基于非線性泛函理論的火鍋底料風(fēng)味特征組分分析

吳 杰

(重慶科創(chuàng)職業(yè)學(xué)院，重慶 402160)

非線性泛函分析屬于數(shù)學(xué)中的新分支，近年來(lái)隨著科技進(jìn)步，非線性泛函分析發(fā)展迅速，并在科學(xué)研究中獲得了極為廣泛的應(yīng)用[1]。除了非線性泛函的數(shù)學(xué)手段之外，這一學(xué)科貫穿了哲學(xué)中的特殊與一般、對(duì)立與統(tǒng)一、量變與質(zhì)變、否定之否定的研究思想。本文對(duì)于火鍋底料物質(zhì)成分、含量的研究基于非線性泛函分析的思路來(lái)進(jìn)行[2,3]。通過(guò)對(duì)火鍋底料成分、火鍋底料風(fēng)味特征影響程度的大小確定主要特征成分。

火鍋是我國(guó)獨(dú)特的一種美食，因?yàn)槌煞值牟煌蛊渚哂懈魇斤L(fēng)味?；疱佁貏e的口感和香味獲得了巨大的消費(fèi)群體[4]。在四川、重慶等地，更是具有大批的火鍋擁躉者。不同火鍋的風(fēng)味主要取決于湯鹵、烹煮工藝、油脂含量、香料等[5]。本文運(yùn)用蒸餾萃取法對(duì)火鍋中的風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行提取，避免火鍋樣品在轉(zhuǎn)移過(guò)程中的溶劑損失，減小誤差；另外，還可以很大程度上節(jié)省萃取試劑，節(jié)約成本。從以往的文獻(xiàn)來(lái)看，Gracia P Blanch對(duì)果酒醋的成分進(jìn)行了分析，分離出61種揮發(fā)性成分；劉洋等對(duì)三鮮火鍋的湯料進(jìn)行研究，表明海底撈火鍋底料的香氣成分中含有90余種物質(zhì)[6]。本文采用主成分分析的方法，首先對(duì)影響火鍋底料成分較大的物質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)，選取了四川、重慶等地有代表性的火鍋底料進(jìn)行主成分分析，接下來(lái)對(duì)影響火鍋底料風(fēng)味特征的主要物質(zhì)提取，歸類(lèi)后，作為火鍋底料的配制和風(fēng)味控制的理論依據(jù)和參考指標(biāo)[7]。

1 材料與方法

1.1 材料和儀器

材料：渝城老媽紅湯底料(S1)、渝城老媽菜籽油底料(S2)、渝城紅湯紅香底料(S3)、四川丹丹菜籽油底料(S4)、川城麻辣底料(S5)、川德牛油底料(S6)。

試劑：二氯甲烷(AID)、無(wú)水硫酸鈉(AID)，青島市科龍?jiān)噭┯邢薰尽?/p>

儀器：蒸餾-萃取設(shè)備 吉林通化器械設(shè)備有限公司；GC2010氣相色譜-質(zhì)譜儀 日本島津公司。

1.2 提取方法

采用SDE法分別對(duì)6種火鍋底料中的揮發(fā)性物質(zhì)進(jìn)行提取。步驟如下：首先稱取90 mL樣品溶液，置于A端圓底燒瓶與盛有二氯甲烷的B端圓底燒瓶中，分別進(jìn)行加熱，樣品液需要煮沸加熱至120 ℃，萃取過(guò)程于水浴鍋中進(jìn)行，將樣品液加熱至65 ℃條件下進(jìn)行萃取[8]。萃取后的溶液用無(wú)水硫酸鈉進(jìn)行干燥，并將萃取液濃縮至2 mL容量，為后續(xù)的測(cè)定做準(zhǔn)備[9]。

色譜條件：色譜柱型號(hào)Rtx-5，進(jìn)樣量1 mL，進(jìn)樣口溫度230 ℃，設(shè)定氦氣流速為1.0 mL/min，設(shè)定溫度初始值為60 ℃，升溫梯度設(shè)定為5 ℃/min，直至160 ℃，后續(xù)的升溫梯度設(shè)定為10 ℃/min，直至230 ℃為止，恒溫保存時(shí)間為10 min[10]。

