的4 5 5 0 ，还存在1 8 种以上的 4 第一章绪论 游离氨基酸，不同氨基酸能产生不同的味觉( 鲜、甜、苦、酸) ，这些氨基酸主要源于原 料中和微生物茵体蛋白质的降解。食醋中氨基酸的种类及含量因使用原料及工艺不同而 有所差异。 表l - l我国食醋中的有机酸组成( m g 1 0 0 m l ) t a b 1 - 1c o m p o n e n t so fo r g a n i ca c i d si nv a r i o u sv i n e g a r si nc h i n a ( m g 10 0 m l ) 注：“- ”代表痕量，q ”单位是g m o g i l l l 1 4 3 食醋中总酚、黄酮、川芎嗪 多酚是天然抗氧化剂，具有抗癌、抗衰老、抗辐射，清除人体内自由基、降血糖血 脂等药理功能作用，在食品、医药、日化等领域具有广阔的应用前景【1 1 】。植物多酚作为 及食品功能成分，近1 0 年来一直是研究的热点。 黄酮类化合物广泛存在于自然界中。其主要生理活性为：( 1 ) 调节毛细血管的脆性和 渗透性，保护心血管系统。( 2 ) 具有强的抗氧化作用，主要的抗氧化活性基团是酚羟基。 黄酮类化合物能在高胆固醇模型大鼠体内抑制脂质过氧化，降低血脂和胆固醇。防止血 管粥样硬化。( 3 ) 抗肿瘤活性。( 4 ) 消炎、抗菌、抗病毒作用。美国人平均每日从膳食中 摄取约1g 黄酮类化合物【1 2 】。 川芎嗪，即四甲基吡嗪( t e t r a m e t h y l p y r a z i n e ) ，是中药川芎的主要有效成分之一。文 献报道川芎嗪对心脏，冠脉循环，血压调节均有作用。川芎嗪能使麻醉犬血管阻力下降， 使脑、股动脉及下肢血流量增加。川芎嗪静注或肌注麻醉动物，有显著降压作用。此外， 吡嗪类物质还是重要的风味物质【1 3 1 。 1 5 食醋风味物质研究进展 自从高效液相色谱和毛细管气相色谱获得广泛应用以来，食醋的成分分析工作取得 了很大进展。据不完全统计，目前在食醋中发现的各类成分有1 2 0 余种。醋酸是酿造醋 中的主要成分，糖、氨基酸、酯、醛、醇、酚、酮类等为微量化学成分，形成香醋特有 的色、香、味。而醋中各种物质的含量的高低及相互之间的比例关系会直接影响到食醋 的质量与风味。 食醋的成分分析工作较少涉及难挥发的水溶性物质。这主要因为液相色谱质谱 ( h p l c - m s ) 联用技术发展远不如气相色谱质谱( g c m s ) 联用技术迅速；其次是由于食醋 江南大学硕士学位论文 中尤其是谷物醋中蛋白质、多糖类等大分子物质含量大且结构复杂，不易检测；最后食 醋中醋酸含量超过5 ，过高的含量干扰了水溶性酸组分的分析，加热挥发醋酸则导致 热敏感物质的破坏。 1 5 1 国外研究情况 早在上世纪6 0 年代末，国外学者就做过很多食醋挥发性组分的分析工作。 s u o m a l a i n c n 和k a n g g a s p e r k o ( 1 9 6 3 ) t 1 4 1 、k a h n ( 1 9 6 6 ) t 1 5 1 、a u r a n d ( 1 9 6 6 ) t 1 6 1 、j o n e s 和 c h e n s h i e l d s ( 1 9 6 9 和1 9 7 0 ) 都发表过这类文章【1 7 】 i s 】。以a u r a n d 的工作为例，他以三种果醋 ( 苹果醋、葡萄醋和龙嵩醋) 为对象，采用气相色谱分析了7 0 。c 水浴蒸馏组分，比保留 值定性共获得了包括醛、酮、酯和醇在内的2 5 种成分，其中有1 1 种成分为三种醋所共有 7 0 年代以后，食醋分析方法不断获得改进。首先是对提取方法的改进。由最早的直 接蒸馏开始，h a r d y ( 1 9 6 9 ) 1 9 1 ，r a p p ( 1 9 7 6 ) ，b r a n d e r ( 1 9 8 0 ) ，f a g a n ( 1 9 8 2 ) 采用液液萃取， 所用有机溶剂一般为二氯甲烷或三氯甲烷；其后k a h n ( 1 9 7 2 ) 2 0 l ，g e r b i ( 1 9 9 2 ) 1 2 1 1 使用混 合有机溶剂( 二乙酯戊烷( 2 ：1 ) ，戊烷- - 氯甲烷( 7 ：3 ) ) 提取，从食醋中获得了更多物质的信 息。 