唾液流率與辣味強度分級的相關性分析及模型建立

羅 鑫，丁 璐，謝定源，方 妍，余永昊

（華中農業大學食品科技學院，環境食品學教育部重點實驗室，湖北武漢 430074）

辣度或辣味強度（pungency degree），表示辣味強弱程度的量化值，用度來表示[1]。經大量學者研究發現，以樣品中總辣椒素類物質含量10 mg/kg 為l 度，1 mg/kg 的辣椒素溶液相當于15 倍的斯科維爾指數（Scoville Heat Units，SHU），經過換算得l 度=150SHU，辣度數值取整數，度數越高，辣味強度越大[2]。構建快速、準確的食物辣味強度識別方法對于辣味食物的生產、產品辣度標識以及消費者選擇適合自己辣味喜好的食物，滿足個性化口味需求，具有重要的研究價值。目前國內辣度分級熱點主要采用感官評定法及辣椒素類物質定量檢測法[3]。感官評定法具有經典性、操作成本低等優點，但該法主觀性強，重現性差，對受試人員的辣味靈敏度和環境要求較高[4-5]；儀器檢測法包含但不局限于線性標度法[6]、高效液相色譜法[7]、分光光度法[8]、近紅外光譜法[9-10]、酶聯免疫吸附法[11]等，這些方法準確性好，一般用于測定大批量樣品中辣椒素類物質含量，但測定成本高，耗費時間長，不能反映人食辣后的真實辣度感受，不適用于復合辣味制品的辣度定級，存在辣椒制品的辣度描述詞與消費者辣度理解以及真實辣感不一致的情況，存在耐微辣消費者食用重辣產品的情況，對身體健康、消費體驗造成不良影響[12]。目前尚缺乏既能快速準確地進行辣度分級，又能反映人食辣后真實辣度感受的方法[7]。

北京大學口腔醫學院俞光巖教授團隊通過逆轉錄-聚合酶鏈反應（Reverse Transcription-Polymerase Chain Reaction，RT-PCR）和Western blot 方法發現在人頜下腺組織、原代細胞和導管細胞系中均存在辣椒素受體（TRPV1）的表達，通過免疫熒光染色的方法追蹤該受體，結果發現漿液性腺泡細胞、導管細胞、肌上皮細胞是其主要存在場所。該團隊在頜下區皮膚表面涂抹辣椒素霜，分析唾液分泌量的變化情況，與靜息狀態下唾液分泌量進行比較，發現通過該方式處理后頜下腺唾液分泌量明顯增加，采用表面麻醉劑切斷辣椒素皮膚內傷害器的刺激，阻止了頜下區皮膚傳遞痛覺，但結果顯示辣椒素刺激唾液分泌增加的現象并沒有改變[13]，接著，有研究用辣椒素受體的拮抗劑capsazepine（CPZ）進行30 min 預處理，CPZ處理后辣椒素刺激唾液分泌量增加的現象消失，說明辣椒素是通過辣椒素受體介導促進唾液分泌[14]。

辛辣食品中的辣椒素類物質會刺激口腔產生唾液，唾液分泌量可以作為辣度的生理指標反映人真實食辣后的感官體驗。本實驗以人食辣后唾液分泌增加的生理變化為研究基礎，將唾液流率作為辣味強度定級指標[15-16]，探究辣味強度與食辣生理指標唾液流率之間的回歸關系，從而構建一種新型、快速、準確地用食辣生理指標唾液流率分級辣度的分級方式。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

天然食品級辣椒堿 純度99%，寧波延宇生物科技有限公司；吐溫80（食品添加劑級）廣東潤華化工有限公司；伊利脫脂純牛奶 定州伊利乳業有限責任公司；550 mL 瓶裝飲用水 農夫山泉股份有限公司。

ME104E 電子天平 梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；BCD-450ZE9N 冰箱 合肥美菱股份有限公司；70 mL 連體食品級品評盒（品評盒）河北河鈺塑料制品有限公司；醫用一次性口腔海綿清潔棒 廣州禮正貿易有限公司；電子萬用爐 北京市永光明醫療儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 建立辣味感官評定受試團隊

