熟水的特性研究

毛磊紅，云春艷，孫 敏

（1.上海康識食品科技有限公司，上海 201103；2.上海應(yīng)用技術(shù)大學(xué)，上海 201418）

水是維持人體生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)，是機(jī)體需求量最大、最重要的營養(yǎng)素[1]。足量飲水維持適宜水合狀態(tài)對于人體健康具有十分重要的意義[2]。自古以來，我國居民就有喝白開水的習(xí)慣，即將飲用水煮沸、晾涼后飲用。明代醫(yī)藥學(xué)家李時珍在《本草綱目》中也記載了太和湯，即沸水，性平、無毒，是一味良藥[3]。區(qū)別于未煮沸的“生水”，白開水可稱為“熟水”，研究表明熟水更安全衛(wèi)生且有助于疾病預(yù)防，尤其是消化道疾病[4]。中國營養(yǎng)學(xué)會頒布的《中國居民膳食指南（2016）》建議，一般情況下，成年人每天飲水量在1 500～1 700 mL，提倡飲用白開水和茶水[5]。

近年來，瓶裝水市場出現(xiàn)了“熟水”這一新的細(xì)分領(lǐng)域，根據(jù)中國飲料工業(yè)協(xié)會發(fā)布的《熟水飲用水》團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)，熟水飲用水是指以符合GB 19298中原料要求的水為生產(chǎn)用水，經(jīng)過不低于100℃加熱殺菌等工序制成的包裝飲用水[6]。因切合消費者從小就有的飲水習(xí)慣，熟水包裝飲用水上市以來備受青睞，除了與常規(guī)包裝水相比，熟水安全性能更好外，消費者普遍認(rèn)為，熟水更溫和，更解渴，更好吸收，因而活性更好，更健康。然而，對于熟水是否更好吸收，熟水的感官評價的相關(guān)研究仍不足。擬從水分子團(tuán)簇大小、水甘甜感、解渴與吸收性、消費者喜好度等方面探討熟水的特性，為飲用水的研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗樣品

不同處理的水樣品（K1～K4），上海康識食品科技有限公司提供；J1樣品，市售其他品牌熟水包裝飲用水。

試驗樣品信息見表1。

表1 試驗樣品信息

1.2 主要儀器與設(shè)備

Bruker 400 MHz AVANCE 111型核磁共振儀，瑞士Bruker公司產(chǎn)品。

1.3 試驗條件

1.3.1 水分子團(tuán)簇理論模擬

使用Vienna Ab-initio Simulation Package（VASP）對96個H2O組成的體系，使用密度泛函理論（DFT）進(jìn)行分子動力學(xué)模擬。首先，對冰的晶體結(jié)構(gòu)在極短時間內(nèi)（0.1 ns）加熱到500℃，得到水的無定形結(jié)構(gòu)；對該結(jié)構(gòu)分別在不同溫度下（100，125，135℃）進(jìn)行分子動力學(xué)模擬，每一步的時間間隔為1 fs，共計算了1 000 000步，即1 ns。以水分子中氧原子為中心，求解3個處理溫度、室溫25℃和0℃下徑向分布函數(shù)[7-8]。

1.3.217O核磁共振（NMR）氧譜半峰寬檢測

掃描次數(shù)（NS）4 000次，延遲時間0.2 s，17O核的共振頻率為54.243 MHz。具體操作為100μL樣品+400μL氘代試劑（氘代水）進(jìn)行前處理后直接上機(jī)測試，參數(shù)設(shè)置：采集脈沖程序zg，掃描總次數(shù)（NS）1 024，ch.1的頻率（O1）0，F(xiàn)1通道-90度高功率（P1）12[9]。

1.3.3 飲用水甘甜感成對比較試驗

飲用水甘甜感感官試驗采用成對比較法（GB/T 12310感官分析 成對比較檢驗）[10]，甘甜感定義為入口時類似甜味的感受。每次試驗2個樣品，評價員為經(jīng)過篩選的30人（男女各15人）。

1.3.4 飲用水解渴與吸收感官試驗

對于解渴的評估，可參照口渴程度的主觀評估方法[11]。飲用水解渴感官試驗采用的評分法，消費者型評價員60人（男女各30人）。要求測試前2 h禁食禁水，測試分2 d進(jìn)行，每天測試1個樣品。吸收性通過評價志愿者飲水后的脹肚程度來反映。

口渴程度9點標(biāo)度見圖1，脹肚程度9點標(biāo)度見圖2。

圖1 口渴程度9點標(biāo)度

圖2 脹肚程度9點標(biāo)度

測試時，請志愿者先根據(jù)當(dāng)前的口渴程度按9點打分法（見圖1）打分，隨后給予志愿者200 mL飲用水樣品1杯，要求志愿者全部喝完，喝完后根據(jù)口渴程度和脹肚程度（圖2）進(jìn)行9點打分，收走志愿者評價表并計時。20 min后志愿者再次對當(dāng)下的口渴程度和脹肚程度進(jìn)行9點打分。第2天所有志愿者重復(fù)該試驗流程，樣品換成另一個飲用水樣品，其余操作都與第1天保持一致。

