一、概述
1.醬油香氣的意義
作為調味料的醬油，支配其生命的是色、香、味三因素。而香氣又是這種食品生產技術上的難關，它的香氣是由於曲黴、酵母、細菌的微妙生理作用的協調才能釀出，不僅是化學的、物理的，而且也是生物化學的現象，經過長時間的發酵和調熟，占據了龐大的生產設備，積壓了不少流動資金，隻不過是為了風味——香和味的調熟而已。
為了使醬油能夠達到現代化工業的要求，科研人員做了許多工作，其中之一即所謂速釀法，這裏限於篇幅不可能逐一加以探討，但從原則上看來不外乎：①避免使用18%高濃度的食鹽水，使微生物生長旺盛，充分發揮各種酶的作用；②不使用成本高的曲，而是將酸或酶水解液進行保溫發酵；③提高發酵溫度促進發酵作用完成。所以速釀方法雖多，欲達到傳統的風味要求，還有待解決香氣問題。
但是，醬油是東亞人獨特的調味品，香氣問題是一個極有魅力的研究課題。從日本明治20年（1887年）田原良純就開始了研究，時至今日已知道醬油中有300多種香氣成分。但是，由於醬油香氣成分在量上是相當少的，而且性質極不穩定，受熱的影響大，所以至今還很難得到令人滿意的成果。在日本關於醬油香氣的研究以前主要致力於香氣強烈部分的探討，以便找到成為醬油濃香的少數主體，而近年來多進行係統的分離，在這方麵橫塚等人的研究很多，其功績確實不小。另一方麵已著眼於香氣合成的研究，由於分析技術和研究方法的進步，尤其是氣相色譜分析法顯著的進步，對一些微量成分的定性、定量起了很大的作用。但是氣相色譜分析法由於需要高溫，會引起成分的分解和變化，因此所得結果常與天然的香氣不同，這點需要引起注意。
一般食品都有其特有的香氣，有時憑借其特有的香氣就可以判斷出是什麼食品。但是，當我們分析這些食品的香氣時，卻分離出許多相同的成分，而且成分繁多，究竟哪種或哪些是特有的香氣，至今還未能解決。有人認為：食品的芳香或特有的香氣是由少數幾種成分組成的，有人又認為是很多成分綜合作用的結果，其差異是由於組成的量不同而引起。這兩種學說至今還有爭論，現在似乎主張後者的較多。最近由於氣相色譜分析法的發展，很容易了解到許多成分的存在，多者可達300種，但構成其特有香氣的成分是什麼？好像仍不可解。著者認為食品種類雖多，各具特有的香氣，所用原料很多是相同的，所以香氣成分雖然因製作方法不同，也必然有其相同的成分存在，但這不是構成其特有香氣的成分。食品之所以具有其特殊的香氣，是由於少數香氣成分或成分係存在的緣故。但是因為食品香氣組成大多數具有相當廣泛的共同成分，所以定量的構成是相當重要的，是解決某種食品香氣問題的重要事項。所以研究香氣的主要力量應集中於特有香氣成分的探討上。
研究醬油香氣的目的應該始於單位成分的分離、再進行定量，然後探索其成因，再將這些成果應用於醬油生產實踐中加以驗證；另一方麵從事於香氣的合成，為將來改善醬油香氣合成打下基礎。
然而，到目前為止，許多研究的成果，以及本文所評述的內容，大部分是香氣成分的定性的羅列，缺少精密調查和實質性的探討。總之，對醬油製造的各有關工藝，例如原料之種類，配合比例、原料處理法、製曲經過、發酵過程以及微生物等與成品香氣的關係，研究成果不多，然而這在實踐上卻是很重要的問題。一方麵穀氨酸鈉工業的味液的醬油化或是速釀醬油中加用香氣劑以改進香氣等問題都是未解決的課題。