質(zhì)譜條件：EI離子源溫度為250 ℃；施加70 eV電子能量；掃描區(qū)間為40～350 m/z；分析延時(shí)4.5 min。

本文采用兩個(gè)并列條件作為主成分的選取標(biāo)準(zhǔn)：特征值大于1的成分；達(dá)到80%以上累積貢獻(xiàn)率的成分。將各主成分的得分?jǐn)?shù)值繪制成曲線以便直觀反映不同火鍋底料的風(fēng)味物質(zhì)信息。

2 結(jié)果與分析

2.1 火鍋底料中揮發(fā)性物質(zhì)含量分析

測(cè)定6種火鍋底料樣品中的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)，通過(guò)GC-MS分析，在6種火鍋底料樣品中檢測(cè)出的共同物質(zhì)包括12種，分別為石竹烯、茴香腦、γ-萜品烯、3-亞甲基-6-(1-甲基乙基)環(huán)己烯、羅勒烯、莰烯、月桂烯、α-蒎烯、棕櫚酸甲酯、乙酸芳樟酯、(-)-4-萜品醇、芳樟醇。由于火鍋底料的配方差異、熬制條件的差異、香料加入量的差異造成了火鍋底料口味的不同，對(duì)各樣品中的風(fēng)味成分分析的結(jié)果如下：S1中包含7種特有成分α-衣蘭油烯、β-瑟林烯、3-環(huán)己二烯、1，3，5，5-四甲基-1 桂醛、2，3，4-三甲基正己烷、苯丙醛、十七醇；S2中包含2種特有成分3-呋喃甲醛、4-乙基環(huán)乙醇；S3中包含3種特有成分香茅烯、香葉基丙酮、桃金娘烯醛；S4中包含有8種特有成分十一烷、亞油脂乙酸、2-癸酮、2-莰酮、茴香醛、(E)-2-庚烯醛、γ-萜品烯、2-辛醇；S5中含有2種特有成分甲基丙烯基二硫醚、乙酸苯乙酯；S6中包含多達(dá)10種特有成分十三(碳)烯醛、2-苯基巴豆醛、肉豆蔻酸乙酯、2-庚醇、異丁酸香茅酯、對(duì)甲氧基肉桂酸乙酯、1-十四烯、α-長(zhǎng)葉蒎烯、α-丁子香烯、欖香素。選取樣品3的成分制成離子流圖，見(jiàn)圖1。根據(jù)各類(lèi)物質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)，揮發(fā)性物質(zhì)類(lèi)別為醇類(lèi)、醛類(lèi)、酮類(lèi)、酯類(lèi)、烴類(lèi)及其他有機(jī)化合物。

圖1 樣品3中的揮發(fā)性物質(zhì)總離子流圖Fig.1 Total ion chromatogram of volatile components in Sample 3

2.1.1 醇類(lèi)化合物

在眾多火鍋底料揮發(fā)性物質(zhì)中，醇類(lèi)化合物是重要組分之一，火鍋底料中的脂肪類(lèi)物質(zhì)進(jìn)行氧化分解就能生成醇類(lèi)化合物。在所有6種火鍋底料中包含的醇類(lèi)化合物主要有：(-)-4-萜品醇和芳樟醇，這兩種醇類(lèi)化合物對(duì)火鍋風(fēng)味能夠產(chǎn)生一定作用，其中(-)-4-萜品醇有淡淡的胡椒香氣，主要存在于魚(yú)腥草、肉豆蔻等植物中；芳樟醇的香氣則類(lèi)似于柑橘香和木青香氣，根據(jù)其揮發(fā)源的不同而有不同的香氣，芳樟醇主要存在于各類(lèi)天然香料中。6種火鍋底料樣品中揮發(fā)性物質(zhì)種類(lèi)見(jiàn)表1。

