基于電子舌與人工感官的茶葉滋味屬性參考物呈味強(qiáng)度相關(guān)性分析

劉忠英 冉乾松,2 張 拓 鄭文佳 潘 科

(1. 貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院茶葉研究所，貴州 貴陽 550006；2. 貴州大學(xué)茶學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

滋味是茶葉風(fēng)味的重要組成部分，是指導(dǎo)茶葉生產(chǎn)、加工、銷售、貯藏的重要指標(biāo)[1]。茶葉滋味是由溶于茶湯的多酚類、氨基酸類、生物堿類、糖類、有機(jī)酸類等呈味物質(zhì)與人口腔內(nèi)受體結(jié)合，經(jīng)大腦處理形成[2]。茶葉滋味屬性主要有苦、澀、鮮、甜和酸5種，其中咖啡堿主要貢獻(xiàn)茶湯苦味，兒茶素類物質(zhì)貢獻(xiàn)苦味和澀味，氨基酸類貢獻(xiàn)鮮味，糖類貢獻(xiàn)甜味，有機(jī)酸類貢獻(xiàn)酸味[3]。在現(xiàn)代茶葉滋味研究中，茶葉滋味物質(zhì)的覺察閾值，即引起某種味覺響應(yīng)時的最低濃度臨界值[4]，已成為茶葉滋味量化評價的基礎(chǔ)，茶湯中滋味物質(zhì)濃度與其呈味閾值的比值，常表征其對茶湯滋味的貢獻(xiàn)度[5]。然而，茶湯滋味是一個復(fù)雜的混合體系，因各呈味物質(zhì)組成、濃度及相互作用影響，使得茶葉滋味品質(zhì)各不相同。張英娜[6]以沒食子兒茶素沒食子酸酯(EGCG)為茶葉苦澀味參照，研究了主要兒茶素的呈味閾值、濃度強(qiáng)度曲線及與Ca2+、咖啡堿等相互作用；毛世紅[7]在茶葉滋味物質(zhì)濃度—呈味強(qiáng)度、閾值特性基礎(chǔ)上，進(jìn)一步鑒定了工夫紅茶關(guān)鍵滋味成分；岳翠男[8]通過甜味參照蔗糖，酸味參照檸檬酸，苦味參照鹽酸奎寧，鮮味參照谷氨酸鈉，澀味參照明礬，采用均勻試驗設(shè)計法建立了綠茶滋味屬性評價模型，可直觀分析茶湯鮮味、苦味、澀味的極大值與極小值。

在現(xiàn)代分析檢測設(shè)備中，電子舌主要由傳感器陣列、信號處理和模式識別系統(tǒng)組成，利用傳感器陣列模擬人類味蕾組織對液體樣品的味道進(jìn)行檢測，具有簡單、快速、靈敏度高、客觀、可重復(fù)性好等特點[9-12]。徐敏[13]融合電子舌、電子鼻等技術(shù)鑒別龍井茶等級、產(chǎn)地及貯藏品質(zhì)；陶冬冰等[14]利用電子舌分析了六安瓜片茶湯澀味和茶多酚含量的相關(guān)性；Yang等[15]建立了一種快速檢測普洱茶貯藏時間的方法；Cheng等[16]利用電子舌探明了老青磚茶的關(guān)鍵滋味化合物的變化規(guī)律；Xu等[17]將電子舌與電子鼻等結(jié)合，對茶葉品質(zhì)進(jìn)行了定性鑒別和定量預(yù)測。綜上，電子舌檢測技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于茶葉品質(zhì)評價[9-10,18]和快速定級[19]等方面。

