基于非线性泛函理论的火锅底料风味特征组分分析

吴 杰

(重庆科创职业学院，重庆 402160)

非线性泛函分析属于数学中的新分支，近年来随着科技进步，非线性泛函分析发展迅速，并在科学研究中获得了极为广泛的应用[1]。除了非线性泛函的数学手段之外，这一学科贯穿了哲学中的特殊与一般、对立与统一、量变与质变、否定之否定的研究思想。本文对于火锅底料物质成分、含量的研究基于非线性泛函分析的思路来进行[2,3]。通过对火锅底料成分、火锅底料风味特征影响程度的大小确定主要特征成分。

火锅是我国独特的一种美食，因为成分的不同使其具有各式风味。火锅特别的口感和香味获得了巨大的消费群体[4]。在四川、重庆等地，更是具有大批的火锅拥趸者。不同火锅的风味主要取决于汤卤、烹煮工艺、油脂含量、香料等[5]。本文运用蒸馏萃取法对火锅中的风味物质进行提取，避免火锅样品在转移过程中的溶剂损失，减小误差；另外，还可以很大程度上节省萃取试剂，节约成本。从以往的文献来看，Gracia P Blanch对果酒醋的成分进行了分析，分离出61种挥发性成分；刘洋等对三鲜火锅的汤料进行研究，表明海底捞火锅底料的香气成分中含有90余种物质[6]。本文采用主成分分析的方法，首先对影响火锅底料成分较大的物质进行分类，选取了四川、重庆等地有代表性的火锅底料进行主成分分析，接下来对影响火锅底料风味特征的主要物质提取，归类后，作为火锅底料的配制和风味控制的理论依据和参考指标[7]。

1 材料与方法

1.1 材料和仪器

材料：渝城老妈红汤底料(S1)、渝城老妈菜籽油底料(S2)、渝城红汤红香底料(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)。

试剂：二氯甲烷(AID)、无水硫酸钠(AID)，青岛市科龙试剂有限公司。

仪器：蒸馏-萃取设备 吉林通化器械设备有限公司；GC2010气相色谱-质谱仪 日本岛津公司。

1.2 提取方法

采用SDE法分别对6种火锅底料中的挥发性物质进行提取。步骤如下：首先称取90 mL样品溶液，置于A端圆底烧瓶与盛有二氯甲烷的B端圆底烧瓶中，分别进行加热，样品液需要煮沸加热至120 ℃，萃取过程于水浴锅中进行，将样品液加热至65 ℃条件下进行萃取[8]。萃取后的溶液用无水硫酸钠进行干燥，并将萃取液浓缩至2 mL容量，为后续的测定做准备[9]。

色谱条件：色谱柱型号Rtx-5，进样量1 mL，进样口温度230 ℃，设定氦气流速为1.0 mL/min，设定温度初始值为60 ℃，升温梯度设定为5 ℃/min，直至160 ℃，后续的升温梯度设定为10 ℃/min，直至230 ℃为止，恒温保存时间为10 min[10]。

质谱条件：EI离子源温度为250 ℃；施加70 eV电子能量；扫描区间为40～350 m/z；分析延时4.5 min。

本文采用两个并列条件作为主成分的选取标准：特征值大于1的成分；达到80%以上累积贡献率的成分。将各主成分的得分数值绘制成曲线以便直观反映不同火锅底料的风味物质信息。

2 结果与分析

2.1 火锅底料中挥发性物质含量分析

测定6种火锅底料样品中的挥发性风味物质，通过GC-MS分析，在6种火锅底料样品中检测出的共同物质包括12种，分别为石竹烯、茴香脑、γ-萜品烯、3-亚甲基-6-(1-甲基乙基)环己烯、罗勒烯、莰烯、月桂烯、α-蒎烯、棕榈酸甲酯、乙酸芳樟酯、(-)-4-萜品醇、芳樟醇。由于火锅底料的配方差异、熬制条件的差异、香料加入量的差异造成了火锅底料口味的不同，对各样品中的风味成分分析的结果如下：S1中包含7种特有成分α-衣兰油烯、β-瑟林烯、3-环己二烯、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种特有成分3-呋喃甲醛、4-乙基环乙醇；S3中包含3种特有成分香茅烯、香叶基丙酮、桃金娘烯醛；S4中包含有8种特有成分十一烷、亚油脂乙酸、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种特有成分甲基丙烯基二硫醚、乙酸苯乙酯；S6中包含多达10种特有成分十三(碳)烯醛、2-苯基巴豆醛、肉豆蔻酸乙酯、2-庚醇、异丁酸香茅酯、对甲氧基肉桂酸乙酯、1-十四烯、α-长叶蒎烯、α-丁子香烯、榄香素。选取样品3的成分制成离子流图，见图1。根据各类物质进行分类，挥发性物质类别为醇类、醛类、酮类、酯类、烃类及其他有机化合物。

图1 样品3中的挥发性物质总离子流图Fig.1 Total ion chromatogram of volatile components in Sample 3

2.1.1 醇类化合物

在众多火锅底料挥发性物质中，醇类化合物是重要组分之一，火锅底料中的脂肪类物质进行氧化分解就能生成醇类化合物。在所有6种火锅底料中包含的醇类化合物主要有：(-)-4-萜品醇和芳樟醇，这两种醇类化合物对火锅风味能够产生一定作用，其中(-)-4-萜品醇有淡淡的胡椒香气，主要存在于鱼腥草、肉豆蔻等植物中；芳樟醇的香气则类似于柑橘香和木青香气，根据其挥发源的不同而有不同的香气，芳樟醇主要存在于各类天然香料中。6种火锅底料样品中挥发性物质种类见表1。

