食品中脂肪的感官機制研究進展

胡小雪，陳建設，王鑫淼

（浙江工商大學食品與生物工程學院 食品口腔加工聯(lián)合實驗室 杭州310018）

作為生命體的重要組成結構，脂肪對人類具有非常重要的作用。食品中脂肪的研究從早期著重于對其理化性質(zhì)的鑒定與評判，發(fā)展到對食品中脂肪含量的測定和種類的鑒定，再到脂肪替代物的研究，可以看出學術界對脂肪攝入的研究熱度從未降低。隨著社會的進步，人們對健康低脂飲食日益重視，然而，食品中脂肪含量的降低會導致食品口感、風味下降，無法滿足消費者的感官需要。為了滿足現(xiàn)代社會人群對低脂食品的需求，并同時滿足感官享受的要求，對食品中脂肪的感官機制的研究日漸重要。本文總結了近年來對食品中脂肪的感官產(chǎn)生機制研究，歸納了脂肪的感官測評方法，以期為研究人員和食品工業(yè)界提供一定的理論依據(jù)。

1 脂肪的定義、基本功能及在食品中的存在形態(tài)

脂肪又稱中性脂肪或三酰甘油，由1 分子甘油與3 分子長鏈脂肪酸構成，是體內(nèi)重要的儲能和供能物質(zhì)。在食品工業(yè)中，脂肪不僅是肉制品和脂肪制品中能量和必需氨基酸的重要來源，也是脂溶性維生素的載體。此外，脂肪在改善肉制品及脂肪制品嫩度、多汁性和口感方面發(fā)揮著重要作用[1]。近年來，隨著經(jīng)濟的迅速發(fā)展，尤其是發(fā)展中國家生活水平的增長和物質(zhì)水平的豐富，消費者對于肉制品和脂肪制品的需求日漸提高。然而，脂肪攝入過度已被證實會嚴重增加肥胖以及一系列疾病的患病風險，如動脈粥樣硬化、冠心病、高血壓和與脂質(zhì)氧化有關的組織損傷疾病等[2]。因此，可部分或者全部替代食物中脂肪的脂肪替代物成為研究熱點。脂肪替代物按照其成分可以分為蛋白質(zhì)類脂肪替代物、碳水化合物類脂肪替代物和以脂肪為基質(zhì)的脂肪替代物[3]。

脂肪的性質(zhì)和特點主取決于脂肪酸。在超過1 000 種天然脂肪酸中，食品科學家比較熟悉的約有20 種。脂肪酸主要以甘油酯的形式存在，由于其不飽和雙鍵數(shù)量不同，通常被劃分為飽和脂肪酸、單不飽和脂肪酸以及多不飽和脂肪酸（如表1）[4]。多不飽和脂肪酸的雙鍵之間常通過甲基來分隔。最為常見的脂肪酸碳鏈上一般含有8～22 個碳原子，并會在碳鏈的理想位置包含一個或多個不飽和鍵（大多數(shù)情況下是順式雙鍵）。食品中的脂肪由于其所含脂肪酸碳鏈長短、飽和程度和空間結構不同，所呈現(xiàn)的形態(tài)也不同。隨著脂肪組成中脂肪酸碳鏈的增長及順式雙鍵數(shù)量的降低，脂肪的熔點升高。大多數(shù)動物性食物含飽和脂肪酸較多，在室溫下呈固態(tài)，而大多數(shù)植物性食物含不飽和脂肪酸較多，室溫下為液體（極少數(shù)熱帶植物脂肪除外），故稱為油。常見的脂肪食品包括動物脂肪（黃油、豬油、牛油、雞油及魚油等）、可可油及可可油替代物、月桂酸（椰子油及棕仁油）、橄欖油、棕櫚油、芥花籽油、豆油、葵花籽油以及其它植物油等。

經(jīng)典食品化學將食品用脂肪分為2 類：一類是動物和植物源的“可見脂肪”，如奶油、起酥油，另一類則作為基本食品，如乳、干酪以及肉的成分[5]。從化學角度，脂肪可以有很多分類方法，其中根據(jù)其水解產(chǎn)物的多少而劃分成的簡單脂類、復合脂類和衍生脂類最為常見。在感官上人類普遍喜歡高脂肪食物[6]，且脂肪獨特的組成及其與非脂分子間的相互作用在食品加工、貯存和食品品質(zhì)改善上具有幾乎無可替代的作用。早期食品科學研究著重于脂肪物理化學性質(zhì)鑒定以及食品中膳食脂肪的改善；近年來越來越多的學者開始從另一方面，即食品中脂肪的感官來解釋和解決食品脂肪感的問題。

