19种调料的热值测定及聚类分析

高锦红

(渭南师范学院 化学与材料学院，陕西 渭南 714000)

19种调料的热值测定及聚类分析

高锦红

(渭南师范学院 化学与材料学院，陕西 渭南 714000)

利用氧弹热量计测定了19种常见调料的热值并进行了热值聚类分析。测定结果表明19种调料的热值在18.62～26.21 kJ/g之间，其中香果的热值最大，山奈的热值最小。聚类分析能将19种调料按其热值进行很好的分类，是一种简单、方便、准确的分类分析方法。

热值；调料；聚类分析

“民以食为天，食以味为先”，调味品在日常饮食中起调节味道的作用，满足人们对食品味道的要求。花椒、干姜、丁香、辣椒、八角、桂皮、小茴香、孜然、胡椒、肉蔻等调味料是我国传统调料中最主要的香辛料，广泛应用于食品烹饪和食品加工中，在烹饪加工中添加香味调料，用以改善或增加菜点的香气，或掩盖原料中的不良气味。烹饪中使用的都是植物性天然香味调料，在菜肴的烹饪和食品加工过程中，虽然调料摄入量较低、提供的膳食能量低，但在营养上有着不可替代的作用，香辛料具有抗氧化、消炎、抑菌和调节人体功能及医用价值[1,2]。香辛料作为药食两用的植物，和一般食品相比具有一定的特殊价值，尽管食用过程中用量非常小，但对人体的健康有着重要影响。近年来，许多学者对各种香辛料的呈香物质等有机成分研究很多[3,4]，而对其热值方面的研究很少。

热值是能量的尺度，可作为植物生长状况的一个有效指标，其含量可作为植物营养价值的标志之一。热值测定中，氧弹量热法是一种准确测定物质燃烧热或生物质发热量的标准方法。目前国内关于食品热值测定分析方面的研究较多[5-10]，而关于调味料热值测定分析方面的报道则不多，因此，对常见香味调料的热值进行测定分析具有一定的意义。本文以19种常见香味调料作为研究对象，用氧弹量热计进行热值测定，并利用热值测定结果进行聚类分析，为常见调料的分析研究提供一定的实验参考数据。

1 实验部分

1.1 仪器、试剂与材料

1.1.1 仪器

SHR-15B燃烧热实验装置 南京格力电子设备厂；101-2型电热鼓风干燥箱 上海市实验仪器总厂；电子天平 上海精细科学有限公司。

1.1.2 试剂

苯甲酸(AR)；点火丝(康铜丝)；药用胶囊(西安金花制药，批号150729)。

1.1.3 材料

19种调味料(山奈、孜然、白扣、草寇、沙仁、生姜、花椒、桂皮、香叶、毕卜、胡椒、辣椒、甘草、小茴香、香果、白芷、草果、八角、花椒叶)均购自当地超市。

1.2 实验原理

燃烧热是指1 mol物质完全燃烧时所放出的热量。而完全燃烧是指可燃性物质中的碳生成CO2(g)、氢生成H2O (L)、硫生成SO2(g)、氮生成N2(g)等。燃烧热通常在恒容或恒压情况下测定。试验原理参照文献[11]。本实验采用氧弹热量计测量19种调味料的恒容燃烧热，公式为：

mQV=W卡ΔT-Q点火丝Δm点火丝-Q胶囊m胶囊。

式中：m为待测物质的质量(g)，QV为待测物质的恒容燃烧热，W卡为热量计水当量；ΔT为燃烧前后温度的变化值，Q点火丝为点火丝的燃烧热(Q点火丝=3140 J/g)，Δm点火丝为燃烧丝参加反应的实际质量。

1.3 样品处理

将19种调料先用去离子水洗去表面灰尘，然后置于80 ℃烘箱烘至恒重，粉碎后备用。

1.4 热值测定

每种调料的取样量在0.3～0.5 g之间，用热量计测定其热值含量，仪器采用南京桑力电子设备厂生产的SHR-15B型电脑氧弹式热量计。

对样品的前期处理可用胶囊作载体。用滤纸包裹或压片3种选择，本实验采取胶囊作载体方式，选取密封良好的药用空胶囊作载体，将装好分析样本的胶囊置于氧弹，接好点火丝，将氧弹装好，充入氧气，测其燃烧热值，具体实验步骤可参照文献[11]。

