基于电子舌对不同品种鲜莲子滋味成分的分析

杨银爱，郜海燕，牛 犇，陈杭君

（浙江省农业科学院食品科学研究所，农业农村部果品采后处理重点实验室，农业农村部蔬菜采后保鲜与加工重点实验室（部省共建），浙江省果蔬保鲜与加工技术研究重点实验室，中国轻工业果蔬保鲜与加工重点实验室，浙江杭州 310021）

莲子（Semen nelumbinis）是睡莲科水生草本植物莲的种子，采摘于7～9 月，具有多种营养成分和功效[1]。不同品质特征莲子适宜的加工和食用方式不同，前期研究表明适合鲜食的莲子具有果皮黄绿有光泽，含水率高，还原糖含量、可溶性蛋白含量和硬度低等特性[2]。相关报道显示，‘武植子莲2 号’、‘太空莲35 号’适合鲜食，‘建选35 号’、‘建选17 号’、‘武植子莲1 号’适合加工[3-5]。

近年来，鲜食莲子的市场需求量越来越大，而滋味是影响消费者对鲜食莲子喜好程度的重要因素，目前尚未有针对莲子滋味的研究。滋味总体可分为酸味、甜味、苦味、咸味、鲜味、涩味，其受水分、可溶性固形物、可溶性糖、可溶性蛋白、游离氨基酸、总酚、类黄酮、总酸等多种化学成分含量及相互作用的影响。可溶性固形物指果汁中所有溶解于水的化合物的总称，包括糖、酸、维生素、矿物质等，对果蔬的糖酸比有重要影响。任新东等[6]研究表明5 种樱桃的甜味与可溶性固形物含量呈正相关。陈琳等[7]研究表明砂糖橘的糖酸滋味成分包括可溶性固形物、可滴定酸、糖组分及有机酸含量。可溶性糖的种类和含量比例是决定莲子甜度与风味品质的关键因素[8]。游离氨基酸是重要的呈味物质之一，根据呈味特征，可将游离氨基酸分为鲜味氨基酸、甜味氨基酸、苦味氨基酸和芳香族氨基酸[9]。可溶性蛋白可以在水解酶的催化下水解为氨基酸。刘亚军等[10]表明茶汤中的主要呈味物质包括总多酚、游离氨基酸以及可溶性蛋白。类黄酮是重要的涩味物质。Scharbert 等[11]研究表明，红茶中的类黄酮呈现出天鹅绒般的柔和涩感。水分影响果蔬的滋味品质一方面是通过影响滋味物质的浓度，另一方面是通过影响水解酶的活性来影响大分子物质水解为氨基酸、可溶性糖、简单儿茶素等滋味物质的能力。直链淀粉含量通过影响蒸煮莲子弹性和软硬度影响莲子的食味品质[12]，但对鲜食莲子的影响未见相关报道。

莲子化学成分含量受品种影响[13]。胡裕凤等[4]分析‘武植子莲1 号’、‘武植子莲2 号’与其他12 个主栽子莲品种的营养品质性状，发现‘武植子莲2 号’的综合品质最好。郑宝东等[14]研究22 个莲子品种的营养成分，结果表明莲子氨基酸组成品种间差异很大。Sun 等[15]研究发现淀粉含量在‘CA’和‘JX’两个品种中显著不同。为此，确定不同品种莲子滋味物质含量及其对不同滋味的贡献具有重要意义。本研究测定‘果莲1 号’、‘果莲2 号’、‘果莲3 号’、‘满天星’四个莲子品种滋味物质含量，结合电子舌技术，找出区分不同品种莲子的特征滋味和特征滋味物质，并确定直链淀粉与其余滋味物质的关联度，明确直链淀粉对新鲜莲子的作用，为鲜食莲子滋味的进一步研究和不同莲子品种区分技术的改良提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

