郑丹丹，王晓云，李江，王如福*
(1.山西农业大学 食品科学与工程学院，山西 晋中 030801；
2.山西老陈醋集团有限公司，太原 030013)
山西老陈醋以其独特的酿造技艺、酸绵醇厚的风味、较高的医药功效及养生价值位于“中国四大名醋”之首，其“蒸、酵、熏、淋、晒”酿造工艺已被列入国家级非物质文化遗产名录[1]。熏醅是老陈醋酿造工艺的精髓之一，传统熏醅工艺采用地炕炭火加热的方式，每天依次倒缸翻醅，待熏醅5～6 d后色泽变为黑褐色且富有浓郁醋香味时结束[2]，熏醅期间发生了以非酶褐变为主的一系列复杂的反应，对最终成品的色泽、营养、安全、风味及功能活性等都有重要影响。适当褐变可提高老陈醋的质量，并赋予其不同色泽及芳香风味，同时产生的类黑精、酚类、杂环类物质等都具有重要的功能活性；
但过度褐变则会导致醋醅焦糊、发苦并产生大量致癌物，且造成其中营养成分大量损失，进而影响老陈醋的风味品质[3-4]。熏醅温度、熏醅时间、醋醅含水量等是影响熏醅过程中非酶褐变反应的主要因素。类黑精(melanoidins)是熏醅过程中美拉德反应产生的结构复杂且聚合度不等的黑褐色终产物[5-6]，除了赋予老陈醋特殊色泽和风味外，还具有抗氧化[7]、抗肿瘤、抑菌[8]、降血压[9]、降血糖[10]等功能活性；
酸类是老陈醋中最重要的风味类别之一，既是呈香物质又是呈味物质，决定了老陈醋的风味品质。在新时代的环保政策及形势下，传统炭火熏醅方式逐渐被蒸汽熏醅方式所取代，但此技术尚未成熟，各醋厂采用的熏醅工艺条件不尽相同，仍无统一标准，因此确定熏醅工艺条件已成为亟待解决的问题[11]。
定量描述分析法(quantitative description analysis，QDA)是一种具备剖析与描述功能的综合性感官分析方法，在剖析食品感官品质、判断缺陷成因等方面均具有定量效果。蒋青香等[12]采用QDA法分析了白芽奇兰茶叶水溶液的香气轮廓为青草香、花香、烘烤香、甜香、木香和焦糖香。山西老陈醋的滋味有酸味、鲜味、酯香、甜味等，各滋味强度高低不一且相互影响，是衡量老陈醋感官品质的重要指标之一。
目前，有关山西老陈醋熏醅工艺的优化及醋样定量描述分析等方面的研究相对较少。试验以类黑精提取量和总酸含量为分析指标，通过响应面法考察不同熏醅工艺条件对两个指标的影响，进而筛选出最优熏醅工艺参数，同时对熏醅工艺优化前后醋样进行定量描述分析，以期为老陈醋熏醅工艺的优化及改善最终成品的风味品质提供重要的科学依据。
1.1 材料与试剂
山西老陈醋熏醅样品(采用传统炭火熏醅方式，熏醅0～5 d，编号设置为DH-Xd)：取自山西老陈醋集团有限公司的生产车间；
熏醅工艺优化后的醋醅样品(编号设置为YH-Xd)：由实验室熏醅而成；
氢氧化钠：天津市致远化学试剂有限公司；
感官评定的工具主要有玻璃品尝杯、纸、笔等。
1.2 主要仪器与设备
GZX-9240-MBE数显鼓风干燥箱 上海博迅实业有限公司医疗设备厂；
DW-86L388(J)海尔医用低温保存箱 青岛海尔特种电器有限公司；
HDC-140HR高速冷冻离心机 安徽中科中佳科学仪器有限公司；
STARTER3100 pH计 奥豪斯仪器(上海)有限公司；
79-1磁力加热搅拌器 常州润华电器有限公司；
722可见分光光度计 上海舜宇恒平科学仪器有限公司；
BC/BD536G卧式转换型冷冻箱 河南新飞电器有限公司。
1.3 试验方法
1.3.1 类黑精提取量的测定
准确称取各醋醅样品10.00 g，以液料比20∶1 (mL/g)加入蒸馏水并于室温振荡，超声波提取(60 ℃，100 W，1 h)，经高速冷冻离心(4 000 r/min，20 min)后得到上清液，即为待测熏醋液。准确量取10.00 mL待测熏醋液(稀释4倍)，以蒸馏水作为参比调零，测定420 nm波长下各熏醋液的吸光度值，类黑精提取量按式(1)进行测定，每个样品平行测定3次。A420值可反映美拉德反应褐变程度，其与类黑精提取量呈正相关[13]。
