基于電子舌與人工感官的茶葉滋味屬性參考物呈味強度相關性分析

劉忠英 冉乾松,2 張 拓 鄭文佳 潘 科

(1. 貴州省農業科學院茶葉研究所，貴州 貴陽 550006；2. 貴州大學茶學院，貴州 貴陽 550025)

滋味是茶葉風味的重要組成部分，是指導茶葉生產、加工、銷售、貯藏的重要指標[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、有機酸類等呈味物質與人口腔內受體結合，經大腦處理形成[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茶湯苦味，兒茶素類物質貢獻苦味和澀味，氨基酸類貢獻鮮味，糖類貢獻甜味，有機酸類貢獻酸味[3]。在現代茶葉滋味研究中，茶葉滋味物質的覺察閾值，即引起某種味覺響應時的最低濃度臨界值[4]，已成為茶葉滋味量化評價的基礎，茶湯中滋味物質濃度與其呈味閾值的比值，常表征其對茶湯滋味的貢獻度[5]。然而，茶湯滋味是一個復雜的混合體系，因各呈味物質組成、濃度及相互作用影響，使得茶葉滋味品質各不相同。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]在茶葉滋味物質濃度—呈味強度、閾值特性基礎上，進一步鑒定了工夫紅茶關鍵滋味成分；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。

在現代分析檢測設備中，電子舌主要由傳感器陣列、信號處理和模式識別系統組成，利用傳感器陣列模擬人類味蕾組織對液體樣品的味道進行檢測，具有簡單、快速、靈敏度高、客觀、可重復性好等特點[9-12]。徐敏[13]融合電子舌、電子鼻等技術鑒別龍井茶等級、產地及貯藏品質；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鍵滋味化合物的變化規律；Xu等[17]將電子舌與電子鼻等結合，對茶葉品質進行了定性鑒別和定量預測。綜上，電子舌檢測技術已被廣泛應用于茶葉品質評價[9-10,18]和快速定級[19]等方面。

建立茶葉滋味物質呈味描述參比及其濃度與強度關系是揭示茶葉滋味物質呈味規律的基礎。但各類茶葉滋味品質評價的參比標準不一，其結果具一定差異性，目前茶葉滋味評價方式仍以傳統感官審評為主，電子舌雖可快速鑒別茶湯各滋味屬性，但其與傳統人工感官審評的一致性的相關報道較少[20]，尤其是電子舌檢測值與人工感官真實味覺的一一對應性方面，目前尚缺乏較為客觀的茶葉滋味參比標準。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上，進一步探究人工感官審評與電子舌對各參考物的濃度—呈味強度關系，進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。

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，對審評人員進行普選、初選、培訓、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。根據制定濃度培訓和對標濃度鑒別，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度等級：5種滋味屬性參考物覺察閾值人工感官濃度設置見表1。審評人員啜取5 mL滋味溶液，于舌苔循環滾動10 s后吐出，獨立評分，每組試驗重復3次。人工感官滋味物質味覺強度描述及感官等級，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液(30 mmol/L KCl+0.3 mmol/L酒石酸)和內部液(3.3 mol/L KCl+飽和氯化銀)，在味覺傳感器探頭內加入200 μL內部液，并將味覺傳感器置于裝有基準液的燒杯內，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，在參比電極探頭內加入200 μL內部液，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，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 電子舌數據采集 將傳感器于浸泡液中穩定90 s進行初步清洗以除去膜表面雜質，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定30 s的電勢值；

Vr——傳感器在基準液中穩定30 s的電勢值。

1.3.4 茶葉滋味屬性參考物人工感官、電子舌呈味強度曲線建立及擬合

(1) 人工感官濃度—呈味強度分析：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—呈味強度曲線，并進行擬合分析。

(2) 電子舌檢測濃度—呈味強度分析：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—呈味強度曲線，并進行擬合分析。

(3) 電子舌檢測與人工感官強度值相關性分析：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度值為X軸，以電子舌檢測值為Y軸，繪制相關性圖并進行擬合分析。

1.3.5 數據分析 采用Excel 2016軟件進行統計、擬合分析及制圖。

2 結果與分析

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—呈味強度擬合分析結果見表4，濃度—呈味強度曲線見圖1。

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

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

表4 滋味屬性參考物人工感官呈味強度擬合

2.3 茶葉滋味屬性參考物電子舌濃度—呈味強度分析

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—呈味強度擬合分析結果見表5，濃度—呈味強度曲線見圖2。

由圖2可知，奎寧苦味強度與濃度呈負相關；明礬澀味強度隨質量濃度的增大而降低，且檢測值均為負數；谷氨酸鈉鮮味強度隨質量濃度的增大而增強；蔗糖甜味強度呈先增后減趨勢；檸檬酸酸味隨質量濃度的增大而增強。由表5可知，茶葉各滋味屬性參考物呈三次函數和對數函數關系，R2>0.938，說明電子舌檢測能夠呈現滋味物質濃度—呈味強度的規律。

圖2 電子舌檢測濃度—呈味強度值函數曲線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度值相關性

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

表5 滋味屬性參考物電子舌檢測強度值擬合

3 結論

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—呈味強度均呈一定函數曲線關系，符合Weber-Fechne定律，在所選質量濃度范圍內，檸檬酸(酸味)和蔗糖(甜味)的電子舌呈味強度與人工感官呈味強度呈正相關，奎寧(苦味)和明礬(澀味)的電子舌呈味強度與人工感官呈味強度呈負相關，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—呈味強度具一定相關性。

表6 滋味屬性參考物電子舌檢測與人工感官強度值關系

圖3 滋味屬性參考物電子舌檢測與人工感官強度值函數曲線