木姜叶柯[Lithocarpus litseifolius (Hance) Chun]为壳斗科石柯属植物,因其叶呈长椭圆、形似木姜叶而得名,主要分布于我国湖南、福建等地。木姜叶柯含有丰富的黄酮及三萜类成分[1],有降血糖、降血脂、抗氧化、抗肿瘤和抗过敏等多重功能[2-3]。其叶片中含有丰富的根皮苷和三叶苷等二氢查尔酮类成分[4-5],泡制的茶汤颜色金黄,口感甘甜,因此被称为“甜茶”、“甜叶子树”等,在民间有着悠久的食用传统。2017年,木姜叶柯被批准为新食品原料。随着消费者对天然、健康饮品的需求持续增长,木姜叶柯作为新型甜味资源与食品原料,展现出巨大的市场潜力和开发前景。
目前,关于木姜叶柯的风味描述多集中于“甘甜持久”[5]、“味甘、微苦”[6]等较为笼统的描述词语,缺乏风味特征的精准描述。受产地、采收季节等因素影响,木姜叶柯中风味物质的种类与含量差异显著,进一步增加了其风味描述的复杂性[7-8]。同时,木姜叶柯的甜味释放较慢,持续时间长且有后苦味,与其他原料复配时易出现味觉分层现象[9],需通过调控甜味释放速度及甜味持续时间以实现味觉协调。然而,现有的研究多聚焦于木姜叶柯生物活性和功能成分提取,对其感官特性(特别是甜味特性)及其调控研究较少。因此,系统研究木姜叶柯的甜味特性及其调控方法,对其资源产业化利用及天然甜味剂开发使用具有重要意义。
本研究以木姜叶柯为对象,通过多元分析筛选木姜叶柯感官剖面描述词,解析其静态甜味特性;通过时间-强度(time-intensity,TI)法研究其动态甜味释放规律,并探索了常用甜味剂对其动态甜味特性的调控作用,以期为木姜叶柯的深度开发应用与风味优化提供理论依据与实践参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
9种市售木姜叶柯嫩叶样品,如表1所示;蔗糖,福建好日子食品有限公司;果糖,山东西王糖业有限公司;安赛蜜,安徽金禾实业股份有限公司。
表1 样品信息
Table 1 Sample information
样品编号产地地域T1重庆西南T2重庆西南T3贵州西南T4湖南华中T5湖南华中T6江西华东T7江西华东T8浙江华东T9安徽华东
1.2 仪器与设备
MP5002 电子天平,上海恒平科学仪器有限公司;HH-4B数显恒温水浴锅,常州荣华仪器制造有限公司;100～5 000 μL移液枪,北京大龙兴创实验仪器有限公司;XZE 1612加热锅,广东美的生活电器制造有限公司;TP 300食品探针温度计,深圳标康科技有限公司。
1.3 实验方法
1.3.1 木姜叶柯茶汤的制备
目前木姜叶柯主要作为代用茶供直接冲泡饮用,对其感官风味的描述需紧密贴合实际饮用场景。因此,本研究中木姜叶柯茶汤的制备参考GB/T 23776—2018《茶叶感官审评方法》中红茶茶汤(柱形杯评审法)的制备方法并稍作改进。所有木姜叶柯样品均要求色泽均匀、条形完整,无霉变、虫蛀及焦斑等。样品贮存于阴凉干燥处,避免见光及受潮。茶汤制备前先将样品置于25 ℃、相对湿度60%的环境中平衡24 h。经检测,平衡后的样品水分含量约为5.9%～6.3%,不同样品间无显著差异。采用去离子水煮沸冲泡,冲泡前使用探针温度计监测水温,确保温度高于98 ℃。取5.0 g木姜叶柯茶叶置于审评杯中,按1∶50(g∶mL)的茶水比例注入250 mL沸水,加盖浸泡5 min,利用审评杯上部的滤孔等速滤出茶汤备用。
1.3.2 感官审评小组的建立与培训
依据GB/T 16291.1—2012《感官分析 选拔、培训与管理评价员一般导则 第1部分:优选评价员》,从西南大学学生中招募选拔审评人员,综合考虑时间、感官灵敏度和描述能力等因素,筛选出25名学生进行统一培训(包括味觉描述词定义、味觉强度标度软件使用等),最终确定12名表现优异者组成感官审评小组。