类黑精提取量=A420×V。
(1)
式中：A420为待测熏醋液在420 nm波长处的吸光度值；
V为相对体积比倍数。
1.3.2 总酸含量的测定
参考GB 12456-2021《食品安全国家标准 食品中总酸的测定》[14]中的pH计电位滴定法测定。
1.4 熏醅工艺的单因素试验设计
以类黑精提取量和总酸含量为响应指标，探究不同熏醅工艺参数对两个指标的影响。准确称取醋化结束后发酵成熟的醋醅6 kg，熏醅温度采用数显鼓风干燥箱分别设置为100，105，110，115，120 ℃；
熏醅时间分别设置为2.0，2.5，3.0，3.5，4.0 d；
醋醅含水量经低温干燥法(40 ℃)分别调控为45，50，55，60，65 g/100 g[15]。固定单因素条件熏醅温度为110 ℃，熏醅时间为3 d，醋醅含水量为60 g/100 g。
1.5 熏醅工艺的响应面试验设计
根据上述单因素试验结果，运用Box-Behnken原理进行响应面设计，以熏醅温度、熏醅时间和醋醅含水量为自变量，以类黑精提取量和总酸含量为分析指标，分别考察各自变量对两个指标的影响并进一步优化熏醅工艺参数。响应面试验因素水平设计见表1。
表1 响应面试验因素水平设计Table 1 Design of factors and levels of response surface test
1.6 熏醅工艺优化前后醋样的制备
先用液料比为2∶1 (mL/g)的热水淋白醅(醋化结束后的未熏醋醅)，再用白醅淋醋液浸泡优化前后各熏醅样品8 h淋出各醋样。
1.7 熏醅工艺优化前后醋样的定量描述分析
1.7.1 感官评分标尺建立
参考GB/T 16291.1-2012《感官分析 选拔、培训与管理评价员一般导则 第1部分：优选评价员》[16]，通过基本气味辨别、基本滋味辨别和阈值试验对食品科学与工程专业的学生进行初步筛选，挑选12名学生进行山西老陈醋感官风味相关知识的培训并组成评价小组，醋样感官风味特性采用9点数字标度为感官评分标尺。
1.7.2 感官描述词汇表建立
12名感官评价员分别对醋样的感官风味特性进行品评并独立记录，经反复讨论和分析后，最终确定老陈醋的感官描述词汇及定义。
1.7.3 醋样的定量描述分析
参考李杨等[17]的方法，采用定量描述分析法(QDA)对熏醅工艺优化前后醋样进行感官分析，结果采用雷达图表示。要求12名评价员在评价前12 h内均不能吸烟、不能喝酒及不能吃辛辣刺激性食物，以清水漱口并间隔10 min后再评价下一组醋样。
1.8 数据处理
试验图表采用Excel 2019和Design-Expert 8.0软件进行绘制，每个样品平行测定3次，结果以“平均值±标准差”表示。
2.1 山西老陈醋熏醅工艺的单因素试验
2.1.1 熏醅温度对醋醅中类黑精提取量和总酸含量的影响
由图1可知，随着熏醅温度的增加，醋醅中类黑精提取量呈先逐渐升高后略微下降的趋势，总酸含量呈缓慢下降的趋势，且下降速率逐渐增大。当熏醅温度为115 ℃时，醋醅中类黑精提取量达最高值，为161.087，但总酸含量下降较为严重，为3.523 g/100 g，这主要是由于随着熏醅温度的逐渐增加，加速了熏醅过程中美拉德反应速率，相应的非酶褐变速率也越快，进而影响了最终反应产物的生成，同时温度过高易导致醋醅中总酸发生挥发、转化或破坏，还易致使醋醅焦糊发苦，影响最终老陈醋的风味品质。当熏醅温度为110 ℃时，醋醅中类黑精提取量为146.536，总酸含量达5.629 g/100 g，综合考虑两个指标的变化规律及其耗能成本等因素，选择熏醅温度105，110，115 ℃作为后续响应面分析的3个水平。