2 1 世纪是信息技术与分析方法技术迅猛发展的时期，随着国际问科学技术相互交流 的日益增多，各国间对食醋芳香物质的分析研究得到很快的发展，尤以欧盟国家的研究 最为多样化和新颖。2 0 0 0 年m a r i e l l ec h a r l e s 对两种红葡萄酒醋芳香物质的分析工作应 用了溶剂冰萃取，s d e 和树脂分离等多种提取方法进行比较，结果发现能检出的物质类 别有差异，且各种物质相对含量有不同1 2 2 。欧洲研究人员还将成分分析工作与风味评定 相联系，试图以科学数据来反映醋的风味品质。其中m a r i n ac o c c h i 以羧酸为指标【2 引， s i g n o r ed e l 以醇为指标采用不同数据分析方法【2 4 1 ，各自单独完成了b a l s a m i c o 醋的指纹 图谱。 1 5 2 国内研究情况 我国食醋绝大多数是谷物醋，因此在成分上与欧洲果醋有较大差异。一般来说，谷 物醋酯类物质种类较少，但氨基酸和挥发性有机酸含量要大得多。过去国内在食醋分析 方面更多是利用特殊分析手段快速准确对已定性成分进行定量。 1 9 9 1 年程传格等用二氯甲烷提取，g c m s 分析了济宁香醋的香味成分1 2 引。2 0 0 2 年 陈斌，吴珏等探讨了利用近红外光谱法快速分析了食醋中的总酸，挥发酸和还原糖含量 的可行性2 6 1 。2 0 0 2 年屈元雨利用卡尔曼滤波紫外光谱法测定食醋中的防腐剂【2 7 1 。随着 高效液相色谱和毛细管气相色谱等色谱手段的广泛应用，2 0 0 4 年山西大学化学生物学与 分子工程教育部重点实验室应用气相色谱方法对山西老陈醋和其他种类醋的9 种香气成 分：乙醛、乙酸乙酯、乙醇、乙酸丙酯、3 羟基2 丁酮、乙酸、糖醛、丙酸、2 ，3 丁二 醇进行了定性、定量测定，并用聚类分析、模糊综合评判、方差分析、回归分析的方法 对实验结果进行了数理分析。尝试建立了山西老陈醋香气成分测定与质量评价的方法， 分析结果表明，划分为不同等级醋样的香气成分有显著的差别。2 0 0 5 年4 月江南大学分 6 第一章绪论 析测试中心工程师刘杨岷采用顶空固相微萃取气质联用( 简称为h s s p m e g c - m s ) 对市 售四个不同品种食醋的挥发性成分进行了比较研究，鉴定了其中的1 0 5 种成分，其中有 4 8 种共有成分，主要为醇、酯、酸、呋喃类、吡嗪类等化合物，不同醋样所含的芳香性 成分的种类及其含量均存在着较大的差异性。但是，目前的报道中还未见有关研究人员 对发酵过程中的化学成分进行比较系统的分析。 1 6 统计分析 1 6 1 多指标综合评价 本课题对恒顺香醋醋酸发酵过程中挥发性成分、不挥发性成分等多种指标进行动态 跟踪。即用多个单项指标所构成的整体指标体系来评价试验结果，能够避免单项指标的 偏面性和局限性，提高评价的全面性和科学性。但也有一些弊病。譬如，无法对一系列 试验结果给出“优劣”次序，某些指标间会产生信息重叠，等等。多指标综合评价就是将 多个描述试验结果的单项指标信息加以综合而对试验结果作出整体性评价。它弥补了单 项指标信息采集的不足，又能对一系列试验结果的作整体性比较和排序。综合评价方法 也广泛地用于社会、经济领域中由多项指标描述的同类事物( 横向) 或同一事物在不同时 期的表现( 纵向) 进行综合评价。 多指标综合评价一般分为以下几类问题： 第一类综合评价问题表现为将多指标统计信息综合成一个综合评价指标，从而使各 被评价对象可以依据该综合评价指标排列成序。这类问题有许多评价方法，譬如模糊综 合评判特别适用于对主观或定性指标进行综合评判，主成份分析法、因子分析可以处理 多指标信息重叠的问题等等 第二类问题是对所研究的事物( 或指标，或因素) 进行分类，俗话讲物以类聚，人以 群分，把多个事物中具有相同或相近属性的事物归成一类。