麻辣火锅底料风味物质及影响其形成因素的研究进展

谢跃杰，韩燕，许晶冰，任彦荣,熊政委，王强*

(1.重庆第二师范学院 生物与化学工程学院，重庆 400067; 2.重庆市食品药品检验检测研究院，重庆 401121)

风味是影响食品食用品质，特别是感官品质最重要的因素之一，同时也是影响人们消费偏好和购买习惯的重要因素[1]。Courtney Humphries[2]在NATURE上发表“Delicious Science”一文，提出分子美食学概念。旨在利用科学的手段研究食物在烹饪风味时究竟发生了怎样的变化。尽管烹饪食物的方式世代相传，但其中很多变化并未阐释清楚，特别是食物的风味。分子美食学的提出，就是针对这些未知的变化，去寻找对应物质或化学物理变化来解释各种烹饪现象。由此可见，对食物挥发性风味物质的研究，特别是从分子层面，已经成为研究热点。

火锅，起源于民间，历史悠久。现已成为全国家喻户晓且熟知喜爱的一种饮食方式。麻辣火锅，最早出现于明末清初的嘉陵江畔、码头等地。目前，以重庆火锅为代表的麻辣火锅已流传全国，甚至香飘海外。可以看出，麻辣火锅，以其麻辣鲜香和浓郁的风味，深受消费者的青睐，具有良好的市场前景[3]。那么，火锅底料在进行工业化生产时，如何保证其特有的风味，火锅在熬煮过程中风味的释放以及控制等问题，均需要对火锅的挥发性风味物质有确切的认识，并以此为基础来研究火锅风味形成的机理。

本文综述了火锅底料风味的检测方法，影响麻辣火锅底料风味形成的因素，包括基础原料、火锅用油和熬煮加工工艺，火锅底料风味释控技术和各种风味火锅底料新产品。了解各种原料的主要挥发性风味物质，并结合生产工艺，探讨它们对麻辣火锅底料风味的影响，为火锅底料产业研发新产品、改进加工工艺提供理论依据和参考。

1 麻辣火锅风味物质的分析

1.1 火锅风味物质的提取

目前的研究表明，火锅底料的挥发性风味成分和主体风味物质主要是利用同时蒸馏萃取、固相微萃取和水蒸气蒸馏等方法对其进行提取。刘洋等[4]采用同时蒸馏萃取法对火锅底料的挥发性风味物质进行提取，得到包括烃类、醛类、醇类、酸类、酮类、酯类和醚类等90种化合物，其中3-蒈烯、石竹烯、α-水芹烯、香叶醇、芳樟醇、乙基麦芽酚等对香味贡献较大。也有学者采用同样的方法对市售10种川渝地区特色红油火锅底料的挥发性风味物质进行了测定[5]。结果表明，醇类、醛类、酮类、酯类和烃类以及其他化合物均存在于被测样品中，有12种化合物共同存在于10种火锅底料挥发性风味物质中，分别为芳樟醇、4-萜品醇、乙酸芳樟酯、棕榈酸甲酯、α-蒎烯、莰烯、3-亚甲基-6-(1-甲基乙基)环己烯、月桂烯、罗勒烯、γ-萜品烯、石竹烯和茴香脑，可以明确这12种物质中的某几种一定是麻辣火锅底料的主体风味物质。进一步通过主成分分析，得到第一主成分为其他化合物、醛类化合物和烃类化合物，也说明这12种物质中的烃类化合物和醛类化合物并不是麻辣火锅的主体风味物质。近期，也有用水蒸气蒸馏法来提取火锅底料中的挥发性风味成分的研究，结果显示共得到35种物质，主要的香味成分有芳樟醇、右旋萜二醇、桧烯、桉叶油醇、茴香脑、月桂烯等，从提取效率来看，并不是最好，但还是能得到一些和同时蒸馏萃取法相同的挥发性风味物质[6]。尽管同时蒸馏萃取是一种被公认的能全面提取食品中挥发性化合物的方法，但它也有缺陷。一些敏感性物质，如不饱和脂肪酸、萜类等在高温下容易发生氧化反应。另外，由于长时间高温，容易发生酯化反应、美拉德反应和降解反应等，引入新的物质[7]。同时，火锅底料的风味也会随着高温熬煮发生变化，因此同时蒸馏萃取用于火锅底料不同熬煮时间、不同熬煮温度等条件下的风味物质提取并不容易。所以，这里引入了另一种香气物质萃取方式，固相微萃取法。根据Kataoka等的描述[8]，固相微萃取针头上包被的聚合固定相在样品吸附的过程中就像“海绵”一样，能够将有机化合物浓缩聚集在上面，并且根据萃取针上覆盖的材料的不同，对挥发性有机化合物的吸附具有选择性。可以说，这就相应地扩大了固相微萃取的使用范围，针对特定的目标物质可以选择不同的包被材料。另外，根据不同的涂层厚度，其吸附效果也各有差异。例如，非极性的聚二甲硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)纤维涂层就能很好地用于许多非极性的挥发性风味化合物的提取，而极性的聚丙烯酸酯(polyacrylate,PA)纤维涂层更适合于诸如酚类和醇类等的极性化合物的提取。针对这两种不同的提取方法，有学者将其对火锅底料风味物质的提取进行了比较研究，结果表明两种方法在火锅底料中共同萃取到17种物质，分别是(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、柠檬醛、反-2,4-癸二烯醛、乙酸芳樟酯、2-蒎烯、莰烯、月桂烯、α-水芹烯、茴香脑和二烯丙基二硫，其中芳樟醇相对含量最高，来源于天然植物香料，其次是茴香脑，来源于八角、小茴香等香料物质[9]。虽然同时蒸馏萃取法得到的物质多于固相微萃取法，但其中无风味贡献的烃类物质较多，效率不如固相微萃取。当然，萃取方法还很多，不同萃取方式对火锅底料风味物质提取效率的比较研究太少，这也是值得去研究的一个方向。

