火锅在中国传统美食中有着重要的地位,因其独特的烹饪方式深受消费者的喜爱。近年火锅行业迅速发展,形成了各种各样的派系,包括川渝火锅、云贵火锅、北派火锅、江浙系火锅、粤系火锅以及其他类型火锅[1]。其中消费人数最多的便是川渝火锅,辣椒作为其中不可或缺的重要原料,是造成川渝火锅风味异于其他派系火锅的根本原因之一[2]。辣椒中富含的多种香气物质更是赋予了火锅独特的风味[3]。TROVATO等[4]发现,新鲜辣椒具有的风味与其主要的挥发性物质中的醛类、酯类、酮类及酸类相关,例如,醛类物质具有清新、黄瓜及草本气味,甲酯和乙酯赋予了强烈的水果味,而萜烯类物质则赋予了木本、花、水果和辛辣的香味。火锅中利用辣椒提升风味也是目前火锅风味研究的热点。俞娇[5]利用高效液相色谱法(high performance liquid chromatography,HPLC)、气相色谱-质谱联用法(gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS)系统分析了我国 20 种代表性辣椒制得的四川牛油火锅的总辣椒素(包括辣椒素及二氢辣椒素)含量及风味特性,最终鉴定了不同辣椒制得的底料中关键挥发性风味化合物壬醛、反-2-辛烯醛、反-2-壬烯醛等,为火锅的生产提供了理论依据。
随着食品科学技术的进步,研究者开始探究天然或合成的风味物质来提升火锅等食品的风味[6]。其中的辣椒油树脂作为一种从辣椒中提取的天然风味物质受到了广泛关注。辣椒油树脂主要包括辣椒素、二氢辣椒和辣椒红素等,具有良好的抑菌、抗氧化和自由基清除的能力,因此应用前景巨大。在食品风味领域,研究人员主要针对辣椒油树脂的具体风味开展相应研究,其中马铃等[6]以印度TEJA辣椒作为原料,利用GC-MS技术分析化学成分,结果表明其中酯类含量最多占总浓度的30%,3-甲基丁酸-4-甲基戊酯,异戊酸叶醇酯,2-甲基丁酸-4-甲基戊酯的相对含量较高,这些化合物对辣椒油树脂的贡献最大。此外王莹莹等[7]针对贵州条椒的辣椒油树脂进行检测,结果发现其中主要的化学成分为苯乙醛、糠醛、香橙烯,并指出不同基因型的辣椒可能对风味物质具有一定的影响,这些研究为辣椒油树脂的实际应用提供了理论支撑。伴随着辣椒油树脂风味成分研究的不断深入,一些研究人员开始尝试将其应用于食品的生产方面。曾昱等[8]将辣椒油树脂制成乳液用于卤鸭脖制作中发现,使用辣椒油树脂乳液制备的卤鸭脖风味更佳,提高了卤鸭脖的品质。刘娅等[9]将辣椒油树脂用于牛油饼的加工上发现辣椒油树脂通过降低羰基和丙二醛的生成,并保护蛋白质巯基,有效延长了牛肉饼的贮藏期限。尽管目前对于辣椒油树脂的功效研究取得了成功,但关于辣椒油树脂对清油火锅风味的影响缺乏系统性的研究。
本研究采用全二维气相色谱-嗅闻-质谱联用技术(comprehensive two-dimensional gas chromatography-olfactometry-mass spectrometry, GC×GC-O-MS)和高效液相色谱-二极管阵列检测器(high performance liquid chromatograph-diode array detection,HPLC-DAD),对不同辣椒油树脂添加量(0%、0.6%、1.2%、1.8%、2.5%,质量分数)的火锅底料中挥发性化合物含量、辣味物质含量,以及感官特性进行了检测和分析,旨在确定不同辣椒油树脂添加量对火锅底料的风味特征的影响,挖掘在风味形成过程中的关键贡献成分,同时获得最佳的辣椒油树脂的添加量,为火锅产业的创新发展提供理论支持。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