2 结果与讨论

2.1 热量计水当量W卡

本文以苯甲酸作为标准物来测定热量计的水当量。实验测定数据利用1.2中的公式进行处理，求得热量计的水当量W卡=14.59 kJ/℃，按同法平行测3次，测出热量计水当量的3次平均值为：W卡=14.88 kJ/℃

2.2 空胶囊的热值

取空胶囊壳精确称其质量，参考文献[11]中的实验步骤进行胶囊壳燃烧热值的测定。空胶囊的热值平行测定3次，测定数据利用1.2中的公式进行计算，空胶囊热值的平均值为Q胶囊=21.30 J/g。

2.3 19种调料样本的ΔT曲线

热值测定实验中，样品燃烧前后温度的变化值ΔT不能直接准确测量，需用雷诺图校正法进行处理。19种调味料进行实验测定后，根据实验测定数据分别拟合出每种调味料样本燃烧时的ΔT，所有数据用Excel软件进行绘图，ΔT曲线见图1。

图1 19种调料的ΔT曲线图

2.4 19种调料的热值结果

利用1.2中的公式计算出19种调味料的热值，计算结果见表1。表1中△T表示温度变化，QV表示分析样品恒容燃烧热。

表1 19种调料的热值结果

续 表

由表1可知，19种调味料中香果的热值最大，山奈的热值最小，19种调味料热值大小顺序为：香果>孜然>八角>草寇>香叶>花椒>小茴香>桂皮>辣椒>毕卜>胡椒>生姜>草果>花椒叶>白扣>白芷>甘草>沙仁>山奈。不同调味料中因含功能物质、蛋白质、氨基酸、多肽、低聚肽、挥发酸等主要成分及微量元素的含量不同，每个分析样本所具有的热值也不同，调味料的热值因其化学组成、有机成分含量、种类等的不同而有所差异。

2.5 热值聚类分析

为进一步分析19种调料样本之间热值的相关性，利用计量学中的聚类分析法，对19种调料样本根据其热值大小进行聚类分析，聚类分析过程可用统计软件在计算机上完成。根据表1中热值测定结果，利用MATALB统计软件完成聚类分析过程，并绘制出样本聚类谱系图(见图2)。

图2 19种调料热值聚类谱系图

图2中1～19样本号依次代表山奈、孜然、白扣、草寇、沙仁、生姜、花椒、桂皮、香叶、毕卜、胡椒、辣椒、甘草、小茴香、香果、白芷、草果、八角、花椒叶。

由图2可知，19种调味料的聚类结果为(欧氏距离近接3时)：图2中1，3，5，13，16号样聚为一类，说明山奈、白扣、沙仁、甘草和白芷的热值相近，说明这些样本的化学成分及含高能物质等之间存在一定的相关性，从其药理性质看这几种调料均属温性植物，山奈性温，味辛，用于急性肠胃炎、腹痛泄泻、风湿性关节炎和跌打损伤等；白扣性温味辛，具有理气、消食、止呕的作用；砂仁，性温能辛，能化湿开胃、温脾止泻、理气安胎；甘草性平味甘，具有益气健脾、祛痰止咳、清热解毒、缓急止痛、调和诸药之功能；白芷性温味辛，具有祛风、燥湿、消肿和止痛作用。

