麻辣火鍋底料風味物質(zhì)及影響其形成因素的研究進展

謝躍杰，韓燕，許晶冰，任彥榮,熊政委，王強*

(1.重慶第二師范學院 生物與化學工程學院，重慶 400067; 2.重慶市食品藥品檢驗檢測研究院，重慶 401121)

風味是影響食品食用品質(zhì)，特別是感官品質(zhì)最重要的因素之一，同時也是影響人們消費偏好和購買習慣的重要因素[1]。Courtney Humphries[2]在NATURE上發(fā)表“Delicious Science”一文，提出分子美食學概念。旨在利用科學的手段研究食物在烹飪風味時究竟發(fā)生了怎樣的變化。盡管烹飪食物的方式世代相傳，但其中很多變化并未闡釋清楚，特別是食物的風味。分子美食學的提出，就是針對這些未知的變化，去尋找對應(yīng)物質(zhì)或化學物理變化來解釋各種烹飪現(xiàn)象。由此可見，對食物揮發(fā)性風味物質(zhì)的研究，特別是從分子層面，已經(jīng)成為研究熱點。

火鍋，起源于民間，歷史悠久。現(xiàn)已成為全國家喻戶曉且熟知喜愛的一種飲食方式。麻辣火鍋，最早出現(xiàn)于明末清初的嘉陵江畔、碼頭等地。目前，以重慶火鍋為代表的麻辣火鍋已流傳全國，甚至香飄海外。可以看出，麻辣火鍋，以其麻辣鮮香和濃郁的風味，深受消費者的青睞，具有良好的市場前景[3]。那么，火鍋底料在進行工業(yè)化生產(chǎn)時，如何保證其特有的風味，火鍋在熬煮過程中風味的釋放以及控制等問題，均需要對火鍋的揮發(fā)性風味物質(zhì)有確切的認識，并以此為基礎(chǔ)來研究火鍋風味形成的機理。

本文綜述了火鍋底料風味的檢測方法，影響麻辣火鍋底料風味形成的因素，包括基礎(chǔ)原料、火鍋用油和熬煮加工工藝，火鍋底料風味釋控技術(shù)和各種風味火鍋底料新產(chǎn)品。了解各種原料的主要揮發(fā)性風味物質(zhì)，并結(jié)合生產(chǎn)工藝，探討它們對麻辣火鍋底料風味的影響，為火鍋底料產(chǎn)業(yè)研發(fā)新產(chǎn)品、改進加工工藝提供理論依據(jù)和參考。

