食品中脂肪的感官机制研究进展

胡小雪，陈建设，王鑫淼

（浙江工商大学食品与生物工程学院 食品口腔加工联合实验室 杭州310018）

作为生命体的重要组成结构，脂肪对人类具有非常重要的作用。食品中脂肪的研究从早期着重于对其理化性质的鉴定与评判，发展到对食品中脂肪含量的测定和种类的鉴定，再到脂肪替代物的研究，可以看出学术界对脂肪摄入的研究热度从未降低。随着社会的进步，人们对健康低脂饮食日益重视，然而，食品中脂肪含量的降低会导致食品口感、风味下降，无法满足消费者的感官需要。为了满足现代社会人群对低脂食品的需求，并同时满足感官享受的要求，对食品中脂肪的感官机制的研究日渐重要。本文总结了近年来对食品中脂肪的感官产生机制研究，归纳了脂肪的感官测评方法，以期为研究人员和食品工业界提供一定的理论依据。

1 脂肪的定义、基本功能及在食品中的存在形态

脂肪又称中性脂肪或三酰甘油，由1 分子甘油与3 分子长链脂肪酸构成，是体内重要的储能和供能物质。在食品工业中，脂肪不仅是肉制品和脂肪制品中能量和必需氨基酸的重要来源，也是脂溶性维生素的载体。此外，脂肪在改善肉制品及脂肪制品嫩度、多汁性和口感方面发挥着重要作用[1]。近年来，随着经济的迅速发展，尤其是发展中国家生活水平的增长和物质水平的丰富，消费者对于肉制品和脂肪制品的需求日渐提高。然而，脂肪摄入过度已被证实会严重增加肥胖以及一系列疾病的患病风险，如动脉粥样硬化、冠心病、高血压和与脂质氧化有关的组织损伤疾病等[2]。因此，可部分或者全部替代食物中脂肪的脂肪替代物成为研究热点。脂肪替代物按照其成分可以分为蛋白质类脂肪替代物、碳水化合物类脂肪替代物和以脂肪为基质的脂肪替代物[3]。

脂肪的性质和特点主取决于脂肪酸。在超过1 000 种天然脂肪酸中，食品科学家比较熟悉的约有20 种。脂肪酸主要以甘油酯的形式存在，由于其不饱和双键数量不同，通常被划分为饱和脂肪酸、单不饱和脂肪酸以及多不饱和脂肪酸（如表1）[4]。多不饱和脂肪酸的双键之间常通过甲基来分隔。最为常见的脂肪酸碳链上一般含有8～22 个碳原子，并会在碳链的理想位置包含一个或多个不饱和键（大多数情况下是顺式双键）。食品中的脂肪由于其所含脂肪酸碳链长短、饱和程度和空间结构不同，所呈现的形态也不同。随着脂肪组成中脂肪酸碳链的增长及顺式双键数量的降低，脂肪的熔点升高。大多数动物性食物含饱和脂肪酸较多，在室温下呈固态，而大多数植物性食物含不饱和脂肪酸较多，室温下为液体（极少数热带植物脂肪除外），故称为油。常见的脂肪食品包括动物脂肪（黄油、猪油、牛油、鸡油及鱼油等）、可可油及可可油替代物、月桂酸（椰子油及棕仁油）、橄榄油、棕榈油、芥花籽油、豆油、葵花籽油以及其它植物油等。

经典食品化学将食品用脂肪分为2 类：一类是动物和植物源的“可见脂肪”，如奶油、起酥油，另一类则作为基本食品，如乳、干酪以及肉的成分[5]。从化学角度，脂肪可以有很多分类方法，其中根据其水解产物的多少而划分成的简单脂类、复合脂类和衍生脂类最为常见。在感官上人类普遍喜欢高脂肪食物[6]，且脂肪独特的组成及其与非脂分子间的相互作用在食品加工、贮存和食品品质改善上具有几乎无可替代的作用。早期食品科学研究着重于脂肪物理化学性质鉴定以及食品中膳食脂肪的改善；近年来越来越多的学者开始从另一方面，即食品中脂肪的感官来解释和解决食品脂肪感的问题。

