火锅是中国传统美食,受地理气候因素影响演变出多种类型火锅,如北京羊肉火锅、贵州酸汤火锅,川渝麻辣火锅等,其中川渝麻辣火锅在所有火锅餐饮中位居首位,深受消费者喜爱。 川渝麻辣火锅底料由食用油脂、郫县豆瓣、辣椒、花椒及多种香辛料经高温炒制而成,其风味特征受油脂、郫县豆瓣、辣椒、花椒以及香辛料影响[1],其中油脂是火锅底料的核心成分,不同油脂特有香味也会影响火锅底料的香味。 传统麻辣火锅使用牛油作为主要油脂,为火锅增添了独特的味道和香气,但牛油存在价格贵、饱和脂肪酸含量高和胆固醇含量高等问题,长期大量食用不利于人体健康。 因此市场上出现植物油型火锅底料和牛油-植物油混合油型火锅底料。
在麻辣火锅底料挥发性物质研究中,付群梅等[2]和Yang 等[3]利用固相微萃取-气相色谱-质谱法(solid phase microextraction/gas chromatography-mass spectrometry, SPME/GC-MS)测定牛油火锅中的挥发性物质,发现芳樟醇、月桂烯、茴香脑等为其主要挥发性物质。 杨瑞香等[4]使用SPME/GC-MS 发现植物油火锅底料中主要挥发性物质为芳樟醇、柠檬烯、月桂烯、乙酸芳樟酯等,与牛油火锅底料中的主要挥发性物质存在交集。 但李大飞等[5]运用多元变量分析对牛油和植物油火锅底料的挥发性物质进行比较发现两者挥发性物质存在显著差异,植物油火锅底料中D-柠檬烯、芳樟醇、乙酸芳樟醇等成分含量较高,这表明植物油火锅底料在风味上无法完全替代牛油火锅。 Liu等[6]对牛油火锅和植物油火锅的理化性质、营养价值和口感进行了比较,发现两者具有显著性差异,牛油火锅的口感和氧化稳定性较佳。 综合来看,植物油火锅底料与牛油火锅底料虽然存在部分共有挥发性物质,但关键成分含量、整体风味轮廓及口感特征上存在区别,无法实现对牛油火锅底料的完全替代。 当前研究多聚焦于纯牛油与纯植物油2 种单一油脂类型的火锅底料,而在市售产品中广泛存在着牛油-植物油混合油型火锅底料,其风味特征及与单一油脂底料的差异性尚未得到系统研究,这一方向亟待补充。
本研究选取3 种不同油型火锅底料为研究对象,采用顶空固相微萃取-气相色谱-质谱(headspace solid-phase microextraction/gas chromatography-mass spectrometry, HS-SPME/GC-MS)技术测定其挥发性物质,通过偏最小二乘法判别分析(partial least squares-discriminant analysis, PLS-DA)分析挥发性物质的差异性,再通过气味活性值(odor activity value, OAV)筛选关键气味物质,以期为风味调控与产品开发提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
样品：川渝地区12 款市售火锅底料,牛油型S1 ～S4、混合型S5 ～S8、植物油型S9 ～S12,详细信息见表1。
表1 样品信息
Table 1 Sampe information
样品编号油型产地样品名称配料表S1牛油重庆 牛油火锅底料牛油、豆瓣酱、辣椒、花椒、八角、食用盐、白砂糖、姜、蒜、谷氨酸钠、黄酒、食用植物油、花椒、5′-呈味核苷酸二钠S2牛油重庆 火锅底料牛油、豆瓣、姜、蒜、辣椒、花椒、食用盐、味精、白砂糖、香辛料、5′-呈味核苷酸二钠S3牛油四川 手工牛油老火锅底料 食用牛油、辣椒、豆瓣酱、食用盐、味精、食用香精香料、大葱、小葱、洋葱、花椒、姜、蒜、单晶体冰糖、香辛料、酵母抽提物、食用淀粉、豆豉、白酒、菜籽油、5′-呈味核苷酸二钠、辣椒红S4牛油四川 牛油火锅底料牛油、豆瓣、辣椒、食用盐、食用香精香料、大蒜、味精、花椒、生姜、葱、白砂糖、豆豉、酵母抽提物、香辛料类、5′-呈味核苷酸二钠、辣椒油树脂、辣椒红S5混合油四川 牛油老火锅底料食用牛油、红油郫县豆瓣、植物油、食用盐、水、辣椒、白砂糖、姜、蒜、味精、黄酒、花椒、5′-呈味核苷酸二钠S6混合油四川 