图1 熏醅温度对醋醅中类黑精提取量和总酸含量的影响Fig.1 Effect of fumigation temperature on the extraction amount of melanoidins and the content of total acids in fermented grains
2.1.2 熏醅时间对醋醅中类黑精提取量和总酸含量的影响
由图2可知，随着熏醅时间的逐渐增加，醋醅中类黑精提取量呈先升高后下降的趋势，总酸含量呈逐渐下降的趋势。当熏醅时间为3.5 d时，醋醅中类黑精提取量达到最大，为158.567，总酸含量却损失严重，为4.604 g/100 g，这可能是由于熏醅时间是影响非酶褐变反应的重要因素之一，若熏醅时间过短，则会导致非酶褐变反应在还未进入最终阶段时就突然被迫终止，从而影响非酶褐变产物的生成及功能活性；
而熏醅时间相对过长，则会导致非酶褐变反应产物退化为前期物质，进而影响熏醅过程中各成分的变化[18]，同时熏醅时间较长则易导致醋醅中总酸发生挥发、转化或破坏。当熏醅时间为3 d时，醋醅中总酸含量损失相对较小，为5.523 g/100 g，类黑精提取量高达144.384。因而选择熏醅时间为2.5，3.0，3.5 d作为后续响应面分析的3个水平。
图2 熏醅时间对醋醅中类黑精提取量和总酸含量的影响Fig.2 Effect of fumigation time on the extraction amount of melanoidins and the content of total acids in fermented grains
2.1.3 醋醅含水量对醋醅中类黑精提取量和总酸含量的影响
由图3可知，醋醅含水量在45～65 g/100 g内，醋醅中类黑精提取量呈先逐渐上升后下降的趋势，总酸含量呈缓慢上升的趋势。醋醅含水量为55 g/100 g时，醋醅中类黑精提取量达到最大值，为164.834，总酸含量损失较严重，为4.984 g/100 g；
醋醅含水量为60 g/100 g时，醋醅中类黑精提取量较高，达156.674，总酸含量为5.487 g/100 g。这是由于适宜的醋醅含水量可使反应物及产物的流动性较高，加速了熏醅过程中各反应的速率，醋醅含水量过高使反应物稀释且醋醅氧化面积减少，醋醅含水量过低使反应物间流动性较差，均降低了熏醅过程各反应速率[19]。综合考虑两个指标的变化规律，选择醋醅含水量50，55，60 g/100 g作为后续响应面分析的3个水平。
图3 醋醅含水量对醋醅中类黑精提取量和总酸含量的影响Fig.3 Effect of water content in fermented grains on the extraction amount of melanoidins and the content of total acids in fermented grains
2.2 山西老陈醋熏醅工艺的响应面试验
2.2.1 响应面试验设计与结果
在Box-Behnken试验原理的基础上，以类黑精提取量(Y1)和总酸含量(Y2)为响应指标，考察熏醅温度(A)、熏醅时间(B)和醋醅含水量(C)对熏醅中两个指标的影响，利用Design-Expert 8.0软件对各因素进行多元二次回归拟合，由表2可得出山西老陈醋熏醅中类黑精提取量(Y1)与总酸含量(Y2)对熏醅温度(A)、熏醅时间(B)和醋醅含水量(C)的回归模型分别为：
表2 响应面分析方案与结果Table 2 Response surface analysis scheme and results
续 表
Y1=159.309+9.030A+8.846B-6.070C-3.013AB-0.170AC+0.970BC-5.391A2-1.185B2-12.723C2。
