川渝火鍋的辣味物質分析及辣度分級

聶鑫 賈效函 陳泓帆 曾天志 陳實

摘要：火鍋是川渝地區的傳統特色美食，因其“鮮香麻辣”而廣受歡迎。近年來，火鍋產品不斷推陳出新，但關于火鍋辣度分級一直沒有統一標準。文章介紹了火鍋辣味物質及呈味機理，闡述了辣度分級與辣度評價的方法，為制定更加科學的火鍋辣度分級標準、助力火鍋產業高質量發展、促進火鍋文化傳播提供了一定的理論依據。

關鍵詞：火鍋；辣味物質；辣度分級；感官評價；分析方法

中圖分類號：TS207.3????? 文獻標志碼：A???? 文章編號：1000-9973（2024）02-0171-07

Analysis of Spicy Substances and Spiciness Grading of Sichuan-Chongqing Hot Pot

Abstract： Hot pot is a traditional specialty food in Sichuan and Chongqing regions， which is widely popular due to its “fresh and spicy” flavor. In recent years， hot pot products have been constantly innovating， but there has been no unified standard for the spiciness grading of hot pot. In this paper， the spicy substances and taste formation mechanism of hot pot are introduced， and the spiciness grading and evaluation methods are expounded， which has provided a theoretical basis for formulating more scientific hot pot spiciness grading standards， assisting high-quality development of hot pot industry， and promoting the communication of hot pot culture.

Key words： hot pot; spicy substances; spiciness grading; sensory evaluation; analysis methods

火鍋作為川渝地區的特色美食，早已融入當地人民的日常生活，具有不可替代的地位[1]?；疱佒谱鲿r以油脂為核心，添加豆瓣醬、姜蒜、花椒以及各種香辛料后高溫翻炒，根據制作工藝與材料的差異制成各類火鍋底料[2]?！靶晾蔽丁笔腔疱侊L味的重要組成部分，人們對辣味的喜好由來已久，所有麻辣火鍋的制作都要牢牢把握住其中的“辣味”[3]。在中國，超過30%的成年人每天食用辛辣食物，而火鍋便是其中最受歡迎的產品之一[4]。市面上的火鍋底料大多分為微辣、中辣、特辣等級別，這種方式依賴個人經驗與感覺，主觀差異較大，而且模糊的感官指標很難作為區分火鍋辣度的科學標準[5-6]?；疱佒械睦倍瓤煞譃楸碛^辣度與真實辣度。表觀辣度是指通過感官評價來判斷人體感覺器官上的刺激程度，主要使用斯科維爾指數法[7]。而真實辣度是指通過高效液相色譜儀（HPLC）等精密儀器測定辣椒及辣椒制品中辣椒素的含量，并進行定量計算和指數轉換來量化辣度。賈洪鋒等[8]利用HPLC測定了部分川菜中的辣椒素及二氫辣椒素含量，并結合感官評價將這些菜肴的辣度分為不辣、微辣、中辣、辣和特辣5個等級。熊科等[9]對國外的辣椒及辣椒制品分級情況進行了研究，通過HPLC測定相關辣椒素作為指標量化辣度，建立了一套辣度分級的方法。

火鍋加工過程中辣椒、生姜、大蒜、胡椒、豆瓣醬等原料都具有不同程度的辣味，但辣椒產生的辣味最刺激，所以火鍋辣度的研究主要集中于對辣椒的研究上。辣度分級是國外通行的做法，我國雖然也有相應標準，但是相關分級方法對于普通大眾來說仍舊比較模糊，尤其是火鍋中的辣度分級亟待解決。本文詳細闡述了火鍋及辣椒中的辣度測定和分析方法以及辣度分級，并介紹了提高辣味物質檢測效率的途徑和方法，以期為火鍋辣度的分級策略提供一定的參考。

1 火鍋辣味物質及呈味機理

火鍋中產生辣味的物質主要是辣椒中的類辣椒素（capsaicinoids），又名辣椒堿。這類物質由香草胺和中長鏈脂肪酰胺組成（見圖1中A）[10]。雖然辣椒素類物質的結構相似，但是其疏水鏈上R基的不同導致其辣度也有廣泛的差異，主要體現在疏水鏈的長度、支鏈分化以及是否具有雙鍵結構方面[11]。