1 麻辣火鍋風味物質(zhì)的分析

1.1 火鍋風味物質(zhì)的提取

目前的研究表明，火鍋底料的揮發(fā)性風味成分和主體風味物質(zhì)主要是利用同時蒸餾萃取、固相微萃取和水蒸氣蒸餾等方法對其進行提取。劉洋等[4]采用同時蒸餾萃取法對火鍋底料的揮發(fā)性風味物質(zhì)進行提取，得到包括烴類、醛類、醇類、酸類、酮類、酯類和醚類等90種化合物，其中3-蒈烯、石竹烯、α-水芹烯、香葉醇、芳樟醇、乙基麥芽酚等對香味貢獻較大。也有學者采用同樣的方法對市售10種川渝地區(qū)特色紅油火鍋底料的揮發(fā)性風味物質(zhì)進行了測定[5]。結(jié)果表明，醇類、醛類、酮類、酯類和烴類以及其他化合物均存在于被測樣品中，有12種化合物共同存在于10種火鍋底料揮發(fā)性風味物質(zhì)中，分別為芳樟醇、4-萜品醇、乙酸芳樟酯、棕櫚酸甲酯、α-蒎烯、莰烯、3-亞甲基-6-(1-甲基乙基)環(huán)己烯、月桂烯、羅勒烯、γ-萜品烯、石竹烯和茴香腦，可以明確這12種物質(zhì)中的某幾種一定是麻辣火鍋底料的主體風味物質(zhì)。進一步通過主成分分析，得到第一主成分為其他化合物、醛類化合物和烴類化合物，也說明這12種物質(zhì)中的烴類化合物和醛類化合物并不是麻辣火鍋的主體風味物質(zhì)。近期，也有用水蒸氣蒸餾法來提取火鍋底料中的揮發(fā)性風味成分的研究，結(jié)果顯示共得到35種物質(zhì)，主要的香味成分有芳樟醇、右旋萜二醇、檜烯、桉葉油醇、茴香腦、月桂烯等，從提取效率來看，并不是最好，但還是能得到一些和同時蒸餾萃取法相同的揮發(fā)性風味物質(zhì)[6]。盡管同時蒸餾萃取是一種被公認的能全面提取食品中揮發(fā)性化合物的方法，但它也有缺陷。一些敏感性物質(zhì)，如不飽和脂肪酸、萜類等在高溫下容易發(fā)生氧化反應(yīng)。另外，由于長時間高溫，容易發(fā)生酯化反應(yīng)、美拉德反應(yīng)和降解反應(yīng)等，引入新的物質(zhì)[7]。同時，火鍋底料的風味也會隨著高溫熬煮發(fā)生變化，因此同時蒸餾萃取用于火鍋底料不同熬煮時間、不同熬煮溫度等條件下的風味物質(zhì)提取并不容易。所以，這里引入了另一種香氣物質(zhì)萃取方式，固相微萃取法。根據(jù)Kataoka等的描述[8]，固相微萃取針頭上包被的聚合固定相在樣品吸附的過程中就像“海綿”一樣，能夠?qū)⒂袡C化合物濃縮聚集在上面，并且根據(jù)萃取針上覆蓋的材料的不同，對揮發(fā)性有機化合物的吸附具有選擇性。可以說，這就相應(yīng)地擴大了固相微萃取的使用范圍，針對特定的目標物質(zhì)可以選擇不同的包被材料。另外，根據(jù)不同的涂層厚度，其吸附效果也各有差異。例如，非極性的聚二甲硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)纖維涂層就能很好地用于許多非極性的揮發(fā)性風味化合物的提取，而極性的聚丙烯酸酯(polyacrylate,PA)纖維涂層更適合于諸如酚類和醇類等的極性化合物的提取。針對這兩種不同的提取方法，有學者將其對火鍋底料風味物質(zhì)的提取進行了比較研究，結(jié)果表明兩種方法在火鍋底料中共同萃取到17種物質(zhì)，分別是(S)-氧化芳樟醇、芳樟醇、4-萜烯醇、2-茨醇、α-萜品醇、苯乙醛、辛醛、反-2-壬烯醛、檸檬醛、反-2,4-癸二烯醛、乙酸芳樟酯、2-蒎烯、莰烯、月桂烯、α-水芹烯、茴香腦和二烯丙基二硫，其中芳樟醇相對含量最高，來源于天然植物香料，其次是茴香腦，來源于八角、小茴香等香料物質(zhì)[9]。雖然同時蒸餾萃取法得到的物質(zhì)多于固相微萃取法，但其中無風味貢獻的烴類物質(zhì)較多，效率不如固相微萃取。當然，萃取方法還很多，不同萃取方式對火鍋底料風味物質(zhì)提取效率的比較研究太少，這也是值得去研究的一個方向。

1.2 火鍋風味物質(zhì)的檢測

火鍋的風味物質(zhì)檢測主要利用的儀器設(shè)備為氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀和氣相色譜-嗅聞儀。劉娜[10]采用氣相色譜-質(zhì)譜法和氣相色譜-嗅聞儀對紅油火鍋底料香氣成分以及涮煮前、后香氣變化進行了測定，涮煮前、后共鑒定出39種香氣成分，其中茴香腦、D-檸檬烯、乙酸芳樟酯和芳樟醇被認為是火鍋底料的主要揮發(fā)性風味物質(zhì)。前面提到的幾位研究者，也均采用了氣相色譜-質(zhì)譜儀法來檢測火鍋底料的揮發(fā)性風味物質(zhì)，只是用到的毛細管色譜柱和升溫程序有所不同。例如，劉洋在實驗中用的是DB-WAX毛細管色譜柱，曾朝懿等用的是Rtx-5毛細管色譜柱，陳艷等用的是HP-5MS石英色譜柱，DB-WAX的固定相為聚乙二醇，極性柱；而Rtx-5和HP-5MS的固定相為5%苯基，1%乙烯基甲基硅氧烷，是非極性柱。盡管有的物質(zhì)能進行分離，但是不同的固定相和極性會極大地影響提取效率。當然，這些研究都是對化合物進行相對含量的定量，并沒有對其進行絕對含量的計算以及與各種化合物的閾值進行比較。因此，這些物質(zhì)是否真的對火鍋底料風味有重要貢獻并不十分明確。在食品風味物質(zhì)的研究中，一般通過香氣活度值法(odor activity value, OAV)，即某一種香氣的實際含量與其在某體系中的閾值之間的比較是否大于1來確定該香氣物質(zhì)對整體風味有顯著影響。在研究火鍋底料風味物質(zhì)的文獻中并未看到相關(guān)報道。另外，香氣提取物稀釋法(aroma extract dilution analysis, AEDA)和遺漏試驗(omission experiment)來確定主體風味物質(zhì)及其各組分對總體風味的貢獻值[11-13]。電子鼻、電子舌等智能感官設(shè)備已逐漸廣泛應(yīng)用于食品香氣、風味的研究中，而火鍋底料的相關(guān)研究未見報道。也有研究將所得到的電子鼻、電子舌和氣相色譜-質(zhì)譜儀分析得到的數(shù)據(jù)進行主成分分析(principal component analysis, PCA)和聚類分析(cluster analysis, CA)來確定主體風味物質(zhì)[14,15]。但將上述方法用于火鍋底料風味物質(zhì)的相關(guān)研究也未見報道。如果將這些儀器設(shè)備和方法應(yīng)用于火鍋底料香氣的研究，必將推動這個領(lǐng)域取得較大進展。

