基于电子舌与人工感官的茶叶滋味属性参考物呈味强度相关性分析

刘忠英 冉乾松,2 张 拓 郑文佳 潘 科

(1. 贵州省农业科学院茶叶研究所，贵州 贵阳 550006；2. 贵州大学茶学院，贵州 贵阳 550025)

滋味是茶叶风味的重要组成部分，是指导茶叶生产、加工、销售、贮藏的重要指标[1]。茶叶滋味是由溶于茶汤的多酚类、氨基酸类、生物碱类、糖类、有机酸类等呈味物质与人口腔内受体结合，经大脑处理形成[2]。茶叶滋味属性主要有苦、涩、鲜、甜和酸5种，其中咖啡碱主要贡献茶汤苦味，儿茶素类物质贡献苦味和涩味，氨基酸类贡献鲜味，糖类贡献甜味，有机酸类贡献酸味[3]。在现代茶叶滋味研究中，茶叶滋味物质的觉察阈值，即引起某种味觉响应时的最低浓度临界值[4]，已成为茶叶滋味量化评价的基础，茶汤中滋味物质浓度与其呈味阈值的比值，常表征其对茶汤滋味的贡献度[5]。然而，茶汤滋味是一个复杂的混合体系，因各呈味物质组成、浓度及相互作用影响，使得茶叶滋味品质各不相同。张英娜[6]以没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)为茶叶苦涩味参照，研究了主要儿茶素的呈味阈值、浓度强度曲线及与Ca2+、咖啡碱等相互作用；毛世红[7]在茶叶滋味物质浓度—呈味强度、阈值特性基础上，进一步鉴定了工夫红茶关键滋味成分；岳翠男[8]通过甜味参照蔗糖，酸味参照柠檬酸，苦味参照盐酸奎宁，鲜味参照谷氨酸钠，涩味参照明矾，采用均匀试验设计法建立了绿茶滋味属性评价模型，可直观分析茶汤鲜味、苦味、涩味的极大值与极小值。

在现代分析检测设备中，电子舌主要由传感器阵列、信号处理和模式识别系统组成，利用传感器阵列模拟人类味蕾组织对液体样品的味道进行检测，具有简单、快速、灵敏度高、客观、可重复性好等特点[9-12]。徐敏[13]融合电子舌、电子鼻等技术鉴别龙井茶等级、产地及贮藏品质；陶冬冰等[14]利用电子舌分析了六安瓜片茶汤涩味和茶多酚含量的相关性；Yang等[15]建立了一种快速检测普洱茶贮藏时间的方法；Cheng等[16]利用电子舌探明了老青砖茶的关键滋味化合物的变化规律；Xu等[17]将电子舌与电子鼻等结合，对茶叶品质进行了定性鉴别和定量预测。综上，电子舌检测技术已被广泛应用于茶叶品质评价[9-10,18]和快速定级[19]等方面。

建立茶叶滋味物质呈味描述参比及其浓度与强度关系是揭示茶叶滋味物质呈味规律的基础。但各类茶叶滋味品质评价的参比标准不一，其结果具一定差异性，目前茶叶滋味评价方式仍以传统感官审评为主，电子舌虽可快速鉴别茶汤各滋味属性，但其与传统人工感官审评的一致性的相关报道较少[20]，尤其是电子舌检测值与人工感官真实味觉的一一对应性方面，目前尚缺乏较为客观的茶叶滋味参比标准。研究拟以奎宁、明矾、谷氨酸钠、蔗糖和柠檬酸依次为苦、涩、鲜、甜、酸滋味属性参考物，通过组建感官评价小组，在各参考物觉察阈值的基础上，进一步探究人工感官审评与电子舌对各参考物的浓度—呈味强度关系，进而分析电子舌检测值与人工感官对茶叶滋味参考物的相关性，旨在为建立更为客观的茶叶滋味属性参比方法提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验试剂

蔗糖(C12H22O11)、明矾[KAl(SO4)2·12H2O]、奎宁(C20H24N2O2)、柠檬酸(CA)、盐酸(HCl)、氯化钾(KCl)、谷氨酸钠(MSG)：上海源叶生物科技有限公司。

