川渝火锅的辣味物质分析及辣度分级

聂鑫 贾效函 陈泓帆 曾天志 陈实

摘要：火锅是川渝地区的传统特色美食，因其“鲜香麻辣”而广受欢迎。近年来，火锅产品不断推陈出新，但关于火锅辣度分级一直没有统一标准。文章介绍了火锅辣味物质及呈味机理，阐述了辣度分级与辣度评价的方法，为制定更加科学的火锅辣度分级标准、助力火锅产业高质量发展、促进火锅文化传播提供了一定的理论依据。

关键词：火锅；辣味物质；辣度分级；感官评价；分析方法

中图分类号：TS207.3      文献标志码：A     文章编号：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

火锅作为川渝地区的特色美食，早已融入当地人民的日常生活，具有不可替代的地位[1]。火锅制作时以油脂为核心，添加豆瓣酱、姜蒜、花椒以及各种香辛料后高温翻炒，根据制作工艺与材料的差异制成各类火锅底料[2]。“辛辣味”是火锅风味的重要组成部分，人们对辣味的喜好由来已久，所有麻辣火锅的制作都要牢牢把握住其中的“辣味”[3]。在中国，超过30%的成年人每天食用辛辣食物，而火锅便是其中最受欢迎的产品之一[4]。市面上的火锅底料大多分为微辣、中辣、特辣等级别，这种方式依赖个人经验与感觉，主观差异较大，而且模糊的感官指标很难作为区分火锅辣度的科学标准[5-6]。火锅中的辣度可分为表观辣度与真实辣度。表观辣度是指通过感官评价来判断人体感觉器官上的刺激程度，主要使用斯科维尔指数法[7]。而真实辣度是指通过高效液相色谱仪（HPLC）等精密仪器测定辣椒及辣椒制品中辣椒素的含量，并进行定量计算和指数转换来量化辣度。贾洪锋等[8]利用HPLC测定了部分川菜中的辣椒素及二氢辣椒素含量，并结合感官评价将这些菜肴的辣度分为不辣、微辣、中辣、辣和特辣5个等级。熊科等[9]对国外的辣椒及辣椒制品分级情况进行了研究，通过HPLC测定相关辣椒素作为指标量化辣度，建立了一套辣度分级的方法。

火锅加工过程中辣椒、生姜、大蒜、胡椒、豆瓣醬等原料都具有不同程度的辣味，但辣椒产生的辣味最刺激，所以火锅辣度的研究主要集中于对辣椒的研究上。辣度分级是国外通行的做法，我国虽然也有相应标准，但是相关分级方法对于普通大众来说仍旧比较模糊，尤其是火锅中的辣度分级亟待解决。本文详细阐述了火锅及辣椒中的辣度测定和分析方法以及辣度分级，并介绍了提高辣味物质检测效率的途径和方法，以期为火锅辣度的分级策略提供一定的参考。

1 火锅辣味物质及呈味机理

火锅中产生辣味的物质主要是辣椒中的类辣椒素（capsaicinoids），又名辣椒碱。这类物质由香草胺和中长链脂肪酰胺组成（见图1中A）[10]。虽然辣椒素类物质的结构相似，但是其疏水链上R基的不同导致其辣度也有广泛的差异，主要体现在疏水链的长度、支链分化以及是否具有双键结构方面[11]。

辣椒素类物质主要包括5种，分别为辣椒素（capsaicin，CAP）、二氢辣椒素（dihydrocapsaicin，DHC）、降二氢辣椒素（nordihydrocapsaicin，NDC）、高辣椒素（homocapsaicin，HC）和高二氢辣椒素（homodihydrocapsaicin，HDC），见图2。除类辣椒素外，火锅中还有其他辣味物质。姜辣素是生姜中主要的辣味成分，为一类具有3-甲氧基-4-羟基苯基官能团的化合物，辣度较低；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，对胃有刺激作用，但在受热时会减弱或者消失[14]。肉桂醛是川味火锅中经常添加的香辣调料，味辣且甜，伴有强烈的灼烧感，气味偏向于肉桂油和桂皮油特有的香气[15]。