2.香氣成分的化學結構
自古以來人們是靠感官試驗判定香氣的強弱、芳香、臭味有無的。近年由於分析方法的進步，已廣泛地使用儀器分析進行香氣成分的研究，主要使用氣相色譜分析法，此外尚有紅外線吸收、質量色譜等，至今檢出的香氣成分根據其化學結構，可分為碳水化合物、醇類、醛類、酮類及酯類等，其中均以碳數10～15的香氣最強。為了刺激鼻神經，必須具有揮發性，同時必須溶於水、醇及脂肪等，因此其相對分子質量一般不大，大約在26～300。產生香氣的化學結構。
醇類主要產生香氣的活性基因為羥基，如有雙鍵或三鍵的結構，香氣更強。芳香族的醇類具有芳香氣，苯酚類的—OH基是一個，香氣最強；低級羧酸的香氣較強，酯類較其構成成分的酸或醇本身香氣強得多。醛及醇多具芳香氣味，內酯則類似酯，內酯的環大香氣強，而芳香性卻漸弱，分子量小的香氣成分易揮發，也易與其他物質反應。例如，豆醬用水蒸氣蒸餾或溶劑抽出法分離其揮發性成分時，分離出刺激性很強的乙醛在放置過程中就與醇類反應生成縮醛，刺激性就淡薄得多了。
3.香氣的保留
具有獨特的香氣成分當然是生產技術應該注意的，另外還有些成分對香氣成分起著保留作用，使香氣成分經長時間也不會變弱，起著調節揮發性的作用，這也是很重要的成分。例如糖類、糊精以及某些多元醇如甘露醇、甘油、赤蘚醇、阿拉伯醇、高級脂肪酸酯等都是香氣保留成分，當我們把香氣成分從食品中抽出來之後，特別容易揮發或特別容易氧化，尤其是乙醛或具有雙鍵或三鍵結構的香氣成分，特別容易氧化而變質。一般食品中香氣成分與其他物質相結合或吸附於其他物質，隻要不接觸易於氧化的環境（如光、熱、氧等）一般是不易變質的。這是因為食品中含有保留香氣的高分子物質或水，遮擋了空氣或含有抗氧化物質的緣故。根據這個道理有人用明膠、阿拉伯膠、乙基纖維素等將香氣成分包裹起來，作為商品銷售。
大豆發酵製品一般忌諱大量鐵離子混入，氧化後即嚴重地影響香氣。大豆中所含油脂為亞油酸及亞麻油酸，當其氧化後即使氣味變質，成為燎油臭味、豆臭。為了防止氧化，對抗氧化物質的研究已引起人們的興趣。一般發酵豆製品其本身就含有抗氧化物質，有防止脂肪變質的功用，而且一般都含有相當大的水分，也有遮擋空氣的效果。因此粉狀醬油或粉狀豆醬等就非常易於氧化，長期保存容易產生燎油氣味，降低商品價值。
二、醬油的香氣成分
1.醇類
醬油中所含低級醇類如乙醇、丙醇等是發酵食品的共同成分。與一些有機酸形成相應的酯類。醬油中所含遊離醇、有機酸以及酯類是醬油香氣成分的重要組成。無論是生醬油或加熱後的熟醬油，都由於含量及種類不同而體現出不同的香氣及味道。揮發性有機酸所賦予醬油的香氣是不應被忽視的。一般在加熱後熟醬油中的有機酸含量顯著增加，同時也生成一些較穩定的酯類，但有一部分不穩定的酯類分解，因此這三類成分之間有密切的關係，對醬油香氣的組成影響較大。
