基于電子舌對不同品種鮮蓮子滋味成分的分析

楊銀愛，郜海燕，牛 犇，陳杭君

（浙江省農業科學院食品科學研究所，農業農村部果品采后處理重點實驗室，農業農村部蔬菜采后保鮮與加工重點實驗室（部省共建），浙江省果蔬保鮮與加工技術研究重點實驗室，中國輕工業果蔬保鮮與加工重點實驗室，浙江杭州 310021）

蓮子（Semen nelumbinis）是睡蓮科水生草本植物蓮的種子，采摘于7～9 月，具有多種營養成分和功效[1]。不同品質特征蓮子適宜的加工和食用方式不同，前期研究表明適合鮮食的蓮子具有果皮黃綠有光澤，含水率高，還原糖含量、可溶性蛋白含量和硬度低等特性[2]。相關報道顯示，‘武植子蓮2 號’、‘太空蓮35 號’適合鮮食，‘建選35 號’、‘建選17 號’、‘武植子蓮1 號’適合加工[3-5]。

近年來，鮮食蓮子的市場需求量越來越大，而滋味是影響消費者對鮮食蓮子喜好程度的重要因素，目前尚未有針對蓮子滋味的研究。滋味總體可分為酸味、甜味、苦味、咸味、鮮味、澀味，其受水分、可溶性固形物、可溶性糖、可溶性蛋白、游離氨基酸、總酚、類黃酮、總酸等多種化學成分含量及相互作用的影響。可溶性固形物指果汁中所有溶解于水的化合物的總稱，包括糖、酸、維生素、礦物質等，對果蔬的糖酸比有重要影響。任新東等[6]研究表明5 種櫻桃的甜味與可溶性固形物含量呈正相關。陳琳等[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、糖組分及有機酸含量。可溶性糖的種類和含量比例是決定蓮子甜度與風味品質的關鍵因素[8]。游離氨基酸是重要的呈味物質之一，根據呈味特征，可將游離氨基酸分為鮮味氨基酸、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為氨基酸。劉亞軍等[10]表明茶湯中的主要呈味物質包括總多酚、游離氨基酸以及可溶性蛋白。類黃酮是重要的澀味物質。Scharbert 等[11]研究表明，紅茶中的類黃酮呈現出天鵝絨般的柔和澀感。水分影響果蔬的滋味品質一方面是通過影響滋味物質的濃度，另一方面是通過影響水解酶的活性來影響大分子物質水解為氨基酸、可溶性糖、簡單兒茶素等滋味物質的能力。直鏈淀粉含量通過影響蒸煮蓮子彈性和軟硬度影響蓮子的食味品質[12]，但對鮮食蓮子的影響未見相關報道。

蓮子化學成分含量受品種影響[13]。胡裕鳳等[4]分析‘武植子蓮1 號’、‘武植子蓮2 號’與其他12 個主栽子蓮品種的營養品質性狀，發現‘武植子蓮2 號’的綜合品質最好。鄭寶東等[14]研究22 個蓮子品種的營養成分，結果表明蓮子氨基酸組成品種間差異很大。Sun 等[15]研究發現淀粉含量在‘CA’和‘JX’兩個品種中顯著不同。為此，確定不同品種蓮子滋味物質含量及其對不同滋味的貢獻具有重要意義。本研究測定‘果蓮1 號’、‘果蓮2 號’、‘果蓮3 號’、‘滿天星’四個蓮子品種滋味物質含量，結合電子舌技術，找出區分不同品種蓮子的特征滋味和特征滋味物質，并確定直鏈淀粉與其余滋味物質的關聯度，明確直鏈淀粉對新鮮蓮子的作用，為鮮食蓮子滋味的進一步研究和不同蓮子品種區分技術的改良提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