2 影響麻辣火鍋底料風味形成的因素

2.1 火鍋底料基礎(chǔ)配方

火鍋底料麻辣鮮香的風味與底料配方組成有著極大的關(guān)系。有研究報告稱，經(jīng)過民族植物學調(diào)查發(fā)現(xiàn)，中國火鍋里用到的香辛料和調(diào)味品共計67種，包括了82個植物種類、50個屬以及26個科[16]。不同火鍋底料的成分組成和用量都不盡相同。由此可見，火鍋底料香氣的來源廣，影響火鍋底料風味的因素多，不易鑒定。通常麻辣火鍋底料的基礎(chǔ)原料配方為：植物油、郫縣豆瓣、干辣椒、蔥、姜、蒜、冰糖、黃酒、八角、桂皮、小茴香、鹽和味精。

汪敏[17]的研究表明，添加發(fā)酵辣椒的火鍋底料中香氣物質(zhì)種類比鮮辣椒和鹽漬辣椒火鍋底中料明顯增加，同時發(fā)現(xiàn)鮮辣椒火鍋底料中風味物質(zhì)比傳統(tǒng)火鍋更多。影響麻辣火鍋底料品質(zhì)的因素和影響程度為：辣椒添加量>香辛料添加量>姜、蒜添加量>食鹽添加量；而最優(yōu)組合為：辣椒添加量15%，香辛料添加量0.5%，姜、蒜添加量12%，食鹽添加量8%。此研究從色澤、香氣、口感、形態(tài)和舒適感這幾個方面進行綜合評分，體現(xiàn)麻辣火鍋的整體感官，并未對火鍋底料香氣進行單獨研究。一般來講，植物油的揮發(fā)性風味物質(zhì)一般以醛類、雜環(huán)類為主[18,19]，其本身對火鍋底料風味的貢獻不明顯，但植物油結(jié)合干辣椒在高溫下能將辣椒油的揮發(fā)性香氣物質(zhì)更好地釋放出來。通過頂空固相微萃取-氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用，能得到辣椒油中的風味物質(zhì)主要有2,3-戊二酮、(E,E)-2,4-壬二烯醛、3-甲基丁醛、2-甲基丁醛、2-甲基丙醛、二甲基硫、4-羥基-2,5-二甲基-3(2H)呋喃酮(HDMF)、乙酸、 1-辛烯-3-醇、呋喃類、萜烯類和烯醛類等，對整體香氣貢獻了酯香、麥芽香、果香和豆香等風味[20]。劉平等[21]用同時蒸餾萃取技術(shù)提取郫縣豆瓣中的揮發(fā)性風味物質(zhì)，結(jié)果表明異戊醛、芳樟醇、油酸甲酯等醛類、醇類和酯類相對含量較高。其中，異戊醛、2-甲基丁酸乙酯、異戊酸乙酯、3-甲硫基丙醛、苯乙醛、四甲基吡嗪、芳樟醇、苯乙醇、2-乙基苯酚和4-乙基愈創(chuàng)木酚被確定為一級傳統(tǒng)郫縣豆瓣的特征風味物質(zhì)[22]。眾所周知，蔥的主要揮發(fā)性風味物質(zhì)是含硫化合物和少量的低級醇類、醛類、酮類和酯類等。而含硫化合物中又以硫醚類，特別是二丙基二硫醚的含量最高，因而此成分為蔥屬植物的主要風味物質(zhì)[23]。王強偉等采用頂空固相微萃取聯(lián)合氣相色譜質(zhì)譜分析鮮姜的主要揮發(fā)性成分為姜烯、桉葉油醇、β-倍半水芹烯、β-紅沒藥烯、α-姜黃烯、香葉醛和α-金合歡烯[24]。大蒜的風味主要來源于大蒜中的揮發(fā)性含硫化合物，例如蒜氨酸和二烯丙基三硫醚[25]。黃酒中異丁醇OAV值最高，還有異丁酸、乙酸乙酯和苯乙醇等其他一些揮發(fā)性物質(zhì)[26]。茴香腦、異松油烯、萜品烯、金合歡烯、α-胡椒烯等是八角茴香的主要揮發(fā)性風味物質(zhì)[27]。肉桂醛是桂皮揮發(fā)性風味物質(zhì)的主要成分，還有萜烯類、2-鄰甲氧基肉桂醛、2,3-二氫苯并吡喃-4-酮等[28]。從以上麻辣火鍋基礎(chǔ)底料各類物質(zhì)揮發(fā)性香氣成分可以看出，郫縣豆瓣、鮮姜、八角、茴香和桂皮對麻辣火鍋底料的整體香氣有重要貢獻。