醬油中醇類的來源主要有兩方麵：一是原料的成分，二是發酵過程中所形成的，如甲醇、己醇甲基壬醇。特別是己醇是具有大豆的青臭成分之一。最近在研究大豆中的醇類時檢出了α-苯乙醇、正丁醇，這些成分構成了生大豆的青豆臭氣。至於甲基壬醇是來自大豆油的氧化產物，由甲基壬酮還原而成。
發酵中生成的低級醇以乙醇為主，此外還有戊醇、異戊醇等高級醇，但還沒有發現是醬油獨特的成分。橫塚從醬油渣水蒸氣蒸餾物檢出了戊醇及其酯。2，3-丁二醇的檢出更早，也是一般發酵食品中的共同成分，異戊醇、戊醇、正丁醇、異丁醇是酒類如白酒、啤酒、黃酒的共同香氣成分；黃醬中同樣也有這些成分，而且異戊醇的含量較高，是黃醬香氣的主要成分。總的看來，醬油中醇類的含量較酒類的要少得多，這是一個很大的特點。日本市場上出售的一般醬油中醇類的含量。其中正丁醇含量特高，令人不得不懷疑這一數據的準確性。
（1）乙醇乙醇是具有芳香、刺激性氣味的無色液體，能與水、乙醚等許多有機溶劑以任何比例混合，是一般發酵食品經常存在的低級醇，其含量以醬油中較多，多以酯類的形態存在。遊離狀態的乙醇，在日本醬油中含量較高，一般在1.5%～2.0%。由於對防黴劑的限製，醬油中乙醇的含量有增加的趨勢。
乙醇的生成主要是來自以酵母為中心的糖類的酒精發酵。在醬油生產過程中酒精發酵是最重要反應之一，在形成醬油香氣過程中，葡萄糖借助於耐鹽性魯氏酵母，按照EMP通路而生成酒精。
（2）2，3-丁二醇早在1925年平氏就從醬油的乙醚浸出物分離出了甲酸、醋酸、醋酸酯、2，3-丁二醇等。2，3-丁二醇是發酵產物普遍存在的成分，赤崛、金子從市售醬油的減壓蒸餾物中分離出2，3-丁二醇，以後經橫塚證明這一成分與醬油香氣有重要關係。2，3-丁二醇本身的香氣不是很好的，但與其他成分起到微妙的調香作用，是可以肯定的。一般認為由於微生物作用，2，3-丁二醇與3-羥基丁酮和雙乙酰之間有著密切的關係。
在自然界，特別是在食品中含有少量的2，3-丁二醇，值得注意的是在高等動植物的組織中也含有。用酵母製成的食品中大都含有較多的2，3-丁二醇、2-羥基丁酮（2）和雙乙酰。
（3）多元醇醬油中的多元醇主要有正丙醇、異丁醇、正丁醇、異戊醇及β-苯乙醇。在發酵熟成中的醬醪中常出現的是異丁醇及異戊醇，後者最多，其次是β-苯乙醇，至於正丁醇則較少，正丙醇僅微量而已。天然長期發酵的醬醪一般規律是發酵前期異丁醇多，至後期異戊醇則變為主要的，製醪後的新醪中含量較少，至80d左右發酵達到最旺盛階段，異戊醇的含量就急劇增加，如添加了發酵菌則更為明顯，有時異丁醇及異戊醇高達50mg/kg，至發酵後期則又有減少，所以其消長形狀呈低高低的形式。高級醇的沸點較高（正丙醇97.2℃、正丁醇117.7℃、β-苯乙醇219～221℃/10kPa）在較長的發酵期間其含量之所以減少，可能是由於在熟成期氧化而變成有機酸或變成酯，另外有一部分揮發損失掉，也可能由於在濃度很高的食鹽溶液中達到過飽和，而混入醬醪渣滓。因此多元醇的定量值因醬醪及發酵時期的不同而有很大差異。另外添加酵母、乳酸菌的醬醪中高級醇的含量較高，添加效果比較明顯。