辣椒素類物質主要包括5種，分別為辣椒素（capsaicin，CAP）、二氫辣椒素（dihydrocapsaicin，DHC）、降二氫辣椒素（nordihydrocapsaicin，NDC）、高辣椒素（homocapsaicin，HC）和高二氫辣椒素（homodihydrocapsaicin，HDC），見圖2。除類辣椒素外，火鍋中還有其他辣味物質。姜辣素是生姜中主要的辣味成分，為一類具有3-甲氧基-4-羥基苯基官能團的化合物，辣度較低；姜辣素主要包括姜酚、姜酮和姜烯酚等成分[13]。蒜素是大蒜中的主要辣味成分，對胃有刺激作用，但在受熱時會減弱或者消失[14]。肉桂醛是川味火鍋中經常添加的香辣調料，味辣且甜，伴有強烈的灼燒感，氣味偏向于肉桂油和桂皮油特有的香氣[15]。

辣味不是傳統的味覺或觸覺感知，它是由辣椒等辛辣食品引發的灼熱感，是一種協調味覺和嗅覺的體感，并伴隨著溫度、痛覺和觸覺等復合感官特性[16]。辣椒中的主要辣椒素類物質是CAP和DHC，約90%的辣味和灼熱感由CAP和DHC引發[17]。研究發現，辣椒中的辣椒素可以作用于瞬時受體電位香草素-1型（transient receptor potential vanilloid 1，TRPV1），產生辣味并引起燒灼感，其結構見圖1中B。TRPV1被稱為香草酸衍生物受體1（vanilloid receptor 1，VR1），是一種非選擇性陽離子通道。TRPV1是一個四聚體通道蛋白，S1～S6代表6個跨膜螺旋區域，每個亞基的N和C末端都位于細胞內[12]（見圖1中B）。S1～S4區域為TRPV1的電壓感受器，這4個區域組成了一個電壓依賴的激活閘門，根據電位變化動態地打開或關閉。S5和S6區域為TRPV1的離子通道，這兩個區域共同形成了蛋白質的中心孔道，通過這些孔道可以調節離子通量和選擇性[18]。辣椒素主要與S3、S4、S4～S5相連片段細胞膜內口袋相結合，在結合時，辣椒素的“頭部”和“尾部”通過氫鍵和范德華力首先與受體結合，隨后辣椒素的“頭部”與S4～S5連結片段上的T551形成氫鍵，此時S4～S5片段外移，使得S6構象發生變化，并打開相應的離子通道[19]。TRPV1是唯一對辣椒素有反應的受體，廣泛存在于體內，主要存在于口腔、胃和腸道中。因此，人們對火鍋中辣味的感知與辣椒素的消化特性密切相關[20]。

2 火鍋辣度分級

2.1 斯科維爾熱值辣度指數

目前，國際上通常使用斯科維爾熱值（Scoville heat units，SHU）作為辣度單位，通過SHU值的大小將辣度進行分級，該單位表示必須稀釋該物質直到無法感知辣味的次數[21]。雖然SHU的應用較多，但僅在測量較低的辣度時具有良好的準確性與分級價值，在測量高辛辣程度的樣品時由于等級劃分范圍過大，導致其辨別力較差，限制了SHU的應用[22]。李沿飛等[23]采用HPLC測定了干辣椒及其制品中辣椒堿類物質的含量，并根據SHU將辣椒及其制品的辣度分為5級。Popelka等[24]通過HPLC測定了不同新鮮辣椒和干辣椒中的辣椒素含量，并與它們的SHU進行對比，檢測的所有辣椒都可歸為強辣。Kekina等[25]采用感官、分光光度法和HPLC對20個樣品和雜交種辣椒的辣度和含量進行了比較，分析得到的辣椒素濃度為1.0～7.15 mg/g干重，SHU為17 440～15 3120。湖南省在2006年也出臺了相應地方標準（DB 43/T 275—2006），根據SHU將辣度分為10個等級，見表1。這些分析方式主要體現了樣品的中、低辛辣程度，要精確表征高辣度食品的辣味級別還需要更加先進的分析方法。