1.2 火锅风味物质的检测

火锅的风味物质检测主要利用的仪器设备为气相色谱-质谱联用仪和气相色谱-嗅闻仪。刘娜[10]采用气相色谱-质谱法和气相色谱-嗅闻仪对红油火锅底料香气成分以及涮煮前、后香气变化进行了测定，涮煮前、后共鉴定出39种香气成分，其中茴香脑、D-柠檬烯、乙酸芳樟酯和芳樟醇被认为是火锅底料的主要挥发性风味物质。前面提到的几位研究者，也均采用了气相色谱-质谱仪法来检测火锅底料的挥发性风味物质，只是用到的毛细管色谱柱和升温程序有所不同。例如，刘洋在实验中用的是DB-WAX毛细管色谱柱，曾朝懿等用的是Rtx-5毛细管色谱柱，陈艳等用的是HP-5MS石英色谱柱，DB-WAX的固定相为聚乙二醇，极性柱；而Rtx-5和HP-5MS的固定相为5%苯基，1%乙烯基甲基硅氧烷，是非极性柱。尽管有的物质能进行分离，但是不同的固定相和极性会极大地影响提取效率。当然，这些研究都是对化合物进行相对含量的定量，并没有对其进行绝对含量的计算以及与各种化合物的阈值进行比较。因此，这些物质是否真的对火锅底料风味有重要贡献并不十分明确。在食品风味物质的研究中，一般通过香气活度值法(odor activity value, OAV)，即某一种香气的实际含量与其在某体系中的阈值之间的比较是否大于1来确定该香气物质对整体风味有显著影响。在研究火锅底料风味物质的文献中并未看到相关报道。另外，香气提取物稀释法(aroma extract dilution analysis, AEDA)和遗漏试验(omission experiment)来确定主体风味物质及其各组分对总体风味的贡献值[11-13]。电子鼻、电子舌等智能感官设备已逐渐广泛应用于食品香气、风味的研究中，而火锅底料的相关研究未见报道。也有研究将所得到的电子鼻、电子舌和气相色谱-质谱仪分析得到的数据进行主成分分析(principal component analysis, PCA)和聚类分析(cluster analysis, CA)来确定主体风味物质[14,15]。但将上述方法用于火锅底料风味物质的相关研究也未见报道。如果将这些仪器设备和方法应用于火锅底料香气的研究，必将推动这个领域取得较大进展。

2 影响麻辣火锅底料风味形成的因素

2.1 火锅底料基础配方

火锅底料麻辣鲜香的风味与底料配方组成有着极大的关系。有研究报告称，经过民族植物学调查发现，中国火锅里用到的香辛料和调味品共计67种，包括了82个植物种类、50个属以及26个科[16]。不同火锅底料的成分组成和用量都不尽相同。由此可见，火锅底料香气的来源广，影响火锅底料风味的因素多，不易鉴定。通常麻辣火锅底料的基础原料配方为：植物油、郫县豆瓣、干辣椒、葱、姜、蒜、冰糖、黄酒、八角、桂皮、小茴香、盐和味精。