Y2=5.351-0.566A-0.280B+0.298C-0.073AB+0.075AC-0.054BC+0.097A2-0.155B2-0.294C2。
由表3可知，二次回归模型的F检验结果均为P<0.000 1，说明此模型达到了极显著水平(P<0.01)；
失拟项的F检验结果均为P>0.05(P1=0.125 7，P2=0.127 1)，说明失拟项差异不显著，试验可反映其实际情况，此回归模型是适合的。对于类黑精提取量(Y1)，其决定系数R2为0.985 5，校正系数RAdj2为0.966 9，说明试验结果有96.69%受试验因素的影响；
对于总酸含量(Y2)，其决定系数R2为0.979 6，校正系数RAdj2为0.953 3，说明试验结果有95.33%受试验因素的影响。由此可知，响应面试验结果准确可靠，此模型可以对类黑精提取量和总酸含量的结果进行预测和分析。
表3 回归模型与方差分析Table 3 Regression model and analysis of variance
回归模型中F检验可判断出各因素对两个响应指标的影响程度。各因素对熏醅中类黑精提取量(Y1)影响的主次顺序为A>B>C，即熏醅温度对熏醅中类黑精提取量的影响最大；
一次项中A、B、C的影响均达极显著水平(P<0.01)；
二次项中A2、C2的影响均达极显著水平(P<0.01)，B2的影响不显著(P>0.05)；
交互项中AB的影响显著(P<0.05)，AC、BC的影响均不显著(P>0.05)。同时各因素对熏醅中总酸含量影响的主次顺序为A>C>B，即熏醅温度对熏醅中总酸含量的影响最大；
一次项中A、B、C的影响均达极显著水平(P<0.01)；
二次项中C2的影响达极显著水平(P<0.01)，B2的影响显著(P<0.05)，A2的影响不显著(P>0.05)；
交互项中AB、AC、BC的影响均不显著(P>0.05)。由此可知，各因素对两个响应指标的影响呈二次关系，且各因素间相互影响，说明该试验方法是可靠的。
2.2.2 响应面交互作用分析
根据回归模型绘制出的3D曲面图和等高线图，可直接观察出各因素与两个响应指标间的关系及两两因素间交互作用的强弱[20-21]。3D曲面图中曲面倾斜度可以说明各因素对两个指标的影响程度，倾斜度越大，说明该因素对响应指标的影响越显著；
等高线图可以直观反映出两因素间交互效应的强弱，等高线越接近椭圆形，表明两因素间交互效应越强，圆形则相反[22]。由图4和图5可知，对于类黑精提取量，AB的交互作用达显著水平(P<0.05)，AC、BC的交互作用均不显著(P>0.05)；
对于总酸含量，AB、AC、BC的交互作用均不显著(P>0.05)，这与方差分析的结果相一致。
图4 各因素间交互作用对类黑精提取量的影响Fig.4 Effect of interaction of various factors on the extraction amount of melanoidins
图5 各因素间交互作用对总酸含量的影响Fig.5 Effect of interaction of various factors on the content of total acids
2.2.3 确定最优熏醅工艺条件与验证回归模型
通过Design-Expert 8.0软件，按照优化目标，将类黑精提取量(Y1)设置为“maximize”、总酸含量(Y2)设置为“target-5.5 g/100 g”，得出山西老陈醋的最优熏醅工艺条件为熏醅温度106.410 ℃、熏醅时间2.918 d、醋醅含水量59.799 g/100 g，此时，类黑精提取量预测值为158.609，总酸含量为5.500 g/100 g。考虑实际操作的可行性，将以上熏醅工艺条件修正为熏醅温度106 ℃、熏醅时间3 d、醋醅含水量60 g/100 g，重复做3次平行试验，得出熏醅中类黑精提取量为160.731，总酸含量为5.437 g/100 g，与预测值分别相差1.338%和1.145%。由此可知，该模型得出的最优熏醅工艺参数准确可靠，并具有重要的实践价值。