辣味不是传统的味觉或触觉感知，它是由辣椒等辛辣食品引发的灼热感，是一种协调味觉和嗅觉的体感，并伴随着温度、痛觉和触觉等复合感官特性[16]。辣椒中的主要辣椒素类物质是CAP和DHC，约90%的辣味和灼热感由CAP和DHC引发[17]。研究发现，辣椒中的辣椒素可以作用于瞬时受体电位香草素-1型（transient receptor potential vanilloid 1，TRPV1），产生辣味并引起烧灼感，其结构见图1中B。TRPV1被称为香草酸衍生物受体1（vanilloid receptor 1，VR1），是一种非选择性阳离子通道。TRPV1是一个四聚体通道蛋白，S1～S6代表6个跨膜螺旋区域，每个亚基的N和C末端都位于细胞内[12]（见图1中B）。S1～S4区域为TRPV1的电压感受器，这4个区域组成了一个电压依赖的激活闸门，根据电位变化动态地打开或关闭。S5和S6区域为TRPV1的离子通道，这两个区域共同形成了蛋白质的中心孔道，通过这些孔道可以调节离子通量和选择性[18]。辣椒素主要与S3、S4、S4～S5相连片段细胞膜内口袋相结合，在结合时，辣椒素的“头部”和“尾部”通过氢键和范德华力首先与受体结合，随后辣椒素的“头部”与S4～S5连结片段上的T551形成氢键，此时S4～S5片段外移，使得S6构象发生变化，并打开相应的离子通道[19]。TRPV1是唯一对辣椒素有反应的受体，广泛存在于体内，主要存在于口腔、胃和肠道中。因此，人们对火锅中辣味的感知与辣椒素的消化特性密切相关[20]。

2 火锅辣度分级

2.1 斯科维尔热值辣度指数

目前，国际上通常使用斯科维尔热值（Scoville heat units，SHU）作为辣度单位，通过SHU值的大小将辣度进行分级，该单位表示必须稀释该物质直到无法感知辣味的次数[21]。虽然SHU的应用较多，但仅在测量较低的辣度时具有良好的准确性与分级价值，在测量高辛辣程度的样品时由于等级划分范围过大，导致其辨别力较差，限制了SHU的应用[22]。李沿飞等[23]采用HPLC测定了干辣椒及其制品中辣椒碱类物质的含量，并根据SHU将辣椒及其制品的辣度分为5级。Popelka等[24]通过HPLC测定了不同新鲜辣椒和干辣椒中的辣椒素含量，并与它们的SHU进行对比，检测的所有辣椒都可归为强辣。Kekina等[25]采用感官、分光光度法和HPLC对20个样品和杂交种辣椒的辣度和含量进行了比较，分析得到的辣椒素浓度为1.0～7.15 mg/g干重，SHU为17 440～15 3120。湖南省在2006年也出台了相应地方标准（DB 43/T 275—2006），根据SHU将辣度分为10个等级，见表1。这些分析方式主要体现了样品的中、低辛辣程度，要精确表征高辣度食品的辣味级别还需要更加先进的分析方法。

2.2 辣味物质的定量分级

为了使辣度分级更标准并避免感官上的差异，通过HPLC等精密仪器对样品的辣味物质进行定量，从而建立准确的辛辣等级是目前较普遍的分级方式。主要通过HPLC、紫外分光光度法（UV）和气相色谱法（GC）对辣椒素等物质进行含量测定，再将其含量换算成相应的辣度等级从而实现标准的划分[26-28]。我国在2007年颁布了辣椒素类物质的测定及辣度分级方法，通过HPLC检测样品中辣椒素和二氢辣椒素的含量，并将其用于计算斯科维尔指数与辣度[29]。常晓轲等[30]采用HPLC对64份辣椒中辣椒素总含量进行测定，发现64份不同类型辣椒的辣度都集中在6，7，8，9这4个等级，其中朝天椒主要集中在7和8两个级别，辣度较其他辣椒偏高。王荣等[31]通过丙酮浸提法提取浓缩辣椒酱中的辣椒素，采用紫外双比色法进行定量分析，并结合SHU指数计算，将浓缩辣椒酱的辣度分为轻辣、微辣、中辣和特辣4个等级。

2.3 其他辣度分级方式

由于辣味物质定量的分级方法一般用于测定大批量样品中的辣味物质含量，且测定成本高，不能反映人体的主观辣度感受，存在辣度分级与消费者真实辣感不同的情况。辛辣食品中的辣椒素类物质能够刺激人体口腔分泌唾液，唾液的分泌量可以作为辛辣程度的生理指标且能反映人体对辣度的真实感受[32]。罗鑫等通过测试人员食辣后的唾液分泌量计算出不同辣度下的唾液流率，对辣味强度和唾液流率的相关性进行了拟合。根据唾液流率范围将辣度划分为5级。电子鼻是一种通过模拟人类嗅觉来表征物质整体气味信息的检测仪器，通常由一组化学传感器、信号处理器和模式识别算法组成，相较于人工感官评价，其分析结果更加客观准确，具备高效、快速、无损及稳定性好等优点[33]。李颖慧等[34]以9个已知辣度的辣椒品种果实为材料，通过电子鼻和感官评价建立了量化辣度的快速评价方法。其中，电子鼻主成分分析贡献率大于99%，能够代表样品的绝大部分信息，并有效区分辣椒果实的辣味。通过电子鼻传感器W5S、W1W和W2W对辣椒果实的响应值，将辣度分成4个等级，即不辣（1～10）、微辣（10.1～20）、辣（20.1～50）、超级辣（50.1～70）。

