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基于电子舌对单一鲜味物质及其与酸、甜、苦、咸相互作用的分析
发布日期:2024-05-23
 1、前言
        人类味觉是一种重要的生理感受,在食品工业中扮演着重要的作用,主要分为酸、苦、咸、甜、鲜五种基本味觉。人们味觉直接影响消费者对食物的接受程度与购买的可能性。其中鲜味是一类不同于甜、苦、酸和咸味的基本味觉。鲜味剂又称增味剂。向食品中添加鲜味剂,能够提高食品的某些风味特征,如持久性、丰富性、满口性和浓厚感。传统的鲜味剂主要包括氨基酸及其钠盐、核苷酸及其钠盐、有机酸及其钠盐三类。研究发现鲜味物质存在于各种各样的食物中,包括海鲜(如鱼、海藻、蛤蜊和牡蛎),奶酪和蔬菜(如食用菌、大豆、胡萝卜)等。
        从20世纪60年代初,人们就对味觉物质间的互相作用进行过研究,取得了较可靠有用的成果。但是随着人们对味觉认知的提升,为了更全面的解释味觉物质之间的相互作用,多种方法(物理、化学和热点/活动法)被用来进行味觉相互作用的分析。当品尝食品时,相同物质的不同浓度梯度对人类舌头的刺激是不同的。味觉浓度和味觉响应强度之间可以建立相应的响应曲线。当两种不同味觉物质混合时,会出现非线性的增强或抑制作用。研究表明甜味物质在低浓度时和其它味觉物质的相互作用是复杂的。有研究报道中、高浓度的谷氨酸钠可以抑制苦味强度,而在高浓度时可以增强咸味强度。酸和盐相互作用时两者的味觉强度会受到影响:在低浓度时可增强味觉相互作用;在高浓度时,味觉相互作用得到抑制或不发生变化。
       本部分主要通过电子舌技术对8种单一基本鲜味物质(a.氨基酸类:L-谷氨酸钠、L-天门冬氨酸钠; b.核苷酸类:、5′-肌苷酸二钠、5′-鸟苷酸二钠、5′-腺苷酸二钠、5′-胞苷酸二钠、5′-尿苷酸二钠;c.有机酸类:琥珀酸二钠)进行电子舌响应,建立浓度和鲜味强度之间的响应曲线,探究不同鲜味物质在电子舌上响应的规律性;并以谷氨酸钠为代表探究鲜味物质的添加对酸(柠檬酸)、甜(蔗糖)、苦 (奎宁)、咸(氯化钠)4种味感物质的作用规律,为低盐调味品的开发奠定基础。
2 材料和方法
2.1 样品与试剂
       8种鲜味物质(L-谷氨酸钠、L-天门冬氨酸钠、5′-肌苷酸二钠、5′-鸟苷酸二钠、5′-腺苷酸二钠、5′-胞苷酸二钠、5′-尿苷酸二钠和琥珀酸二钠)、蔗糖、奎宁、氯化钠和柠檬酸均为食用级,购自郑州天峰食品科技有限公司;0.1mol/L氯化钠、0.1 mol/L盐酸和0.1mol/L谷氨酸钠,购自法国Alpha.M.O.S公司。
2.2 主要仪器设备

2.3 样品制备
        单一鲜味物质浓度:按表2.2和2.3所列的浓度,准确称取不同量的谷氨酸钠、天冬氨酸钠、肌苷酸钠、鸟苷酸钠、腺苷酸钠、胞苷酸钠、鸟苷酸钠和琥珀酸二钠,溶液蒸馏水中搅拌溶解,待全部溶解后,转移至100mL的容量瓶中,定容,配制成表中所示的浓度,备用。
       鲜味与酸、甜、苦和咸味相互作用的溶液配制:参考ISO3972:1991,假定0.08、0.34、1.00g/L分别代表鲜味的低、中、高浓度,将这三个浓度的谷氨酸钠溶液添加到酸、甜、苦和咸所设的7个不同浓度的溶液中,对所配制的溶液进行电子舌检测和感官评价分析。


 
2.4 电子舌分析方法
       本实验采用法国Alpha M.O.S公司的ASTREE II电子舌系统,利用五味传感器阵列对样品进行分析。传感器阵列包括酸(SRS)、咸(STS)、鲜(UMS)、甜(SWS)、苦(BRS)、复合传感器1(SPS)、复合传感器2(GPS)7根电化学传感器和1根Ag/AgCl 参比电极组成,对五种基本味道进行分析检测。