辣椒油树脂,购于北京;正己烷、正构烷烃(C8～C25)、2,4,5-三甲基噻唑,甲醇、乙腈、美国 Sigma-Aldrich公司;辣椒素、二氢辣椒素,上海源叶有限公司。
1.2 仪器与设备
GC×GC-O-MS系统配置8890A- 977B型GC-MS联用仪,1260型HLC-DAD仪,SB-C18色谱柱(4.6 mm×150 mm×5 μm),美国Agilent公司;SSM1800型固态调制器,中国J&X Technologies公司;ODP4型嗅闻仪,德国GERSTEL公司;极性DB-WAX毛细管柱(30 m×0.25 mm×0.25 μm)和中极性DB-17 ms毛细管柱(1.85 m×0.18 mm×0.18 μm),美国J&W Scientific公司。
1.3 实验方法
1.3.1 不同辣椒油树脂火锅底料的制备
混合大豆油与鸡油、倒入锅中,加热升温130 ℃;倒入葱姜蒜,豆豉豆瓣各30 g,辣椒100 g,不断翻炒,直至油温达到150 ℃;加入花椒50 g,八角、桂皮、茴香各3 g,不断搅拌温度降低到100 ℃;关火,倒辣椒油树脂不断翻炒与底料混合均匀即可。其中辣椒油树脂添加量分别为0%,0.6%,1.2%,1.8%,2.5%(质量分数)。
1.3.2 感官评价
感官评价以YU等[10]的方法作为参考加以改进,由北京工商大学分子感官科学实验室的12名专业人员(男6名女6名,年龄18～40岁)进行。每个小组成员都有相关经验,并完成了超过400 h的感官评价培训。在感官评价之前,向所有评估人员提供了实验的详细描述,所有评估人员都知晓并签署书面同意书。小组经过讨论,筛选出6种气味属性(辣椒香、花椒香、油腻味、香辛料味、豉香味、豆瓣香)和6种滋味属性(鲜味、咸味、甜味、苦味、麻味、辣味),并对每一种气味和滋味属性都设计了其属性强度:
1.5 g辣椒在20 g豆油中炸制3 min,温度100 ℃,作为辣椒香的参照物,强度定义为5分;1 g青花椒装入瓶中密闭,作为花椒香的参照物,强度定义为5分;6 g豆瓣酱在12 g豆油中炸制3 min,温度100 ℃,作为豆瓣香的参照物,强度定义为5分;10 g豆豉在20 g豆油中炸制3 min,温度100 ℃,作为豆豉香的参照物,强度定义为5分;2 g香辛料在20 g豆油中炸制3 min,温度100 ℃,作为香辛料味的参照物,强度定义为5分;炒制完成后的清油火锅底料过滤固形物后的油,冷却后称取4 g装入瓶中密封,作为油腻味的参照物,强度定义为5分;质量分数1%的味精,作为鲜味的参照物,强度定义为5分;质量分数2%的蔗糖水,作为甜味的参照物,强度定义为5分;质量分数0.4%的食盐水,作为咸味的参照物,强度定义为5分;0.4 g青花椒粉,在100 g水中熬煮2 min过滤取水,作为苦味的参照物,强度定义为5分;质量分数为0.5%的青花椒油树脂,作为麻味参照物,强度定义为5分;质量分数为0.2%的辣椒油树脂,作为辣味参照物,强度定义为5分。小组成员接受了选定香气描述符的香气参考标准及其各自的强度水平的培训。这种培训一直持续到所有小组成员都能准确地识别和评估香气标准的属性和强度。
感官评价过程:称取煮开后的火锅底料样品3 g于20 mL顶空瓶中,分别用3位阿拉伯数字进行随机编码,使每个样品的编号不同。将顶空瓶置于80 ℃水浴中,保持沸腾状态。针对前期给出的气味描述词对样本进行打分,每一感官属性的分值范围为0～10分,0分代表无风味,10分代表风味非常强烈,感官评价全程盲评。在熬煮完成之后。选择本体既没有明显滋味,同时又能吸收汤汁的豆皮为品尝载体,品尝滋味整个感官评价过程中,火锅底料始终保持微沸状态,并保证锅内水量在一定的水位线。滋味感官描述词的分值范围与气味部分一致,感官评价全程盲评。
1.3.3 挥发性香气的分析
