晁仲昊,夏志強(qiáng),陳剛,楊建,嚴(yán)芳,邱志強(qiáng),姜萱,徐秀麗,鄒孝強(qiáng)*
1(食品科學(xué)與技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,國(guó)家功能食品工程技術(shù)研究中心,糧食發(fā)酵工藝與技術(shù)國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室, 江南大學(xué) 食品學(xué)院,江蘇 無(wú)錫,214122)2(四川漫味龍廚生物科技有限公司,四川 眉山,620036)
火鍋是中國(guó)傳統(tǒng)的飲食方式,在飲食文化中占據(jù)重要位置,尤其是川渝特色火鍋深受廣大消費(fèi)者喜愛(ài)?;疱伒奶厥怙L(fēng)味是吸引顧客的重要原因之一,一方面來(lái)源于特有的原料,例如添加的大量香辛料,另一方面,火鍋底料在加工過(guò)程中的理化反應(yīng)也會(huì)產(chǎn)生大量風(fēng)味物質(zhì),如美拉德反應(yīng)形成的雜環(huán)、含氮類風(fēng)味物質(zhì),焦糖化和含硫化合物的熱分解等[1]。目前市場(chǎng)上火鍋底料的品牌很多,不同火鍋底料因原料和工藝的不同,風(fēng)味差異很大,前期有較多的學(xué)者在這方面進(jìn)行了研究。但是,相同品牌的火鍋底料,根據(jù)面向的人群分為餐飲商用端(B端)和零售家庭端(C端),其中,B端產(chǎn)品面向餐飲或工廠,在保障食品安全的條件下更注重性價(jià)比、操作及品質(zhì)的穩(wěn)定性,而C端產(chǎn)品直接面向消費(fèi)者,更注重消費(fèi)者體驗(yàn),使用相對(duì)簡(jiǎn)單,使得成本較高[2]。相同品牌的B端和C端產(chǎn)品加工工藝及配料比有一定的差異性,但其風(fēng)味差異評(píng)價(jià)目前并未見(jiàn)報(bào)道。
火鍋底料風(fēng)味的測(cè)定與比較是對(duì)火鍋底料進(jìn)行風(fēng)味評(píng)價(jià)的重要方式。食品中揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的提取方法包括超臨界流體萃取法、蒸餾法、固相萃取法、頂空分析法和固相微萃取法等[3],對(duì)提取物質(zhì)的鑒定方法包括氣相色譜法、液相色譜法、氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)、氣相色譜-吸嗅檢測(cè)技術(shù)以及電子舌等[4]。SUN等[5]通過(guò)固相微萃取,使用GC-MS等方法研究牛油火鍋的香氣,確定了影響牛油火鍋底料整體香味的關(guān)鍵香氣因子。近些年,一種新的風(fēng)味物質(zhì)提取技術(shù)—薄膜固相微萃取(thin film solid-phase microextraction,TFME)逐漸發(fā)展起來(lái)。相較于其他萃取方法,TFME具有較大的萃取相體積和吸附容量、預(yù)萃取平衡時(shí)間短等特點(diǎn),能夠快速達(dá)到最終相平衡,有效分離待分析物并降低基質(zhì)干擾[6]。此外,由于存在大量的萃取相、涂層方法和幾何形狀選項(xiàng),TFME比傳統(tǒng)的頂空固相微萃取技術(shù)具有更高的通用性[7]。
傳統(tǒng)的火鍋風(fēng)味評(píng)價(jià)方法主要為感官評(píng)定,這種方法多依賴于人,以人為主體獲取試驗(yàn)材料,試驗(yàn)結(jié)果往往受人的主觀意識(shí)的影響[8],準(zhǔn)確性受到了一定程度的限制[9]。為了擺脫過(guò)于依賴主觀評(píng)價(jià)的缺點(diǎn),通過(guò)對(duì)風(fēng)味物質(zhì)分析,建立數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)模型,從而能夠科學(xué)、客觀、全面地對(duì)火鍋風(fēng)味強(qiáng)度進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)價(jià),提高和完善火鍋風(fēng)味評(píng)價(jià)體系,通過(guò)火鍋底料中主要風(fēng)味物質(zhì)的濃度快速獲悉整體風(fēng)味質(zhì)量。