表1 6種火鍋底料樣品中揮發(fā)性物質(zhì)種類(lèi)一覽Table 1 A list of volatile components in six kinds of hotpot seasoning samples

2.1.2 醛類(lèi)化合物

在6種火鍋底料樣品中的醛類(lèi)化合物包括：檸檬醛、苯甲醛和反式-2，4-癸二烯醛。6個(gè)碳原子以上典型直鏈型醛類(lèi)可由油脂類(lèi)物質(zhì)中的脂肪酸經(jīng)過(guò)降解產(chǎn)生；而反式-2，4-癸二烯醛則是亞油酸類(lèi)化合物經(jīng)過(guò)氧化反應(yīng)后的典型產(chǎn)物，該醛類(lèi)帶有脂肪氣息；苯甲醛則能揮發(fā)出與杏仁、堅(jiān)果和水果等類(lèi)似的香氣。主要揮發(fā)源來(lái)自于火鍋底料中的陳皮、肉桂、良姜和丁香等香料。

2.1.3 酯類(lèi)化合物

酯類(lèi)主要由酯化反應(yīng)生成，反應(yīng)物通常是醇類(lèi)有機(jī)化合物與酸類(lèi)化合物。在6種火鍋底料樣品中酯類(lèi)化合物主要包括：乙酸芳樟酯及棕櫚酸甲酯兩種。在大部分的火鍋底料中通常都含有紅花椒物料，這種物料能產(chǎn)生乙酸芳樟酯，該物質(zhì)有濃郁的柑橘香味。在火鍋底料的熬制過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量油脂，能夠產(chǎn)生高分子量酯類(lèi)。棕櫚酸甲酯很可能通過(guò)甲酯化反應(yīng)而產(chǎn)生[11]。

2.1.4 烴類(lèi)及其他化合物

6種火鍋底料所包含揮發(fā)性物質(zhì)中的烴類(lèi)及其他化合物主要是萜烯類(lèi)化合物，如石竹烯、γ-萜品烯、羅勒烯、月桂烯、3-亞甲基-6-(1-甲基乙基)環(huán)己烯、莰烯、α-蒎烯。它們的產(chǎn)生主要是由于脂肪酸中的烷氧自由基發(fā)生斷裂[12]。這類(lèi)化合物對(duì)火鍋底料具有一定的風(fēng)味貢獻(xiàn)。烯烴類(lèi)化合物閾值較低，對(duì)火鍋底料的風(fēng)味有一定影響。如γ-萜品烯帶有類(lèi)似于柑橘和檸檬的香氣；草藥氣味則來(lái)自于α-蒎烯；莰烯能夠發(fā)出淡淡的熏臭味；3-亞甲基-6-(1-甲基乙基)環(huán)己烯主要在山奈中；能夠產(chǎn)生木香氣味的是月桂烯；而羅勒烯可以產(chǎn)生草藥和辛香味。在烴類(lèi)化合物中還能發(fā)現(xiàn)有一些直鏈烴化合物存在，主要因?yàn)楦邷刈饔卯a(chǎn)生[13]。除此之外，茴香腦也存在于火鍋底料物質(zhì)中，此物質(zhì)主要來(lái)自于八角、小茴香等香料中；另外，還有一部分有機(jī)硫化合物以二烯丙基二硫形式存在于蔥屬植物中，因此，二烯丙基二硫也被稱為大蒜素。

2.2 風(fēng)味物質(zhì)主成分分析

表2 6種火鍋底料特有的揮發(fā)性物質(zhì)Table 2 The volatile components in six kinds of hotpot seasoning

續(xù) 表

由表2可知，火鍋底料中含有的風(fēng)味物質(zhì)主要有醇類(lèi)、醛類(lèi)、酮類(lèi)、酯類(lèi)、烴類(lèi)及其他類(lèi)。化合物種類(lèi)不同，在火鍋底料中的含量也有所不同，為區(qū)別各類(lèi)揮發(fā)性物質(zhì)在火鍋底料中風(fēng)味指標(biāo)的強(qiáng)度，在Minitab 15軟件中對(duì)各類(lèi)物質(zhì)進(jìn)行主成分分析，分別計(jì)算特征值及方差貢獻(xiàn)率[14-16]，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