‘果蓮1 號’、‘果蓮2 號’、‘果蓮3 號’、‘滿天星’四個品種蠟熟期鮮蓮 杭州蓮誼農業開發有限公司提供；無水乙醇（純度99.5%）、氫氧化鈉（純度95%，藥用級）、考馬斯亮藍G-250、亮氨酸 上海麥克林生化科技有限公司；硝酸鋁、苯酚、濃硫酸（純度98%）、活性炭、乙酸（色譜級）、乙酸鈉、茚三酮 上海凌峰化學試劑有限公司；蘆丁、福林酚、沒食子酸、碘 上海源葉生物科技有限公司；牛血清蛋白上海伯奧生物科技有限公司；蔗糖 上海阿拉丁生化科技股份有限公司；葡萄糖、酚酞 江蘇強盛功能化學股份有限公司；L-谷氨酸鈉（純度≥98%，優級純）、單寧 國藥集團化學試劑有限公司；DL-蘋果酸（純度≥99.5%） 福晨（天津）化學試劑有限公司；碳酸鈉、NaCl（純度＞99%） 生工生物工程（上海）股份有限公司；除特別說明外，其余試劑均為分析純。

HB43-S 鹵素水分測定儀 上海梅特勒-托利多儀器有限公司；LB32T 糖度計 廣州市速為電子科技有限公司；熱電Fresco17 高速冷凍離心機 美國Thermo 公司；電熱恒溫鼓風干燥箱 上海森信實驗儀器有限公司；cTongue 電子舌 上海保圣實業發展有限公司；Cintral 20 紫外-可見分光光度計 澳大利亞GBC 公司；ME103E 電子天平 瑞士梅特勒-托利多儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品前處理 取完整、無機械損傷蓮子的果肉部分，液氮研磨充分后置于-80 ℃冰箱，用于類黃酮、可溶性蛋白、可溶性糖、游離氨基酸、總酚、直鏈淀粉含量測定和電子舌檢測。

1.2.2 含水率的測定 參考肖尚月等[16]的方法，將新鮮蓮子果肉切成約0.5 cm×0.5 cm 的正方體顆粒，采用水分測定儀測定，選擇適宜carrot powder 模式，加入約0.5 g 蓮子果肉，運行方法直至終點后讀取數值。

1.2.3 可溶性固形物含量的測定 參考蔡繼業等[17]的方法，采用LB32T 糖度計測定，取10 顆蓮子果肉部分擠汁進行測定，結果以百分數表示。

1.2.4 類黃酮含量（Flavonoids Content，FC）的測定

參考姜天甲[18]的方法，準確稱取0.1 g 新鮮蓮子果肉粉末，用1.5 mL 80%乙醇溶液提取，振蕩混勻后離心。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，混勻，放置15 min 后測定510 nm 處吸光值。使用蘆丁制備的標準曲線（0.1、0.2、0.3、0.4、0.5 mg/mL）按式（1）定量FC，以100 g 蓮子果肉中所含類黃酮相當于蘆丁當量（Rutin Equivalent，RE）表示：

式中，P—黃酮質量濃度，mg/mL；N—稀釋倍數；V—提取液體積，mL；M—蓮子粉末質量，g。

1.2.5 總酚含量（Total Phenolic Content，TPC）的測定 采用福林酚法測定[18]。準確稱取0.1 g 新鮮蓮子果肉粉末，加入1.5 mL 50%乙醇，超聲提取30 min，離心取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%碳酸鈉，搖勻反應60 min，765 nm 處測定吸光值。使用沒食子酸制備的標準曲線（0.01、0.02、0.03、0.04、0.05、0.06 mg/mL）按式（2）定量TPC，以100 g 蓮子果肉中所含總酚含量相當于沒食子酸當量（Gallic Acid Equivalent，GAE）表示：

式中，P—總酚質量濃度，mg/mL；V—提取液體積，mL；N—稀釋倍數；M—蓮子粉末質量，g。

1.2.6 可溶性蛋白含量的測定 參考邵洋洋等[19]的方法測定可溶性蛋白含量。

1.2.7 可溶性糖含量的測定 參考嚴銳等[20]的方法測定可溶性糖含量。以標準蔗糖溶液繪制標準曲線，得標準曲線方程為y=0.003672x+0.02244，R2=0.9939，通過標準曲線計算得可溶性糖含量。

1.2.8 游離氨基酸含量的測定 采用茚三酮顯色法測定游離氨基酸含量[21]。取0.5 g 新鮮蓮子果肉粉末，加入7 mL 蒸餾水，1 g 活性炭，100 ℃水浴15 min，4000 r/min 離心15 min。取1 mL 上清液，依次加入1 mL 蒸餾水、1 mL 乙酸-乙酸鈉溶液、1 mL 茚三酮溶液，100 ℃水浴15 min，冷卻至室溫后定容至25 mL，搖勻靜置15 min，570 nm 條件下測定吸光值。用亮氨酸制備100 μg/mL 氨基酸標液（0、10、20、30、40、50、60 μg/mL），按式（3）計算游離氨基酸含量：