       为了保证检测数据的稳定性和准确性,保证电子舌在测试前各项参数指标达到最佳。在进行检测之前需要对电子舌进行活化、校准和诊断。首先进行被动活化,将盛有蒸馏水的电子舌专用烧杯放入自动进样盘的1号位,手动控制将传感器阵列浸于蒸馏水中,浸泡活化30 min;之后用Alpha M.O.S公司自带的0.01 mol/L的NaCl(氯化钠)、HCl(盐酸)和MSG(谷氨酸钠)溶液按设定的程序进行主动活化、校准和诊断。将待测样品溶液盛入电子舌专用烧杯中,采用待测样品和蒸馏水交替的方式进行检测。电子舌对样品采集的最初几次数据不稳,传感器响应值有一定程度的上下波动。预实验结果表明,检测2-3 次后,传感器的响应值趋于稳定。因此,每个样品确定采集6次平行数据,取稳定后的3次实验数据。样品检测时间为10s,检测温度为室温,利用电子舌自带的数据处理软件对味觉强度数据进行采集。
2.5 热点/活动
       对15名小组成员进行为期一个月的味觉物质的感官描述和分类的培训。所有成员都能很好地对风味物质进行评价和打分,不能识别和区分酸、甜、苦、咸和鲜种类和强度的小组成员将其剔除。受训后, 5男5女,共10人组成感官评价小组。感官测试在特定的实验室中进行。评分采用10点制,0~2,味觉强度很弱(若有若无);2~4,弱;4~6,中等;6~8,强;8~10,非常强。味觉强度的评分从0到10分,0代表某种味觉强度不存在,10分代表味觉强度高。感官评价时,样品用编码编号为了减少主观因素造成的干扰,所有样品均随机呈现给感官品评员,重复3次,在整个品评过程中,一个样品品评结束后,另一个样品开始之前要用纯净水漱口。为了避免温度差异,所有测试样品于恒温水浴锅中保持45℃。
2.6 数据分析
       采用电子舌自带的Astree统计分析软件对味觉物质电子舌采集数据进行主成分分析(PCA)和判别因子分析(DFA)的处理和分析,响应值用宏处理器进行处理,味觉响应值被转换为0-12的相对响应值。
(1)主成分分析法(PCA)
        PCA是一种基于变量协方差矩阵对信息进行处理、提取和压缩的有效方法,它是一种分析、简化数据集的技术,能将数据集由高维空间转化到低维空间处理又能提供原有数据所包含的绝大部分信息。即主成分分析是通过数学变换的方法,选出少量方差较大的变量解释大部分原始信息,这些新的变量即构成主成分。
(2)判别因子分析法(DFA)
        DFA一种用来建立模型、识别未知样品、对未知样品进行归类的一种的数理统计方法。通过数学转换,建立数据识别模型,使具有差异的不同类样品数据间的距离尽可能扩大,同类样品数据间的距离尽可能的缩小。
3 结果与讨论
3.1 基于电子舌对不同浓度单一味觉鲜味物质的检测
        不同浓度梯度单一鲜味物质的电子舌检测结果如图1所示。
图2.1 8种不同浓度梯度鲜味剂的电子舌检测结果(1)谷氨酸钠(2)天冬氨酸钠(3)肌苷酸钠(4)鸟苷酸钠(5)腺苷酸钠(6)胞苷酸钠(7)尿苷酸钠(8)琥珀酸二钠
         从图2.1中可以看出,电子舌鲜味响应值与浓度呈正相关的半对数关系,随浓度的增加不同浓度梯度鲜味物质的响应值也相应增加,这与Tian等的研究结果相一致。这8种鲜味物质的曲线形状和方程相似,但是曲线方程的系数各不相同,方程系数大小的顺序为K5>K8>K7>K3>K4>K2>K6>K1,表明基于电子舌8种鲜味物质的呈味性质相似但又各具特点。
3.2 基于电子舌对相同浓度梯度的单一味觉鲜味物质的检测
        对8种不同的鲜味剂通过电子舌技术来检测,将检测所得数据进行主成分分析,结果见图2.2。
图2.2 8种相同浓度梯度鲜味剂的PCA结果图
AMP-腺苷酸钠,A-天冬氨酸钠,CMP-胞苷酸钠,GMP-鸟苷酸钠,S-琥珀酸二钠,IMP-肌苷酸钠,MSG-谷氨酸钠,UMP-鸟苷酸钠;1-0.5g/L,2-1.0g/L; 3-2.0 g/L
        从图2.2中可以看出,8种不同的鲜味剂能够被很好的区分。PC1和PC2两个主成分的贡献率分别为86.18%、9.15%,累计方差贡献率为95.33%。说明PC1和PC2包含了较大的样品信息量,能很好的反应样品的信息,反应了不同鲜味剂的差异。3次重复数据点可以清晰的聚成一个独立的族群,说明PCA分析得到的实验数据的重复性很好。所有样品组内离散度小,组间距离较大,DI为98,区分度较高。每种鲜味剂的两个浓度在PC2上按低浓度在上,高浓度在下的顺序排列。
图2.3 8种相同浓度梯度鲜味剂的DFA结果图