牛油火锅底料牛油、植物油、豆瓣酱、辣椒、食用盐、味精、姜、葱、蒜、白砂糖、香辛料、盐渍菜、豆豉、蚕豆酱、醪糟、食用香精香料、5′-呈味核苷酸二钠、辣椒油树脂、辣椒红、山梨酸钾S7混合油重庆 牛油火锅底料牛油、植物油、豆瓣、辣椒、食用盐、食用香精香料、大蒜、味精、花椒、生姜、葱、白砂糖、豆豉、酵母抽提物、香辛料类、5′-呈味核苷酸二钠、辣椒油树脂S8混合油重庆 牛油火锅底料牛油、植物油、辣椒、豆瓣酱、黄豆酱、姜、大蒜、花椒、白砂糖、味精、鸡精调味料、香辛料、酵母抽提物、辣椒红、5′-呈味核苷酸二钠、食用香精香料S9植物油重庆 清油火锅底料植物油、辣椒、豆瓣、生姜、花椒、大蒜、食用盐、鸡精、味精、白砂糖、山梨酸钾S10植物油重庆 清油火锅底料植物油、辣椒、豆瓣、生姜、花椒、大蒜、食用盐、鸡精、味精、白砂糖、山梨酸钾S11植物油四川 香辣清油火锅底料植物油、豆瓣酱、辣椒、水、食用盐、姜、蒜、谷氨酸钠、食品用香精、香辛料、白砂糖、鸡精调味料、豆豉、花椒油、花椒、调味料酒、酵母抽提物、5′-呈味核苷酸二钠、辣椒红S12植物油四川 清油火锅底料植物油、辣椒、豆瓣、水、食用盐、鸡精调味料、大蒜、泡姜、豆豉、洋葱、味精、白酒、香辛料、鸡肉抽提物、白砂糖、花椒、食用香精香料、辣椒红、5′-呈味核苷酸二钠、水解植物蛋白、酵母抽提物、D-异抗坏血酸钠
试剂：庚酸甲酯,上海安谱实验科技股份有限公司。
1.2 仪器与设备
GC-MS 联用仪(配DB-5MS 色谱柱),日本岛津公司;SPME 手动进样手柄及萃取头(50/30 μm DVB/CAR/PDMS),美国Supleco 公司。
1.3 实验方法
1.3.1 挥发性物质测定
使用HS-SPME/GC-MS 对火锅底料的挥发性物质进行测定,每个样品重复测定3 次。
SPME 条件：取5.0 g 火锅底料于SPME 样品瓶中,加入10 μg/mL 的庚酸甲酯100 μL 作为内标物,60 ℃恒温水浴条件下平衡30 min,插入已老化的萃取头吸附30 min。 GC 条件：DB-5MS 毛细管柱(30 m ×0.25 mm,0.25 μm);程序：氦气流速为1.0 mL/min,起始柱温为40 ℃,保持1 min;以3 ℃/min 的速度升温至60 ℃,保持1 min;以15 ℃/min 的速度升温至80 ℃,保持1 min;以2 ℃/min 的速度升温至110 ℃,保持1 min;以15 ℃/min 的速度快速升温至130 ℃,保持3 min;最后以20 ℃/min 的速度快速升温至250 ℃,保持3 min。MS 条件：GC-MS 接口温度250 ℃;EI 离子源;电子能量70 eV;离子源温度250 ℃;扫描范围m/z 35 ～500。
通过NIST20 标准谱库自动检索,选取匹配度85%以上的物质。
采用内标法对定性后的物质进行定量分析,待测组分含量按公式(1)计算：
式中：Ci,挥发性物质质量浓度,mg/kg;ρ,内标物庚酸甲酯的质量浓度,μg/mL;V,内标物的进样体积,mL;Si,分析组分的峰面积;m,样品的质量,g;S,内标物的峰面积。
1.3.2 挥发性物质评价
采用OAV 评估火锅底料中挥发性物质对总体风味的贡献。 通过查阅相应挥发性物质的阈值,物质OAV 按公式(2)计算：
式中：Ci,挥发性物质的质量浓度,mg/kg;Ti,挥发性物质在水中的阈值,mg/kg。
1.4 数据处理
利用Excel 软件进行原始数据处理,采用Origin-Pro 2024、SIMCA-P 14.1 进行聚类分析、PLS-DA。
2 结果与分析
2.1 火锅底料挥发性物质定性定量分析
本研究采用HS-SPME/GC-MS 对12 款市售火锅底料的挥发性物质进行测定,共检测出100 种挥发性物质,包括萜烯29 种、醛类19 种、酯类12 种、醇类11种、醚类2 种、硫醚8 种、酸类1 种、其他类18 种。
通过Upset 图可以看出火锅底料样品的挥发性物质数量和共有物质,如图1 所示,牛油火锅底料S1、S2、S3、S4 的挥发性物质种类最多,为55 ～59 种;植物油火锅底料S9、S10、S11、S12 的挥发性物质种类较少,为38 ～49 种,其中S10 挥发性物质种类最少;混合油火锅底料S5、S6、S7、S8 挥发性物质种类居中,为47 ～52 种。 这是因为牛油和植物油中所含脂肪酸的种类和比例不同,可能会影响挥发性物质的溶出效果[7],牛油更有利于从香辛料中溶出更多种类挥发性物质[8]。