2.2 辣味物質的定量分級

為了使辣度分級更標準并避免感官上的差異，通過HPLC等精密儀器對樣品的辣味物質進行定量，從而建立準確的辛辣等級是目前較普遍的分級方式。主要通過HPLC、紫外分光光度法（UV）和氣相色譜法（GC）對辣椒素等物質進行含量測定，再將其含量換算成相應的辣度等級從而實現標準的劃分[26-28]。我國在2007年頒布了辣椒素類物質的測定及辣度分級方法，通過HPLC檢測樣品中辣椒素和二氫辣椒素的含量，并將其用于計算斯科維爾指數與辣度[29]。常曉軻等[30]采用HPLC對64份辣椒中辣椒素總含量進行測定，發現64份不同類型辣椒的辣度都集中在6，7，8，9這4個等級，其中朝天椒主要集中在7和8兩個級別，辣度較其他辣椒偏高。王榮等[31]通過丙酮浸提法提取濃縮辣椒醬中的辣椒素，采用紫外雙比色法進行定量分析，并結合SHU指數計算，將濃縮辣椒醬的辣度分為輕辣、微辣、中辣和特辣4個等級。

2.3 其他辣度分級方式

由于辣味物質定量的分級方法一般用于測定大批量樣品中的辣味物質含量，且測定成本高，不能反映人體的主觀辣度感受，存在辣度分級與消費者真實辣感不同的情況。辛辣食品中的辣椒素類物質能夠刺激人體口腔分泌唾液，唾液的分泌量可以作為辛辣程度的生理指標且能反映人體對辣度的真實感受[32]。羅鑫等通過測試人員食辣后的唾液分泌量計算出不同辣度下的唾液流率，對辣味強度和唾液流率的相關性進行了擬合。根據唾液流率范圍將辣度劃分為5級。電子鼻是一種通過模擬人類嗅覺來表征物質整體氣味信息的檢測儀器，通常由一組化學傳感器、信號處理器和模式識別算法組成，相較于人工感官評價，其分析結果更加客觀準確，具備高效、快速、無損及穩定性好等優點[33]。李穎慧等[34]以9個已知辣度的辣椒品種果實為材料，通過電子鼻和感官評價建立了量化辣度的快速評價方法。其中，電子鼻主成分分析貢獻率大于99%，能夠代表樣品的絕大部分信息，并有效區分辣椒果實的辣味。通過電子鼻傳感器W5S、W1W和W2W對辣椒果實的響應值，將辣度分成4個等級，即不辣（1～10）、微辣（10.1～20）、辣（20.1～50）、超級辣（50.1～70）。

辣度分級在不同地區及人群中也可能存在不同的偏好和評價標準，中國不同地區對辣度的接受差異很大，西南地區的飲食辣味極重，北方地區輕微食辣，而東南地區幾乎沒有食辣習慣[35]。因此，SHU指數分級對于高辣度區間的分級十分粗糙，不適用于未來精細化、標準化的辣度分級模式。通過精密儀器分析的手段以及考慮不同地區人群等影響因素從而制定不同的評估標準是未來火鍋辣度分級的發展方向。

2.4 火鍋辣度分級新方法

辣度最初由SHU代表，表示稀釋該物質直到無法感知到辛辣的濃度。雖然目前SHU應用較多，但僅在測量相對較低的辣度方面較有效，在測量高辛辣程度方面的辨別能力較差，限制了其更廣泛的應用。長久以來，一直缺乏一個簡單直觀的單位來表征火鍋的辛辣程度，因此，必須建立一個消費者容易理解的新的辣度單位。Li等[22]對麻辣火鍋的辣度進行了大規模的感官評價，并檢測了麻辣火鍋中主要辣椒素的含量，利用大量數據建立了一個新的辣度單位“李辣單位”（Li spicy unit，LSU）。李氏辣度的公式為LSU=10.369ln（CMC）+65.264（CMC代表辣椒素含量）。為了檢驗LSU是否適合評價其他辛辣食品的辣度，他們對其他辛辣食品進行了感官評價并檢測了它們的CMC，計算出的LSU總體涵蓋了LSU的相應參考范圍（見表2），表明LSU可能適用于評估其他辛辣食品的辣度，LSU是第一個對麻辣火鍋的辛辣程度進行分級的單位。

