酶解工藝對生姜和辣椒有效物質溶出質量的研究

趙欠，唐毅，梁亞男，王艷，黃艷，張麗*

重慶火鍋調味品及菜品工程技術中心，重慶德莊農產品開發有限公司（重慶 401336）

火鍋作為中國獨創的飲食方式，因其獨特的口感和烹飪方式受到越來越多消費者的青睞，其中以川渝地區的麻辣火鍋最為代表。麻辣火鍋底料目前大多采用的是生姜、干辣椒、大蒜、花椒、豆瓣醬和豆豉，輔以香辛料和香精香料炒制而成。麻辣火鍋底料在工業化生產中，生姜、大蒜和干辣椒等只是經過簡單的清洗、粉碎、煮制、炒制等較粗略的工藝，原料中的有效物質利用率待進一步提高。目前關于麻辣火鍋底料的研究多是對炒制工藝[1-3]和熬煮過程質量變化[4-5]的研究，而原料的深加工和原料有效物質的高效利用也為麻辣火鍋的制作工藝提供良好的研究思路。王敏[6]的研究表明，將辣椒發酵后，添加到火鍋底料中炒制，其香氣物質種類比鮮辣椒和鹽漬辣椒火鍋底料中明顯增加。李芳[7]以硬脂魚油代替部分牛油，通過優化工藝條件，可得到更好的口感和品質。馬鈐等[8]優化八角精油的工藝并與八角復配，研究對火底料風味的影響。馬鈐[9]以花椒精油替代部分花椒與純花椒對比，研究對火鍋底料熬煮風味的影響。文章以麻辣火鍋底料加工原料用量較大的生姜和辣椒為試驗對象，采用單因素試驗和正交試驗法探究酶解工藝對生姜有效物質姜辣素含量[10]的影響，對辣椒的有效物質辣椒素含量和色度的影響，尋求適合老姜和辣椒的最佳酶解工藝條件，為麻辣火鍋底料主要原料預處理提供技術基礎，為提升麻辣火鍋底料的風味質量提供優質原料。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及試劑

生姜、干辣椒（重慶，新世紀超市）；食用植物油（重慶，新世紀超市）。

香草醛標準品；分析純甲醇；無水乙醇；分析純四氫呋喃；色譜純甲醇；生物酶Y1、Y2、Y3。

1.2 試驗主要儀器與設備

HC-1500惠爾普斯果蔬破壁料理機（中山市惠爾普斯電器有限公司）；FA2004A電子天平（上海精天電子儀器有限公司）；TU-1800紫外可見分光光度計（北京普析通用儀器有限責任公司）；H7-LED臺秤（凱豐集團有限公司）；DHG-9140A電熱恒溫鼓風干燥箱（上海齊欣科學儀器有限公司）；PLV-200全自動羅維朋比色計（佩克昂科技有限公司）；HH-6數顯恒溫水浴鍋（金壇市富華儀器有限公司）；LC-20A高效液相色譜儀（島津儀器有限公司）。

1.3 試驗方法

1.3.1 酶解工藝對生姜酶解效果的因素研究

1.3.1.1 不同類酶及添加量對生姜酶解效果的影響

取新鮮的生姜顆粒，用破壁機粉碎60 s后，稱取10 g，按料液比1∶3 g/mL加入一定量的純凈水，在酶解溫度45 ℃、酶解時間60 min的條件下，料液中分別加入原料量3%的Y1酶、酶Y2、酶Y3，分別對其進行酶解，并與空白組對照，考察酶的種類對指標物質溶出的影響。在確定生物酶種類的基礎上，在料液中分別加入原料量0.5%，1.0%，1.5%，2.0%，2.5%，3.0%和3.5%的生物酶對其進行酶解，考察酶的添加量對指標物質姜辣素含量的影響。

1.3.1.2 酶解溫度和時間對生姜酶解效果的影響

取新鮮的生姜顆粒，用破壁機粉碎60 s后，稱取10 g，按料液比1∶3 g/mL加入一定量的純凈水，在酶添加量3%時，選擇酶解溫度（40，45，50，55和60 ℃）和酶解時間（20，30，40，50，60，70和80 min）分別進行單因素酶解試驗，考察酶解溫度和時間對指標物質姜辣素含量的影響。

1.3.1.3 最佳酶解工藝的確定

根據單因素試驗結果，以特征物質姜辣素含量為指標，以影響酶解效果的溫度、時間、酶添加量為自變量，建立三因素三水平正交試驗。最終以正交試驗結果確定最佳酶解條件。試驗設計其因素水平如表1所示。