表1 代表性脂肪酸在不同植物油中的含量比例[4]Table 1 Typical fatty acid composition of selected vegetable oils[4]

2 脂肪的感官機制

脂肪的感官機制可以從多個角度來闡釋。根據(jù)中國國家標準《感官分析方法 質(zhì)地剖面檢驗》（GB/T 16860-1997）[7]，食品的脂肪含量被定義為表面質(zhì)地特性，同時“油性”、“脂性”及“多脂”等第2特性參數(shù)也被賦予了較為明顯的定義、劃分和舉例，如法式調(diào)味色拉提供的脂肪浸泡和流動的感覺被定義為“油性的”，而反映臘肉中脂肪滲出的感覺被定義為“脂性的”、脂肪含量高卻未滲出的感覺，如豬油、牛羊脂則被定義為“多脂的”。而在ISO 11036：1994 中[8]，將脂肪含量定義為一種與脂肪數(shù)量和質(zhì)量相關的表面質(zhì)地性質(zhì)，其與口腔內(nèi)涂層覆蓋（Mouth coating）以及幾何屬性（Geometrical attributes）有關。下文主要介紹脂肪感官的滋味感官和質(zhì)構感官2 個研究廣泛并取得一定積極成果和學界肯定的假設。

2.1 滋味感官假設

早期觀點認為，人類可能缺乏口腔脂肪酶，或是口腔脂肪酶濃度極低而沒有功能活性[9]?，F(xiàn)有研究表明直接測量口腔脂肪酶十分困難，然而其在生理條件下反應產(chǎn)生的終產(chǎn)物表明其具有功能活性[10]?？茖W家普遍認為脂肪感是一種味覺，脂肪攝入口腔后，會被水解成小分子脂肪酸，與舌面味覺細胞的化學感受受體相互作用，隨后通過延遲整流鉀通路或刺激G 蛋白耦聯(lián)受體[9]或刺激CD36糖蛋白受體等途徑而被感知[11]。

為了驗證脂肪酸與脂肪感的關系，研究人員通過改變脂肪酸的鏈長、飽和程度和雙鍵位置來考察脂肪感的存在與異同。通過對32 名健康志愿者進行短鏈（己酸）、中鏈（月桂酸）和長鏈脂肪酸（硬脂酸和亞油酸）的心理物理學試驗發(fā)現(xiàn)，受試者對脂肪酸的閾值范圍都非常寬，高達3～4 個數(shù)量級；而從整體看來受試者的閾值范圍呈非正態(tài)分布[12]。在接近日常食品濃度的范圍內(nèi)，長鏈脂肪酸會引起一種獨特的、可被感知的脂肪感[13]，然而這種脂肪感在短鏈和中鏈脂肪酸中卻尚未被發(fā)現(xiàn)[10]。Chalé-rush 等[14]通過研究不同感官系統(tǒng)對脂肪酸的敏感性發(fā)現(xiàn)，十八碳的長鏈脂肪酸對人體多個感官系統(tǒng)都會有感官刺激，不同的感官通路之間的刺激也存在差異性。以亞油酸為例，結合了味覺和嗅覺的多模式通路（Combined taste and olfactory stimulation）的閾值更低，化學敏感性更高；而鼻后嗅覺通路（Retronasal）閾值更高，化學敏感性更低。各個感官通路之間并不存在顯著相關，即各感官通路間相對獨立而不存在相互作用及影響。

“脂肪味”究竟能否成為第6 味，對于長鏈的非酯化脂肪酸（Non-esterified fatty acids）來說是很有可能的，然而準確驗證存在很大困難。因為即使考慮再周密的試驗設計也無法完全排除試驗過程中由于脂肪攝入而激活其它感官通路帶來的影響，如包口感（Mouth coating）和風味（Flavor partitioning）等。同時，基因?qū)е率茉囌邆€體差異顯著，使得后期數(shù)據(jù)處理和結論推導變得異常困難[15]。而對于可能產(chǎn)生酸感的短鏈脂肪酸和只能由刺激（Irritancy）才有可能定性的中鏈脂肪酸來說，仍有很多未解之謎。近年來，一些關于舌面部位受體蛋白味覺傳遞機制的研究成為從游離脂肪酸的角度探索口腔脂肪感官機制的突破點[16-17]。此外，若脂肪酸的味覺感知真的是“脂肪感”作為味覺的有效證據(jù)，從不同人種、文化背景和飲食喜好來考察口腔脂肪酶的性質(zhì)和含量也將對最終脂肪感官機制的闡釋有很大幫助[18]。