尼海峰等[36]建立了麻辣火鍋底料中辣味物質（辣椒素及二氫辣椒素）的HPLC快速分析方法，實驗中選取了甲醇濃度、流速、柱溫3個因素進行色譜分析條件的優化，并用優化后的HPLC對辣椒原料、紅湯火鍋底料和四川火鍋底料進行分析檢測，火鍋底料（辣味）中的辣椒素類物質含量為0.256～0.816 g/kg，辣度為26.3～83.9，紅湯火鍋底料和四川火鍋底料的感官辣度評定結果為中辣和辣。此外，還有許多學者對火鍋辣度分級的研究提供了自己的研究思路與見解，整理結果見表3。

3 火鍋辣度的評價方法

3.1 斯科維爾感官評定法

國際上最早用于評價食品辛辣程度的方法是SHU法，是一種基于差別檢驗的間接測量方法。進行Scoville評測時首先將樣品進行前處理，如碾磨或攪拌均勻以確保樣品的代表性，并準備稀釋劑制定相應的稀釋梯度。一般將樣品按10倍比例添加稀釋液，隨后由經過嚴格篩選的測評人員進行感官評價，將樣品稀釋到測評人員無法嘗出辣味為止。通過測試者的報告將測試樣品在每個稀釋濃度下得到的辣度整理為相應數據，最后根據樣品的辣度得分和稀釋比例計算出該樣品的斯科維爾辣度等級（見圖3）[42]。SHU辣度評價法是一種相當主觀的方法，因為它依賴于測試者對辣味的感知程度以及測評狀態。辣椒素的SHU一般為15×106～16×106，即辣椒素被稀釋150萬倍后依然具有辣味[11]。SHU法是鑒定辣度等級最廣泛的方法，目前已經擴展到了生姜和花椒這些火鍋常用香辛料的辣度評價中。王強偉[43]根據SHU和辣度對4種姜辣素粗提物的辣度進行了計算，設計了姜辣素的檢測方法。張璐璐等[44]將單樣品評價改為樣品液與制備基質對照液的成對比較檢驗，建立了測定花椒麻度區間的改良SHU法，并用新方法對花椒麻度進行了測量與分級。由于食品中組織狀態和相應成分的影響，SHU法往往無法準確反映食品的真正辣度，目前已被很多新方法替代[45]。

3.2 HPLC

國際標準化組織在1993年頒布了通過HPLC測定辣椒素含量的標準[46]，于是HPLC逐漸成為評價辣度的主要方法，很多學者將其改進結合，在食品辣度的分級上得到了豐碩的研究成果[47-49]。HPLC評價辣度的過程主要通過測定食品中辣椒素類物質的含量，將其與傳統的辣度單位SHU進行換算，在知道各類辣椒素SHU的情況下，可以根據不同辣椒素類物質的含量和其辣味閾值乘積的總和計算出食品整體的SHU，進行相應的辣度分類[50]。1 mg/kg的辣椒堿溶液相當于15倍SHU單位，1度=150 SHU，而辣度和度數成正比[51]。常用的5類辣椒素SHU水平[52]見表4。

HPLC通過辣味物質定量的方式使檢測結果更加有效，相比于斯科維爾感官評定法，其靈敏度和準確度都得到了較大提升，但是儀器成本較高，實驗過程較復雜。通過辣味物質的定量來闡述辣度雖然更加標準化，但是人對辣度的感官感受也不可忽視，所以將辣椒素定量和感官評價結合起來的辣度分級策略更加可靠。汪思源等[53]選取西藏典型辣椒（制品）進行辣度感官評定，采樣后利用高效液相色譜法測定辣椒素類物質總量，得到了SHU和感官辣度的辣度分級。楊莉等[37]采用HPLC結合感官評價結果，通過SPSS中的Fisher判別分析，建立了麻辣火鍋底料的辣度分級模型。