在諸多數(shù)學(xué)模型中,主成分分析(principal component analysis,PCA)法是一種多元統(tǒng)計(jì)分析技術(shù),使用一組元素較少的新數(shù)據(jù)向量近似代替和描述有許多元素的數(shù)據(jù)向量,同時(shí)保留原始數(shù)據(jù)的大部分信息[10],該法可較好地對(duì)風(fēng)味進(jìn)行評(píng)價(jià)。紀(jì)南等[11]使用PCA法對(duì)5種市售醬香型白酒的風(fēng)味進(jìn)行了排序,篩選出味最佳的種類。王振東等[12]利用PCA法對(duì)羊肉特征風(fēng)味強(qiáng)度進(jìn)行評(píng)價(jià),將感官評(píng)價(jià)法得分與使用的評(píng)價(jià)模型評(píng)分建立相關(guān)性,發(fā)現(xiàn)兩者具有極顯著相關(guān)性,表明PCA法評(píng)價(jià)模型與感官評(píng)價(jià)法具有較好的一致性。郝旭東等[13]對(duì)4個(gè)地區(qū)大紅袍花椒主體風(fēng)味同時(shí)進(jìn)行了PCA和感官評(píng)定,兩者相關(guān)性達(dá)到了0.951,體現(xiàn)了主成分評(píng)價(jià)模型能夠較好評(píng)價(jià)香氣的優(yōu)劣,因此可以將該模型的結(jié)果作為風(fēng)味評(píng)價(jià)的依據(jù)。
本研究選取4種市場(chǎng)占有率較高品牌的B端和C端牛油火鍋底料產(chǎn)品,使用TFME和GC-MS對(duì)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行測(cè)定,構(gòu)建PCA模型對(duì)火鍋底料產(chǎn)品中的風(fēng)味物質(zhì)組成進(jìn)行評(píng)價(jià),同時(shí)采用感官評(píng)定對(duì)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。
4種品牌火鍋底料B端產(chǎn)品(包括火鍋底料和部分樣品的調(diào)味粉)、4種品牌火鍋底料C端產(chǎn)品,市售;C7~C30正構(gòu)烷烴混合樣品,Sigma有限公司;PDMS/DVB薄膜固相微萃取裝置、7890A-5975型氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀、Gerstel TDU型熱脫附裝置,安捷倫科技(中國(guó))有限公司。
1.2.1 樣品的配制
為了使B端產(chǎn)品在食用過(guò)程中達(dá)到較為理想的風(fēng)味和食用品質(zhì),不同的品牌在實(shí)際操作過(guò)程中會(huì)依照一定的比例對(duì)原料進(jìn)行配制,因此為了模擬不同品牌的B端產(chǎn)品的配比,本文依照表1中火鍋底料、調(diào)味粉和水的不同比例稱取B端樣品,同時(shí)C端樣品按照料液比1∶4(g∶mL)進(jìn)行配制。

表1 B端樣品的配制Table 1 Preparation of B-end samples
1.2.2 TFME
稱取混合后的B端和C端樣品,總質(zhì)量保持在3 g左右,添加到頂空瓶中,放入活化后的TFME裝置,用PTFE/S瓶蓋密封。將頂空瓶放入加熱搖床上,80 ℃、250 r/min萃取60 min。萃取結(jié)束后,將萃取裝置插入熱脫附裝置內(nèi),于250 ℃解吸5 min,儀器自動(dòng)采集數(shù)據(jù)。
1.2.3 GC-MS檢測(cè)方法
GC條件:色譜柱為HP-Innowax,載氣He,流速3.0 mL/min。升溫程序:色譜柱起始柱溫40 ℃,保持2 min,隨后以5 ℃/min升到250 ℃,然后在250 ℃下保持10 min。
MS條件:GC-MS接口溫度250 ℃;EI離子源;電子能量70 eV;離子源溫度230 ℃;掃描范圍:33~350m/z;溶劑延遲時(shí)間3 min。