1.2 试验仪器

电热恒温水浴锅：DK-98-Ⅱ型，天津市泰斯特仪器有限公司；

超纯水仪：KL-UP-III-20型，成都唐氏康宁科技发展有限公司；

恒温磁力搅拌器：IT-07A-3型，上海一恒科技有限公司；

电子天平：PL203型，梅特勒—托利多仪器(上海)有限公司；

电子舌：SA-402B型，Ag/AgCl电极，日本Insent公司。

1.3 试验方法

1.3.1 茶叶滋味属性参考物人工感官觉察阈值及强度等级

(1) 感官审评小组成员的筛选：茶叶所职工+其他，初选33人，按GB/T 16291.1—2012要求，对审评人员进行普选、初选、培训、筛选、确定感官评价小组成员。小组成员通过以奎宁、明矾、谷氨酸钠、蔗糖和柠檬酸依次为苦、涩、鲜、甜、酸滋味属性参考物进行指定浓度呈味检测，淘汰不能鉴别5种基本滋味属性的人员。根据制定浓度培训和对标浓度鉴别，淘汰正确率低的人员，最后确定10～15人为感官评价小组成员。

(2) 茶叶滋味属性参考物觉察阈值及强度等级：5种滋味属性参考物觉察阈值人工感官浓度设置见表1。审评人员啜取5 mL滋味溶液，于舌苔循环滚动10 s后吐出，独立评分，每组试验重复3次。人工感官滋味物质味觉强度描述及感官等级，采用量值估计法(五分制)[21](见表2)。

表1 5种滋味属性参考物觉察阈值浓度表

表2 人工感官味觉强度描述及等级参考

1.3.2 电子舌味觉传感器和参比电极的活化 用超纯水配制味觉传感器基准液(30 mmol/L KCl+0.3 mmol/L酒石酸)和内部液(3.3 mol/L KCl+饱和氯化银)，在味觉传感器探头内加入200 μL内部液，并将味觉传感器置于装有基准液的烧杯内，用保鲜膜密封烧杯口，25 ℃活化24 h待用；用超纯水配制参比电极内部液(3.3 mol/L KCl+饱和氯化银)和3.3 mol/L KCl溶液，在参比电极探头内加入200 μL内部液，直至液面距离玻璃管顶部约5 mm 的位置，并将参比电极置于装有3.3 mol/L KCl溶液的烧杯内，液面距离电极头约15 mm，用保鲜膜密封烧杯口，25 ℃活化24 h待用。

1.3.3 电子舌数据采集 将传感器于浸泡液中稳定90 s进行初步清洗以除去膜表面杂质，其中鲜、酸传感器使用阴离子浸泡液(0.1 mol/L HCl+300 mL无水乙醇)，苦、涩、甜传感器使用阳离子浸泡液(0.1 mol/L KCl+10 mmol/L KOH+300 mL无水乙醇)，将各传感器于基准液中分别清洗2 min，即可用来测定样品的电子舌评分，并按式(1)进行计算。

V=Vs-Vr，

(1)

式中：

V——电势差输出值，即为电子舌评分；

Vs——传感器在样品溶液中稳定30 s的电势值；

Vr——传感器在基准液中稳定30 s的电势值。

1.3.4 茶叶滋味属性参考物人工感官、电子舌呈味强度曲线建立及拟合

(1) 人工感官浓度—呈味强度分析：以奎宁、明矾、谷氨酸钠、蔗糖和柠檬酸的浓度为X轴，人工感官呈味强度值为Y轴作图，建立5种滋味属性参考物的人工感官浓度—呈味强度曲线，并进行拟合分析。

(2) 电子舌检测浓度—呈味强度分析：以奎宁、明矾、谷氨酸钠、蔗糖和柠檬酸的浓度为X轴，电子舌检测值为Y轴作图，建立5种滋味属性参考物的电子舌浓度—呈味强度曲线，并进行拟合分析。

(3) 电子舌检测与人工感官强度值相关性分析：以奎宁、明矾、谷氨酸钠、蔗糖和柠檬酸5种滋味属性参考物的人工感官呈味强度值为X轴，以电子舌检测值为Y轴，绘制相关性图并进行拟合分析。