图1 挥发性物质Upset 图
Fig.1 Upset plot of volatile compounds
12 款市售火锅底料中共有11 种挥发性物质,分别为α-侧柏烯、桧烯、β-月桂烯、α-萜品烯、D-柠檬烯、α-姜黄烯、橙花醛、乙酸芳樟酯、芳樟醇、( - )-4-松油醇、醋酸,这与Yu 等[9]在火锅底料中发现的挥发性物质相同。 牛油与混合油火锅底料挥发性物质种类相似,其中γ-松油烯、( -)-β-榄香烯、乙酸松油酯、乙酸香叶酯、橙花醇5 种成分仅在这2 种类型火锅底料中检出。 清油火锅底料中特有的挥发性物质有5 种,为3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、烯丙醇、( -)-β-蒎烯、2,5-二甲基吡嗪、6-甲基-5-庚-2-酮。
图2 是火锅底料挥发性物质含量图,由图2 可知,火锅底料样品中挥发性物质总量为1 136. 16 ～11 194.79 μg/kg,S10 总含量最低,S8 总含量最高,S7、S4、S3 总含量依次减少。 由表1 可知,S9 和S10配料表相同,S10 的挥发性物质种类最少,总含量最低,这可能与S10 香辛料添加量较少有关。 S8、S7、S4、S3 中挥发性物质总量相较其他样品较高,这可能与其既添加香辛料又添加食用香精香料有关。 由图2可知,火锅底料中主要挥发性物质为萜烯类,约占总挥发性物质含量的69% ～88%,含量为926. 35 ～8 080.86 μg/kg,其中S10 中含量最低,S8 中含量最高。 火锅底料中萜烯类物质含量高可能是因为辣椒、花椒等香辛料中主要挥发性物质为萜烯类物质,且萜烯类物质多具有亲油性,易从香辛料中溶出[10]。
图2 挥发性物质含量
Fig.2 Contents of volatile compounds
火锅底料中酯类物质含量在牛油火锅底料与植物油火锅底料之间具有显著性差异,这可能与郫县豆瓣酱的添加有关。 郫县豆瓣酱添加量较高,其富含的多种挥发性物质能直接赋予火锅底料独特风味。 郫县豆瓣酱中主要挥发性物质为酯类和醇类,且红油豆瓣酱和郫县豆瓣酱的挥发性物质种类和含量具有显著性差异[11],这可能是火锅底料样品间酯类物质含量具有显著性差异的原因。 此外,火锅底料中醋酸主要来源于豆瓣酱[12]和牛油[13],因此各类火锅底料中均检测出醋酸。 其中牛油型火锅底料和混合油型火锅底料中醋酸含量显著高于植物油型火锅底料。
火锅底料中醚类物质含量较低,但混合油火锅底料S8 中醚类物质显著高于其他火锅底料。 火锅底料中醚类物质主要为茴香脑和对烯丙基苯甲醚,主要来源于八角,具有甜味和辛香味[14]。 样品S8 中醚类物质含量最高,可能其香辛料中八角添加比例较高。 此外,火锅底料中硫醚类物质含量较低,这可能与姜蒜在火锅底料炒制初期添加有关。 大蒜破碎后生成的大蒜素能分解形成硫醚类物质,如二烯丙基二硫醚、二烯丙基三硫醚等,为火锅底料提供硫醚类物质。 但在火锅底料炒制过程中,高温会降低大蒜素生成效率,从而导致火锅底料成品中硫醚类物质含量较低[15]。
2.2 火锅底料差异性物质分析
为分析不同油脂类型火锅底料挥发性物质的差异,将12 款市售火锅底料的挥发性物质绘制成聚类热图。 如图3 所示,12 款市售火锅底料聚为三类,其中植物油火锅底料S9、S10、S11、S12 聚为一类;S3、S4、S7 和S8 聚为一类;S1、S2、S5 和S6 聚为一类。 植物油火锅底料含有较高的3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、二烯丙基二硫醚、二甲基二硫醚等;S3、S4、S7 和S8含有较高的萜烯类化合物(α-侧柏烯、桧烯、β-月桂烯、α-萜品烯、D-柠檬烯等)和酯类化合物(乙酸芳樟酯、α-乙酸松油酯、乙酸香叶酯等);S1、S2、S5 和S6萜烯类化合物和酯类化合物含量较低。 3-甲基丁醛和2-甲基丁醛主要源于干辣椒与植物油在高温条件下发生Strecker 降解反应,因此植物油火锅底料中这2 种物质含量较高[16]。 二烯丙基二硫醚和甲基二硫醚主要源于生姜和大蒜[17],植物油火锅底料中硫醚类物质含量较高,表明该类型火锅底料中姜蒜添加比例较高。 乙酸芳樟酯和乙酸香叶酯在香叶中含量较高,桧烯、β-月桂烯、D-柠檬烯等萜烯类物质在花椒等香辛料中含量较高,表明S3、S4、S7 和S8 这类火锅底料香辛料添加量较高。