图2中6，8，10，11，12，14，17，19号样聚为一类，说明生姜、桂皮、毕卜、胡椒、辣椒、小茴香和花椒叶的热值相近。表明这几种调料中的化学成分、微量元素含量及含能物质等方面存在一定的相关性，从药理性质分析，生姜味辛、性微温，具有发汗解表、温中止呕、温肺止咳和解毒的功效，为芳香性辛辣健胃药，有温暖、发汗、止呕、解毒和温肺止咳等作用；桂皮味辛甘、性热，具有暖脾胃、除积冷、通脉止痛和止泻的功效；毕卜能温中散寒、下气止痛；胡椒性温味辛，有温中下气、消痰解毒的功效；辣椒温中，具祛风行血、散寒解郁等作用；小茴香性温味辛，能散寒止痛、理气中和、温肾暖肝，能增强胃肠运动，促进气体排出，减轻疼痛，可作驱风剂。花椒叶性热味辛，具有一定的麻味、增香辛和除腥减膻的作用，但花椒叶热值比果皮热值较低，这与同一植物的不同器官所具有含能物质不同有关；草果性温味辛，具有燥湿除寒、祛痰截疟、消食止吐等功效。

图2中2，15号样聚为一类，说明孜然和香果的热值相近，孜然和香果在调味品中属热性调料，其热值在测定结果中也相对较高，这与实际相符，也表明本研究中聚类分析方法较准确。从二者的药理性质来看，孜然性温、味辛，可增强人体免疫功能，并改善肝功能，减少肠胃胀气；香果性温，能散瘀消肿、止血止痛、解毒。在19种分析样本中，二者的热值相对较高，说明孜然和香果这两种调料中具含能物质的含量分配相对较高。

图2中4，7，9，18号样聚为一类，说明草寇、花椒、香叶和八角的热值较为相近，也说明这些样本中含能物质的含量存在一定的相关性，从各自药理性质进行分析：草寇性温味辛，具有燥温祛寒、除痰截疟和健脾暖胃的功效，多用于心腹冷痛、胸腹胀满、痰间断积滞、消化不良、呕吐腹泻；花椒性热味辛，具有局麻、镇痛、抗炎、抑菌、抗氧化、抗肿瘤等药理活性；八角性温、气香，能促进人体消化吸收，有助于提升人体免疫力；香叶性温、味辛、气香，能治风湿、疝气等。

从以上分析方法看，聚类分析法用于样本数多的分类分析，是一种简单、直观的分类方法，该方法简单方便、结果准确直观，此法也可用于相关食品的分类分析研究，是一种较好的分类鉴别分析方法。

3 结论

随着生活水平的提高，烹饪中使用植物天然香味调料越来越多，正确了解和使用香味调料，可以使菜点获得较好的香气，有助于进餐者的食欲。植物调料的热值可作为调料营养价值的标志之一，所以对调料的热值进行测定分析有利于调料的合理利用和相互搭配，不仅能够让饭菜更加美味，还能提高其所具有的养生功效及营养价值。不同植物调料中由于含能物质、微量元素含量不同，其所含热值也不同。本实验结果显示19种调味料的热值在18.62～26.21 kJ/g之间，其中香果和孜然的热值相对较高，山奈、沙仁、甘草、白芷的热值相对较小，白扣、生姜、毕卜、胡椒、草果、花椒叶的热值较为相近。本研究能为人们合理利用和搭配调味料及调味料的药用分析方面提供一定的参考依据，也为调味料的热值分析研究提供一定的实验参考数据。

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Determination of Calorific Values of 19 Different Spices and Cluster Analysis

GAO Jin-hong

(College of Chemistry and Materials, Weinan Normal University, Weinan 714000, China)

Use oxygen bomb calorimeter to determine the calorific values of 19 different spices and the cluster analysis is adopted. The results show that the calorific values of 19 different spices are in the range of 18.62～26.21 kJ/g, the calorific value of allspice is the highest, while the calorific value ofKaempferiagalangais the lowest. The cluster analysis can classify 19 kinds of spices according to their calorific values, which is a simple, convenient and accurate classification analysis method.

calorific value;spices;cluster analysis

2017-01-10

陕西省教育厅项目(15JK1239)；渭南师范学院一般项目(16YKS002)；渭南师范学院特色学科项目(14TSXK04)

高锦红(1974-)，女，副教授，主要从事物理化学方面的研究。

TS207.3

A

10.3969/j.issn.1000-9973.2017.07.027

1000-9973(2017)07-0129-04