2.2 質(zhì)構感官假設

研究發(fā)現(xiàn)食品體系中的脂肪在質(zhì)構性質(zhì)被掩蓋（Mask）后仍可被感知[14]，使得研究學者認為脂肪感是一種味覺。然而，成人極低的口腔脂肪酶含量以及眾多描述脂肪感官的詞匯都與質(zhì)構特性相關，使得諸多學者認為脂肪感應是一種質(zhì)構屬性（如表2）[9]。

表2 描述膳食脂肪的口腔內(nèi)感覺的常用詞匯[9]Table 2 Terms used to characterize the oral sensation of dietary fats[9]

Rolls[19]提出，對脂肪產(chǎn)生響應的神經(jīng)元通常對硅油和石蠟油也會產(chǎn)生響應，然而與引起味覺的脂肪酸（諸如短鏈脂肪酸）無關，該結果表明脂肪/油脂感甚至是奶油感也是由質(zhì)構性質(zhì)主導的。早在1977年，Kokini 等[20]就提出了光滑感（Smoothness）和滑溜感（Slipperiness）與舌頭上的特定力量之間的模型。在這里，光滑感與舌表面的摩擦力成正比（，式中，W——舌表面的正壓力，N；μ——該特定壓力下測量的摩擦系數(shù)）；而滑溜感與黏性力（Viscous force）和舌表面摩擦力的加和成反比式中，hs——舌表面粗糙度的平均高度，μm）。表達式左邊的心理物理學描述（光滑感或滑溜感）就可以通過表達式右邊的物理參數(shù)進行定量描述（圖1a，1b）。在隨后的學術研究中這個最基本的質(zhì)構模型被應用到了一系列評價脂肪感[21]和油味（Fatty sensation）[22]的研究中。

學術界首先以靈長類動物——恒河猴為研究對象，通過刺激體感（Somatosensory）獲得脂肪的物理性質(zhì)和質(zhì)構信息，從而對脂肪感的研究進行數(shù)據(jù)化[23]。研究人員利用純脂肪和具有相似質(zhì)構性質(zhì)而化學成分組成不同的石蠟油和硅油對恒河猴進行刺激，結果表明三者均能導致恒河猴的眼窩前額皮質(zhì)（Orbitofrontal cortex，OFC）區(qū)域的神經(jīng)元發(fā)生響應，初步證實了脂肪感和質(zhì)構屬性的相關性。Verhagen[24]利用不同黏度的羧甲基纖維素刺激恒河猴的口腔發(fā)現(xiàn)，這些刺激并沒有引起與脂肪感官相關的神經(jīng)元的響應，清晰地闡釋了恒河猴腦中脂肪感與黏度的不相關性。Verhagen等[25]在隨后考察的1 000 多個神經(jīng)元的分布和比例進一步證明，恒河猴腦中感知脂肪產(chǎn)生的黏度和非脂肪產(chǎn)生的黏度的質(zhì)構感官通道之間相互獨立。例如，Kadohisa 等[26]發(fā)現(xiàn)一個對促味劑（Tastants）有不同程度響應的神經(jīng)元，卻對口腔內(nèi)的黏度、脂肪和溫度沒有任何顯著的響應，對任何嗅覺和視覺上的刺激也沒有響應，這說明神經(jīng)元對味覺產(chǎn)生了響應，而完全沒有響應氣味或外觀的刺激，這一點可作為研究人員反駁脂肪感是基于味覺變化的主要依據(jù)。

圖1 光滑感（a）和滑溜感（b）與特定力值之間的關聯(lián)[18]Fig.1 The relationship between smoothness（a）and slipperiness（b） and specific force values[18]

Grabenhorst 等[27]采用功能性磁共振成像（Functional magnetic resonance imaging，fMRI）掃描年輕志愿者的腦組織，探測結果顯示攝入不同味道和不同脂肪含量的乳飲料會誘發(fā)大腦不同區(qū)域的響應。該算法發(fā)現(xiàn)感知食物脂肪的神經(jīng)元部分分布在眼窩前額皮質(zhì)中部（mid-OFC）區(qū)域，這與之前Rolls 等[23]研究得出的恒河猴大腦感知區(qū)域一致。同時，該研究[27]發(fā)現(xiàn)前扣帶皮質(zhì)（Pregenual/anterior cingulate cortex，ACC）、腹側(cè)紋狀（Ventral striatum） 以及下丘腦外側(cè)（Lateral hypothalamus）等區(qū)域也會對不同風味和不同脂肪含量的乳飲料產(chǎn)生響應。研究人員還以具有表達和感知能力的年輕志愿者作為對象感知風味和脂肪感，注意到了功能性耦合（Functional coupling）這一有趣的現(xiàn)象，首次發(fā)現(xiàn)口腔刺激愉悅與否可以直接映射在發(fā)生響應的大腦神經(jīng)元區(qū)域；更吸引人的結果是，大腦可以客觀的評定出被檢測者對脂肪的“喜好”程度和“脂肪感”的強度，這意味著鑒別不同程度脂肪刺激的神經(jīng)元和響應脂肪刺激產(chǎn)生不同程度感官愉悅的神經(jīng)元之間相互獨立。這些研究結果為脂肪感和相應質(zhì)構感官評價機制的建立奠定了試驗基礎，并為新型特殊食品的開發(fā)提供了科學依據(jù)。