图3 火锅底料聚类热图
Fig.3 Clustering heatmap of hot pot seasoning
为了突出不同火锅底料样品的组间差异,建立PLS-DA 模型。 在挥发性化合物模型中,R2 X =0.903,R2Y =0.987,Q2 =0.973,均大于0.9,说明模型可预测度较好。 经过200 次置换得到模型的交叉验证结果,如图4-a 所示,Q2 与y 轴交于负半轴上,表明该模型未过拟合,模型稳定性和预测能力高。 图4-b 为挥发性物质的PLS-DA 得分图,与聚类热图分类结果相同。 变量重要性投影值(variable importance in project,VIP)通常用于评价PLS-DA 模型中变量的重要程度。VIP 值越高,表明该物质在样品差异分析中越重要[18]。一般认为VIP ＞1 的变量对样品区分有重要作用。 由图4-c 可知,共有20 种挥发性化合物的VIP ＞1,分别是芳樟醇、D-柠檬烯、β-月桂烯、醋酸、对烯丙基苯甲醚、乙酸芳樟酯、乙酸丁酯、1-羟基-2-丙酮、(Z)-β-罗勒烯、乙基麦芽酚、烯丙基甲基三硫醚、桧烯、γ-松油烯、茴香脑、乙酸丙酯、3-乙烯基-1,2-二噻代环己-4-烯、α-侧柏烯、(E)-β-罗勒烯、( -)-4-松油醇、α-松油烯。 其中9 种挥发性物质为萜烯类物质,这表明不同油脂对香辛料中萜烯类物质溶出效果影响较大。
图4 挥发性物质的PLS-DA
Fig.4 PLS-DA plot of volatile compounds
2.3 挥发性物质OAV 及关键气味标志物筛选
火锅底料的整体风味受挥发性物质含量和阈值影响,OAV 可用于评估挥发性物质对风味的贡献,OAV≥1 的成分对风味有贡献,OAV ＞10 的成分对风味有重要贡献,OAV 越大对风味贡献越大[19]。 OAV≥1可视为该物质为关键气味物质。 查询挥发性化合物在油中的阈值并计算其OAV,结果如表2 所示。 结果表明,所有样品中共有20 种物质OAV≥1。
表2 主要挥发性物质的OAV
Table 2 OAV of major volatile compounds
物质名称香味类型[14,20-22]阈值/(ng/g)[23-26]OAV S1S2S3S4S5S6S7S8S9S10S11S12 β-月桂烯果香131718878559451018751103541 α-松油烯柠檬香80012211221011 D-柠檬烯柠檬香1 800001111111011(E)-β-罗勒烯花香、草香34003323320010 γ-松油烯柑橘香65112312230000石竹烯柑橘香64110100120000(Z)-β-罗勒烯花香、草香34015602661011庚醛脂肪香36120671331011癸醛脂肪香5222320710000( +)-香茅醛花香28010100110000乙酸芳樟酯木质香93115531510020己酸乙酯果香40000000000004芳樟醇花香、木质香3765825961503092703492031茴香脑甜味15711901510480000二烯丙基三硫醚洋葱味0.2213260283290330000二烯丙基二硫醚洋葱味30310542320121对烯丙基苯甲醚辛香、薄荷香600473206401960000二甲基三硫醚辛香0.030000000001121010烯丙基甲基三硫醚大蒜味、洋葱味0.03463 2372002 654 1 9070064151171115二烯丙基硫醚大蒜味、洋葱味2.6000000000130