1.2.1.1 建立方法 在標準感官評定實驗室內進行實驗，通過問卷調查，招募感官受試人員，根據問卷填寫結果進行初步篩選；初篩選受試者均進行辣味閾值篩選和梯度靈敏度篩選，根據辣味閾值、辣味靈敏度的篩選結果，進行綜合評分，以綜合得分作為人員篩選標準之一，結合受試者問卷調查的個人辣度選擇，構建一個辣味感官評定受試團隊。

1.2.1.2 辣味閾值及辣味靈敏度篩選 味覺閾值是指剛剛能產生味覺的呈味物質的量，即人能品嘗出味道的呈味物質最稀的水溶液濃度[17]，低于該濃度，在任何實際情況下都不會被察覺；高于該濃度，任何具有正常味覺的個體很容易覺察該物質的存在。感覺閾值數據常用來判斷評價人員對特殊刺激物的敏感性。辣味閾值通過“辣味閾值反饋表”統計受試人員對辣味的承受范圍，辣味靈敏度根據“靈敏度篩選反饋表”篩選其對不同級別辣度的靈敏程度。

1.2.1.3 綜合評分標準 辣味閾值、辣味靈敏度，賦予權重各為40%；同時考慮受試人員的飲食習性，參考受試人員問卷調查的個人辣度選擇，賦予權重20%。受試人員綜合得分為：閾值分數×40%+靈敏度分數×40%+辣度選擇×20%

1.2.2 辣味感官評定受試團隊耐辣性分級

1.2.2.1 制備唾液流率試樣液 實驗課題組在“制定楚菜標準”項目中，對21 道菜肴進行了采樣，每道菜品采樣3 次，采用HPLC 檢測菜肴中辣椒堿類物質含量，組織專業感官評定人員與專家進行辣味感官評價，發布了湖北省首批21 項《楚菜標準》（T/HBPX 001-2020-T/HBPX 021-2020）。根據HPLC 檢測數據，結合感官評定結果，對菜品辣度分級，制定出辣度分級標準[1]，如表1 所示。

表1 楚菜標準中辣度分級Table 1 Standard spiciness grade of Chu Dishes

參照楚菜標準辣度分級方法[1]，以SHU 范圍的中位數代表各辣度級別，制備試樣液。

a.稱取0.6 g（精確到0.001 g）食品級天然辣椒堿和20 g 食品級吐溫80 于50 mL 的小燒杯中，50 ℃水浴加熱10 min 左右使辣椒堿溶解，用70 ℃蒸餾水定量轉移到1000 mL 容量瓶中，冷卻至室溫，用室溫（20 ℃）蒸餾水定容至刻度。此為600 mg/L 的母液。

b.量取母液414.079 g（精確到0.001 g）用蒸餾水稀釋定容至另一個1000 mL 容量瓶中，蓋上塞子冷藏，配制成248.447 mg/L、SHU4000 的辣椒堿稀釋液。同a、b 步驟配制零辣度的吐溫溶液。

c.依照表2 中取量依次量取b 中溶液（精確到0.001 g），用蒸餾水稀釋定容至另一個500 mL 容量瓶中，蓋上塞子冷藏，配制成相應濃度的辣椒堿稀釋液。品評實驗前分裝至30 mL 的一次性品評瓶中，貼上相應序號。

表2 制備試樣液Table 2 Preparation of hotness grade dilution

1.2.2.2 品評要求 參考文獻[1]方法進行品評，見圖1。品評在飯后1 h 進行，品評人員在品評前1 h內不能吸煙、吃東西，但可以喝水；在測試前90 min內沒有受到過其他辣椒試樣或辣度調味食品的影響。