如，聚类分析。 第三类综合评价问题表现为对某一被评价对象进行整体评价，判断其是否属于某个 参照系。如，判别分析。 1 6 2 主成分分析 在综合评价实践中，多指标评价会因评价指标间的相关联系造成评价信息相互重 叠、相互干扰，从而难以客观地反映被评价对象的相对地位。因此，如何用少数几个彼 此不相关的新指标代替原来为数不多的彼此有一定关联的指标，同时又能尽可能地反映 原来指标的信息量。这是综合评价中一个具有现实意义的问题。从数学的眼光来看，就 是建立一种从高维空间到低维空间的映射，这种映射能保持样本在高维空间的某种“结。 构”，其中最明显的是与“序”有关的结构，因为综合评价的目的往往与排序是分不开的。 而多元统计分析中的主成分便是解决这一问题的有力工具。 主成份分析是将分散在一组变量上的信息集中到某几个综合指标( 主成分) 上的探索 性统计分析方法。即将原始变项转换成为一些互相独立的线性组合变量，而且经由线性 组合而得的主成分仍保有原变量最多的信息，其关键在“变异数 问题，利用求特征值 7 江南大学硕士学位论文 ( e i g e n v a l u e ) ) x 及特征向量( e i g e n v e c t o r ) 之方法， 要之型态。利用主成分描述数据集内部结构， 1 6 3 聚类分析 过滤出占最大变异数的型态，此即为最主 实际上也起着数据降维的作用。 聚类分析对所研究的事物( 或指标，或因素) 进行分类，把多个事物中具有相同或相 近属性的事物归成一类。聚类分析是数值分类学的基本内容，是对统计样本进行定量分 类的一种多元统计分析方法。将这种方法应用于综合评价，一方面可以对分类评价问题 给出直接的评价结果，另一方面，也为其他综合评价方法如后续判别分析提供训练样本， 形成综合评价的框架结构以便提高综合评价的效果。 1 7 本课题要达到的目的与要求 ( 1 ) 对恒顺香醋醋酸发酵过程中总酸，不挥发酸，p h ，温度，水分等基础理化指标 进行跟踪检测，分析这些理化指标的变化规律。 ( 2 ) 采用高效液相色谱( h p l c ) 分析技术，对醋酸发酵过程中有机酸、氨基酸进行动 态跟踪检测，考查其变化情况。 ( 3 ) 采用顶空固相微萃取气质联用( h s s p m e g c m s ) 检测方法，考查恒顺香醋醋酸 发酵过程中酯类、醇类、羰基及杂环类化合物等风味物质的变化，探寻其变化规律。 8 第二章恒顺香醋固态发酵过程中理化指标动态变化的研究 第二章恒顺香醋固态发酵过程中理化指标动态变化的研究 近年来，固态发酵工艺逐渐受到国内外的重视【2 引。恒顺香醋是镇江香醋的代表。恒 顺香醋采用独特的套醪接种，分层翻醅和固态生料醋酸发酵工艺1 2 9 , 3 0 1 ，即把糯米酿出 的酒醪与稻糠、大片麸皮翻拌均匀后，接第乒7 d 醋醅铺盖于表层，然后随着菌群的繁 殖，每天向下翻一层醋醅( 即过杓) 。第9 d 翻到池底，之后每天从表层到底层翻一遍( o p 露底) ，发酵至1 8 1 9 d 结束。固态发酵，具有气、液、固三相共存的优势，使得发酵菌 群产酶丰富，代谢产物丰富。套醪接种和分层翻醅，有益于优势菌群能够迅速繁殖，还 有利于各种物质间的融合反应【3 1 1 。但是传统固态发酵具有标准化差，手工操作等缺点， 要进行有效的生产控制和工艺改造，必须对现行传统工艺进行深刻的分析研究。 本章对江苏恒顺醋业股份有限公司醋醅跟踪采样，研究固态分层醋酸发酵过程中总 酸、不挥发酸、氨态氮、卤水的p h 值、可溶性无盐固形物等理化指标的动态变化规律， 以期对生产控制和工艺改造提供较为系统的实验研究数据。 2 1 材料与方法 2 1 1 材料 样品采集：按取样规则，每天没翻醅前取样。将从上到下取的醋醅混匀，取5 0 0g 作为总醋醅样品来研究整池醋醅发酵周期的变化规律；将上、中、下层分开取样的醋醅， 用来研究各层的发酵规律。将醋醅挤干取卤水来研究酵池中可溶性无盐固形物和p h 值的 变化。 试剂及药品：氢氧化钠，分析纯；甲醛，分析纯；国药集团化