3.3 分光光度法

分光光度法作為比色法的一種，基于分析物在發生化學反應后特有的顯色原理而被廣泛應用于各種成分的定量分析中。這種方法由于成本低廉、消耗時間少、執行簡單和顯色劑多樣而在辣椒素的分析中得到了較好的應用[54]。在Gibbs法和Folin-Ciocalteu法中，使用的兩種顯色反應物一旦能夠與辣椒素分子結構中的酚基反應，就能在辣椒素總含量分析中取得較好的效果，在短時間內得到快速的響應結果[55]。但是分光光度法無法對任何特定的辣椒素進行定量，一般只能測定辣椒素類物質的總含量，這是因為其檢測限和線性范圍較高[56]。除了這些優點外，大多數顯色試劑在使用后難以丟棄，存在高毒性和缺乏選擇性[57]。在分光光度法中，有些方法通過紫外線（UV）和紅外線（IR）波長范圍內的輻射與辣椒素相互作用來量化其總量。Monago-Maraa等[10]證明，當對樣品進行預處理、高分辨率色譜分離和化學計量時，可以利用辣椒素與紫外線的相互作用來分別定量辣椒素和二氫辣椒素，它們分別為0.96，1.9 ng/mL，相關系數良好，分別為0.995 8和0.999 1，且具有較好的重現性。

3.4 電化學方法

色譜和質譜等方法具有可靠性高、重復性好、分離穩定等優點，但它們需要大量的樣品和昂貴的分析成本。而電化學方法可以彌補這些缺點，應用于辣椒素的檢測，它使用低成本的設備，且檢測方式具有高精度和可重復性[58-59]。電化學方法的使用是基于辣椒素香草基團內質子供體行為的特性，這種特性使得辣椒素能夠穩定自由基分子，起到抗氧化作用[60]。因此，辣椒素可以通過兩種不同的途徑進行電化學氧化：第一種途徑發生在堿性或中性條件下（6＜pH＜10），通過連續失去兩個單電子，形成苯氧基自由基并進一步氧化成苯氧陽離子；第二種途徑發生在酸性條件下（pH＜6），這個過程經過單一的失去雙電子步驟，沒有苯氧基自由基的形成。經過此途徑后，苯氧陽離子在替換之前香草基團的過程中被水解為鄰苯醌，且可以進一步被還原成兒茶酚[61-62]。辣椒素的通用電化學氧化機理見圖4。

即使人工感官評價體系目前已相對完善，但僅憑這一結果判定食品的辛辣程度仍存在一定的主觀性、模糊性。加強標準化是未來火鍋辣度分級的發展方向。電化學法通過定量方式來對辣椒素等辣味物質進行測定分級，相較于人工感官評價更加客觀穩定。此外，與質譜法和色譜法相比，電化學法無需高昂成本和大量樣品，同時也避免了分光光度法中高毒性顯色試劑在使用后難處理的情況。HPLC是目前主流的辣度分析方法，基于電化學的定量方法被認為是未來可能替代HPLC的方法[62]。通過高精密儀器對辣味物質定量是更標準的辣度分級方式，但也容易忽略人在食辣時的主觀感受，并且人對辣味的感知還會受到鹽濃度、糖含量以及油脂等多種因素的影響[63]。因此，未來的辣度評估模式可能偏向于多種分析方法結合的形式，從而對火鍋辣度的影響因素進行更加綜合的分析，得到相對準確的分級結果。

4 結論

目前火鍋辣度的分級研究是一個亟待解決的問題。通過對各種火鍋辣度分級標準的研究，發現不同地區、不同人群對辣度的認知和接受程度有較大差異。因此，在進行火鍋辣度分級時，應該結合實際情況和當地人的口味習慣，制定出適合本地區的標準。同時，在火鍋辣度分級標準的制定過程中，需要考慮到多種因素，如辣味物質的含量、辣味的強度、辣度的持續時間、呈辣物質的種類等，這些因素都會影響火鍋的口感和食用體驗，因此在制定標準時需要全面考慮。更加系統地探究火鍋辣度的分級標準，制定更加精確、科學的火鍋辣度分級標準，助力火鍋產業高質量發展是未來研究的主要方向。

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