汪敏[17]的研究表明，添加发酵辣椒的火锅底料中香气物质种类比鲜辣椒和盐渍辣椒火锅底中料明显增加，同时发现鲜辣椒火锅底料中风味物质比传统火锅更多。影响麻辣火锅底料品质的因素和影响程度为：辣椒添加量>香辛料添加量>姜、蒜添加量>食盐添加量；而最优组合为：辣椒添加量15%，香辛料添加量0.5%，姜、蒜添加量12%，食盐添加量8%。此研究从色泽、香气、口感、形态和舒适感这几个方面进行综合评分，体现麻辣火锅的整体感官，并未对火锅底料香气进行单独研究。一般来讲，植物油的挥发性风味物质一般以醛类、杂环类为主[18,19]，其本身对火锅底料风味的贡献不明显，但植物油结合干辣椒在高温下能将辣椒油的挥发性香气物质更好地释放出来。通过顶空固相微萃取-气相色谱-质谱联用，能得到辣椒油中的风味物质主要有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-羟基-2,5-二甲基-3(2H)呋喃酮(HDMF)、乙酸、 1-辛烯-3-醇、呋喃类、萜烯类和烯醛类等，对整体香气贡献了酯香、麦芽香、果香和豆香等风味[20]。刘平等[21]用同时蒸馏萃取技术提取郫县豆瓣中的挥发性风味物质，结果表明异戊醛、芳樟醇、油酸甲酯等醛类、醇类和酯类相对含量较高。其中，异戊醛、2-甲基丁酸乙酯、异戊酸乙酯、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-乙基愈创木酚被确定为一级传统郫县豆瓣的特征风味物质[22]。众所周知，葱的主要挥发性风味物质是含硫化合物和少量的低级醇类、醛类、酮类和酯类等。而含硫化合物中又以硫醚类，特别是二丙基二硫醚的含量最高，因而此成分为葱属植物的主要风味物质[23]。王强伟等采用顶空固相微萃取联合气相色谱质谱分析鲜姜的主要挥发性成分为姜烯、桉叶油醇、β-倍半水芹烯、β-红没药烯、α-姜黄烯、香叶醛和α-金合欢烯[24]。大蒜的风味主要来源于大蒜中的挥发性含硫化合物，例如蒜氨酸和二烯丙基三硫醚[25]。黄酒中异丁醇OAV值最高，还有异丁酸、乙酸乙酯和苯乙醇等其他一些挥发性物质[26]。茴香脑、异松油烯、萜品烯、金合欢烯、α-胡椒烯等是八角茴香的主要挥发性风味物质[27]。肉桂醛是桂皮挥发性风味物质的主要成分，还有萜烯类、2-邻甲氧基肉桂醛、2,3-二氢苯并吡喃-4-酮等[28]。从以上麻辣火锅基础底料各类物质挥发性香气成分可以看出，郫县豆瓣、鲜姜、八角、茴香和桂皮对麻辣火锅底料的整体香气有重要贡献。

2.2 火锅底料油脂种类

火锅底料需要高温的油来熬制，在食用过程中还需加入水与底料一起熬煮。因此，脂溶性挥发性风味物质可能被先提取出来，而水溶性滋味物质氨基酸、核苷酸增香成分，随着熬煮食材的不同逐渐溶于火锅底料之中，形成火锅特有的香味。传统火锅底料一般添加牛油进行熬制，但由于其饱和脂肪酸含量高，不利于健康，因此有研究采用棕榈硬脂来代替或者部分代替牛肉来研究其对火锅底料的影响[29]。有实验结果表明，棕榈硬脂与牛肉体积比值为2.4∶5时，火锅底料具有良好的口感与风味，食用级棕榈硬脂能运用于火锅底料的生产[30]。棕榈油复合火锅底料主要风味物质芳樟醇、茴香脑和乙酸芳樟酯的相对含量随着贮藏时间的增加而减少[31]。有研究表明，牛油在熬煮过程中，其牛油风味的前体物质如己醛、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达到最高值。其牛肉风味与过氧化值呈正相关，而不良气味与酸价高度相关[32]。

2.3 火锅熬煮工艺

但晓容等[33]采用全自动炒制工艺对牛肉火锅底料进行加工，采用响应面法优化了最佳工艺条件，解决了牛肉火锅底料久熬味淡的难题。火锅原料油脂在加工及贮藏过程中，会受众多因素影响发生化学变化，导致油脂氧化酸败。有研究表明，火锅底料熬煮之后，丙二醛、过氧化值和酸价含量都会增加，而牛油火锅底料中过氧化值增长量是棕榈硬脂火锅底料的2倍[34]。丁晓雯等[35]研究火锅底料熬煮过程中油脂质量的变化，结果表明长时间熬煮之后，火锅油脂的酸价、过氧化值和丙二醛都有显著升高。