辣度分级在不同地区及人群中也可能存在不同的偏好和评价标准，中国不同地区对辣度的接受差异很大，西南地区的饮食辣味极重，北方地区轻微食辣，而东南地区几乎没有食辣习惯[35]。因此，SHU指数分级对于高辣度区间的分级十分粗糙，不适用于未来精细化、标准化的辣度分级模式。通过精密仪器分析的手段以及考虑不同地区人群等影响因素从而制定不同的评估标准是未来火锅辣度分级的发展方向。

2.4 火锅辣度分级新方法

辣度最初由SHU代表，表示稀释该物质直到无法感知到辛辣的浓度。虽然目前SHU应用较多，但仅在测量相对较低的辣度方面较有效，在测量高辛辣程度方面的辨别能力较差，限制了其更广泛的应用。长久以来，一直缺乏一个简单直观的单位来表征火锅的辛辣程度，因此，必须建立一个消费者容易理解的新的辣度单位。Li等[22]对麻辣火锅的辣度进行了大规模的感官评价，并检测了麻辣火锅中主要辣椒素的含量，利用大量数据建立了一个新的辣度单位“李辣单位”（Li spicy unit，LSU）。李氏辣度的公式为LSU=10.369ln（CMC）+65.264（CMC代表辣椒素含量）。为了检验LSU是否适合评价其他辛辣食品的辣度，他们对其他辛辣食品进行了感官评价并检测了它们的CMC，计算出的LSU总体涵盖了LSU的相应参考范围（见表2），表明LSU可能适用于评估其他辛辣食品的辣度，LSU是第一个对麻辣火锅的辛辣程度进行分级的单位。

尼海峰等[36]建立了麻辣火鍋底料中辣味物质（辣椒素及二氢辣椒素）的HPLC快速分析方法，实验中选取了甲醇浓度、流速、柱温3个因素进行色谱分析条件的优化，并用优化后的HPLC对辣椒原料、红汤火锅底料和四川火锅底料进行分析检测，火锅底料（辣味）中的辣椒素类物质含量为0.256～0.816 g/kg，辣度为26.3～83.9，红汤火锅底料和四川火锅底料的感官辣度评定结果为中辣和辣。此外，还有许多学者对火锅辣度分级的研究提供了自己的研究思路与见解，整理结果见表3。

3 火锅辣度的评价方法

3.1 斯科维尔感官评定法

国际上最早用于评价食品辛辣程度的方法是SHU法，是一种基于差别检验的间接测量方法。进行Scoville评测时首先将样品进行前处理，如碾磨或搅拌均匀以确保样品的代表性，并准备稀释剂制定相应的稀释梯度。一般将样品按10倍比例添加稀释液，随后由经过严格筛选的测评人员进行感官评价，将样品稀释到测评人员无法尝出辣味为止。通过测试者的报告将测试样品在每个稀释浓度下得到的辣度整理为相应数据，最后根据样品的辣度得分和稀释比例计算出该样品的斯科维尔辣度等级（见图3）[42]。SHU辣度评价法是一种相当主观的方法，因为它依赖于测试者对辣味的感知程度以及测评状态。辣椒素的SHU一般为15×106～16×106，即辣椒素被稀释150万倍后依然具有辣味[11]。SHU法是鉴定辣度等级最广泛的方法，目前已经扩展到了生姜和花椒这些火锅常用香辛料的辣度评价中。王强伟[43]根据SHU和辣度对4种姜辣素粗提物的辣度进行了计算，设计了姜辣素的检测方法。张璐璐等[44]将单样品评价改为样品液与制备基质对照液的成对比较检验，建立了测定花椒麻度区间的改良SHU法，并用新方法对花椒麻度进行了测量与分级。由于食品中组织状态和相应成分的影响，SHU法往往无法准确反映食品的真正辣度，目前已被很多新方法替代[45]。

3.2 HPLC

国际标准化组织在1993年颁布了通过HPLC测定辣椒素含量的标准[46]，于是HPLC逐渐成为评价辣度的主要方法，很多学者将其改进结合，在食品辣度的分级上得到了丰硕的研究成果[47-49]。HPLC评价辣度的过程主要通过测定食品中辣椒素类物质的含量，将其与传统的辣度单位SHU进行换算，在知道各类辣椒素SHU的情况下，可以根据不同辣椒素类物质的含量和其辣味阈值乘积的总和计算出食品整体的SHU，进行相应的辣度分类[50]。1 mg/kg的辣椒碱溶液相当于15倍SHU单位，1度=150 SHU，而辣度和度数成正比[51]。常用的5类辣椒素SHU水平[52]见表4。

