基于非線性泛函理論的火鍋底料風味特征組分分析

吳 杰

(重慶科創職業學院，重慶 402160)

非線性泛函分析屬于數學中的新分支，近年來隨著科技進步，非線性泛函分析發展迅速，并在科學研究中獲得了極為廣泛的應用[1]。除了非線性泛函的數學手段之外，這一學科貫穿了哲學中的特殊與一般、對立與統一、量變與質變、否定之否定的研究思想。本文對于火鍋底料物質成分、含量的研究基于非線性泛函分析的思路來進行[2,3]。通過對火鍋底料成分、火鍋底料風味特征影響程度的大小確定主要特征成分。

火鍋是我國獨特的一種美食，因為成分的不同使其具有各式風味。火鍋特別的口感和香味獲得了巨大的消費群體[4]。在四川、重慶等地，更是具有大批的火鍋擁躉者。不同火鍋的風味主要取決于湯鹵、烹煮工藝、油脂含量、香料等[5]。本文運用蒸餾萃取法對火鍋中的風味物質進行提取，避免火鍋樣品在轉移過程中的溶劑損失，減小誤差；另外，還可以很大程度上節省萃取試劑，節約成本。從以往的文獻來看，Gracia P Blanch對果酒醋的成分進行了分析，分離出61種揮發性成分；劉洋等對三鮮火鍋的湯料進行研究，表明海底撈火鍋底料的香氣成分中含有90余種物質[6]。本文采用主成分分析的方法，首先對影響火鍋底料成分較大的物質進行分類，選取了四川、重慶等地有代表性的火鍋底料進行主成分分析，接下來對影響火鍋底料風味特征的主要物質提取，歸類后，作為火鍋底料的配制和風味控制的理論依據和參考指標[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)、無水硫酸鈉(AID)，青島市科龍試劑有限公司。

儀器：蒸餾-萃取設備 吉林通化器械設備有限公司；GC2010氣相色譜-質譜儀 日本島津公司。

1.2 提取方法

采用SDE法分別對6種火鍋底料中的揮發性物質進行提取。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，分別進行加熱，樣品液需要煮沸加熱至120 ℃，萃取過程于水浴鍋中進行，將樣品液加熱至65 ℃條件下進行萃取[8]。萃取后的溶液用無水硫酸鈉進行干燥，并將萃取液濃縮至2 mL容量，為后續的測定做準備[9]。

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

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

本文采用兩個并列條件作為主成分的選取標準：特征值大于1的成分；達到80%以上累積貢獻率的成分。將各主成分的得分數值繪制成曲線以便直觀反映不同火鍋底料的風味物質信息。

2 結果與分析

2.1 火鍋底料中揮發性物質含量分析

測定6種火鍋底料樣品中的揮發性風味物質，通過GC-MS分析，在6種火鍋底料樣品中檢測出的共同物質包括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，對各樣品中的風味成分分析的結果如下：S1中包含7種特有成分α-衣蘭油烯、β-瑟林烯、3-環己二烯、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、對甲氧基肉桂酸乙酯、1-十四烯、α-長葉蒎烯、α-丁子香烯、欖香素。選取樣品3的成分制成離子流圖，見圖1。根據各類物質進行分類，揮發性物質類別為醇類、醛類、酮類、酯類、烴類及其他有機化合物。

圖1 樣品3中的揮發性物質總離子流圖Fig.1 Total ion chromatogram of volatile components in Sample 3

2.1.1 醇類化合物

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

表1 6種火鍋底料樣品中揮發性物質種類一覽Table 1 A list of volatile components in six kinds of hotpot seasoning samples

2.1.2 醛類化合物

在6種火鍋底料樣品中的醛類化合物包括：檸檬醛、苯甲醛和反式-2，4-癸二烯醛。6個碳原子以上典型直鏈型醛類可由油脂類物質中的脂肪酸經過降解產生；而反式-2，4-癸二烯醛則是亞油酸類化合物經過氧化反應后的典型產物，該醛類帶有脂肪氣息；苯甲醛則能揮發出與杏仁、堅果和水果等類似的香氣。主要揮發源來自于火鍋底料中的陳皮、肉桂、良姜和丁香等香料。