采用固相微萃取(solid phase micro extraction,SPME)的方法进行分析,取3 g火锅底料放入20 mL顶空瓶中,加入1 μL 2,4,5-三甲基噻唑(1.013 μg/μL)作为内标,拧紧瓶盖后将其置于40 ℃的恒温水浴锅中加热平衡20 min,随后插入吸附针头,利用机械臂将长度为2 cm长的DVB/CAR/PDMS的纤维头从手柄中推出,并在相同的温度下进行萃取,富集时间为40 min。萃取完成后,将萃取头插入GC×GC-O-MS的进样口中,在250 ℃解吸5 min,每个样品进行3次重复实验。
1.3.4 GC×GC-O-MS参数设置
初始温度40 ℃,保持5 min,以4 ℃/min从30 ℃升至230 ℃,保持3 min,进样口温度250 ℃,氦气为载气,初始流速1.1 mL/min。
质谱条件:质谱使用电子轰击(electron impact,EI)离子源,电子能量70 eV,离子源温度230 ℃,四极杆温度为 150 ℃,溶剂延迟 4 min,质谱扫描范围15～300 m/z。
1.3.5 挥发性组分的定性分析
5种样品中的挥发性组分利用谱库检索、保留指数(retention index,RI)、气味特征3种方法结合的方式进行定性分析[11]。质谱库检索:进入质谱检测器的组分通过与NIST 17数据库对比,选取正反匹配度大于 800的物质为鉴定组分;RI:以 C8～C25的系列烷烃为外标,根据目标物的出峰时间及相同升温条件下系列烷烃的出峰时间计算每种组分的实际保留指数。以2,4,5-三甲基噻唑为内部标准定量化合物。通过内标物的浓度和峰面积计算待测物的峰面积。
1.3.6 相对气味活性值
气味化合物对于样品气味的贡献,应综合考虑化合物的浓度及其气味阈值,并计算相对气味活性值(relative odor activity values, ROAV)[12]。ROAV是通过将气味活性化合物的浓度与其在油中的阈值进行比较计算得出的。
1.3.7 不挥发性化合物分析
称取5 g样品,加入15 mL甲醇于50 mL离心管中,常温摇床30 min,配平后10 000 r/min,常温条件,离心5 min,取10 mL上清液于离心管中,再向剩余样品中加入15 mL甲醇,常温摇床15 min,再次离心后,取上清液15 mL于离心管中,重复1次。将3次上清液混匀,取1 mL上清液过0.22 μm膜后,打入液相小瓶。液相条件:SB-C18色谱柱(4.6 mm×250 mm,5 μm),流动相:乙腈(A)-水(B),梯度洗脱,流速1.0 mL/min;检测波长:280 nm下检测辣椒素;柱温30 ℃;进样量10 μL。
1.4 数据处理
所有实验均以3次重复进行,数据以“平均值±标准差”表示。所有挥发性化合物的平均值和方差分析均由 Microsoft Office Excel 2019整理和分析,并使用IBM SPSS Statistics 24 软件进行方差分析和邓肯多重区间检验。当P≤0.05 时,认为均值之间的差异具有统计学意义。主成分分析(principal component analysis,PCA)和正交偏最小二乘判别分析(orthogonal partial least squares discrimination analysis,OPLS-DA)由 SIMCA 14.1软件进行。
2 结果与分析
2.1 不同辣椒油树脂添加量的火锅底料的风味轮廓
