基于人工感官、電子舌和σ-τ法研究食品甜香成分對甜味的相互作用規(guī)律

張翼鵬，張偉，吳家燦，馬寧，王明鋒

(云南中煙工業(yè)有限責任公司技術中心，昆明 650231)

電子舌作為一種快速檢測食品風味的儀器，能夠解決人工感官評價中耗時、耗成本的缺點，客觀地評價了食品的風味。其原理是電子舌中的味覺傳感器陣列部分對待測樣品進行響應，將響應值轉化為電信號，而電信號會進入到模式識別系統(tǒng)中，通過該系統(tǒng)的處理和轉化，會將電信號輸出為相對應的味覺結果[1]。電子舌技術發(fā)展迅速，傳感器的組成陣列由幾個增加到數十個，代表著電子鼻技術愈發(fā)成熟，檢測準確度與靈敏度越來越高。目前電子舌技術已經被運用到黃酒、葡萄酒、橙汁、茶飲料、肉類等食品中，可以用來分析食品中的感官值，建立模型，用來尋找最佳工藝條件或進行樣品比對[2]。

目前關于甜味的相關研究可以分為三類：一類是關于甜味物質的測定，該方面研究主要是基于色譜法鑒定單一甜味物質及測定其含量，注重的是鑒定種類和測定含量[3]，可以將香氣物質與味覺物質之間的相互作用分為3種，即協(xié)同作用、掩蓋作用和無作用。香氣物質與味覺物質混合在一起時，感官屬性增強，則它們之間的相互作用稱為協(xié)同作用；感官屬性減弱，則它們之間的相互作用稱為掩蓋作用；感官屬性強度未發(fā)生變化，則它們之間的相互作用稱為無作用[4-5]。

σ-τ模型[6]是通過二元混合物的混合感官強度值，研究二元混合物之間的相互作用關系。Laing等[7]通過 σ-τ圖法研究得出，當混合物τ小于0.5時，混合物主要在低加成區(qū)域。但當τ大于0.5時，大部分混合物會出現在折中區(qū)域；Cometto等[8]以感官強度尺度評價16種不同比例的乳酸和甲醛混合物的嗅覺剌激強度，發(fā)現兩者存在相互疊加作用；Nahon等[9]在黑加侖飲料中加入甜味劑，結果發(fā)現：其對果香有促進作用，對酸香有抑制作用；該方法主要對二元香氣物質之間的相互作用進行了研究，并沒有涉及到香氣物質與甜味成分間的相互作用關系。

近年來，隨著生活水平的提高，人們的飲食模式也朝著高脂肪、高熱量、高糖膳食攝入的方向發(fā)展，更易引發(fā)慢性疾病，對健康產生不良影響。目前減少添加糖的攝入日益受到世界范圍的關注，很多國家和地區(qū)均已將降糖提升到國家強制管控層面。全球政策的引導加快了減糖食品產業(yè)的發(fā)展和新產品的上市，滿足了人們對健康食品的需求，低糖食品正在成為新的趨勢。如何科學地打造配方，在保障健康飲食的同時，滿足人們挑剔的味蕾，“減糖不減味”成為食品行業(yè)面臨的共同問題。

運用“多感官融合”的原理，通過增強其他感官感受以同步增強甜味的感知，是一種“減糖不減味”的有效方式。研究表明，通過在乳制甜品中加入香草香氣，實現了在不影響甜味強度的前提下，使蔗糖含量降低30%～40%[10]。利用香氣作為“減糖”工具，其機制可能是利用人們先前對甜味與特定香氣組合獲得的美好體驗，給大腦提供了積極信號，增強了對甜味的感受。

通過多感官融合技術，添加特定的香氣成分可以有效增強甜味劑的甜味屬性。如肉桂醛具有肉桂香氣，使用含有肉桂醛的調味品能夠改善鹵制品的辛甜風味[11]。苯乙醇具有玫瑰花花香和甜香，在玫瑰醋類似產品中合理使用苯乙醇，能夠增加其玫瑰的清甜特征香氣[12]。添加呋喃酮類化合物能夠賦予醬油焦甜香氣[13-14]。該技術可以廣泛應用于飲料、烘焙、冰淇淋等領域中，添加特定的香氣成分，保持風味的完整性，滿足味蕾的需求。