1.3.5 飲用水消費者喜好實驗

飲用水消費者喜好試驗采用排序法（GB/T 12315感官分析方法學(xué)排序法）[12]，消費者型評價員100人（男女各50人）。受試者根據(jù)提示認(rèn)真感受飲用水的綜合感覺，根據(jù)自己對樣品的喜好程度由弱到強排序。

所有感官試驗數(shù)據(jù)處理使用中國標(biāo)準(zhǔn)化研究院感官分析軟件APPsense完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 水分子團(tuán)簇研究

飲用水中不僅存在游離狀態(tài)的水分子，還存在以氫鍵鏈接形成的不同大小的水分子團(tuán)簇。水的這種團(tuán)簇結(jié)構(gòu)與其黏度、表面張力、沸點、熱容量等性質(zhì)密切相關(guān)[13]。有研究表明，水分子中團(tuán)簇結(jié)構(gòu)越小越利于吸收，活性越強[14]。試驗通過分子模擬的方法對不同熱處理溫度下水分子團(tuán)簇進(jìn)行理論模擬，利用17O NMR檢測氧譜半峰寬進(jìn)行飲用水中水分子團(tuán)簇大小的表征[15]。

2.1.1 水分子團(tuán)簇理論模擬

對不同處理溫度下（100，125，135℃）進(jìn)行水分子的動力學(xué)模擬，以水分子中氧原子為中心，求解3個處理溫度、室溫25℃和0℃下徑向分布函數(shù)。

不同處理溫度下水中氧原子的徑向分布函數(shù)圖見圖3。

圖3 不同處理溫度下水中氧原子的徑向分布函數(shù)圖

徑向分布函數(shù)圖中顯示，不同處理溫度下曲線的3個峰值都出現(xiàn)在r=2.78?，4.55?，6.44?處，與0℃與25℃的情況進(jìn)行比較，3個處理溫度下水分子六面體結(jié)構(gòu)中3個徑向距離略微右移，表明加熱處理O與O原子之間距離變大，但并未形成新的團(tuán)簇結(jié)構(gòu)。r=2.78?時，可以發(fā)現(xiàn)徑向分布函數(shù)值100℃〉125℃〉135℃，說明溫度越高，水分子之間距離的分布越廣，原有分子間氫鍵破壞的可能更高，形成新團(tuán)簇的可能性也越高。總體而言，在不同熱處理溫度下，得到的徑向分布函數(shù)差別不大。在模擬的1 ns過程中，沒有出現(xiàn)表征其他團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的峰。這可能由于新團(tuán)簇形成及穩(wěn)定需要時間，量化計算難以實現(xiàn)長時間的模擬。

2.1.2 核磁氧譜半峰寬檢測

對所有試驗樣品進(jìn)行17O NMR檢測半峰寬。

飲用水17O核磁氧譜半峰寬見表2。

表2 飲用水17O核磁氧譜半峰寬

由表2可知，所有水樣品核磁氧譜半峰寬都小于100 Hz，均可認(rèn)為是小分子水，但目前對于小分子水的研究仍存在爭議[16]。不同熱處理后飲用水樣品17O核磁氧譜半峰寬并沒有明顯差異，受檢測方法的限制，從目前的數(shù)據(jù)來看，較難判斷熟水的分子團(tuán)簇更小。綜上，對于水分子團(tuán)簇的理論模擬和試驗檢測都存在局限性，難以從分子團(tuán)簇大小的角度解釋熟水的生物活性。

2.2 感官評價

飲用水感官評價是評價飲用水品質(zhì)的一項重要手段，飲用水感官不僅是水質(zhì)的綜合反映，也是人類選擇飲用水的重要影響因素[17]。從甘甜感、解渴與吸收性、消費者喜好度等方面對熟水進(jìn)行感官評價。

2.2.1 飲用水甘甜感

飲用水對人的感官刺激非常微小，水中的有機(jī)或無機(jī)離子可能帶來一些滋味感覺[18]。有研究認(rèn)為，飲用水后水沖掉了味蕾上甜味受體的抑制劑，從而產(chǎn)生甜的滋味感覺[19]。眾多消費者認(rèn)為熟水飲用水口感更甘甜，甘甜感可以作為熟水的口感特性之一。為此，試驗設(shè)計成對比較感官評價以探討未加熱的水與熱處理之后的水之間（K1 vs K4），不同熱處理熟水之間（K2 vs K4）的甘甜感差異。