表1 生姜酶解三因素三水平正交試驗設計

1.3.2 酶解工藝對辣椒酶解效果的因素研究

1.3.2.1 不同類酶及添加量對辣椒酶解效果的影響

取篩選后的干辣椒，用破壁機粉過0.850 mm篩，按料液比1∶3 g/mL加入一定量的純凈水，在酶解溫度45 ℃、酶解時間50 min的條件下，料液中分別加入原料量1.5%的酶Y1、酶Y2、酶Y3，分別對其進行酶解，并與空白組對照，考察酶的種類對指標物質溶出的影響。在確定生物酶種類的基礎上，在料液中分別加入原料量0，0.5%，1.0%，1.5%和2.0%的生物酶對其進行酶解，考察酶的添加量對指標物質溶出的影響。

1.3.2.2 酶解溫度和時間對辣椒酶解效果的影響

取粉碎后的干辣椒顆粒，過0.300 mm篩，按料液比1∶3 g/mL加入一定量的純凈水，在酶添加量1.5%時，酶解溫度依次設置為35，40，45，50和55 ℃，酶解時間依次設置為0，30，50，70和90 min，進行酶解，考察酶解溫度和時間對指標物質溶出的影響。

1.3.2.3 最佳酶解工藝的確定

根據單因素試驗結果，以特征物質辣椒素含量和色度為指標，以影響酶解效果的溫度、時間、酶解量為自變量，建立三因素三水平正交試驗。最終以正交試驗結果確定最佳酶解條件。試驗設計其因素水平表如表2所示。

表2 辣椒酶解三因素三水平正交試驗設計

1.4 測定方法

1) 辣椒素含量的測定：紫外分光光度法[11]。

辣椒素檢測：參照T/CSIQ 77002—2020《含辣調味品辣椒素類物質含量的測定及辣度分級》。酶解后的辣椒樣品處理工藝：取一定量的植物油，在油溫135 ℃時倒入酶解后的辣椒物料，小火炒制3 min，取一定量炒制后的油脂樣品，檢測辣椒素含量和色度。

2) 色度檢測：參照羅維朋比色計法。取一定量的含辣椒色澤的油脂，放入玻璃比色杯中，用自動羅維朋比色計檢測樣品色度。

1.5 數據分析

每個樣品重復測定3次，試驗結果以mean±SD表示，用Origin 8.6作圖。

2 結果與分析

2.1 酶解工藝對生姜酶解效果的因素研究

2.1.1 不同類酶及添加量對生姜酶解效果的影響

用生物酶Y1、Y2、Y3分別酶解生姜，并與無酶對照組對比，試驗結果如圖1所示。三種酶酶解后的姜辣素含量均高于對照組，且酶Y1的酶解效果最佳，選擇酶Y1為生姜酶解的生物酶。在確定酶Y1的基礎上，隨生物酶Y1量增加，姜辣素含量呈現增加趨勢，如圖2所示。姜辣素含量在生物酶量3%時最高，與生物酶量2.5%時差異不顯著，綜合考慮，將生物酶量2.5%確定為最佳酶解酶劑量。

圖1 不同酶對生姜酶解效果的影響

圖2 不同酶添加量對生姜酶解效果的影響

2.1.2 酶解溫度和時間對生姜酶解效果的影響

酶解溫度和時間對生姜酶解效果的試驗結果如圖3和圖4所示。隨酶解溫度升高，姜辣素含量呈現先增后降趨勢，姜辣素含量在酶解溫度為50 ℃時最高，且與其他溫度下的姜辣素含量差異顯著，故確定50 ℃為最佳酶解溫度。隨酶解時間增加，姜辣素含量呈現增加趨勢，姜辣素含量在酶解時間為70 min時最高，其次為酶解60 min，兩個時間段內的姜辣素含量差異不顯著，綜合考慮，選擇60 min為最佳酶解時間。

圖3 不同酶解溫度對生姜酶解效果的影響

圖4 不同酶解時間對生姜酶解效果的影響

2.1.3 生姜酶解正交試驗結果

根據單因素試驗，結合各種因素的相互作用對姜辣素含量的影響，采用三因素三水平進行正交試驗，試驗結果見表3。

表3中，通過極差分析，由極差R大小可以看出，生物酶添加量、酶解溫度和酶解時間對辣椒酶解后姜辣素含量影響的主次順序為酶解溫度＞酶解時間＞酶添加量，可見酶解溫度是影響酶解效果的關鍵性因素，其因素水平關系為B3＞B2＞B1，酶解時間和生物酶添加量為次要影響因素，其因素水平關系為C2＞C1＞C3，A1＞A3＞A2。最優組合為A1B3C2，即生物酶Y1添加量2.0%，酶解溫度55 ℃，酶解時間60 min。

