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        熟水的特性研究

        2023-03-08 03:18:50毛磊紅云春艷
        農(nóng)產(chǎn)品加工 2023年2期
        關(guān)鍵詞:甘甜口渴水分子

        毛磊紅,云春艷,孫 敏

        (1.上??底R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(fèi)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(fèi)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(fèi)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(yàn)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(yàn)樣品信息見表1。

        表1 試驗(yàn)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(yàn)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(yàn)

        飲用水甘甜感感官試驗(yàn)采用成對比較法(GB/T 12310感官分析 成對比較檢驗(yàn))[10],甘甜感定義為入口時類似甜味的感受。每次試驗(yàn)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(yàn)

        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(yàn)采用的評分法,消費(fèi)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(diǎn)標(biāo)度見圖1,脹肚程度9點(diǎn)標(biāo)度見圖2。

        圖1 口渴程度9點(diǎn)標(biāo)度

        圖2 脹肚程度9點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)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(diǎn)打分。第2天所有志愿者重復(fù)該試驗(yàn)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(fèi)者喜好實(shí)驗(yàn)

        飲用水消費(fèi)者喜好試驗(yàn)采用排序法(GB/T 12315感官分析方法學(xué)排序法)[12],消費(fèi)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(qiáng)排序。

        所有感官試驗(yàn)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(diǎn)、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(qiáng)[14]。試驗(yàn)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??傮w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(shí)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(yàn)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(yàn)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(xiàng)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(fèi)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(fèi)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(yàn)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(yàn)結(jié)果見表3。

        表3 飲用水甘甜感成對比較試驗(yàn)結(jié)果

        由表3可知,對于同一品牌的水樣品,不同熱處理?xiàng)l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(bǔ)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(yàn)設(shè)計解渴與吸收感官試驗(yàn)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(yàn)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(bǔ)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(fèi)者喜好度

        消費(fèi)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(fèi)者的青睞,為探究不同飲用水是否存在消費(fèi)者喜好度差異,試驗(yàn)設(shè)計喜好度排序感官試驗(yàn)探究消費(fèi)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(fèi)者喜好排序試驗(yàn)結(jié)果見表5。

        表5 飲用水消費(fèi)者喜好排序試驗(yàn)結(jié)果

        試驗(yàn)招募100名消費(fèi)者,共收集有效結(jié)果99份,按照喜好度從弱到強(qiáng)排序?yàn)镴1〈K1〈K4,即消費(fèi)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(fèi)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(fèi)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(fèi)者喜好的因素之一。消費(fèi)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(fèi)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(shí)驗(yàn)檢測都存在局限性,尚不能確定熟水是因?yàn)榫哂懈〉乃肿訄F(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(fèi)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(fèi)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。

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