因此，本文通過人工感官評價結合電子舌味覺分析系統(tǒng)和σ-τ法對甜香物質與甜味之間的相互作用規(guī)律進行研究，使香氣物質與味覺感官聯(lián)系起來，旨在更加安全合理地使用這些物質，盡可能地減少甜味劑的添加，符合人們對美好生活的追求[15]，對安全健康食品的開發(fā)具有重要的指導意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

葡萄糖、肉桂醛、γ-癸內酯、香蘭素、呋喃酮、苯乙醇、苯甲醇、乙醇(99.5%)、酒石酸、氯化鉀：以上原料均屬食品級，均購自上海泰坦科技股份有限公司；超純水：廣州屈臣氏食品飲料有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 溶液配制

不同濃度葡萄糖溶液的配制：在超純水中加入5%乙醇、0.045 g酒石酸、2.24 g氯化鉀，定容至1 L，此溶液作為溶劑。使用該溶劑配制樣品，濃度見表1，待檢測用。

表1 不同濃度葡萄糖樣品Table 1 The glucose samples with different concentration

不同濃度單一香料溶液的配制：在超純水中加入5%乙醇、0.045 g酒石酸、2.24 g氯化鉀，定容至1 L，此溶液作為溶劑。使用該溶劑配制不同濃度原料溶液樣品，濃度見表2，待檢測用。不同濃度單一香料與50 g/kg葡萄糖的混合物溶液的配制：在超純水中加入5%乙醇、0.045 g酒石酸、2.24 g氯化鉀、50 g葡萄糖，定容至1 L，此溶液作為溶劑。使用該溶劑配制不同濃度原料溶液樣品，香料濃度見表2，待檢測用。

表2 不同濃度單一香料樣品Table 2 The single aroma material samples with different concentration

1.2.2 電子舌分析

實驗中使用的是日本Insent公司的TS-5000Z型電子舌，其傳感器類型有AE1傳感器(檢測澀味)、C00傳感器(檢測苦味)、GL1傳感器(檢測甜味)、CT0傳感器(檢測咸味)、AAE傳感器(檢測鮮味)、CAO傳感器(檢測酸味)。

使用GL1傳感器檢測所有樣品的甜味值，在檢測前需要對電子舌進行穩(wěn)定性自檢，待自檢通過后就能進行樣品的檢測，分別檢測不同濃度的葡萄糖溶液、單一香料、葡萄糖和不同濃度單一香料混合物的甜味值，每個樣品共測5次，取后3次測定數據的平均值為樣品的甜味值。

1.2.3 人工感官評價

人工感官評價人員應符合以下要求：身體健康，嗅覺、味覺正常，具有較高的感官靈敏度；通過專業(yè)訓練與考核，掌握品評規(guī)程及品評方法；不易受個人情緒及外界因素影響，判斷評價客觀公正；評價人員若出現感冒、疲勞等癥狀則不宜進行評價，評價前不宜吃刺激性強的食物，也不宜使用帶有香氣的化妝品，評價過程中不宜吸煙，否則會影響評價的結果。

本實驗的感官評價人員共10名(均為上海應用技術大學研究人員，年齡在20～30周歲，男女各5位)，所有評價人員都經過長期的訓練，無不良嗜好，評價前均無不良癥狀等。評價實驗是在專門的感官評價室進行，裝樣品的杯子都統(tǒng)一采同一規(guī)格的品嘗杯，并且隨機編號(三位數的編號，如“212”)，分批次呈現樣品給感官人員，為了避免人員疲勞，每輪次中間休息10～20 min。評價標準以10%的蔗糖水溶液的品嘗甜度為1，對樣品進行相應的甜度打分，若無甜度，則為0[16]。重復3次，結果取平均值。