表3 生姜酶解工藝的正交試驗結果直觀分析表

2.2 酶解工藝對辣椒酶解效果的因素研究

2.2.1 不同類酶及添加量對辣椒酶解效果的影響

用生物酶Y1、Y2、Y3分別酶解辣椒，并與無酶對照組對比，試驗結果如圖5所示。酶Y2的辣椒素含量和色度均最高，且與其他組的差異顯著，選擇酶Y2為辣椒酶解工藝的生物酶。在確定生物酶Y2基礎上，酶添加量試驗結果如圖6所示。隨生物酶量增加，辣椒素含量呈增加趨勢，且辣椒素含量在生物酶量2.0%時最高，但與酶含量1.5%時的差異不顯著。隨著生物酶量增加，色度呈現增加的趨勢，且在酶量達到1%，色度最高。綜合考慮酶添加量對辣椒素含量和色度的影響，選擇1.5%為最佳酶解劑量。

圖5 不同酶對辣椒酶解效果的影響

圖6 不同酶添加量對辣椒酶解效果的影響

2.2.2 酶解溫度和時間對辣椒酶解效果的影響

酶解溫度和時間對辣椒酶解效果的試驗結果如圖7和圖8所示。隨酶解溫度增加，辣椒素含量呈現先增后降趨勢，辣椒素含量在酶解溫度45 ℃時最高，色度在酶解溫度50 ℃時最高，且與其他溫度下差異顯著。結合酶解溫度過程中的能耗和酶解效果，將45 ℃設為最佳酶解溫度。隨酶解時間增加，辣椒素含量呈現增加趨勢，且辣椒素含量和色度值在酶解50 min時與酶解70 min和90 min時差異不顯著，故選擇50 min為最佳酶解時間。

圖7 不同酶解溫度對辣椒酶解效果的影響

圖8 不同酶解時間對辣椒酶解效果的影響

2.2.3 辣椒酶解正交試驗結果

根據單因素試驗，結合各種因素的相互作用對辣椒素含量和色度的影響，采用三因素三水平進行正交試驗，通過SPSS極差分析，試驗結果見表4。

表4中，通過極差分析，由極差R大小可以看出，生物酶添加量、酶解溫度和酶解時間對辣椒酶解后辣椒素含量影響的主次順序為酶解溫度＞酶添加量＞酶解時間，可見酶解溫度是影響酶解后辣椒素含量的關鍵性因素，其因素水平關系為B2＞B3＞B1，生物酶添加量和酶解時間為次要影響因素，其因素水平關系為A3＞A2＞A1，C2＞C1＞C3。最優組合為A3B2C2，即生物酶Y2添加量2.0%，酶解溫度45 ℃，酶解時間50 min。生物酶添加量、酶解溫度和酶解時間對辣椒酶解后色度影響的主次順序為酶解溫度＞酶解時間＞酶添加量，酶解溫度是影響酶解效果色度的關鍵性因素，其因素水平關系為B2＞B3＞B1，酶解時間為次要影響因素，其因素水平關系為C3＞C2＞C1，生物酶量的影響作用最小，其中因素水平關系為A2＞A3=A1。最優組合為A2B2C3，即生物酶量1.5%，酶解溫度45℃，酶解時間60 min。綜合生物酶量、酶解溫度和酶解時間對辣椒酶解后的辣椒素含量和色度影響的正交試驗結果，從節約資源方面考慮，選擇生物酶量1.5%、酶解溫度45 ℃、酶解時間50 min作為辣椒酶解最佳工藝。

表4 不同因素對辣椒素含量和色度影響直觀分析表

3 討論與結論

試驗以麻辣火鍋底料中的主要原料生姜和辣椒為試驗材料，對影響生姜和辣椒酶解質量的各因素進行優化，并在單因素的基礎上進行正交試驗優化，得到生姜酶解最佳工藝：生物酶Y1添加量2.50%、酶解溫度55 ℃、酶解時間60 min。各因素對酶解質量影響的主次順序為溫度＞時間＞酶添加量。辣椒酶解工藝對辣椒素含量影響的最佳因素組合為生物酶Y2添加量2.0%、溫度45 ℃、時間50 min。各因素對辣椒素含量影響的主次順序為酶解溫度＞酶添加量＞酶解時間。辣椒酶解工藝對色度影響的最佳因素組合為生物酶Y2添加量1.5%、溫度45 ℃、時間60 min。各因素對辣椒酶解后對色度影響的主次順序為酶解溫度＞酶解時間＞酶添加量。結合正交試驗分析結果和資源充分利用，辣椒酶解最佳工藝為生物酶Y2添加量1.5%、酶解溫度45 ℃、酶解時間50 min。研究為下一步火鍋底料原料的預處理方式對增強火鍋風味的研究奠定了良好的基礎，為研究高質量的麻辣火鍋工藝提供依據。