表1 代表性脂肪酸在不同植物油中的含量比例[4]Table 1 Typical fatty acid composition of selected vegetable oils[4]

2 脂肪的感官机制

脂肪的感官机制可以从多个角度来阐释。根据中国国家标准《感官分析方法 质地剖面检验》（GB/T 16860-1997）[7]，食品的脂肪含量被定义为表面质地特性，同时“油性”、“脂性”及“多脂”等第2特性参数也被赋予了较为明显的定义、划分和举例，如法式调味色拉提供的脂肪浸泡和流动的感觉被定义为“油性的”，而反映腊肉中脂肪渗出的感觉被定义为“脂性的”、脂肪含量高却未渗出的感觉，如猪油、牛羊脂则被定义为“多脂的”。而在ISO 11036：1994 中[8]，将脂肪含量定义为一种与脂肪数量和质量相关的表面质地性质，其与口腔内涂层覆盖（Mouth coating）以及几何属性（Geometrical attributes）有关。下文主要介绍脂肪感官的滋味感官和质构感官2 个研究广泛并取得一定积极成果和学界肯定的假设。

2.1 滋味感官假设

早期观点认为，人类可能缺乏口腔脂肪酶，或是口腔脂肪酶浓度极低而没有功能活性[9]。现有研究表明直接测量口腔脂肪酶十分困难，然而其在生理条件下反应产生的终产物表明其具有功能活性[10]。科学家普遍认为脂肪感是一种味觉，脂肪摄入口腔后，会被水解成小分子脂肪酸，与舌面味觉细胞的化学感受受体相互作用，随后通过延迟整流钾通路或刺激G 蛋白耦联受体[9]或刺激CD36糖蛋白受体等途径而被感知[11]。

为了验证脂肪酸与脂肪感的关系，研究人员通过改变脂肪酸的链长、饱和程度和双键位置来考察脂肪感的存在与异同。通过对32 名健康志愿者进行短链（己酸）、中链（月桂酸）和长链脂肪酸（硬脂酸和亚油酸）的心理物理学试验发现，受试者对脂肪酸的阈值范围都非常宽，高达3～4 个数量级；而从整体看来受试者的阈值范围呈非正态分布[12]。在接近日常食品浓度的范围内，长链脂肪酸会引起一种独特的、可被感知的脂肪感[13]，然而这种脂肪感在短链和中链脂肪酸中却尚未被发现[10]。Chalé-rush 等[14]通过研究不同感官系统对脂肪酸的敏感性发现，十八碳的长链脂肪酸对人体多个感官系统都会有感官刺激，不同的感官通路之间的刺激也存在差异性。以亚油酸为例，结合了味觉和嗅觉的多模式通路（Combined taste and olfactory stimulation）的阈值更低，化学敏感性更高；而鼻后嗅觉通路（Retronasal）阈值更高，化学敏感性更低。各个感官通路之间并不存在显著相关，即各感官通路间相对独立而不存在相互作用及影响。

“脂肪味”究竟能否成为第6 味，对于长链的非酯化脂肪酸（Non-esterified fatty acids）来说是很有可能的，然而准确验证存在很大困难。因为即使考虑再周密的试验设计也无法完全排除试验过程中由于脂肪摄入而激活其它感官通路带来的影响，如包口感（Mouth coating）和风味（Flavor partitioning）等。同时，基因导致受试者个体差异显著，使得后期数据处理和结论推导变得异常困难[15]。而对于可能产生酸感的短链脂肪酸和只能由刺激（Irritancy）才有可能定性的中链脂肪酸来说，仍有很多未解之谜。近年来，一些关于舌面部位受体蛋白味觉传递机制的研究成为从游离脂肪酸的角度探索口腔脂肪感官机制的突破点[16-17]。此外，若脂肪酸的味觉感知真的是“脂肪感”作为味觉的有效证据，从不同人种、文化背景和饮食喜好来考察口腔脂肪酶的性质和含量也将对最终脂肪感官机制的阐释有很大帮助[18]。