2.3 熏醅工艺优化前后醋样的定量描述分析
2.3.1 感官评分尺度表
山西老陈醋的感官评分尺度表见表4。
由表4可知，从左到右表示老陈醋的感官特性强度由弱依次增强，5分为中等强度。
2.3.2 感官描述词汇及定义
评价小组对熏醅工艺优化前后醋样的感官风味进行品评及独立记录，经反复讨论和分析后，最终确定了山西老陈醋的感官描述词汇及定义，见表5。
表5 山西老陈醋的感官描述词汇及定义Table 5 Sensory description words and definitions of Shanxi aged vinegar
2.3.3 熏醅工艺优化前后醋样的定量描述分析结果
定量描述分析法(QDA)是一种实用性和综合性均很强的感官分析方法，目前国内有关山西老陈醋定量描述分析的研究相对较少。
由表6和图6可知，熏醅工艺优化前后醋样的色泽、酯香、酸味、甜味、鲜味、咸味、焦香、苦味8种感官特性各有特点，除酯香、鲜味和咸味强度外，其他5种感官特性强度均差异较大。在酸味、甜味和焦香的感官特性强度上，熏醅工艺优化后醋样(YH-3 d醋样)强度比优化前醋样(DH-5 d醋样)强度相对较高，且两种醋样酸味强度稍中等，甜味和焦香强度均较弱；
在色泽和苦味的感官特性强度上，熏醅工艺优化后的醋样(YH-3 d醋样)强度比优化前醋样(DH-5 d醋样)强度低，且两种醋样色泽强度均较强，苦味强度都很弱；
在酯香、鲜味和咸味的感官特性强度上，熏醅工艺优化后醋样(YH-3 d醋样)强度与优化前醋样(DH-5 d醋样)强度相差不大，且两种醋样的酯香强度和咸味强度均稍弱，鲜味强度很弱。因此，通过对熏醅工艺优化前后醋样的定量描述分析，表明QDA法能区分各醋样的色泽、酯香、酸味、甜味、鲜味、咸味、焦香、苦味8种感官特性强度，可以评判山西老陈醋的感官质量。
表6 熏醅工艺优化前后醋样的滋味定量描述分析评分记录表Table 6 Quantitative description analysis scoring record of flavors of vinegar samples before and after fumigation process optimization
续 表
图6 熏醅工艺优化前后醋样的QDA图Fig.6 QDA diagram of vinegar samples before and after fumigation process optimization
试验采用响应面法对山西老陈醋的熏醅工艺进行优化，最终确定了最优熏醅工艺参数为熏醅温度106 ℃、熏醅时间3 d、醋醅含水量60 g/100 g，在此最佳熏醅工艺参数下，类黑精提取量为160.731，总酸含量为5.437 g/100 g，与预测值分别相差1.338%和1.145%，说明优化得到的熏醅工艺参数准确可靠，具有一定的实际应用价值。同时采用定量描述分析法(QDA)分析了熏醅工艺优化前后醋样的感官风味特性，结果表明，与熏醅工艺优化前醋样(DH-5 d醋样)的感官特性强度相比，熏醅工艺优化后醋样(YH-3 d醋样)的酸味、甜味和焦香强度相对较高，色泽和苦味强度相对较低，酯香、鲜味和咸味强度相差不大，说明QDA法可区分醋样的色泽、酯香、酸味、甜味、鲜味、咸味、焦香、苦味8种感官特性强度，能评判山西老陈醋的感官质量，这为改善最终老陈醋的风味品质提供了科学可靠的数据支持，具有一定的实践意义。
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