圖1 辣味5 點接受度反饋表Fig.1 Feedback form of 5-point spicy taste

按照1～6 序號的順序依次品評，品評人員在每次品評前后都要用25～30 ℃的水漱口，品評完1 份試樣，要飲用適量脫脂牛奶消除口中辣味，直到口中基本無辣味為止，再用25～30 ℃的水漱口才能進行下一個試樣的品評。每一份品評液的品評間隔時間為5 min。

品評時保持實驗環境安靜，無外界干擾。室內溫度控制在20～22 ℃。評分時不能討論，設計人員不得向品評人員說明與試樣辣味有關的情況。

品評時，將30 mL 試樣倒入口中，啜飲3 次，使液體充分包裹舌頭表面并停留5 s 后吞咽，充分感受其刺激強度。根據感受到的刺激強度，判斷自己對該辣度的接受程度，將接受程度按要求記錄在“味5 點接受度反饋表”中。

1.2.3 構建唾液流率對辣度分級體系

1.2.3.1 制備唾液流率試樣液 步驟同1.2.2.1 一致，依照表3 配制成相應濃度的辣椒堿稀釋液，量取10 mL 溶液分裝至75 mL 的一次性品評盒中，稱重，貼上標簽，并寫上重量與相應序數；稱量相配套的口腔清潔棒，貼上標簽，寫上相應重量及相應序號。

表3 制備唾液流率辣味稀釋液Table 3 Preparation of saliva flow rate spicy diluent

1.2.3.2 品評要求 保證安靜，無外界干擾，通過空調和加濕器控制感官實驗室的溫度為24±1 ℃，濕度為50%±10%。上午9～11 點時間段進行實驗，收集唾液。

唾液采集前2 h 禁食，除飲用水外，禁食其他物質，尤其是酒、咖啡因飲料等，并排除外界干擾，如刷牙、抽煙等。避免劇烈運動；在測試前90 min 內沒有受到過酸、甜、咸、鮮、辣等調味食品的影響。

進入實驗室后，在候場區休息15 min 以達到放松身心、熟悉實驗環境的目的。唾液采集前用飲用水漱口，靜坐5 min，并通過吞咽的方法將口腔唾液排凈。

1.2.3.3 唾液采集操作 給予不同耐辣性人員所對應的試樣組及所配套的口腔清潔棒，要求受試人員在標簽紙上寫上自己的名字，并分別貼到自己所拿到的所有品評盒與清潔棒袋上。

受試人員將品評盒內的試樣溶液全部倒進嘴里后，做三次漱口的動作，讓溶液充分在口腔里分布，將嘴里的溶液吐回原盒子內，將原盒子放置在桌子上，從吐回原盒子開始倒計時3 min，低頭，保持頭微向前傾，讓自然流出的唾液滴進桌子上的盒子內。倒計時結束，先盡量將口腔里的殘余唾液流進盒子內，再用序號對應的清潔棒清理嘴唇、舌面、口腔兩側的殘余唾液，輕輕刮一圈。收集唾液過程中勿吐出或咽下唾液，直至計時結束。稱量收集后品評盒及清潔棒的重量，分別減去收集前的重量，兩者重量差的和為收集的總唾液量，計算該試樣所對應的唾液流率（g/min）。品評完一個試樣，要飲用適量脫脂牛奶消除口中辣味，直到口中基本無辣味為止，再用25～30 ℃的水漱口。每次品評間隔為5 min。其他試樣操作同上，直至品評完所有試樣。

實際參與人數67 人，其中耐微辣17 人、耐輕辣23 人、耐中辣19 人、耐重辣4 人、耐猛辣4 人。基于給予受試人員辣味試樣強度要小于或等于其耐辣特性原則，不同耐辣人群所對應辣味試樣液如表4 所示。

表4 各耐辣人群對應的辣味試樣液及SHUTable 4 Spicy sample liquid and SHU corresponding to each spicy-tolerant population