1.3.3 木姜叶柯静态甜味特性
参照GB/T 16861—1997《感官分析 通用多元分析方法鉴定和选择用于建立感官剖面的描述词》中的方法确定最大可能数量的描述词,并进行详细记录和汇总。评价结束后进行小组讨论,初步整理最初产生的味觉描述词,删除快感术语、定量术语、无关术语以及意义重复术语,并通过查阅相关文献[8]和小组讨论等确定感官风味描述词的定义。
针对上一步产生的每个描述词,评价人员需在标度0～5上标出它们的位置,以评估其味觉强度,其中各标度分别为:0-无感觉,1-弱,2-稍弱,3-平均,4-稍强,5-强,依据公式(1)计算各个描述词的几何平均值M。
(1)
式中:M,味觉描述词的贡献率,%;F,描述词实际被述及的次数与该描述词所有可能被述及总次数的百分率,%;I,审评小组实际给出的某个描述词的强度之和与该描述词最大可能所得强度的百分率,%。
通过审评小组讨论,确定临界M值,删除M值小于临界M值的风味描述词,得到主要描述词。采用主成分分析法对筛选出的描述词进行分析,以进一步筛选核心描述词,具体步骤如下:以各描述词的强度评价值为变量进行主成分提取,计算每个主成分的方差贡献率,并基于各描述词的因子载荷矩阵确定各描述词与主成分的关联强度,保留在主成分中载荷较高的描述词,剔除语义相关度高、不能有效描述样品间差异的词,最终构建能精准反映样品核心味觉特征的描述词库。在此基础上绘制木姜叶柯感官剖面雷达图。
1.3.4 木姜叶柯动态甜味特性
参考李辉等[10]的方法稍作改动,以重庆地区产木姜叶柯为原料,参照1.3.1节的步骤与方法制备茶汤,使用课题组开发的“TI味觉强度记录系统”(图1)记录并研究木姜叶柯动态甜味特性。在测试前需要对审评小组进行培训,具体方法为:分别配制质量分数为1%～10%(梯度1%)的蔗糖溶液,代表1～10的甜感强度;使用配制的蔗糖溶液对评价人员进行甜感强度培训,不断强化甜感强度记忆。甜感强度采用线性标度评分标尺,在一条10 cm的线段上标记审评人员对甜感强度的感受,线段最左端的“0”代表“无察觉”,最右端的“10”代表“最强”,实际操作时,在软件系统中使用鼠标拖动滑块在评分标尺上为强度打分,系统自动每隔1 s记录一次当时的味觉强度值,当口中无甜味残留时为测试终点,即可得到甜感强度随时间变化的动态甜味曲线。测试时,以质量分数7%的蔗糖溶液作为参比,评价人员用样品勺取茶汤样品(约5 mL)放入口中,同时开始计时,实时评估样品在口中的甜感强度变化。
图1 TI味觉强度记录系统界面
Fig.1 Radar map of sensory profile of Lithocarpus litseifolius (Hance) Chun in different producing areas
1.3.5 甜味剂对木姜叶柯动态甜味的调控作用
选取食品工业中常用的蔗糖、果糖及安赛蜜3种甜味剂加入按1.3.1节制备的木姜叶柯茶汤中,按1.3.4节的方法测定动态甜味曲线,分析各甜味剂对木姜叶柯呈甜特性的影响。其中,蔗糖与果糖的添加量参考预实验及日常饮品的甜度范围,添加量设为0.4%、0.8%、1.2%(质量分数);安赛蜜作为高倍甜味剂,其甜度约为蔗糖的200倍,为避免添加过量掩盖木姜叶柯原有的风味轮廓,结合预实验结果,将其添加量设为0.004%、0.008%、0.012%(质量分数)。
1.4 数据处理与分析
数据处理及分析使用Excel 2016和python 3.9,图表绘制使用Origin 2024。
2 结果与分析
2.1 木姜叶柯静态甜味特性