AMP-腺苷酸钠,A-天冬氨酸钠,CMP-胞苷酸钠,GMP-鸟苷酸钠,S-琥珀酸二钠,IMP-肌苷酸钠,MSG-谷氨酸钠,UMP-鸟苷酸钠; 1-0.5 g/L, 2-1.0g/L;3-2.0 g/L
       从图2.3上可以看出,样品的组内离散度比PCA中的更小,组间空间距离变大,样品完全分开,2个判别因子总贡献率为95.41%,区分效果较好。沿DF1轴线方向MSG主要分布在右半部分,而其他样品主要分布在左半部分;沿DF2轴线方向,AMP、A、CMP、UMP和MSG2、3主要分布在上半部分,S、IMP、GMP和MSG1则主要分布在下半部分。表明电子舌结合DFA法可用于食用菌的定性分析。综合比较图2.2和图2.3,在对不同样品的区分上DFA的区分效果优于PCA。
3.3 单一味觉鲜味物质的感官评价结果
        感官评价员可以很容易地对不同浓度的单一鲜味物质进行区分和鲜味强度的排序,鲜味强度随着浓度的增大而增强。由于是对同一种物质稀释的不同浓度进行评价,而不是混合物,在一定程度上降低了感官评价的难度。相对于单一鲜味物质的感官评价,两种味觉相互作用的结果是复杂和难以预料的。
3.4 基于电子舌对鲜味物质与酸、甜、苦、咸二元相互作用的分析
        将鲜味的代表物质谷氨酸钠分别与酸、甜、苦、咸4种味感物相互作用,进行分析在已给定的浓度范围内确定味感物质相互作用的增强或抑制浓度区间。参考国标ISO3972:1991,假定0.08,0.34,1.00分别代表鲜味物质的低、中、高浓度。
3.4.1 鲜味物质的添加对酸味强度的影响作用
        按表称取一定量的酸与不同浓度的鲜味物质相互混合配成100mL的溶液,待用。通过电子舌和感官评价两种方法对鲜味和酸味的二元相互作用结果进行分析,结果见表2.4。
表2.4 鲜味与酸味物质的二元相互作用的结果

       从表2.4中可以看出,向不同浓度(0.13-0.6g/L)的酸味溶液中添加中、高浓度(0.34-1.00g/L)的鲜味物质,电子舌检测到的酸味强度都有一定程度的降低,即鲜味的添加对酸味具有缓冲作用。这与人的感官评价结果基本相一致,但其中向高浓度的酸味物质中加入低浓度的鲜味物质,人感官评价的酸味强度与未添加鲜味物质的酸味强度相近。这可能是由于电子舌的感官比人类感官更敏感、人类感官易疲劳、误差大等原因。
3.4.2 鲜味物质的添加对甜味强度的影响作用
       按表称取一定量的甜味物质与不同浓度的鲜味物质相互混合配成100mL的溶液,待用。通过电子舌和感官评价两种方法对鲜味和甜味的二元相互作用结果进行分析,结果见表2.5。
表2.5 鲜味与甜味物质的二元相互作用的结果
        从表2.5中可以看出,不同浓度梯度甜味溶液的电子舌响应,随着浓度的增大响应值降低;低浓度的鲜味物质加入不同浓度的甜味溶液中,电子舌检测到的甜味强度都有一定程度的增强,浓度不同,甜味强度增强的程度也不相同,随着甜味浓度的增加,甜味强度增大的趋势变大。这与人为感官评价结果基本相一致;向不同浓度甜味溶液中加入中浓度的鲜味物质,电子舌检测到甜味强度增强,而感官评价结果,最初变化较小,随着甜味浓度的增大,甜味强度增强,而后甜味浓度继续增大,鲜味物质的加入使甜味强度降低;高浓度鲜味物质加入不同浓度的甜味溶液中,电子舌检测到的甜味强度呈现降低的趋势,感官评价的鲜味强度,加入到低浓度甜味溶液中,甜味强度呈增加的趋势,随着甜味浓度的增大,鲜味物质加入后,甜味强度降低,表现为抑制作用。由于鲜味和甜味物质的二元相互作用,结果较复杂,电子舌和感官评价结果并不完全一致,但中高浓度(0.08-0.34g/L)鲜味物质的添加对中高浓度(0.94-4.32g/L)的甜味具有协同增强作用,可以提高甜味强度。
3.4.3 鲜味物质的添加对苦味强度的影响作用
       按表称取一定量的苦味物质与不同浓度的鲜味物质相互混合配成100mL的溶液,待用。通过电子舌和感官评价两种方法对鲜味和苦味的二元相互作用结果进行分析,结果见表2.6。
表2.6 鲜味与苦味物质的二元相互作用的结果