‘果莲1 号’、‘果莲2 号’、‘果莲3 号’、‘满天星’四个品种蜡熟期鲜莲 杭州莲谊农业开发有限公司提供；无水乙醇（纯度99.5%）、氢氧化钠（纯度95%，药用级）、考马斯亮蓝G-250、亮氨酸 上海麦克林生化科技有限公司；硝酸铝、苯酚、浓硫酸（纯度98%）、活性炭、乙酸（色谱级）、乙酸钠、茚三酮 上海凌峰化学试剂有限公司；芦丁、福林酚、没食子酸、碘 上海源叶生物科技有限公司；牛血清蛋白上海伯奥生物科技有限公司；蔗糖 上海阿拉丁生化科技股份有限公司；葡萄糖、酚酞 江苏强盛功能化学股份有限公司；L-谷氨酸钠（纯度≥98%，优级纯）、单宁 国药集团化学试剂有限公司；DL-苹果酸（纯度≥99.5%） 福晨（天津）化学试剂有限公司；碳酸钠、NaCl（纯度＞99%） 生工生物工程（上海）股份有限公司；除特别说明外，其余试剂均为分析纯。

HB43-S 卤素水分测定仪 上海梅特勒-托利多仪器有限公司；LB32T 糖度计 广州市速为电子科技有限公司；热电Fresco17 高速冷冻离心机 美国Thermo 公司；电热恒温鼓风干燥箱 上海森信实验仪器有限公司；cTongue 电子舌 上海保圣实业发展有限公司；Cintral 20 紫外-可见分光光度计 澳大利亚GBC 公司；ME103E 电子天平 瑞士梅特勒-托利多仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 样品前处理 取完整、无机械损伤莲子的果肉部分，液氮研磨充分后置于-80 ℃冰箱，用于类黄酮、可溶性蛋白、可溶性糖、游离氨基酸、总酚、直链淀粉含量测定和电子舌检测。

1.2.2 含水率的测定 参考肖尚月等[16]的方法，将新鲜莲子果肉切成约0.5 cm×0.5 cm 的正方体颗粒，采用水分测定仪测定，选择适宜carrot powder 模式，加入约0.5 g 莲子果肉，运行方法直至终点后读取数值。

1.2.3 可溶性固形物含量的测定 参考蔡继业等[17]的方法，采用LB32T 糖度计测定，取10 颗莲子果肉部分挤汁进行测定，结果以百分数表示。

1.2.4 类黄酮含量（Flavonoids Content，FC）的测定

参考姜天甲[18]的方法，准确称取0.1 g 新鲜莲子果肉粉末，用1.5 mL 80%乙醇溶液提取，振荡混匀后离心。取1 mL 上清液，避光5 min，依次加入0.3 mL 10% Al（NO3）3溶液、2 mL 4% NaOH 溶液，混匀，放置15 min 后测定510 nm 处吸光值。使用芦丁制备的标准曲线（0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mg/mL）按式（1）定量FC，以100 g 莲子果肉中所含类黄酮相当于芦丁当量（Rutin Equivalent，RE）表示：

式中，P—黄酮质量浓度，mg/mL；N—稀释倍数；V—提取液体积，mL；M—莲子粉末质量，g。

1.2.5 总酚含量（Total Phenolic Content，TPC）的测定 采用福林酚法测定[18]。准确称取0.1 g 新鲜莲子果肉粉末，加入1.5 mL 50%乙醇，超声提取30 min，离心取0.3 mL 上清液，依次加入0.7 mL 50%乙醇、2.0 mL 福林酚、2.0 mL 10%碳酸钠，摇匀反应60 min，765 nm 处测定吸光值。使用没食子酸制备的标准曲线（0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06 mg/mL）按式（2）定量TPC，以100 g 莲子果肉中所含总酚含量相当于没食子酸当量（Gallic Acid Equivalent，GAE）表示：

式中，P—总酚质量浓度，mg/mL；V—提取液体积，mL；N—稀释倍数；M—莲子粉末质量，g。

1.2.6 可溶性蛋白含量的测定 参考邵洋洋等[19]的方法测定可溶性蛋白含量。

1.2.7 可溶性糖含量的测定 参考严锐等[20]的方法测定可溶性糖含量。以标准蔗糖溶液绘制标准曲线，得标准曲线方程为y=0.003672x+0.02244，R2=0.9939，通过标准曲线计算得可溶性糖含量。