2.2 质构感官假设

研究发现食品体系中的脂肪在质构性质被掩盖（Mask）后仍可被感知[14]，使得研究学者认为脂肪感是一种味觉。然而，成人极低的口腔脂肪酶含量以及众多描述脂肪感官的词汇都与质构特性相关，使得诸多学者认为脂肪感应是一种质构属性（如表2）[9]。

表2 描述膳食脂肪的口腔内感觉的常用词汇[9]Table 2 Terms used to characterize the oral sensation of dietary fats[9]

Rolls[19]提出，对脂肪产生响应的神经元通常对硅油和石蜡油也会产生响应，然而与引起味觉的脂肪酸（诸如短链脂肪酸）无关，该结果表明脂肪/油脂感甚至是奶油感也是由质构性质主导的。早在1977年，Kokini 等[20]就提出了光滑感（Smoothness）和滑溜感（Slipperiness）与舌头上的特定力量之间的模型。在这里，光滑感与舌表面的摩擦力成正比（，式中，W——舌表面的正压力，N；μ——该特定压力下测量的摩擦系数）；而滑溜感与黏性力（Viscous force）和舌表面摩擦力的加和成反比式中，hs——舌表面粗糙度的平均高度，μm）。表达式左边的心理物理学描述（光滑感或滑溜感）就可以通过表达式右边的物理参数进行定量描述（图1a，1b）。在随后的学术研究中这个最基本的质构模型被应用到了一系列评价脂肪感[21]和油味（Fatty sensation）[22]的研究中。

学术界首先以灵长类动物——恒河猴为研究对象，通过刺激体感（Somatosensory）获得脂肪的物理性质和质构信息，从而对脂肪感的研究进行数据化[23]。研究人员利用纯脂肪和具有相似质构性质而化学成分组成不同的石蜡油和硅油对恒河猴进行刺激，结果表明三者均能导致恒河猴的眼窝前额皮质（Orbitofrontal cortex，OFC）区域的神经元发生响应，初步证实了脂肪感和质构属性的相关性。Verhagen[24]利用不同黏度的羧甲基纤维素刺激恒河猴的口腔发现，这些刺激并没有引起与脂肪感官相关的神经元的响应，清晰地阐释了恒河猴脑中脂肪感与黏度的不相关性。Verhagen等[25]在随后考察的1 000 多个神经元的分布和比例进一步证明，恒河猴脑中感知脂肪产生的黏度和非脂肪产生的黏度的质构感官通道之间相互独立。例如，Kadohisa 等[26]发现一个对促味剂（Tastants）有不同程度响应的神经元，却对口腔内的黏度、脂肪和温度没有任何显著的响应，对任何嗅觉和视觉上的刺激也没有响应，这说明神经元对味觉产生了响应，而完全没有响应气味或外观的刺激，这一点可作为研究人员反驳脂肪感是基于味觉变化的主要依据。

图1 光滑感（a）和滑溜感（b）与特定力值之间的关联[18]Fig.1 The relationship between smoothness（a）and slipperiness（b） and specific force values[18]

Grabenhorst 等[27]采用功能性磁共振成像（Functional magnetic resonance imaging，fMRI）扫描年轻志愿者的脑组织，探测结果显示摄入不同味道和不同脂肪含量的乳饮料会诱发大脑不同区域的响应。该算法发现感知食物脂肪的神经元部分分布在眼窝前额皮质中部（mid-OFC）区域，这与之前Rolls 等[23]研究得出的恒河猴大脑感知区域一致。同时，该研究[27]发现前扣带皮质（Pregenual/anterior cingulate cortex，ACC）、腹侧纹状（Ventral striatum） 以及下丘脑外侧（Lateral hypothalamus）等区域也会对不同风味和不同脂肪含量的乳饮料产生响应。研究人员还以具有表达和感知能力的年轻志愿者作为对象感知风味和脂肪感，注意到了功能性耦合（Functional coupling）这一有趣的现象，首次发现口腔刺激愉悦与否可以直接映射在发生响应的大脑神经元区域；更吸引人的结果是，大脑可以客观的评定出被检测者对脂肪的“喜好”程度和“脂肪感”的强度，这意味着鉴别不同程度脂肪刺激的神经元和响应脂肪刺激产生不同程度感官愉悦的神经元之间相互独立。这些研究结果为脂肪感和相应质构感官评价机制的建立奠定了试验基础，并为新型特殊食品的开发提供了科学依据。