1.2.4 感官評(píng)定
對(duì)8種火鍋底料樣品進(jìn)行感官評(píng)定。按表1比例取B端的火鍋底料和水,同時(shí)按料液比1∶4取20 g的C端火鍋底料和80 mL水,使得8個(gè)樣品總質(zhì)量在100 g左右。將樣品加入鍋中煮10 min,之后轉(zhuǎn)移到白色紙杯中,使用數(shù)字1~8隨機(jī)編碼,組織8名品評(píng)人員對(duì)火鍋底料進(jìn)行感官評(píng)定,滿分100分,取平均值?;疱伒琢舷阄陡泄僭u(píng)價(jià)指標(biāo)參照張麗珠[14]的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo),修改后建立,具體指標(biāo)見(jiàn)表2。

表2 火鍋底料香味評(píng)定表Table 2 Fragrance evaluation table of hotpot seasonings
1.3.1 定性分析
由GC-MS得到的譜圖,經(jīng)計(jì)算機(jī)在標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)(NIST 2014)的檢索進(jìn)行匹配,根據(jù)該保留時(shí)間的可能性的大小,通過(guò)計(jì)算保留指數(shù)進(jìn)行定性,篩選并確定最終物質(zhì)。保留指數(shù)是在相同氣質(zhì)條件下直接測(cè)定正構(gòu)烷烴標(biāo)準(zhǔn)品C7~C30,根據(jù)樣品中測(cè)定物質(zhì)的保留時(shí)間計(jì)算保留指數(shù)[15],按公式(1)計(jì)算。
(1)
式中:Ix,保留指數(shù);tR,x,待測(cè)組分保留時(shí)間,min;n和n+1,分別為未知物流出前、后正構(gòu)烷烴的碳原子數(shù);tR,n和tR,n+1,分別為具有n和n+1個(gè)碳原子的正構(gòu)烷烴的保留時(shí)間,min。
1.3.2 定量分析
采用面積歸一化法進(jìn)行定量分析,求得各揮發(fā)性成分的相對(duì)含量。
1.3.3 PCA
通過(guò)Excel軟件進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的匯總處理,得到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Minitab 19軟件中進(jìn)行PCA,風(fēng)味種類采用Origin 2018作熱圖分析,使用Excel對(duì)PCA數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算并排序,使用SPSS軟件對(duì)PCA計(jì)算得到的特征向量進(jìn)行畫圖,同時(shí)進(jìn)行Pearson相關(guān)性分析。
不同品牌火鍋底料B端和C端產(chǎn)品揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)組成及相對(duì)含量結(jié)果見(jiàn)電子增強(qiáng)出版附件(https://doi.org/10.13995/j.cnki.11-1802/ts.032785),4種火鍋底料B端產(chǎn)品共鑒定出154種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),其中醇類29種、酚類6種、醚類3種、醛類28種、酸類7種、烴類30種、酮類15種、酯類23種、其他含氮含硫等雜環(huán)化合物13種。4種火鍋底料共有的物質(zhì)包括桉葉油醇、反式-4-側(cè)柏醇、芳樟醇、反-4-(異丙基)-1-甲基環(huán)己-2-烯-1-醇、4-萜烯醇、α-松油醇、香芹醇、乙基麥芽酚、2-甲氧基-4-乙烯苯酚、草蒿腦、2-乙酰基吡咯、正己醛、正辛醛、E-2-庚烯醛、壬醛、反-2-辛烯醛、苯甲醛、5-甲基呋喃醛、反式-2-癸烯醛、橙花醛、反,反-2,4-癸二烯醛、棕櫚酸、α-蒎烯、α-側(cè)柏烯、莰烯、β-蒎烯、檜烯、月桂烯、α-松油烯、D-檸檬烯、γ-松油烯、(E)-β-羅勒烯、萜品油烯、姜烯、β-紅沒(méi)藥烯、δ-杜松烯、β-倍半水芹烯、α-姜黃烯、甲基庚烯酮、乙酸芳樟酯和乙酸松油酯共41種物質(zhì)。