1.2.8 游离氨基酸含量的测定 采用茚三酮显色法测定游离氨基酸含量[21]。取0.5 g 新鲜莲子果肉粉末，加入7 mL 蒸馏水，1 g 活性炭，100 ℃水浴15 min，4000 r/min 离心15 min。取1 mL 上清液，依次加入1 mL 蒸馏水、1 mL 乙酸-乙酸钠溶液、1 mL 茚三酮溶液，100 ℃水浴15 min，冷却至室温后定容至25 mL，摇匀静置15 min，570 nm 条件下测定吸光值。用亮氨酸制备100 μg/mL 氨基酸标液（0、10、20、30、40、50、60 μg/mL），按式（3）计算游离氨基酸含量：

式中，M'—由标准曲线求得氨基酸质量，μg；V—样品提取液总体积，mL；Vs—测定时所取样品提取液体积，mL；M—样品质量，g。

1.2.9 直链淀粉含量的测定 参考顾晓敏等[22]测定直链淀粉含量。

1.2.10 总酸含量（Total acid content，TAC）的测定参考国标GB/T 12456-2021《食品中总酸的测定》的酸碱指示剂滴定法。取1 g 新鲜莲子果肉粉末，用无CO2的蒸馏水将样品溶解到100 mL 容量瓶中，75～80 ℃水浴0.5 h，冷却、定容、过滤，滤液备用。取8 mL 滤液，加入2 滴酚酞，用0.01 mol/L 标准NaOH溶液滴定至微红色30 s 不褪色，记录用量，同时做空白实验，按下式计算总酸含量：

式中，V1—滴定时所消耗的NaOH 标准溶液，mL；V—样品提取液总体积，mL；Vs—滴定时所取滤液体积，mL；c—NaOH 滴定液浓度，mol/L；V0—滴定蒸馏水消耗的NaOH 溶液体积，mL；m—样品质量，g；f—折算系数，g/mmol（以苹果酸计）。

1.2.11 电子舌检测 参考王俊魁[23]的方法。取3.0 g新鲜莲子果肉粉末，向其中加入100 mL 蒸馏水，超声15 min，将液体分装于50 mL 离心管，10000 r/min、4 ℃离心20 min。取15 mL 滤液倒入进样烧杯中。设置6 个传感器的灵敏度为1E-3、1E-4、1E-5 或1E-6，使信号最大值位于0.5～10，单个样品检测总时长为156 s。每个样品重复测定5 次，取信号值稳定的3 次结果进行分析，得不同品种莲子滋味差异。

以DL-苹果酸（0.125、0.25、0.5、1.0、2.0 mg/mL）、葡萄糖（5、10、15、20、25、30 mg/mL）、单宁（0、0.05、0.1、0.2、0.4、0.8 mg/mL）、NaCl（0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35 mg/mL）、L-谷氨酸钠（0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65 mg/mL）标准溶液对酸味、甜味、苦味、咸味、鲜味建模，操作与样品检测过程相同，将样品数据导入模型进行等级区分以获得样品不同滋味的强度。

1.3 数据处理

上述实验所得数据除特殊说明外，均重复3 次，实验结果以平均值±标准差表示。采用Excel 软件进行数据处理。通过单因素方差分析（ANOVA）进行Duncan 多重检验，P＜0.05 表示差异显著。数据采用GraphPad Prism 8.0、MetaboAnalyst 5.0、SIMCA 14.1 作图，SPSSPRO 作灰色关联度分析，SPSS Statistics 19 作统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同品种新鲜莲子滋味物质含量