3 脂肪感的测量

无论是基于脂肪的滋味感官评价假设或是质构感官评价假设，都可以明确的一点是，脂肪感的感官评价机制不是通过单一模式或单一感官通道完成的，多模式多通道的脂肪感官评价机制之间的协同或拮抗作用的观点显然更具说服力。Chen等[28]通过提供同等黏度的“真”和“假”脂肪食品来排除食物本身的黏度因素，让受试者对食物的奶油感进行评判。虽然奶油感（Creaminess）比单纯的脂肪感更具描述性，但是学者们普遍认为奶油感也是依靠脂肪/油脂液滴来诱导神经元反馈。研究人员尝试在单一嗅觉、单一味觉、嗅觉触觉结合以及“可看可闻可尝可感可吞咽”的多维模式的感官通路下，分别让受试者区分食物是否具备奶油感。尽管受试者在所有单一或者多维模式均能分辨出食物的奶油感或非奶油感，但结果显示，受试者给出的奶油感的感官评价只有在多维模式中才与样品本身的脂肪含量一致。同理，Calve 等[29]也对受试者进行了一系列的流体和半流体食品中脂肪的分辨能力测试。总体看来，受试者对脂肪的鉴别因食品种类不同、品尝条件不同和感官模式不同而异；而在客观的物理化学试验中也发现，不同脂肪含量的白汁沙司（White sauce）虽然具有相似的剪切黏度，但受试者却能清晰分辨出这些脂肪含量的不同；同时，在剪切黏度上没有显著差别的不同脂肪含量的酸奶却能够在摩擦学测量上表现出一定的差异。

既然脂肪感官机制包含多通路多模式，如何测定并量化成为研究脂肪感的新思路。相较于着重形变（Deformation）的流变学研究，着重相对运动（Relative movement）的摩擦学研究可能是极好的切入点[29]。Kokini 等[20]报道了流体食品的质构性质（如光滑感、滑溜感和奶油感）与流变性质几乎不相关，却与摩擦性质显著相关。Aken[30]也提出，口腔摩擦性质与质构性质直接相关。在口腔对食品进行加工的过程中，食品从最开始的以体相特征主导（流变学）逐渐过渡到薄膜和/或食物-唾液混合物影响的口腔表面特征和润滑特性（摩擦学），这是长度尺度（Length scale）逐渐减小的过程，也是感官评价逐渐上升的过程[31]。这个过程中，食品系统的物理和化学性质，以及（模拟）口腔的测试速度、运动方向、施力状况、口腔温度、舌面参数及上颚接触面参数、唾液组成以及食物类型差异等都会影响口腔的润滑特性，进而体现在摩擦行为和摩擦系数的测试上。大多数摩擦学测量的仪器，无论是摩擦带、光学测试、球三板，还是摩擦小室、小型牵引装置，亦或是实验室自制的口腔摩擦测量装置（图2）[32]，现仍遵循相对运动的作用力这一基本原则来进行设计和测量[33]。

图2 利用质构仪改造的实验室自制摩擦测量装置图解[33]Fig.2 Components design and experimental set up for lubrication studies based on texture analyzer[33]

4 结论

近年来随着人民生活品质的逐步提升，对于食品健康性的要求越来越高。在保证食品安全的前提下，如何最小化食品中多余脂肪含量又最大化脂肪的感官评价，是食品工业的一个重大课题。口腔内脂肪的加工过程和感知的生理学、心理物理学机制还有待细化和阐明，摩擦测试装置还需向小型化、易携带化和精准化发展。这些都将有利于实时在线、快速准确的获得消费者对食品脂肪感官的评判和物理特性的测量，并取得最新的消费者喜好数据，以促进产学研一体化前进。