1.2.4 感官評定法對唾液分級體系的驗證

1.2.4.1 制備標準溶液及實驗試樣液 依照表5 依次量取1.2.2.1 b 中溶液（精確到0.001 g），用蒸餾水稀釋定容至另一個500 mL 容量瓶中，蓋上塞子冷藏，配制成相應濃度的辣椒堿稀釋液。標準液貼上相應辣度類別；試樣液各量取10 mL 溶液分裝至75 mL的一次性品評盒中，稱重，貼上標簽，并寫上重量與相應序數；稱量相配套的口腔清潔棒，貼上標簽，寫上相應重量及相應序號。

表5 制備驗證實驗中標準液與試樣液Table 5 Standard solution and sample solution in the preparation and verification experiment

1.2.4.2 實驗對象 受耐重辣、耐猛辣級別人數限制，基于給予受試人員辣味試樣強度要小于或等于其耐辣特性原則，在耐中辣級別24 人中招募20 人組成驗證環節受試團隊。

1.2.4.3 實驗操作 感官評定試樣液辣度：受試人員依次品評三種辣度類別標準液，將30 mL 標準液全部倒入口中，啜飲3 次，使液體充分包裹舌頭表面并停留5 s 后吞咽，記住各標準液辣度感受。受試人員隨機品評試樣液，將30 mL 試樣液全部倒入口中，啜飲3 次，使液體充分包裹舌頭表面并停留5 s 后吞咽，充分感受辣味刺激，將其辣味感受與標準品辣感對照，判別各試樣液辣味強度類別，填寫試樣液辣度判別表，如圖2 所示。若忘記某辣度類別標準品辣度感受，可再次品嘗該標準品，允許反復品嘗直至確定試樣液辣度類別為止。品評完一個標準液或試樣液，均需飲用適量脫脂牛奶消除口中辣味，直到口中基本無辣味為止，再用25～30 ℃的水漱口，每次品評間隔為5 min。

試樣液唾液收集：試樣液唾液分泌量收集操作同1.2.3.3。

1.3 數據處理

采用Microsoft Office Excel 2010 軟件整理受試人員唾液流率數據，以均值±標準差表示；SPSS26.0軟件包對數據進行方差分5 析、描述性統計學分析、主效應分析、回歸分析以及相關檢驗；Origin 2018作圖。

2 結果與分析

2.1 辣味感官評定受試團隊的建立

2.1.1 受試人員綜合得分 綜合考量辣味閾值篩選結果與辣味靈敏度排序結果，并結合個人飲食辣度的喜好選擇，以綜合評分為篩選依據，構建了一個98 人的感官品評受試團隊，其中有32 人閾值篩選與靈敏度排序完全正確，將這部分人員作為后續辣味實驗的核心成員。該團隊男女比例3:7，參考Cheng等[18]繪制的辣味地圖，受試者生長地涵蓋我國21 個省級行政區，分布于我國4 大食辣區，其中清淡區占到42%，中辣區占37%。

2.1.2 受試團隊性別構成 表6 顯示，篩選出的受試團體性別構成中，女性占71%，男性占29%，女性明顯多于男性，招募隊伍的男女比例與學校男女比例一致。

表6 受試團隊性別構成情況Table 6 Gender composition of the tested team

2.1.3 受試團隊生長地分布 圖3 顯示，辣味感官生理指標受試人員生長地分布較為廣泛，98 個人涵蓋我國21 個省級行政區，其中河南、湖北人數占到23%、20%。圖4 顯示，以現有我國食辣區劃分地圖為依據，顯示所構建的受試團隊4 個食辣區均有分布，其中清淡區占到42%。因此，該環節所構建的98 人辣味團隊在地域上、食辣區上分布都較為廣泛，能在一定程度上起到代表作用，滿足實驗要求。

圖3 受試團隊生長地分布情況Fig.3 Distribution of the growth area of the subjects

圖4 受試人員生長地食辣區分布情況Fig.4 Distribution of spicy food areas where the subjects grew up