水分、可溶性固形物、可溶性糖、可溶性蛋白、游离氨基酸、总酚、类黄酮、总酸含量等是影响莲子滋味的重要因素。采后鲜莲子水分充足[24]，由图1，四个品种莲子水分含量较高，约80%。涂田华等[25]研究表明乳熟期鲜莲含水率≥75%，与本研究中四个品种的蜡熟期鲜莲的水分含量相近。目前对鲜莲可溶性固形物的研究较少，‘果莲2 号’、‘果莲3 号’、‘满天星’可溶性固形物含量相近，约9%，显著高于‘果莲1 号’（P＜0.05）。四个品种莲子可溶性固形物含量均低于猕猴桃[26]、芒果[27]等水果，与库尔勒香梨[28]相近。‘果莲2 号’、‘果莲3 号’、‘满天星’可溶性蛋白含量均超过4 mg/g，显著高于‘果莲1 号’（P＜0.05），与苹果中可溶性蛋白含量相近[29]。不同品种莲子游离氨基酸含量为50～70 mg/100 g，‘果莲3 号’游离氨基酸的含量显著高于‘果莲1 号’、‘果莲2 号’和‘满天星’（P＜0.05），远低于莲藕中游离氨基酸总量[30]，表明荷花根部游离氨基酸的积累可能大于种子。总酚和类黄酮影响莲子的酸涩味。不同品种莲子总酚含量为60～80 mg GAE·100 g-1，类黄酮含量为100～200 mg RE·100 g-1，与Tu 等[31]研究结果相近。‘果莲2 号’总酚和类黄酮含量均最高，其次是‘满天星’、‘果莲3 号’、‘果莲1 号’，表明‘果莲2 号’酸涩味可能最强。莲子中的可溶性糖指各种可被人类消化利用的糖类物质总和。‘满天星’可溶性糖含量最高，超过3%，‘果莲3 号’最低，约2%，表明‘满天星’的甜味可能最强。四个品种莲子可溶性糖含量均低于江西广昌白莲莲子可溶性糖含量[32]。总酸是赋予果蔬酸味的关键物质，未见关于莲子总酸含量测定的相关报道。不同品种莲子总酸含量总体较低，为0.1%～0.5%，表明莲子中酸味可能不显著。直链淀粉含量影响蒸煮莲子的食味品质[12]，其对鲜食莲子的影响尚不明确。‘果莲1 号’、‘果莲2 号’、‘满天星’直链淀粉含量较高，均超过60%，显著高于‘果莲3 号’（P＜0.05），表明‘果莲1 号’、‘果莲2 号’、‘满天星’的食味品质可能最好。

图1 不同品种新鲜莲子的滋味物质含量Fig.1 Content of taste substances in different varieties of fresh lotus seeds.

2.2 不同品种新鲜莲子的味觉差异分析

电子舌是模拟人的舌头对待测样品进行分析、识别和判断，通过不同种类传感器，感受不同的化学物质，采集各种不同的信号信息，通过软件进行分析处理，区分辨识不同性质物质的整体特征，最后给出各个物质的感官信息。主成分分析（Principal component analysis，PCA）可以转换多变量为单一变量，从而有效筛选变量[33]。如图2 所示，主成分分析（Principal component analysis，PCA）结果显示，DI（Defect Index）值为97.85，莲子滋味可被明显区分，主成分1贡献率为49.30%，主成分2 为12.94%。由于总贡献率为62.24%（＜85%），不能解释样品大部分信息，需要采用判别因子分析法（Dynamic factor analysis，DFA）。DFA 通过数学转换，使同类组群数据间的差距尽可能缩小，不同类组群数据间差异尽可能扩大，以建立数据识别模型，从而分类识别不同样品种类[34]。DFA 分析结果显示，DI 值为99.90，四个品种分布在不同区域，无重叠，单个样品表现出较好重复性，表明DFA 能够很好区分不同品种莲子滋味，与Chen等[35]研究结果一致。

图2 比较不同品种新鲜莲子滋味的PCA 图（A）和DFA 图（B）Fig.2 PCA (A) and DFA (B) comparing the taste profile about different varieties of fresh lotus seeds

2.3 不同品种新鲜莲子的滋味强度

由于苹果酸和葡萄糖分别为莲子的主要酸组分和糖组分之一[36]，故选用DL-苹果酸、葡萄糖建立酸味、甜味模型。此外，分别采用单宁、NaCl、L-谷氨酸钠标准溶液建立苦味、咸味、鲜味模型。由图3A1、图3B1、图3C1、图3D1、图3E1 可知，不同标准溶液所建PCA 模型的DI 值均大于90，表明不同浓度标准溶液可以区分开，可对其进行DFA 建模。而后采用不同浓度标准溶液对模型进行检验，发现不同浓度的标准溶液都落于对应区域，表明五个模型的准确度较高，可用于样品不同滋味强度的检验。由表1，不同品种莲子的酸味、甜味、苦味、咸味强度相同，分别相当于0.125 mg/mL DL-苹果酸溶液、10 mg/mL 葡萄糖溶液、0.8 mg/mL 单宁溶液、0.15 mg/mL NaCl 溶液的滋味强度，而鲜味强度存在差异，‘果莲1 号’的鲜味强度较‘果莲2 号’、‘果莲3 号’、‘满天星’弱，相当于0.45 mg/mL 的谷氨酸钠溶液的滋味强度。五种滋味中仅鲜味被检测出存在差异，这是因为四个莲子品种的酸味、甜味、苦味、咸味差异较小，而鲜味差异稍大，表明cTongue 电子舌对不同品种莲子各滋味定量评价的能力较弱，不适用于莲子中各滋味强度的测定。Zhang 等[37]表明鲜味氨基酸、GMP、IMP、琥珀酸二钠是典型的鲜味物质，而鲜味肽和鲜味氨基酸Amadori 重排产物是新型的鲜味物质。关于莲子中的鲜味物质有待进一步探究。