2.2 火鍋底料油脂種類

火鍋底料需要高溫的油來熬制，在食用過程中還需加入水與底料一起熬煮。因此，脂溶性揮發(fā)性風味物質(zhì)可能被先提取出來，而水溶性滋味物質(zhì)氨基酸、核苷酸增香成分，隨著熬煮食材的不同逐漸溶于火鍋底料之中，形成火鍋特有的香味。傳統(tǒng)火鍋底料一般添加牛油進行熬制，但由于其飽和脂肪酸含量高，不利于健康，因此有研究采用棕櫚硬脂來代替或者部分代替牛肉來研究其對火鍋底料的影響[29]。有實驗結(jié)果表明，棕櫚硬脂與牛肉體積比值為2.4∶5時，火鍋底料具有良好的口感與風味，食用級棕櫚硬脂能運用于火鍋底料的生產(chǎn)[30]。棕櫚油復(fù)合火鍋底料主要風味物質(zhì)芳樟醇、茴香腦和乙酸芳樟酯的相對含量隨著貯藏時間的增加而減少[31]。有研究表明，牛油在熬煮過程中，其牛油風味的前體物質(zhì)如己醛、1-辛烯-3-醇、2,4-癸二烯醛和2,4-庚二烯醛的含量在140 ℃下熬煮2 h達到最高值。其牛肉風味與過氧化值呈正相關(guān)，而不良氣味與酸價高度相關(guān)[32]。

2.3 火鍋熬煮工藝

但曉容等[33]采用全自動炒制工藝對牛肉火鍋底料進行加工，采用響應(yīng)面法優(yōu)化了最佳工藝條件，解決了牛肉火鍋底料久熬味淡的難題。火鍋原料油脂在加工及貯藏過程中，會受眾多因素影響發(fā)生化學變化，導(dǎo)致油脂氧化酸敗。有研究表明，火鍋底料熬煮之后，丙二醛、過氧化值和酸價含量都會增加，而牛油火鍋底料中過氧化值增長量是棕櫚硬脂火鍋底料的2倍[34]。丁曉雯等[35]研究火鍋底料熬煮過程中油脂質(zhì)量的變化，結(jié)果表明長時間熬煮之后，火鍋油脂的酸價、過氧化值和丙二醛都有顯著升高。

熬煮對于火鍋底料風味影響的研究幾乎沒有，主要集中在油脂的氧化、罌粟殼中的生物堿和一些重金屬元素在火鍋熬煮過程中的溶出等一些安全性研究[36,37]。其實，火鍋底料在實際熬煮過程中，會出現(xiàn)風味變淡或者變濃的現(xiàn)象。目前，有研究表明雞肉精膏和雞肉粉對火鍋整體風味及口感的提升具有關(guān)鍵作用[38]。由于其系天然肉類提取物，耐熱性好，隨著熬煮時間的延長，風味反而更加濃郁。但引起熬煮過程中風味變化的機理并不清楚，也未見相關(guān)報道。