2.1.3 酯類化合物

酯類主要由酯化反應生成，反應物通常是醇類有機化合物與酸類化合物。在6種火鍋底料樣品中酯類化合物主要包括：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，這種物料能產生乙酸芳樟酯，該物質有濃郁的柑橘香味。在火鍋底料的熬制過程中會產生大量油脂，能夠產生高分子量酯類。棕櫚酸甲酯很可能通過甲酯化反應而產生[11]。

2.1.4 烴類及其他化合物

6種火鍋底料所包含揮發性物質中的烴類及其他化合物主要是萜烯類化合物，如石竹烯、γ-萜品烯、羅勒烯、月桂烯、3-亞甲基-6-(1-甲基乙基)環己烯、莰烯、α-蒎烯。它們的產生主要是由于脂肪酸中的烷氧自由基發生斷裂[12]。這類化合物對火鍋底料具有一定的風味貢獻。烯烴類化合物閾值較低，對火鍋底料的風味有一定影響。如γ-萜品烯帶有類似于柑橘和檸檬的香氣；草藥氣味則來自于α-蒎烯；莰烯能夠發出淡淡的熏臭味；3-亞甲基-6-(1-甲基乙基)環己烯主要在山奈中；能夠產生木香氣味的是月桂烯；而羅勒烯可以產生草藥和辛香味。在烴類化合物中還能發現有一些直鏈烴化合物存在，主要因為高溫作用產生[13]。除此之外，茴香腦也存在于火鍋底料物質中，此物質主要來自于八角、小茴香等香料中；另外，還有一部分有機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 風味物質主成分分析

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

續 表

由表2可知，火鍋底料中含有的風味物質主要有醇類、醛類、酮類、酯類、烴類及其他類。化合物種類不同，在火鍋底料中的含量也有所不同，為區別各類揮發性物質在火鍋底料中風味指標的強度，在Minitab 15軟件中對各類物質進行主成分分析，分別計算特征值及方差貢獻率[14-16]，具體數據見表3。

由表3可知，前3個風味物質的特征值均大于1，因此在累積的方差貢獻率中起主要作用，前3個成分的累計方差貢獻率達到了79.9%，因此可以將前3個成分作為主成分進行研究[17]，其特征向量數據見表4。

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

經分析，主成分1代表的是烴類化合物、醛類化合物及其他化合物，由于|-0.594|>|-0.567|>|0.522|，故風味大小程度關系為：其他化合物>醛類化合物>烴類化合物；主成分2是醇類及酮類化合物，由于|0.662|>|-0.460|，故酮類化合物對風味的影響小于醇類化合物；主成分3是酯類化合物對風味的影響。

表4 前3個特征值所對應的特征向量Table 4 The eigenvector corresponding to the first three eigenvalues

為了更直觀地表示各風味物質對火鍋底料風味的影響，將6種風味物質因子繪制成散點示意圖，通過各風味物質在各個象限不同的位置直觀展示各類物質風味的關系，見圖2。

圖2 6種風味物質象限分布圖Fig.2 Quadrant distribution of six kinds of flavor components

由圖2可知，醛類與其他化合物，酮類與酯類分別在同一象限內，醇類在單獨象限中[18-20]。表明其他類化合物與醛類分為一類，烴類分為一類，兩類風味物質共同組成第一主成分，而第二主成分中的醇類和酮類分別成為一類。

3 結論

本文采用SDE方法對四川、重慶地區的6種火鍋底料中含有的揮發性風味物質進行了提取、分離、檢測。研究表明，在6種樣品中所含有的風味物質分為烴類、其他化合物、酯類、酮類、醛類、醇類等。所含的風味物質共計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。在此基礎上分析了不同類別的風味物質主成分，前3個主成分的火鍋風味的累積方差貢獻率為80.7%，足夠反映火鍋底料的風味信息和特征。通過各風味物質特征向量的對比分析，可知對火鍋底料的風味產生影響的主要物質分別是烴類、酮類、酯類、醛類、醇類化合物，以上化合物對火鍋底料的影響構成了不同火鍋底料的風味特色。