從4種火鍋底料品牌C端產(chǎn)品中共鑒定出158種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),其中醇類26種、酚類11種、醚類8種、醛類20種、酸類10種、烴類37種、酮類9種、酯類22種、其他含氮含硫及雜環(huán)化合物15種。共同檢測(cè)出40種物質(zhì),包括:丙酮、α-蒎烯、α-側(cè)柏烯、莰烯、β-蒎烯、檜烯、α-水芹烯、月桂烯、α-松油烯、(D)-檸檬烯、2-戊基呋喃、γ-松油烯、(E)-β-羅勒烯、萜品油烯、正辛醛、2,5-二甲基吡嗪、2,6-二甲基吡嗪、甲基庚烯酮、壬醛、乙酸、4-側(cè)柏醇、α-古巴烯、苯甲醛、反-4-(異丙基)-1-甲基環(huán)己-2-烯-1-醇、芳樟醇、乙酸芳樟酯、β-石竹烯、4-萜烯醇、癸酸乙酯、糠醇、草蒿腦、乙酸松油酯、α-松油醇、姜烯、α-法呢烯、茴香腦、香葉醇、乙基麥芽酚、辛酸、4-甲基-5-羥乙基噻唑。
和B端產(chǎn)品的GC-MS結(jié)果相比,C端產(chǎn)品測(cè)定的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)數(shù)量略微增加,而在物質(zhì)的種類上,醚類和烴類的數(shù)量明顯上升,醛類和酮類的數(shù)量明顯下降。各種樣品在原料品質(zhì)、工藝和成品后續(xù)的處理方式上有些許差別,但這8種火鍋底料產(chǎn)品仍共同檢測(cè)出了25種揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì),這些共同的風(fēng)味物質(zhì)可能來(lái)源于使用的相同原料種類。例如花椒中存在的大量芳樟醇、β-蒎烯、(D)-檸檬烯和乙酸芳樟酯[16]均可以在所有火鍋底料中找到,苯甲醛可能與加入的陳皮、肉桂、良姜、丁香等香辛料有關(guān)[17],烷烴類主要來(lái)源于脂肪酸烷氧自由基的斷裂,而萜烯烴廣泛存在于植物體內(nèi)[18]。經(jīng)研究,包括正辛醛、壬醛在內(nèi)的脂肪醛存在于牛油原料中[19],這些脂質(zhì)衍生醛是重要的二級(jí)脂質(zhì)氧化產(chǎn)物[20],2,5-二甲基吡嗪廣泛存在于在火鍋底料中添加的豆豉[21]內(nèi)。
同時(shí),相同品牌的火鍋底料的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)在數(shù)量和含量上差距比較大。X1的B端和C端共同檢測(cè)出43種風(fēng)味物質(zhì),X2則有46種,X3樣品有44種,X4共同檢測(cè)出60種。對(duì)于這種差距,可能的原因是調(diào)味粉的加入。調(diào)味粉的加入提高了部分物質(zhì)的檢出含量,導(dǎo)致其占比提高,其他物質(zhì)含量占比降低,并且可能會(huì)檢測(cè)出底料中并沒(méi)有的物質(zhì)。同時(shí)水的加入可能會(huì)稀釋掉一部分風(fēng)味物質(zhì),加入的比例不同可能會(huì)導(dǎo)致稀釋的程度不同。而對(duì)于火鍋底料,生產(chǎn)線及物料運(yùn)輸、儲(chǔ)存要求的不同導(dǎo)致抗氧化劑、防腐劑等非風(fēng)味的揮發(fā)性物質(zhì)占比不同,因此實(shí)際的風(fēng)味物質(zhì)的占比差距很大??紤]到成本等因素,原料的品質(zhì)也會(huì)有些許差別,導(dǎo)致相同品牌熬制出的火鍋底料的風(fēng)味物質(zhì)的差別。