式中，M'—由標準曲線求得氨基酸質量，μg；V—樣品提取液總體積，mL；Vs—測定時所取樣品提取液體積，mL；M—樣品質量，g。

1.2.9 直鏈淀粉含量的測定 參考顧曉敏等[22]測定直鏈淀粉含量。

1.2.10 總酸含量（Total acid content，TAC）的測定參考國標GB/T 12456-2021《食品中總酸的測定》的酸堿指示劑滴定法。取1 g 新鮮蓮子果肉粉末，用無CO2的蒸餾水將樣品溶解到100 mL 容量瓶中，75～80 ℃水浴0.5 h，冷卻、定容、過濾，濾液備用。取8 mL 濾液，加入2 滴酚酞，用0.01 mol/L 標準NaOH溶液滴定至微紅色30 s 不褪色，記錄用量，同時做空白實驗，按下式計算總酸含量：

式中，V1—滴定時所消耗的NaOH 標準溶液，mL；V—樣品提取液總體積，mL；Vs—滴定時所取濾液體積，mL；c—NaOH 滴定液濃度，mol/L；V0—滴定蒸餾水消耗的NaOH 溶液體積，mL；m—樣品質量，g；f—折算系數，g/mmol（以蘋果酸計）。

1.2.11 電子舌檢測 參考王俊魁[23]的方法。取3.0 g新鮮蓮子果肉粉末，向其中加入100 mL 蒸餾水，超聲15 min，將液體分裝于50 mL 離心管，10000 r/min、4 ℃離心20 min。取15 mL 濾液倒入進樣燒杯中。設置6 個傳感器的靈敏度為1E-3、1E-4、1E-5 或1E-6，使信號最大值位于0.5～10，單個樣品檢測總時長為156 s。每個樣品重復測定5 次，取信號值穩定的3 次結果進行分析，得不同品種蓮子滋味差異。

以DL-蘋果酸（0.125、0.25、0.5、1.0、2.0 mg/mL）、葡萄糖（5、10、15、20、25、30 mg/mL）、單寧（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-谷氨酸鈉（0.4、0.45、0.5、0.55、0.6、0.65 mg/mL）標準溶液對酸味、甜味、苦味、咸味、鮮味建模，操作與樣品檢測過程相同，將樣品數據導入模型進行等級區分以獲得樣品不同滋味的強度。

1.3 數據處理

上述實驗所得數據除特殊說明外，均重復3 次，實驗結果以平均值±標準差表示。采用Excel 軟件進行數據處理。通過單因素方差分析（ANOVA）進行Duncan 多重檢驗，P＜0.05 表示差異顯著。數據采用GraphPad Prism 8.0、MetaboAnalyst 5.0、SIMCA 14.1 作圖，SPSSPRO 作灰色關聯度分析，SPSS Statistics 19 作統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同品種新鮮蓮子滋味物質含量