2.1.1 味觉核心描述词的生成与M值筛选
审评小组首先对木姜叶柯茶汤进行了味觉感官描述分析,初步汇总整理出50个相关的味觉描述词。经小组讨论,删除其中重复术语、快感术语(如优秀、优良)、定量术语(如过多、过强)、名称术语(如乌龙茶香)和无关术语(如臭味)等,整理得到20个与木姜叶柯味觉相关的描述词,同时确定了各描述词的定义及参比物。随后,评审人员对来自不同产地的9个样品进行了审评,并对每个味觉描述词的强度进行了标度评分。根据描述词评分计算M值,具体结果见表2。
表2 木姜叶柯味觉描述词M值 单位:%
Table 2 M-value of taste descriptors of L. litseifolius
描述词F值I值M值甜味87.585.086.2苦味62.555.058.6涩味80.075.077.5鲜味60.055.057.4醇和75.070.072.4醇厚37.533.035.2回甘50.042.045.8甘甜50.045.047.4清爽80.070.074.8生津70.060.064.8清甜90.088.089.0甘润45.040.042.4柔甜50.045.047.4清冽30.025.027.4苦涩40.035.037.4鲜爽70.060.064.8回苦60.055.057.4清润35.030.032.4
可以看出,“甜味”“清甜”的M值高达86.2%、89.0%,体现出甜感是木姜叶柯茶汤的核心风味;“涩味”“苦味”“回苦”的M值均超过50%,说明其在味觉体验中不可忽视,可能影响整体风味协调性;“醇和”描述了茶汤口感的醇厚、柔和,反映其在口腔中带来的顺滑质感;“清爽”则体现出植物类饮品特殊的味觉感受,表明木姜叶柯茶汤具有一定适口性,能带来舒适饮用体验。
经过审评小组讨论,并参考同类研究中味觉描述词筛选的常用阈值[11],确定临界M值为50%。删除M值小于50%的描述词,最终得到10个木姜叶柯味觉描述词,具体包括:甜味、苦味、涩味、鲜味、醇和、清爽、生津、清甜、鲜爽、回苦。各味觉描述词的定义及参比物见表3。
表3 各味觉描述词定义及参比
Table 3 Definition and reference standards of each test descriptors
描述词定义参比物甜味一种类似蔗糖或蜂蜜在舌头上产生的愉悦感觉5 g/L蔗糖溶液苦味一种由咖啡因、奎宁稀水溶液产生的基本味觉6 mg/L奎宁溶液涩味一种由口腔黏膜收缩产生的干皱感0.2 g/L明矾溶液鲜味一种由特定氨基酸水溶液产生的基本味觉0.3 g/L谷氨酸钠溶液醇和一种类似调和均匀的温蜂蜜水的口感5 g/L黄原胶溶液
续表3
描述词定义参比物清爽CO2在口中释放时带来的细微刺激感20%(体积分数)七喜-水溶液生津一种类似含了酸梅一样口腔不断分泌唾液的润泽感0.2 g/L柠檬酸溶液清甜一种类似山泉水中泡着冰糖的甘甜感3 g/L蜂蜜水鲜爽一种类似脆嫩黄瓜带来的清新愉悦感绿茶茶汤(3 g/150 mL, 85 ℃冲泡4 min)回苦一种类似嚼了苦瓜后迟滞泛起的轻微苦味感苦丁茶茶汤(1 g/150 mL, 85 ℃冲泡4 min)
2.1.2 基于主成分的描述词筛选
根据评分结果对上步筛选出的描述词进行主成分分析,计算前5个主成分的方差贡献率、累计贡献率及各描述词的因子载荷矩阵,结果见图2及表4。可以看出,前5个主成分累计贡献率达96.7%,基本覆盖了木姜叶柯味觉特征的全部信息。其中,前3个主成分累计贡献率达85.2%,反映了木姜叶柯最显著的味觉差异。
图2 前5个主成分的方差贡献率和累计贡献率
Fig.2 Variance contribution rates and cumulative contribution rates of the first five PCs