火锅底料的风味轮廓见图1,气味轮廓主要是由辣椒香、花椒香、豆瓣香、豉香味、香辛料味和油腻味这6种气味属性组成。由图1-a可知,辣椒香、花椒香和香辛料味,在辣椒油树脂添加后得分有所增加。相比之下,辣椒油树脂对其他感官属性的影响相对较小。当辣椒油树脂添加量达到2.5%时,各气味属性的感官评分均达到峰值,证明辣椒油树脂可以帮助提升火锅底料香气。此外鲜味、咸味、苦味、甜味、麻味和辣味构成了火锅底料的整体滋味属性。如图1-b所示,在辣椒油树脂添加之后辣味属性感官得分明显增加,在添加量为1.8%时增加较为明显,2.5%时得分达到最大,辣椒油树脂的添加对麻味和鲜味属性也产生了一定的正向影响。这些结果表明,辣椒油树脂在优化火锅底料的风味特征方面具有重要的应用价值。
a-气味轮廓;b-滋味轮廓
图1 不同辣椒油树脂添加的火锅底料风味轮廓
Fig.1 Flavor profile of different capsicum oleoresin added seasoning
2.2 GC×GC-O-MS分析不同辣椒油树脂添加量的火锅底料香气变化
利用GC×GC-O-MS方法从5种不同辣椒油树脂添加的样品中共检测出80种挥发性化物,如附表1(https://doi.org/10.13995/j.cnki.11-1802/ts.042798)所示,其中含有22种萜烯类化合物、22种醛类化合物、16种醇类化合物、10种酯类化合物、8种酮类化合物、2种其他化合物。
表1 火锅底料样品中ROAV>1的气味活性化合物
Table 1 Oduor-active compounds with ROAV>1 in hot pot seasoning samples
名称阈值/(ng/g)添加量0%0.6%1.2%1.8%2.5%榄香醇10014345苯甲醇10023333糠醛28222102苯乙醇21165657乙酸苯乙酯13761210884-异丙基苯甲醛601201415164-萜烯醇34089101011苯甲醛60101111910顺-芳樟醇氧化物3201512131415己醛43145667己酸乙酯401212121814苯乙醛222020252221松油烯801516171919二烯丙基二硫醚301627253645对甲氧基苯甲醛473448514854(Z)-3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛303228384450γ-松油烯653439334145桧烯9803540404746癸醛55950585864壬醛12.14972934773(E)-2-辛烯醛481112569194月桂烯120123120138138138桃金娘烯醇71381681711571884-烯丙基苯甲醚35315337365353377茴香脑152.5262421417475499(E)-2-庚烯醛16501 126662826903芳樟醇372 8813 6044 0384 0404 403
火锅底料中所含的80种挥发性化合物中,其中萜烯类化物含量最多,共有22种,是构成火锅底料香气的重要化合物,其主要来源是辣椒和香辛料,作为一种不饱和烃类化合物,阈值较低且气味强烈,能够赋予产品特有的香气[13]。在此类化合物中含量最为丰富的化合物是芳樟醇、茴香脑、月桂烯和桧烯,其可赋予产品木香、花香以及胡椒香等气味[14]。添加辣椒油树脂后,这些化合物含量有着明显提高,当辣椒油树脂添加量从0%增至2.5%时,总萜烯类化合物含量增加50%,其中芳樟醇、茴香脑和桧烯含量随着辣椒油树脂的增加不断增加。这是因为辣椒油树脂作为辣椒的天然提取产物,在底料炒制过程中的添加会丰富底料的风味,从而使得火锅的辣椒风味有所提升。