3 脂肪感的測量

無論是基于脂肪的滋味感官評價假設或是質(zhì)構感官評價假設，都可以明確的一點是，脂肪感的感官評價機制不是通過單一模式或單一感官通道完成的，多模式多通道的脂肪感官評價機制之間的協(xié)同或拮抗作用的觀點顯然更具說服力。Chen等[28]通過提供同等黏度的“真”和“假”脂肪食品來排除食物本身的黏度因素，讓受試者對食物的奶油感進行評判。雖然奶油感（Creaminess）比單純的脂肪感更具描述性，但是學者們普遍認為奶油感也是依靠脂肪/油脂液滴來誘導神經(jīng)元反饋。研究人員嘗試在單一嗅覺、單一味覺、嗅覺觸覺結合以及“可看可聞可嘗可感可吞咽”的多維模式的感官通路下，分別讓受試者區(qū)分食物是否具備奶油感。盡管受試者在所有單一或者多維模式均能分辨出食物的奶油感或非奶油感，但結果顯示，受試者給出的奶油感的感官評價只有在多維模式中才與樣品本身的脂肪含量一致。同理，Calve 等[29]也對受試者進行了一系列的流體和半流體食品中脂肪的分辨能力測試?？傮w看來，受試者對脂肪的鑒別因食品種類不同、品嘗條件不同和感官模式不同而異；而在客觀的物理化學試驗中也發(fā)現(xiàn)，不同脂肪含量的白汁沙司（White sauce）雖然具有相似的剪切黏度，但受試者卻能清晰分辨出這些脂肪含量的不同；同時，在剪切黏度上沒有顯著差別的不同脂肪含量的酸奶卻能夠在摩擦學測量上表現(xiàn)出一定的差異。

既然脂肪感官機制包含多通路多模式，如何測定并量化成為研究脂肪感的新思路。相較于著重形變（Deformation）的流變學研究，著重相對運動（Relative movement）的摩擦學研究可能是極好的切入點[29]。Kokini 等[20]報道了流體食品的質(zhì)構性質(zhì)（如光滑感、滑溜感和奶油感）與流變性質(zhì)幾乎不相關，卻與摩擦性質(zhì)顯著相關。Aken[30]也提出，口腔摩擦性質(zhì)與質(zhì)構性質(zhì)直接相關。在口腔對食品進行加工的過程中，食品從最開始的以體相特征主導（流變學）逐漸過渡到薄膜和/或食物-唾液混合物影響的口腔表面特征和潤滑特性（摩擦學），這是長度尺度（Length scale）逐漸減小的過程，也是感官評價逐漸上升的過程[31]。這個過程中，食品系統(tǒng)的物理和化學性質(zhì)，以及（模擬）口腔的測試速度、運動方向、施力狀況、口腔溫度、舌面參數(shù)及上顎接觸面參數(shù)、唾液組成以及食物類型差異等都會影響口腔的潤滑特性，進而體現(xiàn)在摩擦行為和摩擦系數(shù)的測試上。大多數(shù)摩擦學測量的儀器，無論是摩擦帶、光學測試、球三板，還是摩擦小室、小型牽引裝置，亦或是實驗室自制的口腔摩擦測量裝置（圖2）[32]，現(xiàn)仍遵循相對運動的作用力這一基本原則來進行設計和測量[33]。

圖2 利用質(zhì)構儀改造的實驗室自制摩擦測量裝置圖解[33]Fig.2 Components design and experimental set up for lubrication studies based on texture analyzer[33]

4 結論

近年來隨著人民生活品質(zhì)的逐步提升，對于食品健康性的要求越來越高。在保證食品安全的前提下，如何最小化食品中多余脂肪含量又最大化脂肪的感官評價，是食品工業(yè)的一個重大課題?？谇粌?nèi)脂肪的加工過程和感知的生理學、心理物理學機制還有待細化和闡明，摩擦測試裝置還需向小型化、易攜帶化和精準化發(fā)展。這些都將有利于實時在線、快速準確的獲得消費者對食品脂肪感官的評判和物理特性的測量，并取得最新的消費者喜好數(shù)據(jù)，以促進產(chǎn)學研一體化前進。