表1 不同品种新鲜莲子滋味强度测定结果Table 1 Determination results of taste intensity of different varieties of fresh lotus seeds

图3 不同滋味模型建立及准确性检验Fig.3 Establishment and accuracy test of models about different tastes

2.4 不同品种新鲜莲子特征滋味物质的筛选

偏最小二乘判别分析（PLS-DA）可以借助变量的权重区分不同类别的变量[28]，可用于筛选特征滋味物质[38]。使用PLS-DA 分析不同品种新鲜莲子，数据矩阵（9×4）由4 个样品中直链淀粉、水分、可溶性固形物、可溶性糖、总酸含量和游离氨基酸、类黄酮、总酚、可溶性蛋白含量组成。如图4 PLS-DA 得分图显示，成分1 贡献率72.9%，成分2 贡献率24.9%，总贡献率97.8%，能够解释样品绝大部分信息，前两个成分能够区分不同品种莲子，其中‘果莲1 号’、‘果莲2 号’、‘满天星’较相近。变量重要性（Variable importance，VIP）得分图显示了单一滋味物质指标对不同品种新鲜莲子区分效果的影响。直链淀粉、游离氨基酸、类黄酮是对样品区分效果影响较大的前三种物质，表明该三种物质含量在不同品种新鲜莲子间存在显著差异，并对不同品种新鲜莲子的区分有很大贡献，其中直链淀粉含量贡献最大。

图4 不同品种新鲜莲子PLS-DA 得分图（A）和VIP 得分图（B）Fig.4 PLS-DA score plot (A) and VIP score plot (B) of different varieties of fresh lotus seeds

2.5 不同品种新鲜莲子直链淀粉与其余滋味成分的灰色关联度分析

为了解直链淀粉含量与新鲜莲子中其他滋味物质含量的关联度，通过SPSSPRO，以直链淀粉含量为定量，其余滋味物质含量为变量，分辨系数取0.5[39]，对不同品种新鲜莲子滋味物质进行灰色关联度分析， 表2 结果表明，新鲜莲子中可溶性糖和水分含量与直链淀粉含量的关联度最大，分别为0.829、0.815，表明莲子中直链淀粉可能与可溶性糖和水分之间相互影响。

表2 不同品种新鲜莲子直链淀粉含量与其余滋味物质灰色关联度分析Table 2 Grey correlation analysis of amylose content and other taste substances in different varieties of fresh lotus seeds

3 结论

本研究发现不同品种莲子滋味物质含量和滋味均存在差异。不同品种莲子水分和可溶性固形物含量相近；‘果莲1 号’直链淀粉含量最高；‘果莲2 号’总酚、类黄酮和总酸含量最高；‘果莲3 号’可溶性蛋白和游离氨基酸含量最高；‘满天星’可溶性糖含量最高。在五种基本味中，鲜味的差异最大，‘果莲1 号’鲜味低于‘果莲2 号’、‘果莲3 号’和‘满天星’。电子舌对不同品种莲子五种基本味定量评价的能力较弱。不同品种新鲜莲子的特征滋味物质为直链淀粉、游离氨基酸、类黄酮，直链淀粉是其中贡献最大的物质，且其含量与可溶性糖和水分含量的关联度较大。本研究为鲜食莲子滋味的进一步研究及不同莲子品种区分技术的改良奠定基础。后续可以针对新鲜莲子的特征滋味和特征滋味物质探究提高莲子鲜食适宜性的措施，进一步探讨特征滋味和特征滋味物质对新鲜莲子滋味的影响。