通過(guò)圖1熱圖分析可以清楚看出,B端產(chǎn)品中X2火鍋底料中的烴類物質(zhì)和X3中的酚類物質(zhì)占比尤其突出。對(duì)于不同的品牌,B端產(chǎn)品烴類物質(zhì)的相對(duì)含量都比較多,表明烴類物質(zhì)對(duì)于不同品牌的B端火鍋產(chǎn)品風(fēng)味的形成都有著重要的影響。而在C端產(chǎn)品中,對(duì)于X1,醇類和醚類占比高于其他種類的物質(zhì);X2和X3均擁有很高含量的酚類物質(zhì);X4各項(xiàng)物質(zhì)含量相對(duì)而言較為均衡,醚類含量較多,醇類、酸類、酮類以及其他類化合物含量較少。和B端產(chǎn)品相比,C端產(chǎn)品中烴類物質(zhì)的占比有所下降;而對(duì)于X1的醇類和醚類物質(zhì)、X2的酚類物質(zhì)以及X3和X4中的酯類,B端產(chǎn)品中的占比明顯少于C端。

圖1 四種品牌火鍋底料風(fēng)味成分種類分布熱圖Fig.1 Heat map of the distribution of flavor components in four brands of hotpot seasoning
2.2.1 PCA
運(yùn)用Minitab 19軟件對(duì)在B端和C端中檢測(cè)到化合物分別進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理,然后分別進(jìn)行PCA,其特征值和方差貢獻(xiàn)率見(jiàn)表3。

表3 火鍋底料揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)方差解釋Table 3 Explanation of total variance of volatile flavour compounds in hotpot seasonings
經(jīng)過(guò)PCA,可以得到相應(yīng)的主成分特征值以及特征向量。特征值就是相應(yīng)的主成分的系數(shù),其大小反映了主成分的影響力[22],一般選取累計(jì)貢獻(xiàn)率大于80%的主成分。經(jīng)分析,前7種主成分的特征值均大于1,前5種主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率為85.1%,7種主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到100%,能夠有效表達(dá)火鍋底料風(fēng)味特征。特征向量即因子載荷矩陣,可以解釋每個(gè)變量對(duì)數(shù)據(jù)的變化做出的貢獻(xiàn)程度,以及解釋變量之間的關(guān)系[23],其分布如圖2所示。前5種主成分影響最大揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)為正己醛(T26)、辛酸(T42)、2,6-二甲基-3,7-辛二烯-2,6-二醇(T18)、二烯丙基二硫醚(T209)和L-乳酸乙酯(T75)。正己醛是一種常見(jiàn)的揮發(fā)性油脂氧化分解產(chǎn)物[24],辛酸在牛油中大量存在[25],2,6-二甲基-3,7-辛二烯-2,6-二醇可以從辣椒[26]的揮發(fā)性物質(zhì)中檢測(cè)出,二烯丙基二硫醚在大蒜[27]中含量豐富,而L-乳酸乙酯來(lái)源于發(fā)酵的豆豉[28]。

a-主成分1和主成分2載荷圖;b-主成分3和主成分4載荷圖; c-主成分5、主成分6和主成分7載荷圖圖2 PCA載荷圖Fig.2 Loading diagram of PCA
2.2.2 不同品牌的火鍋底料產(chǎn)品風(fēng)味評(píng)價(jià)
以8個(gè)樣品共217個(gè)揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)為指標(biāo),用X1,X2,…,Xi表示,使用PCA進(jìn)行降維處理,通過(guò)線性組合形成新的指標(biāo)。這些新指標(biāo)F1,F2,…,Fj保留了原始指標(biāo)的主要信息。這些指標(biāo)相互獨(dú)立,作為第一主成分,第二個(gè)主成分等變量。根據(jù)計(jì)算得到的主成分特征值和特征向量構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)模型[29],如公式(2)所示:
Fj=v11×X1+v21×X2+…+vij×Xi
(2)