1.3.5 数据分析 采用Excel 2016软件进行统计、拟合分析及制图。

2 结果与分析

2.1 茶叶滋味属性参考物觉察阈值

由表3可知，奎宁苦味觉察阈值为0.015 mg/mL，明矾涩味觉察阈值为0.01 mg/mL，谷氨酸钠鲜味觉察阈值为0.03 mg/mL，蔗糖甜味觉察阈值为0.4 mg/mL，柠檬酸酸味觉察阈值为0.04 mg/mL。各滋味属性参考物在觉察阈值浓度下对应的感官审评等级均为Ⅱ级，即刚好能感受、觉察。

表3 滋味属性参考物呈味觉察阈值和感官审评等级表

2.2 茶叶滋味属性参考物人工感官浓度—呈味强度分析

奎宁、明矾、谷氨酸钠、蔗糖和柠檬酸5种滋味参考物的人工感官浓度—呈味强度拟合分析结果见表4，浓度—呈味强度曲线见图1。

图1 人工感官强度值浓度—呈味强度函数曲线Figure 1 Concentration-intensity function curve for artificial sensory intensity values

由图1可知，随着质量浓度的增加，人工感官审评各滋味参考物呈味强度也增加，明矾、谷氨酸钠、奎宁、柠檬酸等参考物在质量浓度<1 mg/mL时，呈味强度增加较快，在质量浓度>1 mg/mL后，增加较缓慢。蔗糖在质量浓度<5 mg/mL时增加迅速，在质量浓度>5 mg/mL时增加缓慢。由表4可知，茶叶滋味属性参考物浓度—呈味强度曲线为对数型曲线，R2为0.95以上，相关性较好，且符合Weber-Fechne定律[22]。

表4 滋味属性参考物人工感官呈味强度拟合

2.3 茶叶滋味属性参考物电子舌浓度—呈味强度分析

奎宁、明矾、谷氨酸钠、蔗糖和柠檬酸5种滋味参考物的电子舌浓度—呈味强度拟合分析结果见表5，浓度—呈味强度曲线见图2。

由图2可知，奎宁苦味强度与浓度呈负相关；明矾涩味强度随质量浓度的增大而降低，且检测值均为负数；谷氨酸钠鲜味强度随质量浓度的增大而增强；蔗糖甜味强度呈先增后减趋势；柠檬酸酸味随质量浓度的增大而增强。由表5可知，茶叶各滋味属性参考物呈三次函数和对数函数关系，R2>0.938，说明电子舌检测能够呈现滋味物质浓度—呈味强度的规律。

图2 电子舌检测浓度—呈味强度值函数曲线Figure 2 Concentration-intensity value curve as a function of electron tongue detection

2.4 茶叶滋味属性参考物电子舌检测与人工感官强度值相关性

由表6和图3可知，柠檬酸(酸味)和蔗糖(甜味)的电子舌呈味强度与人工感官强度呈一致递增，彼此呈正相关，而奎宁(苦味)和明矾(涩味)反而递减，奎宁(苦味)电子舌检测呈负值，蔗糖(甜味)则先缓慢递增后逐渐递减，彼此呈负相关。奎宁苦味觉察阈值为0.015 mg/mL、对应电子舌响应值为4.91，明矾涩味觉察阈值为0.01 mg/mL、对应电子舌响应值为-3.32，谷氨酸钠鲜味觉察阈值为0.03 mg/mL、对应电子舌响应值为1.32，蔗糖甜味觉察阈值为0.4 mg/mL、对应电子舌响应值为18.07，柠檬酸酸味觉察阈值为0.04 mg/mL、对应电子舌响应值为-6.18，说明电子舌检测与人工感官茶叶滋味参考物浓度—呈味强度具一定相关性。

表5 滋味属性参考物电子舌检测强度值拟合

3 结论

试验表明，茶叶中5种滋味属性参考物人工感官与电子舌浓度—呈味强度均呈一定函数曲线关系，符合Weber-Fechne定律，在所选质量浓度范围内，柠檬酸(酸味)和蔗糖(甜味)的电子舌呈味强度与人工感官呈味强度呈正相关，奎宁(苦味)和明矾(涩味)的电子舌呈味强度与人工感官呈味强度呈负相关，说明茶叶中5种滋味属性参考物电子舌检测与人工感官浓度—呈味强度具一定相关性。

表6 滋味属性参考物电子舌检测与人工感官强度值关系

图3 滋味属性参考物电子舌检测与人工感官强度值函数曲线