2.1.4 受試團隊耐辣性分級 根據圖1“辣味5 點接受度反饋表”統計數據可知，耐辣性分級環節中，實際參與人數87 人。耐辣級別定級依據為受試人員最后一個能接受的試樣辣度所對應的辣度級別類型。結果顯示，87 人受試團隊中耐微辣級別24 人；耐輕辣級別28 人；耐中辣級別24 人；耐重辣級別5 人；耐猛辣級別6 人，耐辣性比例基本與現實生活中大部分人耐辣性集中在微辣到中辣區間的情況吻合。沒有完全不接受辣味者，該結果與問卷調查中“您對辣的喜好或接受程度”一欄中選擇“不辣”選項人數為0 情況一致。

2.2 構建辣味強度與唾液流率之間的回歸關系

2.2.1 比較不同耐辣性人群辣度刺激 分析兩個主體因子（耐辣類別、辣味強度）對唾液流率的影響，表7主成分分析結果說明受辣味刺激的唾液流率與受試人員耐辣類別無顯著性關系（P＞0.05），與辣味強度顯著性相關（P＜0.05）。唾液流率的變化是通過辣味強度的變化而變化，不同耐辣性人群受同一辣度刺激的唾液流率不存在差異性，由此，只要具備正常辣味刺激反應的受試人員，其唾液分泌量均可做為該辣味強度指標數據。

表7 唾液流率主體間效應檢驗Table 7 Intersubjective effect test of saliva flow rate

2.2.2 分析辣味強度與唾液流率之間的關系 由于組間數太多，對LSD 多重比較結果進行了整合，有顯著性的組間數據如表8 所示，從結果中可知，SHU0與其他13 種辣度組間都有顯著性差異（P＜0.05），再次說明辣味強度對唾液流率有顯著影響關系；在SHU250 一欄可以發現，只有SHU500 并未出現在顯著性的表格中，表明SHU250 與除SHU500 以外的辣味強度組間均有顯著性差異（P＜0.05）；SHU1500～SHU3500 的比較結果并未出現在表8，意味著各高辣味強度組間無明顯差異（P＞0.05）。

表8 唾液流率Tamhane’s T2 多重比較（顯著性）Table 8 Tamhane’s T2 multiple comparison of saliva flow rate(Significance)

2.2.3 辣味強度與唾液流率回歸模型的構建 繪制散點圖觀察辣味強度與唾液流率之間的關系。由圖5可知，辣味強度與唾液流率間不呈直線關系。從理論分析上看，唾液流率不會隨辣味強度的增加呈單一向上趨勢，應為唾液流率在一定范圍內隨辣味強度的增加而增加，辣味強度達到一定級別時唾液流率趨于穩定，為非線性關系，與散點圖趨勢走向類似。利用SPSS 軟件“曲線估算”功能中除logistic 模型外的10 種曲線模型對辣味強度與唾液流率間的關系進行擬合，通過比較決定系數R2的大小，確定擬合度，選擇擬合度高的模型為最理想模型。

剔除無法擬合的模型，其他本質線性擬合模型如表9 所示。6 種擬合模型均說明辣味強度與唾液流率之間存在顯著影響關系（P＜0.05）；比較各模型的R2值，發現二次曲線、三次曲線總體擬合程度差異小，對二次、三次模型進行F檢驗、t檢驗，三次模型中二次系數檢驗統計量t=-1.173，未通過t檢驗（P＞0.05），綜合分析發現二次模型為更理想的構建模型。

表9 辣味強度與唾液流率曲線擬合數據Table 9 Curve fitting data of spiciness intensity and saliva flow rate

通過方差分析二次模型的擬合情況：該模型表達式為：

由圖6 殘差圖可知，二次模型的殘差均落在二倍標準差范圍內，并隨機分布，綜合說明該回歸模型是合理的，具有統計學意義。

圖6 唾液流率二次曲線標準化殘差圖Fig.6 Standardized residual plot of the quadratic curve of saliva flow rate