表1 6种火锅底料样品中挥发性物质种类一览Table 1 A list of volatile components in six kinds of hotpot seasoning samples

2.1.2 醛类化合物

在6种火锅底料样品中的醛类化合物包括：柠檬醛、苯甲醛和反式-2，4-癸二烯醛。6个碳原子以上典型直链型醛类可由油脂类物质中的脂肪酸经过降解产生；而反式-2，4-癸二烯醛则是亚油酸类化合物经过氧化反应后的典型产物，该醛类带有脂肪气息；苯甲醛则能挥发出与杏仁、坚果和水果等类似的香气。主要挥发源来自于火锅底料中的陈皮、肉桂、良姜和丁香等香料。

2.1.3 酯类化合物

酯类主要由酯化反应生成，反应物通常是醇类有机化合物与酸类化合物。在6种火锅底料样品中酯类化合物主要包括：乙酸芳樟酯及棕榈酸甲酯两种。在大部分的火锅底料中通常都含有红花椒物料，这种物料能产生乙酸芳樟酯，该物质有浓郁的柑橘香味。在火锅底料的熬制过程中会产生大量油脂，能够产生高分子量酯类。棕榈酸甲酯很可能通过甲酯化反应而产生[11]。

2.1.4 烃类及其他化合物

6种火锅底料所包含挥发性物质中的烃类及其他化合物主要是萜烯类化合物，如石竹烯、γ-萜品烯、罗勒烯、月桂烯、3-亚甲基-6-(1-甲基乙基)环己烯、莰烯、α-蒎烯。它们的产生主要是由于脂肪酸中的烷氧自由基发生断裂[12]。这类化合物对火锅底料具有一定的风味贡献。烯烃类化合物阈值较低，对火锅底料的风味有一定影响。如γ-萜品烯带有类似于柑橘和柠檬的香气；草药气味则来自于α-蒎烯；莰烯能够发出淡淡的熏臭味；3-亚甲基-6-(1-甲基乙基)环己烯主要在山奈中；能够产生木香气味的是月桂烯；而罗勒烯可以产生草药和辛香味。在烃类化合物中还能发现有一些直链烃化合物存在，主要因为高温作用产生[13]。除此之外，茴香脑也存在于火锅底料物质中，此物质主要来自于八角、小茴香等香料中；另外，还有一部分有机硫化合物以二烯丙基二硫形式存在于葱属植物中，因此，二烯丙基二硫也被称为大蒜素。

2.2 风味物质主成分分析

表2 6种火锅底料特有的挥发性物质Table 2 The volatile components in six kinds of hotpot seasoning

续 表

由表2可知，火锅底料中含有的风味物质主要有醇类、醛类、酮类、酯类、烃类及其他类。化合物种类不同，在火锅底料中的含量也有所不同，为区别各类挥发性物质在火锅底料中风味指标的强度，在Minitab 15软件中对各类物质进行主成分分析，分别计算特征值及方差贡献率[14-16]，具体数据见表3。

由表3可知，前3个风味物质的特征值均大于1，因此在累积的方差贡献率中起主要作用，前3个成分的累计方差贡献率达到了79.9%，因此可以将前3个成分作为主成分进行研究[17]，其特征向量数据见表4。

表3 6种火锅底料样品包含的风味物质的主成分分析Table 3 Principal component analysis of flavor components in six hotpot seasoning samples

经分析，主成分1代表的是烃类化合物、醛类化合物及其他化合物，由于|-0.594|>|-0.567|>|0.522|，故风味大小程度关系为：其他化合物>醛类化合物>烃类化合物；主成分2是醇类及酮类化合物，由于|0.662|>|-0.460|，故酮类化合物对风味的影响小于醇类化合物；主成分3是酯类化合物对风味的影响。

表4 前3个特征值所对应的特征向量Table 4 The eigenvector corresponding to the first three eigenvalues

为了更直观地表示各风味物质对火锅底料风味的影响，将6种风味物质因子绘制成散点示意图，通过各风味物质在各个象限不同的位置直观展示各类物质风味的关系，见图2。

图2 6种风味物质象限分布图Fig.2 Quadrant distribution of six kinds of flavor components

由图2可知，醛类与其他化合物，酮类与酯类分别在同一象限内，醇类在单独象限中[18-20]。表明其他类化合物与醛类分为一类，烃类分为一类，两类风味物质共同组成第一主成分，而第二主成分中的醇类和酮类分别成为一类。

3 结论

本文采用SDE方法对四川、重庆地区的6种火锅底料中含有的挥发性风味物质进行了提取、分离、检测。研究表明，在6种样品中所含有的风味物质分为烃类、其他化合物、酯类、酮类、醛类、醇类等。所含的风味物质共计12种，分别为石竹烯、茴香脑、γ-萜品烯、罗勒烯、月桂烯、3-亚甲基-6-(1-甲基乙基)环己烯、莰烯、α-蒎烯、棕榈酸甲酯、乙酸芳樟酯、(-)-4-萜品醇、芳樟醇。在此基础上分析了不同类别的风味物质主成分，前3个主成分的火锅风味的累积方差贡献率为80.7%，足够反映火锅底料的风味信息和特征。通过各风味物质特征向量的对比分析，可知对火锅底料的风味产生影响的主要物质分别是烃类、酮类、酯类、醛类、醇类化合物，以上化合物对火锅底料的影响构成了不同火锅底料的风味特色。