熬煮对于火锅底料风味影响的研究几乎没有，主要集中在油脂的氧化、罂粟壳中的生物碱和一些重金属元素在火锅熬煮过程中的溶出等一些安全性研究[36,37]。其实，火锅底料在实际熬煮过程中，会出现风味变淡或者变浓的现象。目前，有研究表明鸡肉精膏和鸡肉粉对火锅整体风味及口感的提升具有关键作用[38]。由于其系天然肉类提取物，耐热性好，随着熬煮时间的延长，风味反而更加浓郁。但引起熬煮过程中风味变化的机理并不清楚，也未见相关报道。

2.4 风味释放

早在1986年Hall R L就提出食品风味是食物客观性质使人产生的感觉印象的综合，包括了味觉、嗅觉、痛觉、触觉和温觉等，这些都可以通过咀嚼食物，使风味在口腔进行释放，食物破碎程度、唾液和蒸气等直接影响人对风味的感知[39]。也有研究认为，由于食品是一个复杂多相体系，风味化合物在食品中不同相中的扩散特性与食品产品的结构和组织特性密切相关[40]。可以看出，风味的释放不仅与人的感知能力相关，更与碳水化合物、蛋白质以及脂肪等食品体系组成成分有关。王迪等[41]阐述了碳水化合物与风味物质相互作用的机制，包括扩散、胶凝锁定效应、微区俘获作用和分子相互作用。同时，认为风味物质的挥发性、化学官能团、极性、分子量和链长度等几种性质会影响到前述的相互作用。食物组织结构，例如交联程度对风味的释放有影响。蛋白催化发生交联后形成的网络结构能起到保留蛋白质，促进脂质氧化反应，抑制风味化合物挥发的作用[42]。针对火锅底料风味的释放，或许更多地与油脂及油脂相关的脂肪酶有关。目前，考虑更多的是如何在食用火锅时，能将火锅特有风味缓慢释放出来。根据斯波[43]关于缓释与非缓释的解释：非缓释，即通过加热造成风味极大消失。为了避免火锅边吃边煮的食用方式带来的香气过快释放，研究挥发性风味缓慢释放十分必要。

最新的研究表明，火锅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、肉豆蔻和砂仁等的颗粒粗细对火锅底料香气的释放速度和持久性均有影响[44]。可以根据此法得出结论，初步设计香气缓慢释放的包埋微粒粒径大小，有助于进一步研究火锅底料香气缓慢释放技术。

3 风味火锅底料新产品

目前，火锅底料的主要风味还是以麻辣香型为主。与此同时，清油火锅底料产品也越来越多。相比于传统的牛油火锅，在清油火锅中添加鸡汁复合物能够增加汤料的厚重感，使其具有浓郁的风味[45]。清油火锅底料产品很大程度上迎合了许多清淡饮食消费群体。那么，鲜味对于清油火锅底料风味来讲，就显得尤为重要。酵母抽提物对火锅底料的鲜味有显著的提升作用。由于其含有天然的谷氨酸、核苷酸、多种小分子肽以及20余种氨基酸，口感风味自然，被认为是三大鲜味物质中唯一具有食品属性的一种[46]。因此，它在火锅底料风味的研发中是一种天然良好的改良剂，对于提升火锅底料风味有很大帮助。另外，根据地方饮食文化特点，为了满足这些消费人群的要求，近年来也有一些非传统风味火锅底料产品的研究报道，例如：甘蔗汁火锅底料、茶香火锅底料、香椿火锅底料、水族酸汤火锅底料以及清凉火锅底料[47-51]，有助于火锅底料产业的多元化发展。

4 结论与展望

从目前的研究看，关于麻辣火锅底料风味的研究还停留在简单地测定其风味成分以及一些加工贮藏工艺对其风味的影响等方面。在火锅底料风味形成机理、香气释放控制及其影响因素等方面还有待深入研究。主要从如下几个方面开展工作：

首先，火锅底料风味形成的机理尚不明确，这直接影响到对其原材料组成、油和香辛料等的选择，关系到火锅底料风味标准化建立的进程；其次，火锅底料炒制工艺关键参数的确定，特别是控制风味的加工技术，对推进火锅底料工业化生产具有较强的实际指导意义；再次，针对火锅底料香气缓慢释放控制技术应进行深入技术性研究，从而确保火锅底料产业在走出川渝、迈向全国、销往世界的同时，能保证其稳定真实的口感与风味。综上所述，火锅作为大众型食品消费产品，已经广受青睐，深入人心。随着国家“一带一路”战略的推进，火锅底料产业将随着中华文化、火锅文化的传播，迈向新的发展高度。