建立茶葉滋味物質(zhì)呈味描述參比及其濃度與強(qiáng)度關(guān)系是揭示茶葉滋味物質(zhì)呈味規(guī)律的基礎(chǔ)。但各類茶葉滋味品質(zhì)評價的參比標(biāo)準(zhǔn)不一，其結(jié)果具一定差異性，目前茶葉滋味評價方式仍以傳統(tǒng)感官審評為主，電子舌雖可快速鑒別茶湯各滋味屬性，但其與傳統(tǒng)人工感官審評的一致性的相關(guān)報道較少[20]，尤其是電子舌檢測值與人工感官真實味覺的一一對應(yīng)性方面，目前尚缺乏較為客觀的茶葉滋味參比標(biāo)準(zhǔn)。研究擬以奎寧、明礬、谷氨酸鈉、蔗糖和檸檬酸依次為苦、澀、鮮、甜、酸滋味屬性參考物，通過組建感官評價小組，在各參考物覺察閾值的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探究人工感官審評與電子舌對各參考物的濃度—呈味強(qiáng)度關(guān)系，進(jìn)而分析電子舌檢測值與人工感官對茶葉滋味參考物的相關(guān)性，旨在為建立更為客觀的茶葉滋味屬性參比方法提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗試劑

蔗糖(C12H22O11)、明礬[KAl(SO4)2·12H2O]、奎寧(C20H24N2O2)、檸檬酸(CA)、鹽酸(HCl)、氯化鉀(KCl)、谷氨酸鈉(MSG)：上海源葉生物科技有限公司。

1.2 試驗儀器

電熱恒溫水浴鍋：DK-98-Ⅱ型，天津市泰斯特儀器有限公司；

超純水儀：KL-UP-III-20型，成都唐氏康寧科技發(fā)展有限公司；

恒溫磁力攪拌器：IT-07A-3型，上海一恒科技有限公司；

電子天平：PL203型，梅特勒—托利多儀器(上海)有限公司；

電子舌：SA-402B型，Ag/AgCl電極，日本Insent公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 茶葉滋味屬性參考物人工感官覺察閾值及強(qiáng)度等級

(1) 感官審評小組成員的篩選：茶葉所職工+其他，初選33人，按GB/T 16291.1—2012要求，對審評人員進(jìn)行普選、初選、培訓(xùn)、篩選、確定感官評價小組成員。小組成員通過以奎寧、明礬、谷氨酸鈉、蔗糖和檸檬酸依次為苦、澀、鮮、甜、酸滋味屬性參考物進(jìn)行指定濃度呈味檢測，淘汰不能鑒別5種基本滋味屬性的人員。根據(jù)制定濃度培訓(xùn)和對標(biāo)濃度鑒別，淘汰正確率低的人員，最后確定10～15人為感官評價小組成員。

(2) 茶葉滋味屬性參考物覺察閾值及強(qiáng)度等級：5種滋味屬性參考物覺察閾值人工感官濃度設(shè)置見表1。審評人員啜取5 mL滋味溶液，于舌苔循環(huán)滾動10 s后吐出，獨(dú)立評分，每組試驗重復(fù)3次。人工感官滋味物質(zhì)味覺強(qiáng)度描述及感官等級，采用量值估計法(五分制)[21](見表2)。

表1 5種滋味屬性參考物覺察閾值濃度表

表2 人工感官味覺強(qiáng)度描述及等級參考

1.3.2 電子舌味覺傳感器和參比電極的活化 用超純水配制味覺傳感器基準(zhǔn)液(30 mmol/L KCl+0.3 mmol/L酒石酸)和內(nèi)部液(3.3 mol/L KCl+飽和氯化銀)，在味覺傳感器探頭內(nèi)加入200 μL內(nèi)部液，并將味覺傳感器置于裝有基準(zhǔn)液的燒杯內(nèi)，用保鮮膜密封燒杯口，25 ℃活化24 h待用；用超純水配制參比電極內(nèi)部液(3.3 mol/L KCl+飽和氯化銀)和3.3 mol/L KCl溶液，在參比電極探頭內(nèi)加入200 μL內(nèi)部液，直至液面距離玻璃管頂部約5 mm 的位置，并將參比電極置于裝有3.3 mol/L KCl溶液的燒杯內(nèi)，液面距離電極頭約15 mm，用保鮮膜密封燒杯口，25 ℃活化24 h待用。