在火锅底料中共检测出22种醛类化合物和19种醇类化合物,其对样品有着重要的贡献。醛类化合物气味阈值低,赋予香气能力强,香气持久并且稳定。醛类物质一般是由脂肪经氧化后生成的产物,亚油酸经氧化可生成二烯醛,从而呈现出脂肪气味[15]。随着辣椒油树脂添加量的增加,其中抗氧化能力不断增强,进一步会抑制脂肪氧化反应的发生,所以避免了部分长链化合物的降解反应使得其含量增加,如(E,E)-2,4-癸二烯醛。同时一些短链醛,如(E)-2-辛烯醛、(E)-2-庚烯醛含量在过高的辣椒油树脂添加量的情况下含量降低。而底料中的醇类物质,常具有一定的花香和木香。火锅底料中的醇类化合物一般由脂肪和脂肪酸氧化降解,或者由富含醇类化合物的原材料直接引入。辣椒油树脂作为辣椒提取物,其中含有α-松油醇、反式-橙花叔醇等化合物,随着辣椒油树脂的添加量逐渐增加,这些化合物能赋予底料花香[16]。由图2可知,整体来看醛类化合物和醇类化合物的浓度随着辣椒油树脂的增加呈现出上升趋势,且添加量从0%到2.5%醛类化合物和醇类化合物含量增加30%和50%。
图2 火锅底料中各类化合物含量差异
Fig.2 Differences in the content of various compounds in hot pot seasoning
注:不同小写字母表示差异显著(P<0.05)(下同)。
酮类化合物与酯类和其他类化合物含量相比,含量较多。由图2可知,在辣椒油树脂添加之后,酯类、酮类和其他化合物含量都有显著性增加。酯类化合物中主要为乙酸苯乙酯,这种化合物为火锅底料提供花香和果香。在火锅底料中酯类化合物主要来源于醇类和酸类物质的酯化反应,辣椒油树脂中这类化合物占比较小,虽然辣椒树脂添加量为0.6%时酯类化合物相比于0%有一定程度的增加,但整体来看底料中的酯类化合物随着辣椒油树脂的添加量增加不明显[17]。而对于火锅底料中的酮类化合物来说不同辣椒油树脂含量对侧柏酮的影响最大,随着辣椒油树脂的添加量不断增加,在辣椒油树脂添加量为2.5%时酮类化合物含量达到最大,可能由于在辣椒油树脂中酮类化合物含量较多,因此随着添加量的增加酮类化合物含量不断增加,在添加量为2.5%时酮类化合物含量整体增加48%。
其他化合物中二烯丙基二硫醚含量最高,主要来源是大蒜,具有洋葱和大蒜的味道[18]。随着辣椒油树脂添加量增加,其含量有所增加,推测可能与辣椒素含量增加导致底料中抗氧化能力提升有关。二烯丙基二硫醚中含有的二硫键作为一种相对不稳地的化学键,容易在加热条件下断裂。辣椒油树脂提升了单萜类化合物含量导致抗氧化能力增强,减少了此类物质的损失。
2.3 ROAV评价不同辣椒油树脂添加量的火锅底料的香气
采用ROAV评价各香气成分对火锅底料风味的实际贡献,由表1可知,5组样品中鉴定出的ROAV>1的气味活性化合物有27种,包括芳樟醇,茴香脑,(E)-2-庚烯醛等,这些化合物含量的变化对火锅底料的香气产生直接的影响[19]。其中芳樟醇的ROAV最高,在添加辣椒油树脂后其贡献程度有明显提升,在辣椒油树脂添加量为2.5%时达到最大。其次是(E)-2-庚烯醛,作为一种油脂氧化产物,在辣椒油树脂添加后,辣椒油树脂中的不饱和脂肪酸在加热条件下氧化生成[20],因此在0.6%辣椒油树脂添加量时含量达到最大,后续由于随着辣椒油树脂添加量的增加,底料中的单萜类化合物含量增加,使得底料抗氧化能力增加,导致其含量有所下降;同时由于抗氧化能力的提升阻止了茴香脑的氧化分解,其含量随着辣椒油树脂添加量的增加而增加[21]。其中大部分化合物在辣椒油树脂添加量为2.5%时贡献度最大,此时底料的风味最为丰富。
2.4 基于ROAV数据的OPLS-DA
对5种火锅底料样品的ROAV数据进行OPLS-DA。本次分析中的自变量拟合指数(R2x)为0.936,因变量拟合指数(R2y)为0.848,模型预测指数(Q2)为0.549,R2和Q2超过0.5表示模型拟合结果可接受[22]。经过200次置换检验,如图3所示,Q2回归线与纵轴的相交点小于0,说明模型不存在过拟合,模型验证有效。认为该结果可用于区分不同辣椒油树脂添加量下火锅底料香气的鉴别分析。