2.4 風味釋放

早在1986年Hall R L就提出食品風味是食物客觀性質(zhì)使人產(chǎn)生的感覺印象的綜合，包括了味覺、嗅覺、痛覺、觸覺和溫覺等，這些都可以通過咀嚼食物，使風味在口腔進行釋放，食物破碎程度、唾液和蒸氣等直接影響人對風味的感知[39]。也有研究認為，由于食品是一個復(fù)雜多相體系，風味化合物在食品中不同相中的擴散特性與食品產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和組織特性密切相關(guān)[40]。可以看出，風味的釋放不僅與人的感知能力相關(guān)，更與碳水化合物、蛋白質(zhì)以及脂肪等食品體系組成成分有關(guān)。王迪等[41]闡述了碳水化合物與風味物質(zhì)相互作用的機制，包括擴散、膠凝鎖定效應(yīng)、微區(qū)俘獲作用和分子相互作用。同時，認為風味物質(zhì)的揮發(fā)性、化學官能團、極性、分子量和鏈長度等幾種性質(zhì)會影響到前述的相互作用。食物組織結(jié)構(gòu)，例如交聯(lián)程度對風味的釋放有影響。蛋白催化發(fā)生交聯(lián)后形成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能起到保留蛋白質(zhì)，促進脂質(zhì)氧化反應(yīng)，抑制風味化合物揮發(fā)的作用[42]。針對火鍋底料風味的釋放，或許更多地與油脂及油脂相關(guān)的脂肪酶有關(guān)。目前，考慮更多的是如何在食用火鍋時，能將火鍋特有風味緩慢釋放出來。根據(jù)斯波[43]關(guān)于緩釋與非緩釋的解釋：非緩釋，即通過加熱造成風味極大消失。為了避免火鍋邊吃邊煮的食用方式帶來的香氣過快釋放，研究揮發(fā)性風味緩慢釋放十分必要。

最新的研究表明，火鍋底料中常用的香辛料，例如八角茴香、草果、小茴香、月桂、山奈、甘草、丁香、桂皮、肉豆蔻和砂仁等的顆粒粗細對火鍋底料香氣的釋放速度和持久性均有影響[44]。可以根據(jù)此法得出結(jié)論，初步設(shè)計香氣緩慢釋放的包埋微粒粒徑大小，有助于進一步研究火鍋底料香氣緩慢釋放技術(shù)。

3 風味火鍋底料新產(chǎn)品

目前，火鍋底料的主要風味還是以麻辣香型為主。與此同時，清油火鍋底料產(chǎn)品也越來越多。相比于傳統(tǒng)的牛油火鍋，在清油火鍋中添加雞汁復(fù)合物能夠增加湯料的厚重感，使其具有濃郁的風味[45]。清油火鍋底料產(chǎn)品很大程度上迎合了許多清淡飲食消費群體。那么，鮮味對于清油火鍋底料風味來講，就顯得尤為重要。酵母抽提物對火鍋底料的鮮味有顯著的提升作用。由于其含有天然的谷氨酸、核苷酸、多種小分子肽以及20余種氨基酸，口感風味自然，被認為是三大鮮味物質(zhì)中唯一具有食品屬性的一種[46]。因此，它在火鍋底料風味的研發(fā)中是一種天然良好的改良劑，對于提升火鍋底料風味有很大幫助。另外，根據(jù)地方飲食文化特點，為了滿足這些消費人群的要求，近年來也有一些非傳統(tǒng)風味火鍋底料產(chǎn)品的研究報道，例如：甘蔗汁火鍋底料、茶香火鍋底料、香椿火鍋底料、水族酸湯火鍋底料以及清涼火鍋底料[47-51]，有助于火鍋底料產(chǎn)業(yè)的多元化發(fā)展。

4 結(jié)論與展望

從目前的研究看，關(guān)于麻辣火鍋底料風味的研究還停留在簡單地測定其風味成分以及一些加工貯藏工藝對其風味的影響等方面。在火鍋底料風味形成機理、香氣釋放控制及其影響因素等方面還有待深入研究。主要從如下幾個方面開展工作：

首先，火鍋底料風味形成的機理尚不明確，這直接影響到對其原材料組成、油和香辛料等的選擇，關(guān)系到火鍋底料風味標準化建立的進程；其次，火鍋底料炒制工藝關(guān)鍵參數(shù)的確定，特別是控制風味的加工技術(shù)，對推進火鍋底料工業(yè)化生產(chǎn)具有較強的實際指導(dǎo)意義；再次，針對火鍋底料香氣緩慢釋放控制技術(shù)應(yīng)進行深入技術(shù)性研究，從而確保火鍋底料產(chǎn)業(yè)在走出川渝、邁向全國、銷往世界的同時，能保證其穩(wěn)定真實的口感與風味。綜上所述，火鍋作為大眾型食品消費產(chǎn)品，已經(jīng)廣受青睞，深入人心。隨著國家“一帶一路”戰(zhàn)略的推進，火鍋底料產(chǎn)業(yè)將隨著中華文化、火鍋文化的傳播，邁向新的發(fā)展高度。