表4 因子载荷矩阵
Table 4 Factors loading matrix
描述词 PC1 PC2 PC3甜味 0.92-0.15 0.08清甜0.90-0.180.12苦味-0.120.88-0.09涩味-0.160.85-0.11回苦-0.140.82-0.13醇和0.09-0.100.86清爽0.11-0.120.83生津0.13-0.150.79鲜爽0.15-0.160.78鲜味0.080.070.12
因子载荷表示各味觉描述词与主成分之间的关联强度,其绝对值越接近1,表明该描述词对相应主成分的贡献越大。如图2所示,PC1(甜感)的方差贡献率为45.5%,与之相关的高载荷描述词是“甜味”和“清甜”,表明甜感是木姜叶柯最显著的味觉特征。PC2(苦涩感)的方差贡献率为21.7%,代表了苦涩感及滞后苦味,相关的高载荷描述词为“苦味”“涩味”“回苦”,表明苦涩感是仅次于甜感的另一重要味觉维度。PC3(口感与余味)的方差贡献率为18.0%,主要解释了口腔触感与余味特性,相关的高载荷描述词包括“醇和”“清爽”“生津”“鲜爽”,这些词汇反映了茶汤在口腔中的顺滑感、刺激唾液分泌的能力以及余味清新感,是描述木姜叶柯适口性的关键因素。
经小组讨论,首先删除载荷较低的“鲜味”。从语义定义看,“清爽”与“鲜爽”“生津”三者均指向植物饮品带来的“清新、舒适的口腔感受”,描述的是同一类口感维度,存在明显语义重叠,易造成感官评价的混淆。因此,删除与“清爽”语义重叠的“生津”“鲜爽”2个描述词,最终确定7个能完整反映木姜叶柯核心味觉的描述词,具体为:甜味、苦味、涩味、醇和、清爽、清甜、回苦。
2.1.3 不同产区样品的感官剖面分析
根据筛选出的7个核心味觉描述词,分别对不同地理产区的样品绘制感官剖面雷达图,结果如图3所示。西南地区(重庆、贵州)样品在“醇和”维度表现突出,反映出该产区茶汤具有更优的顺滑感与口腔通透度。这可能与该区域样品较高的水浸出物含量相关,较高的可溶性成分提升了口感的协调性。有研究显示[7],木姜叶柯的水浸出物含量最高可达35.03%,丰富的可溶性成分能提升茶汤在口腔中的顺滑感和通透感。华中地区(湖南)样品以“高甜低苦”为典型特征,“甜味”和“清甜”2个维度射线长度明显超过其他地区,可能与该区域原料中根皮苷和三叶苷的含量较高有关。张亚洲等[12]的研究显示,湖南样品中根皮苷与三叶苷总含量可达31.62%,这2种物质作为主要的天然甜味剂,增强了茶汤的甜感。华东地区(江西、浙江、安徽)味觉表现较为均衡,“涩味”和“清甜”相对明显,可能与风味物质含量的地域差异有关[5]。基于7个核心味觉描述词绘制的雷达图,可直观呈现不同产区样品的味觉差异,为按需筛选原料提供了可视化依据。
a-西南地区;b-华中地区;c-华东地区
图3 不同产区木姜叶柯感官剖面雷达图
Fig.3 Radar map of sensory profile of L. litseifolius in different producing areas
2.2 木姜叶柯动态甜味特性
采用TI法对木姜叶柯茶汤的动态甜味释放过程进行追踪,并以7%(质量分数,下同)蔗糖溶液作为对比,绘制动态甜味曲线,结果见图4。动态甜味曲线展示了样品在口腔中的甜感强度随着时间的变化情况,图中横坐标为样品入口后的时间,纵坐标代表甜感强度。木姜叶柯的动态甜味曲线呈现“宽峰长尾”的特征,该结果与DECK等[13]得到的二氢查尔酮甜味曲线近似。在实验设定的茶水比例和冲泡条件下,木姜叶柯茶汤的最大甜感强度为4.8±0.9。茶汤甜味达峰时间为(7±1.3) s,滞后于7%蔗糖溶液的(4±1.5) s;但甜味持续时间达(37±3.2) s,明显长于7%蔗糖溶液的(31±2.3) s。这可能与木姜叶柯中主要甜味物质成分(三叶苷和根皮苷)的分子特性有关。作为二氢查尔酮类化合物,三叶苷和根皮苷能通过与甜味受体T1R3的跨膜域(transmembrane domain,TMD)结合形成更为稳定的构象[14-15],从而导致解离速率较慢,表现出甜味释放滞后且持续时间长的特点。