HPLC通过辣味物质定量的方式使检测结果更加有效，相比于斯科维尔感官评定法，其灵敏度和准确度都得到了较大提升，但是仪器成本较高，实验过程较复杂。通过辣味物质的定量来阐述辣度虽然更加标准化，但是人对辣度的感官感受也不可忽视，所以将辣椒素定量和感官评价结合起来的辣度分级策略更加可靠。汪思源等[53]选取西藏典型辣椒（制品）进行辣度感官评定，采样后利用高效液相色谱法测定辣椒素类物质总量，得到了SHU和感官辣度的辣度分级。杨莉等[37]采用HPLC结合感官评价结果，通过SPSS中的Fisher判别分析，建立了麻辣火锅底料的辣度分级模型。

3.3 分光光度法

分光光度法作为比色法的一种，基于分析物在发生化学反应后特有的显色原理而被广泛应用于各种成分的定量分析中。这种方法由于成本低廉、消耗时间少、执行简单和显色剂多样而在辣椒素的分析中得到了较好的应用[54]。在Gibbs法和Folin-Ciocalteu法中，使用的两种显色反应物一旦能够与辣椒素分子结构中的酚基反应，就能在辣椒素总含量分析中取得较好的效果，在短时间内得到快速的响应结果[55]。但是分光光度法无法对任何特定的辣椒素进行定量，一般只能测定辣椒素类物质的总含量，这是因为其检测限和线性范围较高[56]。除了这些优点外，大多数显色试剂在使用后难以丢弃，存在高毒性和缺乏选择性[57]。在分光光度法中，有些方法通过紫外线（UV）和红外线（IR）波长范围内的辐射与辣椒素相互作用来量化其总量。Monago-Maraa等[10]证明，当对样品进行预处理、高分辨率色谱分离和化学计量时，可以利用辣椒素与紫外线的相互作用来分别定量辣椒素和二氢辣椒素，它们分别为0.96，1.9 ng/mL，相关系数良好，分别为0.995 8和0.999 1，且具有较好的重现性。

3.4 电化学方法

色谱和质谱等方法具有可靠性高、重复性好、分离稳定等优点，但它们需要大量的样品和昂贵的分析成本。而电化学方法可以弥补这些缺点，应用于辣椒素的检测，它使用低成本的设备，且检测方式具有高精度和可重复性[58-59]。电化学方法的使用是基于辣椒素香草基团内质子供体行为的特性，这种特性使得辣椒素能够稳定自由基分子，起到抗氧化作用[60]。因此，辣椒素可以通过两种不同的途径进行电化学氧化：第一种途径发生在碱性或中性条件下（6＜pH＜10），通过连续失去两个单电子，形成苯氧基自由基并进一步氧化成苯氧阳离子；第二种途径发生在酸性条件下（pH＜6），这个过程经过单一的失去双电子步骤，没有苯氧基自由基的形成。经过此途径后，苯氧阳离子在替换之前香草基团的过程中被水解为邻苯醌，且可以进一步被还原成儿茶酚[61-62]。辣椒素的通用电化学氧化机理见图4。

即使人工感官评价体系目前已相对完善，但仅凭这一结果判定食品的辛辣程度仍存在一定的主观性、模糊性。加强标准化是未来火锅辣度分级的发展方向。电化学法通过定量方式来对辣椒素等辣味物质进行测定分级，相较于人工感官评价更加客观稳定。此外，与质谱法和色谱法相比，电化学法无需高昂成本和大量样品，同时也避免了分光光度法中高毒性显色试剂在使用后难处理的情况。HPLC是目前主流的辣度分析方法，基于电化学的定量方法被认为是未来可能替代HPLC的方法[62]。通过高精密仪器对辣味物质定量是更标准的辣度分级方式，但也容易忽略人在食辣时的主观感受，并且人对辣味的感知还会受到盐浓度、糖含量以及油脂等多种因素的影响[63]。因此，未来的辣度评估模式可能偏向于多种分析方法结合的形式，从而对火锅辣度的影响因素进行更加综合的分析，得到相对准确的分级结果。

4 結论

目前火锅辣度的分级研究是一个亟待解决的问题。通过对各种火锅辣度分级标准的研究，发现不同地区、不同人群对辣度的认知和接受程度有较大差异。因此，在进行火锅辣度分级时，应该结合实际情况和当地人的口味习惯，制定出适合本地区的标准。同时，在火锅辣度分级标准的制定过程中，需要考虑到多种因素，如辣味物质的含量、辣味的强度、辣度的持续时间、呈辣物质的种类等，这些因素都会影响火锅的口感和食用体验，因此在制定标准时需要全面考虑。更加系统地探究火锅辣度的分级标准，制定更加精确、科学的火锅辣度分级标准，助力火锅产业高质量发展是未来研究的主要方向。

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