       从表2.6中可以看出,不同浓度梯度苦味溶液的电子舌响应,随着浓度的增大响应值降低;低浓度的鲜味物质加入不同浓度的苦味溶液中,电子舌检测到的苦味味强度在一定程度上有所降低,浓度不同,苦味强度降低的程度也不同。人感官评价的苦味强度随苦味溶液浓度的不同,而发生不同变化,呈现持平,降低,增强的复杂变化趋势;中浓度鲜味物质加入不同浓度的苦味溶液中,电子舌检测到的苦味强度先变化不大,后苦味降低,而感官评价苦味强度,苦味强度呈现降低,持平,降低,的变化趋势;高浓度鲜味物质加入不同浓度的苦味溶液中,电子舌检测到的苦味强度先降低后变化不明显,感官评价的苦味强度先表现为降低,增强,降低,增强的复杂变化趋势。
       由上述可知,中高浓度(0.34-1.00g/L)的鲜味物质的添加对低浓度(0.001-0.003g/L)的苦味具有抑制作用,可以降低苦味强度,为苦味强度的掩盖提供理论依据。
3.4.4 鲜味物质的添加对咸味强度的影响作用
       按表称取一定量的咸味物质与不同浓度的鲜味物质相互混合配成100mL的溶液,待用。通过电子舌和感官评价两种方法对鲜味和咸味的二元相互作用结果进行分析,结果见表2.7。
表2.7 鲜味与咸味物质的二元相互作用的结果
        从表2.7中可以看出,低浓度的鲜味物质加入不同浓度的咸味溶液中,电子舌检测到的咸味强度在一定程度上有所增强,浓度不同,咸味强度增大的程度也不同。人感官评价的咸味强度随咸味溶液浓度的不同,而发生不同变化,呈现持平,增强的变化趋势;中浓度鲜味物质加入不同浓度的咸味溶液中,电子舌检测到的咸味强度先降低,后增强,而感官评价咸味强度,咸味强度呈现降低,持平,降低,持平,而后增高的变化趋势;高浓度鲜味物质加入不同浓度的咸味溶液中,电子舌检测到的咸味强度先降低后增强,感官评价的咸味强度先表现为持平,降低,持平,降低,在高浓度的咸味溶液中,随着高浓度鲜味物质的加入,咸味强度先增强后降低。
        由上述可知,低中浓度(0.08-0.34g/L)的鲜味物质的添加对中高浓度(0.69-2.00g/L)的咸味具有协同增效作用,可以提高咸味强度,为低盐调味品的研制提供理论依据。
4本章小结
        4.1基于电子舌探究8种不同浓度梯度的单一鲜味物质的响应变化规律,得出不同浓度梯度鲜味物质的响应值随浓度的增加而增加,且鲜味响应值与浓度呈正相关的半对数关系,8种鲜味物质的曲线形状和方程相似但不同,表明基于电子舌8种鲜味物质呈味特性相似但又各具特点。
       4.2采用PCA和DFA两种分析法对相同浓度梯度的8种鲜味物质进行区分识别,8种不同的鲜味剂能够被很好的区分。区分指数为98,区分度较高。
       4.3 通过电子舌技术和感官评价分析鲜味物质与酸味、甜味、苦味、咸味4种味觉物质的相互作用,其不同物质二元相互作用结果较复杂,初步得出中、高浓度(0.34-1.00g/L)鲜味物质的添加对低浓度(0.13-0.6g/L)酸味溶液具有缓冲作用,随着鲜味物质的加入,酸味强度降低;低中浓度(0.08-0.34g/L)鲜味物质的添加对中高浓度(0.94-4.32g/L)
       甜味溶液具有协同增效作用,可以提高甜味强度,为少糖饮料的开发提供理论基础;中高浓度(0.34-1.00g/L)鲜味物质的添加对低浓度(0.001-0.003 g/L)苦味溶液具有抑制作用,可以降低苦味强度,为食品中苦味的掩盖提供理论依据;低中浓度(0.08-0.34g/L)鲜味物质的添加对中高浓度(0.69-2.00 g/L)咸味溶液具有协同增效作用,可以提高咸味强度,为低盐调味品的研制提供基础。
        来源:中外香精香料第一资讯 转载请注明来源。
        参考文献
        Kai Wang,Haining Zhuang,Fangling Bing,Da Chen,Tao Feng,Zhimin Xu.evaluation of eight kinds of flavor enhancer of umami taste by an electronic tongue.Food Science and Nutrition,9(4):2095-2104.
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