借酵母的作用生成多元醇的途徑有兩個，一個是氨基酸脫氨基而成酮酸，再脫羧而成醛，還原後即變成少一個碳原子的醇，這條路線是由Ehrlich所提出的。即從亮氨酸生成異戊醇，從異亮氨酸生成活性戊醇，從纈氨酸生成異丁醇，從苯丙氨酸生成β-苯乙醇，從酪氨酸生成對羥基苯乙醇，從色氨酸生成色氨醇（Tryptophol）
第二條路線是從碳水化合物的代謝、氨基酸的生物合成的過程中，同樣可以合成多元醇：將這兩條路線綜合起來。高級醇的生成途徑R=CH3R=C2H5R=CH3R=C2H52丙氨酸2-氨基丁酸7雙乙酰乙酰丙酰3丙酮酸2-酮基丁酸82，3-丁二醇2，3-戊二醇4乙醇正-丙醇9纈氨酸異亮氨酸5乙酰乳酸羥基乙酰丁酸102-酮基異戊酸2-酮基-3-甲基戊酸63-羥基丁酮乙酰丙醇1蘇氨酸11異丁醇12甘氨酸13絲氨酸14葡萄糖15草酰乙酸16天冬氨酸
172-氨基-4-羥基丁酸182-酮基異己酸19亮氨酸20異戊醇這兩條路線都在酵母菌體內完成。
醬油中三個碳以上的醇類或芳香族醇，是由氨基酸經由Ehrlich反應而生成的。魯氏酵母以及某些球擬酵母具有由丙氨酸形成異丁醇的能力。
根據山田的研究認為正丙醇是由α-氨基正酪酸或蘇氨酸借酵母的水解作用而生成的。正丁醇是戊氨酸（norvaline）生成的，但是戊氨酸並不存在於一般蛋白質內，因此正丁醇來自戊氨酸的說法沒有道理。所以可能是其他氨基酸生成戊氨酸後再變成正丁醇的。異丁醇似乎是從丙氨酸或甘氨酸或絲氨酸形成的。丙氨酸先變成纈氨酸，然後再變成異丁醇。甘氨酸或絲氨酸一旦變成丙氨酸，再經纈氨酸借酵母作用而生成異丁醇。醬醪中所含異丁醇較多的原因可能就是因為多種氨基酸都可以生成異丁醇的緣故。β-苯乙醇是發酵食品的重要香氣成分，具有薔薇花香氣的化合物，在酒類中起的作用較大，在醬油中究竟起多大作用還很難肯定。
在醬醪中加入纈氨酸、亮氨酸、苯丙氨酸，利用酵母使其分別轉化為異丁醇、異戊醇及β-苯乙醇，以改進香氣，所得效果不大，從分析數值看來並無顯著增加，僅增加了5%左右而已。感官鑒定的效果也並不理想。
日本長期（200d）自然發酵醬醪是較為典型的例子，其高級醇的經時消長情況。
2.酯類
構成酯類的主體醇與酒精發酵食品一樣是以乙醇為主，酯大都是乙酯。
曲黴的代謝及乳酸發酵所生成的有機酸為基質，而在酵母發酵過程中生成酯。
乙酯可分為揮發性脂肪酸酯及不揮發性脂肪酸酯、芳香族酸酯、醇酸酯。
低級揮發性脂肪酸酯有醋酸乙酯、丙酸乙酯、異戊酸乙酯、己酸乙酯、辛酸乙酯。不揮發性脂肪酸乙酯有乳酸乙酯、琥珀酸二乙酯、丙二酸乙酯、乙酰丙酸乙酯、草酸乙酯等，這些都是發酵食品的共同成分。醬油中揮發脂肪酸酯較少，這點與酒類不同。其生成量及消長情況與高級醇有同樣的趨勢，其生長曲線仍是中間高、兩端低。添加發酵菌的生成量較高。