飲用水甘甜感成對比較試驗結(jié)果見表3。

表3 飲用水甘甜感成對比較試驗結(jié)果

由表3可知，對于同一品牌的水樣品，不同熱處理條件下的產(chǎn)品甘甜感在統(tǒng)計學(xué)上沒有顯著性差異，但是更多的感官評價員認(rèn)為熟水樣品較未加熱樣品更甘甜（K4〉K1），更高溫度處理的熟水樣品更甘甜（K4〉K2）。

2.2.2 解渴與吸收性

日常飲水最重要的作用是補充水分、緩解口干口渴等不適，我國民眾普遍認(rèn)為熟水更為解渴且好吸收不脹肚。為此，試驗設(shè)計解渴與吸收感官試驗探討未加熱水與熟水（K1 vs K4）在解渴與吸收方面的差異。

口渴程度和脹肚程度平均分見表4。

表4 口渴程度和脹肚程度平均分

根據(jù)《中國居民膳食指南》推薦，成人1 d飲水1 500～1 700 mL，7～8杯，建議飲用白開水。除去睡眠8 h，剩余1日16 h中約每2 h飲水200 mL左右。因此，試驗中要求志愿者禁水禁食2 h后給予200 mL飲用水。從表4結(jié)果來看，禁水禁食2 h后志愿者都處于比較口渴需要補充水分的狀態(tài)，平均分為7分左右，飲水200 mL后口渴程度顯著降低，平均4分左右；飲水20 min后口渴程度略升高，平均分為5分左右。但從平均分來看，樣品K1和K4對志愿者口渴程度的影響并沒有顯著性差異，這主要由于個體差異大，志愿者飲水前的口渴程度差別明顯。因此，以每位志愿者每次禁水禁食2 h后，飲水前的口渴程度打分為各志愿者口渴程度的100%，分別計算飲水后0 min時的口渴程度和飲水后20 min時的口渴程度。

飲水后口渴程度比較見圖4，飲水后脹肚程度比較見圖5。

圖4 飲水后口渴程度比較

圖5 飲水后脹肚程度比較

飲用K1樣品、K4樣品后，志愿者口渴程度從100%分別下降到56.8%，56.3%，2個樣品之間差異不明顯；但20 min后，K4樣品的口渴程度為70.3%，低于K1樣品7%，說明K4樣品飲用后緩解口渴效果更好，時效更長。

比較飲用200 mL樣品后的志愿者脹肚程度的評分發(fā)現(xiàn)，K4樣品飲用后0 min，飲用后20 min脹肚程度得分都低于K1樣品飲用后的脹肚程度得分。將每位志愿者飲水0 min后的脹肚程度得分作為100%，計算各位志愿者20 min后的脹肚程度。由圖5可知，20 min后K1樣品的脹肚程度下降到88%，而K4樣品的脹肚程度下降到76%，可以表明K4樣品吸收較K1樣品好，因而相同時間內(nèi)脹肚程度下降更多。

綜上可得出，飲用熟水樣品K4后比飲用未加熱樣品K1后的口渴程度和脹肚程度都低，可以表明熟水比未加熱的水更解渴，更易吸收。

2.2.3 消費者喜好度

消費者對飲用水的接受性和喜好度是影響選擇飲用水的重要因素[20]。熟水包裝飲用水上市后獲得眾多消費者的青睞，為探究不同飲用水是否存在消費者喜好度差異，試驗設(shè)計喜好度排序感官試驗探究消費對同一品牌未加熱水與熟水、不同品牌熟水（K1，K4，J1）的喜好情況。

飲用水消費者喜好排序試驗結(jié)果見表5。

表5 飲用水消費者喜好排序試驗結(jié)果

試驗招募100名消費者，共收集有效結(jié)果99份，按照喜好度從弱到強排序為J1〈K1〈K4，即消費者最喜歡的是樣品K4，其次是樣品K1，J1，但從統(tǒng)計學(xué)來看3個樣品在消費者喜好度上沒有顯著性差異（p〉0.1）。結(jié)合表3甘甜感成對對比較結(jié)果而言，熟水K4在甘甜感和消費者喜好度上都優(yōu)于未加熱水K1，可推測甘甜感是影響消費者喜好的因素之一。消費者對不同品牌的熟水也可能存在喜好性差異，后續(xù)可以進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量，進(jìn)行消費者接受性感官評價，以指導(dǎo)熟水產(chǎn)品的開發(fā)。

3 結(jié)論

研究從水分子團(tuán)簇大小及感官評價的角度探討熟水的特性。熱處理對水分子團(tuán)簇大小影響不大，水分子團(tuán)簇大小的理論模擬和實驗檢測都存在局限性，尚不能確定熟水是因為具有更小的水分子團(tuán)簇而比未加熱水活性更好。感官評價結(jié)果表明，熟水在甘甜感、解渴與吸收性以及消費者喜好度上都優(yōu)于未加熱的水，這些可能是熟水飲用水受到青睞的原因。對于熟水的感官特性分析以及消費者喜好度與感官特性之間的關(guān)系仍有待后續(xù)進(jìn)一步研究。