图4 木姜叶柯与蔗糖的动态甜味曲线
Fig.4 Dynamic sweet curve of L. litseifolius and sucrose
2.3 甜味剂对木姜叶柯动态甜味的调控作用
2.3.1 蔗糖的调控作用
向木姜叶柯茶汤中添加不同质量的蔗糖并测定其动态甜味曲线,结果见图5。添加蔗糖后茶汤的最大甜感强度有所提升,当蔗糖添加量为1.2%时,最大甜感强度提升至6.9±0.7,这表明蔗糖与木姜叶柯之间存在甜味协同效应。以往的研究[14]也表明,蔗糖与二氢查尔酮类物质有协同增甜作用,其机制可能源于两者可分别与人类甜味受体的不同位点结合,从而共同增强甜感信号的传递[16]。添加蔗糖后,茶汤甜味达峰时间从(7±1.3) s缩短至(4±1.1) s,甜味持续时间从(37±3.2) s,延长至(44±3.6) s。这一结果表明,蔗糖与木姜叶柯复配后,不仅加快了甜味的感知速度,并且能延长甜味的持续时间,使茶汤回味更明显。值得注意的是,当蔗糖添加量超过0.8%后,甜味持续时间增加幅度减小,这可能是由于甜味受体达到饱和状态,增加蔗糖浓度对甜味持续时间的增幅有限。
图5 不同蔗糖添加量对木姜叶柯动态甜味曲线的影响
Fig.5 Effects of different sucrose addition amounts on dynamic sweetness curve of L. litseifolius
2.3.2 果糖的调控作用
向木姜叶柯茶汤中添加不同质量的果糖并测定其动态甜味曲线,结果如图6所示。茶汤的甜感强度随着果糖的添加量增加而提升,当果糖添加量为1.2%时,茶汤的最大甜感强度达7.1±0.7,这表明果糖可以与木姜叶柯产生的甜味叠加,共同增强体系的甜感强度。随着果糖添加量的增加,甜味达峰时间逐渐提前,甜味持续时间显著缩短,当果糖添加量为1.2% 时,达峰时间缩短至(3.0±1.1) s;甜味持续时间缩短至(27±2.0) s,这表明果糖的添加可以加快木姜叶柯茶汤甜感的释放速度,使甜感更快达到峰值的同时减少甜味残留。这可能与果糖的分子特性及其与甜味受体的作用机制相关。研究表明,果糖主要通过结合甜味受体T1R2的捕蝇草域(venus flytrap domain,VFD)产生甜感[17],而木姜叶柯中的根皮苷等二氢查尔酮类物质则主要作用于甜味受体T1R3的TMD[18-19],二者通过不同位点的结合产生叠加效应,共同提升复合体系的甜感强度。但由于果糖与甜味受体的结合与解离速度更快,可能干扰了二氢查尔酮类物质与受体结合的稳定性[17],导致复合体系甜味持续时间缩短。这一特性使得果糖在改善木姜叶柯甜味“挂舌感”方面具有独特优势,可使茶汤甜感更清爽,提升适口性。
图6 不同果糖添加量对木姜叶柯动态甜味曲线的影响
Fig.6 Effects of different fructose addition amounts on dynamic sweetness curve of L. litseifolius
2.3.3 安赛蜜的调控作用