五種低沸點酯都有強烈的芳香，醬油中主要酯類以醋酸乙酯最多，其次為丙酸乙酯和異戊酸乙酯，醋酸異丁酯及醋酸異戊酯均為少量。中沸點酯的正己酸乙酯及正辛酸乙酯在發酵過程中的消長情況與其他酯一樣，同樣是中間高型。其組成成分在原料大豆或小麥中並不存在，但在醬醪中的含量卻不低，酯組成的酸類越高級，其酯的含量也就越少。中級脂肪酸的乙酯並不一定都具有強烈的芳香，正己酸乙酯略有汗臭，正辛酸乙酯具有較前者更刺激性的果香，正癸酸乙酯具有似蠟的氣味，很難說是芳香氣味。
乳酸乙酯在整個發酵過程中都存在，較正己酸乙酯及正辛酸乙酯的含量都多，但和低沸點酯比較其含量還不多，這可能是因為其酯化反應較慢，本身溶解度很低，在濃鹽度的醬醪中更易析出的緣故。琥珀酸二乙酯的含量更低，琥珀酸的生成可能是穀氨酸經酵母的α-氧化而生成的。琥珀酸的生成量很少所以其酯生成也不多，在整個發酵過程中消長情況變化不大。乳酸乙酯的香氣非常弱，琥珀酸二乙酯的香氣有些像苯甲酸乙酯的香氣，但很淡，僅有輕度的香氣，所以並不是醬油中的主要香氣成分。
高級脂肪酸的酯有亞油酸乙酯、硬脂酸乙酯、油酸乙酯。豆油中的脂肪，由於曲黴的脂酶或酵母的脂酶的分解作用而將脂肪酸遊離出來，再轉化成酯。
由於證明有丙酮酸、α-丁酮酸存在，必然應有其酯存在，確證存在的是乙酰丙酸乙酯。
除了這些乙酯外，還有一些高級醇類的乙酸酯、醋酸戊酯、醋酸丁酯、酪酸乙酯是主要的，也是一般發酵產物的共同成分。α-乙醇的醋酸酯存在已經得到確證。此外，還有4-乙基愈創木酚與有機酸結合的酯存在。這些醋酸酯在酵母發酵過程中生成。醬油主發酵酵母魯氏酵母的乙酸生成量小，而球擬酵母屬的酵母起著這些酯的合成作用。
醬油中酯類組成成分，與其他發酵食品如白酒、啤酒、黃酒等加以比較，醬油中不揮發性脂肪酸酯含量較高，揮發性的含量較少是其特點。低沸點物質少，高沸點成分多，說明醬油是香調沉重的食品。高級脂肪酸的乙酯含量研究還未見報道。所以表中缺了這些數字，以亞油酸乙酯最多。大豆油中含10%亞油酸甘油酯也可以說明這個現象。關於芳香族酸酯的含量尚無報道。
與酒類的酯比較，醬油中的含量不高（即使是發酵長期的天然醬醪）可能是由於：①酒類的酒精發酵較醬油旺盛得多，其總酯的生成量也必然多；②酒所生成的酯可溶於醇類中，其溶解度相當大，而醬油的酯類由於鹽水大大降低其溶解度，可能部分進入醬渣。
這裏值得注意的是用大豆釀造的醬油，由於大豆脂肪的分解而產生較多的高級脂肪酸酯，這些物質雖不是醬油香氣的重要成分，但使醬油具有濃厚味道，對增加後味是必要的。同時這些組成使生成的香氣與用脫脂大豆所得的風味確實不同。
酯類主要是由酵母作用生成的，其生成量及組成必因菌株而不同。酵母的繁殖、發酵與酯的生成大致是平行的關係，發酵終了，酯類也就有所減少。泛酸及通氣攪拌可促進酯的生成。
蛋白質分解生成的氨基酸類，借黴菌及酵母的發酵作用而產生發酵的香氣。氨基酸生成酯的途徑是由Krebes氏提出的，其大部分已得到證明，實線是途徑，點線指向生成物。
3.醛類
一般醛類的低級化合物具有強烈刺激性的香氣，在生醬油中醛類僅含0.003%,其中乙醛占相當比重，糠醛反應呈陽性，但經過加熱變成熟醬油後，醛類的含量就增加到0.006%，將近一倍，糠醛的含量也顯著地增加。因此認為醛類的生成除由微生物生化合成外，化學反應生成也是不可忽視的因素。