1.3.3 電子舌數(shù)據(jù)采集 將傳感器于浸泡液中穩(wěn)定90 s進(jìn)行初步清洗以除去膜表面雜質(zhì)，其中鮮、酸傳感器使用陰離子浸泡液(0.1 mol/L HCl+300 mL無水乙醇)，苦、澀、甜傳感器使用陽離子浸泡液(0.1 mol/L KCl+10 mmol/L KOH+300 mL無水乙醇)，將各傳感器于基準(zhǔn)液中分別清洗2 min，即可用來測定樣品的電子舌評分，并按式(1)進(jìn)行計算。

V=Vs-Vr，

(1)

式中：

V——電勢差輸出值，即為電子舌評分；

Vs——傳感器在樣品溶液中穩(wěn)定30 s的電勢值；

Vr——傳感器在基準(zhǔn)液中穩(wěn)定30 s的電勢值。

1.3.4 茶葉滋味屬性參考物人工感官、電子舌呈味強(qiáng)度曲線建立及擬合

(1) 人工感官濃度—呈味強(qiáng)度分析：以奎寧、明礬、谷氨酸鈉、蔗糖和檸檬酸的濃度為X軸，人工感官呈味強(qiáng)度值為Y軸作圖，建立5種滋味屬性參考物的人工感官濃度—呈味強(qiáng)度曲線，并進(jìn)行擬合分析。

(2) 電子舌檢測濃度—呈味強(qiáng)度分析：以奎寧、明礬、谷氨酸鈉、蔗糖和檸檬酸的濃度為X軸，電子舌檢測值為Y軸作圖，建立5種滋味屬性參考物的電子舌濃度—呈味強(qiáng)度曲線，并進(jìn)行擬合分析。

(3) 電子舌檢測與人工感官強(qiáng)度值相關(guān)性分析：以奎寧、明礬、谷氨酸鈉、蔗糖和檸檬酸5種滋味屬性參考物的人工感官呈味強(qiáng)度值為X軸，以電子舌檢測值為Y軸，繪制相關(guān)性圖并進(jìn)行擬合分析。

1.3.5 數(shù)據(jù)分析 采用Excel 2016軟件進(jìn)行統(tǒng)計、擬合分析及制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 茶葉滋味屬性參考物覺察閾值

由表3可知，奎寧苦味覺察閾值為0.015 mg/mL，明礬澀味覺察閾值為0.01 mg/mL，谷氨酸鈉鮮味覺察閾值為0.03 mg/mL，蔗糖甜味覺察閾值為0.4 mg/mL，檸檬酸酸味覺察閾值為0.04 mg/mL。各滋味屬性參考物在覺察閾值濃度下對應(yīng)的感官審評等級均為Ⅱ級，即剛好能感受、覺察。

表3 滋味屬性參考物呈味覺察閾值和感官審評等級表

2.2 茶葉滋味屬性參考物人工感官濃度—呈味強(qiáng)度分析

奎寧、明礬、谷氨酸鈉、蔗糖和檸檬酸5種滋味參考物的人工感官濃度—呈味強(qiáng)度擬合分析結(jié)果見表4，濃度—呈味強(qiáng)度曲線見圖1。

圖1 人工感官強(qiáng)度值濃度—呈味強(qiáng)度函數(shù)曲線Figure 1 Concentration-intensity function curve for artificial sensory intensity values

由圖1可知，隨著質(zhì)量濃度的增加，人工感官審評各滋味參考物呈味強(qiáng)度也增加，明礬、谷氨酸鈉、奎寧、檸檬酸等參考物在質(zhì)量濃度<1 mg/mL時，呈味強(qiáng)度增加較快，在質(zhì)量濃度>1 mg/mL后，增加較緩慢。蔗糖在質(zhì)量濃度<5 mg/mL時增加迅速，在質(zhì)量濃度>5 mg/mL時增加緩慢。由表4可知，茶葉滋味屬性參考物濃度—呈味強(qiáng)度曲線為對數(shù)型曲線，R2為0.95以上，相關(guān)性較好，且符合Weber-Fechne定律[22]。