向木姜叶柯茶汤中添加不同质量的安赛蜜并测定其动态甜味曲线,结果见图7。安赛蜜作为一种高倍甜味剂,主要通过与甜味受体T1R2的VFD结合产生甜感[20],其甜度约为蔗糖的200倍,少量添加就可以使茶汤的甜感强度大幅提升。如图7所示,随安赛蜜添加量的增加,茶汤甜感强度也不断提高。当安赛蜜添加量为0.012%时,茶汤的甜感强度提升至8.6±1.2,远高于其他组甜味剂的提升效果。添加安赛蜜后,茶汤的甜味达峰时间从(7±1.3) s 缩短到(5±0.7) s,表明安赛蜜能在一定程度上加快木姜叶柯甜感的感知速度。这可能是因为安赛蜜具有甜味感知迅速的特点[21],能快速激活甜味受体,缩短甜味达峰时间。安赛蜜对甜味持续时间也有一定的调控作用,添加0.004%的安赛蜜可以将茶汤的甜味持续时间从(37±3.2) s缩短至(31±1.7) s,但其调控作用弱于果糖。这可能是因为高剂量的安赛蜜会产生苦味与甘草味残留,这种残留味道会延长甜味在口中的整体感知时间,导致甜味消散速度相对较慢[22]。
图7 不同安赛蜜添加量对木姜叶柯动态甜味曲线的影响
Fig.7 Effects of different acesulfame-K addition amounts on dynamic sweetness curve of L. litseifolius
3 结论与讨论
本研究明确了木姜叶柯的核心味觉特征及动态甜味规律。通过感官评价结合多元统计方法确定了木姜叶柯甜味特征的7个核心描述词:甜味、苦味、涩味、醇和、清爽、清甜、回苦。根据筛选出的核心描述词绘制感官剖面雷达图,可直观呈现不同产区样品的味觉差异。这些差异可能是由不同产区原料中根皮苷、三叶苷等风味与水浸出物的含量差异所致[5,7,12]。
动态甜味特性研究表明,木姜叶柯呈“宽峰长尾”的甜感释放曲线,甜感达峰时间滞后且甜味持续时间长。以往的研究也发现木姜叶柯的甜味存在起甜速度慢、甜味挂舌等现象[9],这是由根皮苷、三叶苷等二氢查尔酮类物质本身的甜味特性所决定。三叶苷、根皮苷等可通过与甜味受体结合形成更稳定的构象[14-15],从而使甜味释放滞后且持续时间延长。这种味觉特点也给木姜叶柯甜味资源的开发利用造成了困难,例如在饮料生产中,常用的酸味剂(如柠檬酸、苹果酸)的酸感呈现均快于木姜叶柯,与之复配时会出现呈味不协调、味觉分层等现象[9]。蔗糖、果糖和安赛蜜均能加快木姜叶柯甜味感知速度并提升甜感强度,但对甜味持续时间的调控方向和程度不同。蔗糖可延长甜味持续时间,但添加量超0.8%(质量分数)后增幅减缓;果糖与安赛蜜均能缩短甜味持续时间,但安赛蜜对持续时间的影响幅度小于果糖。其原因可能是各甜味剂与甜味受体的结合位点、解离速度存在差异所致。蔗糖、果糖和安赛蜜主要与甜味受体T1R2的VFD结构域结合产生甜感[16-17,20],而三叶苷、根皮苷等则与甜味受体T1R3的TMD结构域结合[18-19],不同结合位点的协同可以加快甜味感知、提升甜感强度。蔗糖与甜味受体的结合相对稳定,与木姜叶柯复配后可以延长甜味持续时间,更能突出茶汤回甘的特点,因而更适用于木姜叶柯植物饮料的开发。果糖与甜味受体的快速结合与解离干扰了二氢查尔酮类物质与受体结合的稳定性,使得茶汤甜味持续时间缩短。因此,果糖可能更适合于木姜叶柯清凉饮料的研发。安赛蜜作为一种高倍甜味剂,可以用于木姜叶柯无糖食品的风味调控。
本研究为木姜叶柯的深度开发及风味调控提供了科学依据与实践参考。未来可进一步探究木姜叶柯甜味物质的具体分子结构与甜味特征的关联,探索其他类型甜味剂(如甜菊糖苷、赤藓糖醇等)对木姜叶柯风味的影响,开展更宽梯度的浓度-味觉响应实验,针对不同应用场景优化甜味剂复配调控方案,以提升其产品开发的适用性。
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