乙醛是酒精發酵中酵母的中間代謝產物。葡萄糖經由EMP途徑所生成的丙酮酸借丙酮酸脫羧酶的作用生成。這時需要Mg2+及焦磷酸硫胺素（TPP）作其輔助因子，使丙酮酸變成活性丙酮酸。借丙酮酸脫羧酶的作用，經活性乙醛而生成乙醛，這個通路由一分子葡萄糖形成兩分子的乙醛及兩分子的CO2。
經過EMP途徑生成乙醛乙醛除發酵生成為主之外，還可以由相應的氨基酸生成，大多數的醛也是由氨基酸經脫氨、脫羧反應生成較對應氨基酸少一個碳原子的醛。其代表的反應機理即還原性物質存在條件下由（strecker）分解反應而成。這一現象可由氨基酸與生成羧基化合物的關係看出。其中證明是醬油成分中有甲醛、乙醛、丙醛、正丁醛、異丁醛、2-甲基丁醛、異戊醛、苯乙醛等。
關於加熱而生成醛類的機理，縮醛的分解是最好的例證。縮醛被加熱之後即分解成如下的醇和醛。
從醬油渣滓的水蒸氣蒸餾物分離出了異戊醛縮二乙醇及α-羥基異己醛縮二乙醇。
這兩種縮醛構成了熟醬油的爽快的香氣及味道。同時在加熱時可分解為相應的醛及乙醇，結果這些縮醛本身和分解物共同組成了熟醬油的主要成分。
蒸料中就存在一定量的糠醛，糠醛本身的氣味是令人厭惡的，但是在醬油中與其他成分結合就構成了醬油的香氣成分，例如與異戊醛相結合，生成不飽和的縮合物3-呋喃-2-異丙烯醛，即成為有接近醬醪的溫和香氣。
生醬油和熟醬油的香氣不同，從香氣成分上來看，也有所區別。生醬油一般醛類少於熟醬油，一經加熱，醛類即有所增加，香氣的風味也變佳。這可能是由於這些增加的醛類與硫醇縮合，或由於縮醛反應而生成一些具有芳香的醛類。
醛類一般都具有與醇類、硫化氫、甲硫醇、氨等附加或縮合的性質，結果產生與其本身不同的香氣，例如乙醛的乙縮醛就具有果香。乙醛與硫化氫就產生一種焙燒糕點的焦香，異戊醛與硫化氫共存時所形成的焦香就更強烈一些。甲硫醇近似蒸煮馬鈴薯的臭氣。乙醛的甲硫醇CH3CHO（SCH3）2就變成了具有醃菜的臭氣，醃蘿卜的臭氣就是這種臭氣的代表。同樣，異戊醛的甲硫醇就近似醬油的醃菜氣味，糠醛的甲硫醇具有一種尚未成熟的生醃菜味，以致類似辣醬油的香氣。在不夠清潔的環境中製成的醬油，經常會有這種醃生菜的氣味，就是生成了大量上述成分的緣故。
用鹽酸水解豆餅時生成較多的糠醛，妨害酵母的發酵。固態無鹽發酵控製溫度較高時，也生成較多糠醛，成為後發酵困難的原因之一，麥芽糖、乳糖等與氨基酸加熱即生成糠醛，這一現象在大豆蒸煮過程中最為明顯。
4.酮類
從醬油首次分離的酮醛香氣成分是具有C5H6O2及C6H8O2的羧基化合物。它們的結構式分別為CH3COCHCHCHO及CH3CH2COCHCH·CHO。以後又從醬油水蒸氣蒸餾液分離出具有醬油香氣的二羰基化合物C6H10O2的結晶，命名為醬香精（Soyanal），並有結構：CH3COCH2CH2CH2CHO。以後又合成了這種化合物。香氣屬於樟腦係統因此認為不是醬油的特香成分。分離出具有C6H8O2的二羰基化合物，並命名為醬油醛，其結構式為CH3COC（CH3）CHCHO。這一成分的香氣較弱，很難說是醬油的特香。