由表3可知，前3個(gè)風(fēng)味物質(zhì)的特征值均大于1，因此在累積的方差貢獻(xiàn)率中起主要作用，前3個(gè)成分的累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到了79.9%，因此可以將前3個(gè)成分作為主成分進(jìn)行研究[17]，其特征向量數(shù)據(jù)見(jiàn)表4。

表3 6種火鍋底料樣品包含的風(fēng)味物質(zhì)的主成分分析Table 3 Principal component analysis of flavor components in six hotpot seasoning samples

經(jīng)分析，主成分1代表的是烴類(lèi)化合物、醛類(lèi)化合物及其他化合物，由于|-0.594|>|-0.567|>|0.522|，故風(fēng)味大小程度關(guān)系為：其他化合物>醛類(lèi)化合物>烴類(lèi)化合物；主成分2是醇類(lèi)及酮類(lèi)化合物，由于|0.662|>|-0.460|，故酮類(lèi)化合物對(duì)風(fēng)味的影響小于醇類(lèi)化合物；主成分3是酯類(lèi)化合物對(duì)風(fēng)味的影響。

表4 前3個(gè)特征值所對(duì)應(yīng)的特征向量Table 4 The eigenvector corresponding to the first three eigenvalues

為了更直觀地表示各風(fēng)味物質(zhì)對(duì)火鍋底料風(fēng)味的影響，將6種風(fēng)味物質(zhì)因子繪制成散點(diǎn)示意圖，通過(guò)各風(fēng)味物質(zhì)在各個(gè)象限不同的位置直觀展示各類(lèi)物質(zhì)風(fēng)味的關(guān)系，見(jiàn)圖2。

圖2 6種風(fēng)味物質(zhì)象限分布圖Fig.2 Quadrant distribution of six kinds of flavor components

由圖2可知，醛類(lèi)與其他化合物，酮類(lèi)與酯類(lèi)分別在同一象限內(nèi)，醇類(lèi)在單獨(dú)象限中[18-20]。表明其他類(lèi)化合物與醛類(lèi)分為一類(lèi)，烴類(lèi)分為一類(lèi)，兩類(lèi)風(fēng)味物質(zhì)共同組成第一主成分，而第二主成分中的醇類(lèi)和酮類(lèi)分別成為一類(lèi)。

3 結(jié)論

本文采用SDE方法對(duì)四川、重慶地區(qū)的6種火鍋底料中含有的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行了提取、分離、檢測(cè)。研究表明，在6種樣品中所含有的風(fēng)味物質(zhì)分為烴類(lèi)、其他化合物、酯類(lèi)、酮類(lèi)、醛類(lèi)、醇類(lèi)等。所含的風(fēng)味物質(zhì)共計(jì)12種，分別為石竹烯、茴香腦、γ-萜品烯、羅勒烯、月桂烯、3-亞甲基-6-(1-甲基乙基)環(huán)己烯、莰烯、α-蒎烯、棕櫚酸甲酯、乙酸芳樟酯、(-)-4-萜品醇、芳樟醇。在此基礎(chǔ)上分析了不同類(lèi)別的風(fēng)味物質(zhì)主成分，前3個(gè)主成分的火鍋風(fēng)味的累積方差貢獻(xiàn)率為80.7%，足夠反映火鍋底料的風(fēng)味信息和特征。通過(guò)各風(fēng)味物質(zhì)特征向量的對(duì)比分析，可知對(duì)火鍋底料的風(fēng)味產(chǎn)生影響的主要物質(zhì)分別是烴類(lèi)、酮類(lèi)、酯類(lèi)、醛類(lèi)、醇類(lèi)化合物，以上化合物對(duì)火鍋底料的影響構(gòu)成了不同火鍋底料的風(fēng)味特色。