2.2.4 基于辣味強度與唾液流率回歸模型的辣度分級 由表10 可知，通過回歸模型對辣度分級的結果為：唾液流率（g/min）0.496～1.395（含）為1 級微辣；唾液流率（g/min）1.395～2.153（含）為2 級輕辣；唾液流率（g/min）2.153～2.749（含）為3 級中辣；唾液流率（g/min）2.749～3.569（含）為4 級重辣；唾液流率（g/min）＞3.569 為5 級猛辣。唾液受不同級別辣椒素刺激后會呈現不同的分泌流速，正常唾液基礎分泌為0.4 mL/min，也就是人在吃輕辣級別及以上的食物時會促進唾液分泌。

表10 基于唾液流率模型的辣度分級Table 10 Spiciness classification based on saliva flow rate model

2.3 感官評定法驗證唾液流率模型定級結果

由表11 可知，通過感官評定法確定的試樣液辣度類別與通過唾液流率模型定級試樣液辣度類別的結果一致，說明唾液流率構建的辣度識別方法與感官評定結果處于同一辣味量度級別。感官評定方法對唾液流率辣度定級方式進行了準確性的驗證。

表11 試樣液辣度感官定級與唾液流率定級結果Table 11 Results of sensory grading and saliva flow rate of sample liquid

3 討論與結論

本實驗對食辣后唾液分泌增加的生理指標進行了理論性與可行性的分析。除了唾液的分泌還有幾種生理指標，“臉部出汗”生理指標理論上可以通過皮膚濕度進行一個直觀量化，但實際上影響出汗程度的因素有溫熱性出汗、精神性出汗、味覺性出汗等[19]，不易控制；部分體質人即使吃大量的辣椒也不出汗或出汗較少，難以定量研究。“面部潮紅”生理指標多用于醫學領域，利用面紅面積積分進行量化，該指標與生活起居、女性生理情況、體內激素含量等相關[20]，食品專業學生難以從專業層面進行相關分析。綜合多方因素考慮，選擇唾液流率生理指標作為辣味強度研究指標。有學者發現肥胖青年的唾液分泌量少，其腮腺功能障礙隨著BMI 的增加而加劇[21]，因此參考唾液流率指標盡量選擇健康人群作為受試對象，避開口渴癥患者及肥胖人群[22]。

在此基礎上，本實驗進一步分析探究了辣味刺激唾液分泌量的收集方法。唾液采集常見方法有自然流取法、口中轉動棉柱法、口中咀嚼棉柱法[23-24]。咀嚼法通過咀嚼肌、顳下頜關節、牙周韌帶等刺激唾液腺分泌唾液，干擾刺激唾液分泌量；口中轉動棉柱法也對唾液腺有一定的刺激作用[25]。由此，選取自然流取法收集一次唾液，口腔清理海綿棒進行二次收集，品評盒刺激前后重量之差與清潔棒前后重量之差的總和為刺激唾液總量。有研究發現人11:30 的唾液流率高于8:30 的唾液流率[26]，并且唾液流率在健康無刺激的狀況下，唾液流率會隨著年齡增長而降低[15]，因此構建受試團隊時選取同一個年齡段的受試人員，在規定時間進行品評測試。

由此本實驗通過探究辣味強度與人食辣后引起的生理反應之間的數量關系，構建了以食辣的唾液流率生理指標對辣度快速分級的方法。構建此分級辣度的方法，與已有的儀器測定法、感官評定法相比，較大幅度地降低了食品辣度定級時間。通過收集5～10 人食辣后唾液分泌量，結合辣味強度與唾液流率之間的數量關系即可快速對測試者所嘗食物辣度進行分級[27-30]；在準確性上，經過驗證發現該方法與感官評定法處于同一量度等級，能基本反映出人食辣后的真實辣度感受。但此方法只適用于單一辣椒素對人體唾液造成的刺激，日常生活中的辣味食品大多都不是由單純的辣味組成，都是由兩種或兩種以上味道復合而成，不同味之間的相互作用對辣味的最終感受有很大影響。辣椒素不僅刺激唾液的分泌，還可能會對舌面溫度、心跳速率等產生影響，其余的生理指標也可在后續試驗中進一步探討。