1.2.4 σ-τ分析

Pattet在前人的基礎上通過研究二元混合物的混合感官，提出了σ-τ強度模型。通過對A，B化合物單獨存在時的甜度值與它們混合物的甜度值進行比較來判斷A，B之間甜度值的關系和影響?；旌衔锾鸲戎蹬c單獨組分甜度值之和的比值定義為σ，計算公式為：σ=IAB/(IA+IB)；單獨組分甜味值與單獨組分甜度值之和的比值定義為τA或者τB，計算公式為τA=IA/(IA+IB)，τB=IB/(IA+IB)。其中IAB是A和B混合物的整體感知甜度值，IA和IB是A和B組分在單獨品嘗時的甜度值。組分間的5種相互作用關系見圖1。若混合物的甜度值大于各組分單獨存在時的甜度值之和，即σ>1時，表現為超加成或協(xié)同作用效果；若混合物的甜度值等于各組分單獨存在時的甜度值之和，即σ=1時，表現為完全加成效果；若混合物的甜度值小于各組分單獨存在時的甜度值之和，即σ<1時，表現為低加成作用效果。低加成作用還分為以下3種情況：①當max(τA，τB)<σ<1時，表現為加成作用效果；②當min(τA，τB)<σ

圖1 σ-τ圖Fig.1 σ-τ diagram

2 結果與討論

2.1 不同濃度葡萄糖的甜味值

由表3和圖2中a可知，在5～200 g/kg的濃度范圍內，電子舌檢測的甜味值隨著葡萄糖濃度的增加而增加，其中最高的甜味值為5.56，最低的為-0.337，濃度為5 g/kg和10 g/kg時甜味值出現負值的原因可能是該葡萄糖的濃度低于電子舌儀器的檢測濃度范圍。同樣的濃度范圍內，人工感官評價得出的甜味值也隨著葡萄糖濃度的增加而增加，其中最高甜味值為1.75，最低為0.175，該人工感官的結果甜味值和電子舌的結果甜味值增長趨勢都是隨著濃度的增加而增加，說明兩結果相一致。人工感官甜味值最低值高于電子舌測得的甜味值，最大值小于電子舌測得的甜味值，說明電子舌結果可以更好地體現甜味效果。在研究不同物質對葡萄糖甜味的影響作用時，選擇濃度為50 g/kg的葡萄糖，此時甜度增長速率最快，適宜研究。50 g/kg的葡萄糖電子舌測得的甜味值為1.473，人工感官測得的甜味值為0.575。

表3 不同濃度單物質及混合物質的甜味值Table 3 The sweetness values of different concentration of single substance and mixtures

續(xù) 表

圖2 不同濃度葡萄糖的電子舌與人工感官甜味值對比圖(a)和6種香料與葡萄糖混合物的甜味值圖(b～g)Fig.2 Comparison of sweetness values of different concentration of glucose by electronic tongue and artificial senses and the sweetness values of 6 kinds of aroma raw materials and glucose mixtures (b～g)

2.2 不同濃度香氣物質與葡萄糖混合物的甜味值

為了考察香氣物質與葡萄糖的相互作用，選取6種香氣物質作為研究對象(苯甲醇、苯乙醇、肉桂醛、γ-癸內酯、香蘭素、呋喃酮)，采用電子舌技術結合人工感官評價和σ-τ法研究香氣物質與葡萄糖的協(xié)同作用規(guī)律。

不同濃度苯甲醇和苯乙醇與葡萄糖混合溶液的甜味值測定結果見表3、圖3中h和圖3中i。這兩種香料表現出相同的規(guī)律，即單一香料在電子舌與人工評價結果中，甜味值隨著濃度的增加而增加。在與葡萄糖混合后，電子舌檢測的甜味值和人工感官評價結果中，混合后的甜味值隨著苯甲醇和苯乙醇濃度的增加而增加且大于葡萄糖和單一香料的甜味值。濃度為50 g/kg的葡萄糖溶液的電子舌甜味值是1.473，分別添加不同濃度的苯甲醇和苯乙醇后，電子舌測得混合物的甜味值分別大于1.473，說明苯甲醇和苯乙醇有提高葡萄糖甜味值的作用。由圖2中b和c可知，在苯甲醇和苯乙醇較低濃度時(濃度<20 mg/kg)，葡萄糖的甜味增加最快，在濃度較高時，混合物的甜味增長趨勢趨于平緩，原因可能是苯甲醇或苯乙醇濃度過高，協(xié)同效果趨于飽和。