表4 滋味屬性參考物人工感官呈味強(qiáng)度擬合

2.3 茶葉滋味屬性參考物電子舌濃度—呈味強(qiáng)度分析

奎寧、明礬、谷氨酸鈉、蔗糖和檸檬酸5種滋味參考物的電子舌濃度—呈味強(qiáng)度擬合分析結(jié)果見表5，濃度—呈味強(qiáng)度曲線見圖2。

由圖2可知，奎寧苦味強(qiáng)度與濃度呈負(fù)相關(guān)；明礬澀味強(qiáng)度隨質(zhì)量濃度的增大而降低，且檢測值均為負(fù)數(shù)；谷氨酸鈉鮮味強(qiáng)度隨質(zhì)量濃度的增大而增強(qiáng)；蔗糖甜味強(qiáng)度呈先增后減趨勢；檸檬酸酸味隨質(zhì)量濃度的增大而增強(qiáng)。由表5可知，茶葉各滋味屬性參考物呈三次函數(shù)和對數(shù)函數(shù)關(guān)系，R2>0.938，說明電子舌檢測能夠呈現(xiàn)滋味物質(zhì)濃度—呈味強(qiáng)度的規(guī)律。

圖2 電子舌檢測濃度—呈味強(qiáng)度值函數(shù)曲線Figure 2 Concentration-intensity value curve as a function of electron tongue detection

2.4 茶葉滋味屬性參考物電子舌檢測與人工感官強(qiáng)度值相關(guān)性

由表6和圖3可知，檸檬酸(酸味)和蔗糖(甜味)的電子舌呈味強(qiáng)度與人工感官強(qiáng)度呈一致遞增，彼此呈正相關(guān)，而奎寧(苦味)和明礬(澀味)反而遞減，奎寧(苦味)電子舌檢測呈負(fù)值，蔗糖(甜味)則先緩慢遞增后逐漸遞減，彼此呈負(fù)相關(guān)?？鼘幙辔队X察閾值為0.015 mg/mL、對應(yīng)電子舌響應(yīng)值為4.91，明礬澀味覺察閾值為0.01 mg/mL、對應(yīng)電子舌響應(yīng)值為-3.32，谷氨酸鈉鮮味覺察閾值為0.03 mg/mL、對應(yīng)電子舌響應(yīng)值為1.32，蔗糖甜味覺察閾值為0.4 mg/mL、對應(yīng)電子舌響應(yīng)值為18.07，檸檬酸酸味覺察閾值為0.04 mg/mL、對應(yīng)電子舌響應(yīng)值為-6.18，說明電子舌檢測與人工感官茶葉滋味參考物濃度—呈味強(qiáng)度具一定相關(guān)性。

表5 滋味屬性參考物電子舌檢測強(qiáng)度值擬合

3 結(jié)論

試驗表明，茶葉中5種滋味屬性參考物人工感官與電子舌濃度—呈味強(qiáng)度均呈一定函數(shù)曲線關(guān)系，符合Weber-Fechne定律，在所選質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，檸檬酸(酸味)和蔗糖(甜味)的電子舌呈味強(qiáng)度與人工感官呈味強(qiáng)度呈正相關(guān)，奎寧(苦味)和明礬(澀味)的電子舌呈味強(qiáng)度與人工感官呈味強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)，說明茶葉中5種滋味屬性參考物電子舌檢測與人工感官濃度—呈味強(qiáng)度具一定相關(guān)性。

表6 滋味屬性參考物電子舌檢測與人工感官強(qiáng)度值關(guān)系

圖3 滋味屬性參考物電子舌檢測與人工感官強(qiáng)度值函數(shù)曲線