图3 不同辣椒油树脂添加下OPLS-DA置换检验结果
Fig.3 OPLS-DA substitution test results of different capsicum oleoresin addition
图4 OPLS-DA得分图显示,添加辣椒油树脂的火锅底料样品与没有添加的火锅底料样品分别分布于左右两边,证明添加辣椒油树脂后火锅底料样品的风味有所变化。采用变量重要性投影值(variable importance in project, VIP)能够筛选不同辣椒油树脂添加量下火锅底料样品差异性的标志物,其中VIP值大于1的成分是体现样品间差异的主要标志性成分[23]。VIP值大于1的物质分别为芳樟醇(VIP=3.29)、(E)-2-庚烯醛(VIP=2.40)、茴香脑(VIP=1.45)、癸醛(VIP=1.18)、壬醛(VIP=1.17)。这些化合物中芳樟醇、茴香脑随着辣椒油树脂的添加而不断增加,在添加量为2.5%时含量达到了最大,而对于(E)-2-庚烯醛、癸醛、壬醛分别在辣椒油树脂添加量为0.6%、2.5%和1.2%含量达到最大,可能由于辣椒油树脂的添加,抗氧化效果提升导致一些醛类化合物含量有所降低,整体来看辣椒油树脂添加量为2.5%时底料风味最浓郁。
a-得分图;b-VIP值
图4 不同辣椒油树脂含量风味特征OPLS-DA
Fig.4 Flavour profile of different capsicum oleoresin content OPLS-DA
a-辣椒素;b-二氢辣椒素
图5 火锅底料辣味物质差异
Fig.5 Differences in spicy substances of hotpot base materials
2.5 不挥发性化合物
辣椒作为火锅底料中主要的辣味来源,辣椒素含量决定着火锅底料的刺激强度[24]。经过检测得到标准曲线如下:辣椒素y=6 152.5x-25.90 R2=0.999;二氢辣椒素y=0.187 4x-0.039 7 R2=0.999。由图5可知随着辣椒油树脂的添加,辣椒素含量不断增加,但二氢辣椒素含量变化较小。从0%到2.5%辣椒油树脂添加,辣椒素增加46%。并结合感官结果可知,在1.8%辣椒油树脂添加之后底料中的辣味有着明显提升。这表明,添加少量辣椒油树脂即可增强火锅底料的辣味强度。在火锅底料炒制过程中引入辣椒油树脂,不仅能够优化底料的风味,在未来还有通过部分替代传统辣椒原料,有效降低生产成本,从而在提升产品品质的同时实现经济效益的最大化的可能。
3 总结
本研究采用感官评价结合GC×GC-O-MS和HPLC-DAD分析技术,深入阐述了辣椒油树脂添加对火锅底料风味的影响。结果表明辣椒油树脂添加量从0%增加到2.5%时挥发性化合物中萜烯类、醇类和酮类含量均增加50%,辣椒素含量增加46%。其中,芳樟醇、(E)-2-庚烯醛和茴香脑等化合物作为辣椒油树脂添加后影响最大的关键性风味化合物,在辣椒油树脂添加量为2.5%时达到最大,此时火锅底料的风味也最为丰富。此外结合感官评价结果进一步证明辣椒油树脂的添加有助于提升火锅底料的香气和辣味强度,且在添加量为2.5%时达到最大,因此在目前范围内2.5%辣椒油树脂添加量下火锅底料的风味最优。综上所述,辣椒油树脂的添加对火锅底料的整体风味提升具有重要意义,同时在未来的生产工艺优化中可以利用辣椒油树脂替代部分辣椒进行添加,实现降本增效的目标,这为成本控制提供了新的策略。因此对辣椒油树脂的应用有助于企业在提升产品品质的同时实现经济效益与市场认可度的双重提升。
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