注：阈值的介质为油;香味类型来源于pubchem (https：/ /pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/)和相关参考文献[14,20-22];阈值来源参考文献[23-26]。
在牛油和混合油火锅底料中,β-月桂烯、芳樟醇、茴香脑、乙酸芳樟酯和D-柠檬烯为关键气味物质,这与Li 等[23]采用气相色谱-嗅闻-质谱联用技术(gas chromatography-olfactometry-mass spectrometry, GC-OMS)结合OAV 对牛油火锅底料鉴定出的关键气味物质相符。 D-柠檬烯在挥发性物质中占比较高,但大部分样品中其OAV 为1,其对整体气味贡献有限,这与其阈值较高相关。 此外,β-月桂烯和芳樟醇也为植物油火锅底料的关键气味物质,这与Wang 等[24]通过GC-O-MS探究植物油火锅底料的挥发性物质结果一致。
癸醛是牛油中的关键气味物质,赋予牛油和混合油火锅底料脂肪味,因此在牛油和混合油火锅底料中检出而清油火锅底料中未检测出[27]。 醛类物质主要来源于脂肪酸的氧化、氨基酸Strecker 降解反应[28],不同脂肪酸氧化产生醛类物质不同,如亚油酸氧化能产生癸醛和庚醛,油酸氧化产生辛醛和壬醛[29],牛油和植物油中均含有亚油酸且亚油酸易被氧化,因此大部分样品中检出癸醛和庚醛,尽管其含量较低,但气味阈值较低,对风味具有贡献。
二烯丙基三硫醚、二烯丙基二硫醚、对烯丙基苯甲醚、和烯丙基甲基三硫醚等硫醚类物质主要源于洋葱、大蒜、葱等香料,呈现辛香、洋葱味和大蒜味,在大部分样品中为关键气味物质,这与Yu 等[25]和王斯源等[26]通过GC-O-MS 探究牛油和植物油火锅底料中挥发性物质变化所得到的研究结果相同。
将OAV≥1 和VIP ＞1 的物质视为火锅底料的关键差异性挥发性物质。 通过对OAV ≥1 的20 种与VIP ＞1 的20 种挥发性物质进行综合分析,发现OAV≥1且VIP ＞1 的挥发性物质共有11 种,包括β-月桂烯、α-松油烯、D-柠檬烯、γ-松油烯、(E)-β-罗勒烯、(Z)-β-罗勒烯、乙酸芳樟酯、芳樟醇、茴香脑、对烯丙基苯甲醚和烯丙基甲基三硫醚。
对这11 种挥发性物质在各样品中的含量进一步进行比较,发现S3、S4、S7 和S8 火锅底料中β-月桂烯、α-松油烯、γ-松油烯、D-柠檬烯、(E)-β-罗勒烯、(Z)-β-罗勒烯和芳樟醇含量较高。 火锅底料中β-月桂烯和D-柠檬烯主要来源于干辣椒、花椒等香料,具有果香和柠檬香[20-21]。 (E)-β-罗勒烯和(Z)-β-罗勒烯主要来源于小茴香,具有花香、草香[22]。 芳樟醇是红花椒中的关键香味物质[30],具有典型花香。 这5 种成分含量高表明该类火锅底料可能偏向果香和花香。 植物油火锅底料中β-月桂烯、α-松油烯、D-柠檬烯、(E)-β-罗勒烯、(Z)-β-罗勒烯和芳樟醇含量较低,表明植物油火锅底料的果香和花香风味可能较淡。
3 结论
本研究利用HS-SPME/GC-MS 技术对不同油脂类型火锅底料中挥发性物质进行检测,发现挥发性物质主要由萜烯类、醇类、酯类、醛类组成。 不同油脂类型火锅底料挥发性物质种类和含量具有显著性差异,牛油火锅底料挥发性物质种类多、含量高,植物油火锅底料挥发性物质含量较低、种类较少,混合油型呈现牛油型与植物油型之间的过渡特征。 通过聚类分析可知,油脂类型显著影响挥发性物质组成与含量,通过计算VIP 值和OAV,筛选出11 种关键差异性挥发性物质,为β-月桂烯、α-松油烯、D-柠檬烯、γ-松油烯、(E)-β-罗勒烯、(Z)-β-罗勒烯、乙酸芳樟酯、芳樟醇、茴香脑、对烯丙基苯甲醚和烯丙基甲基三硫醚,通过比较含量发现,牛油火锅底料更突出花香和果香,植物油火锅底料风味较淡。 本研究探究了火锅底料油脂类型与风味的关联,筛选的关键挥发性物质能为优化火锅底料风味提供依据。 未来可在此基础上进一步研究牛油和植物油的混合比例对火锅底料的风味影响。
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