式中:vij,第i個(gè)物質(zhì)的第j主成分對(duì)應(yīng)的特征向量;Xi,標(biāo)準(zhǔn)化后樣品中第i個(gè)物質(zhì)的含量;Fj,主成分值。綜合評(píng)價(jià)指數(shù)按公式(3)計(jì)算:
(3)
式中:GEI為綜合評(píng)價(jià)指數(shù);λ為特征向量。
根據(jù)PCA模型得出4種品牌火鍋底料綜合得分值的結(jié)果,由表4可知,綜合得分由高到低進(jìn)行排序,B端產(chǎn)品的結(jié)果為:X3>X1>X2>X4,C端產(chǎn)品的排序結(jié)果為:X1>X3>X2>X4,綜合得分值和感官評(píng)定結(jié)果均表明在這8個(gè)火鍋底料樣品中,相同品牌的C端產(chǎn)品的風(fēng)味好于B端產(chǎn)品。揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)在種類和含量上的差異,導(dǎo)致了樣品的總體風(fēng)味的區(qū)別,進(jìn)而影響了人們對(duì)樣品的感官評(píng)價(jià),因此更佳的風(fēng)味會(huì)是消費(fèi)者選擇C端產(chǎn)品的一個(gè)重要原因。通過(guò)運(yùn)用Pearson相關(guān)性分析方法對(duì)主成分綜合得分與感官評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分析,得出在B端和C端產(chǎn)品的風(fēng)味評(píng)價(jià)中,這2種方法的結(jié)果相關(guān)性為極顯著(P<0.01),相關(guān)系數(shù)為0.908,說(shuō)明構(gòu)建的主成分綜合得分模型能夠較好的評(píng)價(jià)火鍋底料香氣的優(yōu)劣。

表4 不同品牌火鍋風(fēng)味評(píng)分Table 4 Comprehensive score of flavor of different brands of hotpot
本研究采用了TFME及氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù),對(duì)4種市場(chǎng)占有率較高的火鍋底料品牌的B端和C端產(chǎn)品進(jìn)行了分析比較,B端產(chǎn)品共檢測(cè)有154種風(fēng)味物質(zhì),其中醇類29種、酚類6種、醚類3種、醛類28種、酸類7種、烴類30種、酮類15種、酯類23種、其他類化合物13種;C端產(chǎn)品則有158種風(fēng)味物質(zhì),8個(gè)樣品檢測(cè)出25種相同的風(fēng)味物質(zhì)。對(duì)于不同品牌的火鍋底料,熱圖分析發(fā)現(xiàn)烴類物質(zhì)在火鍋風(fēng)味的形成均起重要作用,而通過(guò)對(duì)相同品牌的B端和C端產(chǎn)品的風(fēng)味物質(zhì)對(duì)比,發(fā)現(xiàn)C端產(chǎn)品中烴類物質(zhì)占比明顯較低。利用PCA對(duì)火鍋底料中的風(fēng)味物質(zhì)組成進(jìn)行分析,結(jié)果表明7個(gè)主成分因子累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)到100%,能有效表征火鍋底料風(fēng)味物質(zhì)信息。同時(shí),通過(guò)構(gòu)建PCA模型,計(jì)算綜合評(píng)價(jià)指數(shù),對(duì)其風(fēng)味進(jìn)行評(píng)價(jià),得到的結(jié)果為B端產(chǎn)品:X3>X1>X2>X4,C端產(chǎn)品:X1>X3>X2>X4,C端產(chǎn)品的風(fēng)味明顯好于B端產(chǎn)品,與感官評(píng)定具有相似的結(jié)果。Pearson相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)主成分綜合得分與感官評(píng)價(jià)結(jié)果相關(guān)性為極顯著(P<0.01),相關(guān)系數(shù)為0.908,說(shuō)明所構(gòu)建的模型能夠有效地對(duì)火鍋底料進(jìn)行風(fēng)味評(píng)價(jià)。