圖3 6種單一香料與混合物的甜味值對比圖(h～m)Fig.3 Comparison of sweetness values of 6 kinds of single aroma materials and mixtures (h～m)

由表3和圖2中d、圖3中j可知，肉桂醛的人工感官評價的甜味值和電子舌檢測的甜味值呈現隨著濃度的增加而降低的趨勢。葡萄糖與不同濃度的肉桂醛混合物的電子舌檢測和人工感官評價中，在0.1～1 mg/kg范圍內肉桂醛與葡萄糖混合物的電子舌檢測的甜味值隨著濃度的增加而增加，在1～50 mg/kg范圍內隨著濃度的增加而降低，同樣，人工感官評價結果中也發(fā)現了相似的結果，說明肉桂醛和葡萄糖在低濃度(0.1～1 mg/kg)有協(xié)同作用，在高濃度(150 mg/kg)有掩蓋作用?？赡苁且驗槿夤鹑┳鳛橐环N辛香料，在低濃度時，辛香濃度作用效果較弱，因而甜味比1.473還要高；濃度增加后，辛香氣息較強，抑制效果增強，因而甜味降低。

由表3、圖2中e和圖3中k可知，當不同濃度的γ-癸內酯與葡萄糖混合時，檢測結果顯示γ-癸內酯的人工感官評價的甜味值和電子舌檢測的甜味值隨著濃度的增加而減少，在葡萄糖與不同濃度的γ-癸內酯混合物結果中，電子舌檢測的甜味值總體隨著γ-癸內酯濃度的增加而減少，濃度為50 g/kg的葡萄糖溶液的電子舌甜味值是1.473，而混合物電子舌測得的甜味值始終高于1.77，說明γ-癸內酯的加入使得葡萄糖的甜味值增加，但是隨著γ-癸內酯濃度的增加，加成效果反而下降。

不同濃度香蘭素與葡萄糖混合溶液的甜味值檢測結果由表3、圖2中f和圖3中l(wèi)，香蘭素單一香料的人工感官評價和電子舌檢測的甜味值隨著濃度的增加先降低后升高。葡萄糖與不同濃度的香蘭素混合物的檢測中，電子舌檢測的甜味值隨著濃度的增加而增加，但始終小于單一葡萄糖所表現出的甜味值。即濃度為50 g/kg的葡萄糖溶液的電子舌甜味值是1.473，添加香蘭素之后，在添加的香料濃度范圍內，混合物的電子舌測得的甜味值始終比單一葡萄糖的甜味值低，說明香蘭素在此范圍內和葡萄糖有掩蓋作用。

不同濃度呋喃酮與葡萄糖的混合溶液表現出的規(guī)律見表3、圖2中g和圖3中m，呋喃酮的人工感官評價的甜味值和電子舌檢測的甜味值隨著濃度的增加而減少。在葡萄糖與不同濃度的呋喃酮混合物檢測中，電子舌檢測的甜味值隨著濃度的增加而減少，同樣的，人工感官評價結果中，也發(fā)現了甜味值總體趨勢為隨著呋喃酮濃度的增加而減少，而且電子舌檢測的甜味值始終小于單一葡萄糖溶液的甜味值，說明呋喃酮和葡萄糖有掩蓋作用。

2.3 不同與葡萄糖混合物之間的相互作用

由圖4中A可知，50 g/kg葡萄糖與7個濃度(0.5，1，5，10，20，40，50 mg/kg)的苯甲醇混合物的點落在了加成區(qū)域，說明這幾個點與葡萄糖發(fā)生加成作用；而50 g/kg葡萄糖與30 mg/kg的苯甲醇混合物的點落在了協(xié)同區(qū)域，則說明發(fā)生了協(xié)同作用。通過分析可以得出，低濃度苯甲醇會與葡萄糖發(fā)生加成，隨著濃度的升高會出現協(xié)同作用，但濃度過高時，甜味值的增加速率緩慢，呈現加成作用效果，這與電子舌測得的甜味值結果一致，當不同濃度的苯甲醇加入葡萄糖溶液中，使得葡萄糖溶液的甜味值增加。和苯甲醇與葡萄糖之間的結果類似，50 g/kg葡萄糖與8個濃度(0.1，0.5，1，5，10，20，40，50 mg/kg)的苯乙醇混合物的點落在了加成區(qū)域，見圖3中B，說明這幾個點與葡萄糖發(fā)生加成作用;而濃度為30 mg/kg的苯乙醇所分析出的點落在了完全加成區(qū)域，說明該濃度點的苯乙醇與葡萄糖發(fā)生完全加成作用，同樣與葡萄糖溶液混合后顯示出加成效果的還有肉桂醛。50 g/kg葡萄糖與4個濃度點(0.1，0.5，5，10 mg/kg)的肉桂醛混合物的點落在了加成區(qū)域，說明與葡萄糖發(fā)生加成作用；而與濃度為1，20 mg/kg的點落在完全加成區(qū)域，說明發(fā)生完全加成作用。因為濃度為30，40，50 mg/kg的點的τ值都超出了1，使得3個點在圖中的作用區(qū)域沒有出現，因此無法判斷這幾個濃度點的作用。

圖4 6種香料與葡萄糖混合物的σ-τ圖Fig.4 σ-τ diagram of 6 kinds of aroma materials and glucose mixtures注：A為苯甲醇；B為苯乙醇；C為肉桂醛；D為葵內酯；E為香蘭素；F為呋喃酮，PPT+BJC0.1表示葡萄糖與0.1 mg/kg苯甲醇組合；PPT+BYC0.1表示葡萄糖與0.1 mg/kg苯乙醇組合；P+RGQ0.1表示葡萄糖與0.1 mg/kg肉桂醛組合；P+GNZ0.1表示葡萄糖與0.1 mg/kg γ-癸內酯組合；P+XLS0.1表示葡萄糖與0.1 mg/kg香蘭素組合；P+FNT0.1表示葡萄糖與0.5 mg/kg呋喃酮組合。

由圖4中D可知， 50 g/kg葡萄糖與9個濃度(0.1，0.5，1，5，10，20，30，40，50 mg/kg)的γ-癸內酯混合物的點落在了加成區(qū)域，說明這幾個點與葡萄糖發(fā)生了加成作用。另外，有一些與葡萄糖溶液發(fā)生了折中作用，見圖4中E和F，50 g/kg葡萄糖與9個濃度(0.1，0.5，1，5，10，20，30，40，50 mg/kg)的香蘭素混合物的點落在了折中區(qū)域，說明這幾個點與葡萄糖發(fā)生了折中作用，即香蘭素的加入使得葡萄糖的甜味值降低，使得混合物的甜味值小于葡萄糖的甜味值。另外，有研究表明香蘭素可以提升蔗糖的感官甜度值，這一結果可能由于人的感官差異導致，因為在研究中丹麥人群甜度值打分高于中國人群。50 g/kg葡萄糖與濃度為0.5，1，5，10，20，50 mg/kg 的呋喃酮點落在折中區(qū)域，說明這幾個濃度的呋喃酮與葡萄糖發(fā)生了折中作用，即呋喃酮的加入使得葡萄糖的甜味值降低，使得混合物的甜味值小于葡萄糖的甜味值。而濃度為100，200，500 mg/kg濃度的呋喃酮的點因為它們的τ值大于1，且σ值小于0，未出現在作用區(qū)域內，故無法判斷相互作用。

3 結論

本文通過電子舌分析、人工感官評價和σ-τ法，研究了具有甜香韻的物質苯甲醇、苯乙醇、肉桂醛、γ-癸內酯、香蘭素和呋喃酮對葡萄糖甜味值的影響。結果發(fā)現，苯甲醇、苯乙醇、γ-癸內酯與葡萄糖的混合物的甜味值全都高于單一葡萄糖的甜味值；肉桂醛與葡萄糖的混合物的甜味值出現部分低于單一葡萄糖的甜味值，另一部分高于單一葡萄糖的甜味值；香蘭素、呋喃酮與葡萄糖的混合物的甜味值全都低于單一葡萄糖的甜味值。通過本課題的研究，成功找到了對甜味屬性具有增強作用的香氣成分，為實現后續(xù)飲料、餅干、面包、冰淇淋等產品“減糖不減味”的目標，保持食品風味，滿足人們的味蕾享受，最終實現安全健康的飲食提供了重要參考。