水分、可溶性固形物、可溶性糖、可溶性蛋白、游離氨基酸、總酚、類黃酮、總酸含量等是影響蓮子滋味的重要因素。采后鮮蓮子水分充足[24]，由圖1，四個品種蓮子水分含量較高，約80%。涂田華等[25]研究表明乳熟期鮮蓮含水率≥75%，與本研究中四個品種的蠟熟期鮮蓮的水分含量相近。目前對鮮蓮可溶性固形物的研究較少，‘果蓮2 號’、‘果蓮3 號’、‘滿天星’可溶性固形物含量相近，約9%，顯著高于‘果蓮1 號’（P＜0.05）。四個品種蓮子可溶性固形物含量均低于獼猴桃[26]、芒果[27]等水果，與庫爾勒香梨[28]相近。‘果蓮2 號’、‘果蓮3 號’、‘滿天星’可溶性蛋白含量均超過4 mg/g，顯著高于‘果蓮1 號’（P＜0.05），與蘋果中可溶性蛋白含量相近[29]。不同品種蓮子游離氨基酸含量為50～70 mg/100 g，‘果蓮3 號’游離氨基酸的含量顯著高于‘果蓮1 號’、‘果蓮2 號’和‘滿天星’（P＜0.05），遠低于蓮藕中游離氨基酸總量[30]，表明荷花根部游離氨基酸的積累可能大于種子。總酚和類黃酮影響蓮子的酸澀味。不同品種蓮子總酚含量為60～80 mg GAE·100 g-1，類黃酮含量為100～200 mg RE·100 g-1，與Tu 等[31]研究結果相近。‘果蓮2 號’總酚和類黃酮含量均最高，其次是‘滿天星’、‘果蓮3 號’、‘果蓮1 號’，表明‘果蓮2 號’酸澀味可能最強。蓮子中的可溶性糖指各種可被人類消化利用的糖類物質總和。‘滿天星’可溶性糖含量最高，超過3%，‘果蓮3 號’最低，約2%，表明‘滿天星’的甜味可能最強。四個品種蓮子可溶性糖含量均低于江西廣昌白蓮蓮子可溶性糖含量[32]。總酸是賦予果蔬酸味的關鍵物質，未見關于蓮子總酸含量測定的相關報道。不同品種蓮子總酸含量總體較低，為0.1%～0.5%，表明蓮子中酸味可能不顯著。直鏈淀粉含量影響蒸煮蓮子的食味品質[12]，其對鮮食蓮子的影響尚不明確。‘果蓮1 號’、‘果蓮2 號’、‘滿天星’直鏈淀粉含量較高，均超過60%，顯著高于‘果蓮3 號’（P＜0.05），表明‘果蓮1 號’、‘果蓮2 號’、‘滿天星’的食味品質可能最好。

圖1 不同品種新鮮蓮子的滋味物質含量Fig.1 Content of taste substances in different varieties of fresh lotus seeds.

2.2 不同品種新鮮蓮子的味覺差異分析

電子舌是模擬人的舌頭對待測樣品進行分析、識別和判斷，通過不同種類傳感器，感受不同的化學物質，采集各種不同的信號信息，通過軟件進行分析處理，區分辨識不同性質物質的整體特征，最后給出各個物質的感官信息。主成分分析（Principal component analysis，PCA）可以轉換多變量為單一變量，從而有效篩選變量[33]。如圖2 所示，主成分分析（Principal component analysis，PCA）結果顯示，DI（Defect Index）值為97.85，蓮子滋味可被明顯區分，主成分1貢獻率為49.30%，主成分2 為12.94%。由于總貢獻率為62.24%（＜85%），不能解釋樣品大部分信息，需要采用判別因子分析法（Dynamic factor analysis，DFA）。DFA 通過數學轉換，使同類組群數據間的差距盡可能縮小，不同類組群數據間差異盡可能擴大，以建立數據識別模型，從而分類識別不同樣品種類[34]。DFA 分析結果顯示，DI 值為99.90，四個品種分布在不同區域，無重疊，單個樣品表現出較好重復性，表明DFA 能夠很好區分不同品種蓮子滋味，與Chen等[35]研究結果一致。

圖2 比較不同品種新鮮蓮子滋味的PCA 圖（A）和DFA 圖（B）Fig.2 PCA (A) and DFA (B) comparing the taste profile about different varieties of fresh lotus seeds

2.3 不同品種新鮮蓮子的滋味強度

由于蘋果酸和葡萄糖分別為蓮子的主要酸組分和糖組分之一[36]，故選用DL-蘋果酸、葡萄糖建立酸味、甜味模型。此外，分別采用單寧、NaCl、L-谷氨酸鈉標準溶液建立苦味、咸味、鮮味模型。由圖3A1、圖3B1、圖3C1、圖3D1、圖3E1 可知，不同標準溶液所建PCA 模型的DI 值均大于90，表明不同濃度標準溶液可以區分開，可對其進行DFA 建模。而后采用不同濃度標準溶液對模型進行檢驗，發現不同濃度的標準溶液都落于對應區域，表明五個模型的準確度較高，可用于樣品不同滋味強度的檢驗。由表1，不同品種蓮子的酸味、甜味、苦味、咸味強度相同，分別相當于0.125 mg/mL DL-蘋果酸溶液、10 mg/mL 葡萄糖溶液、0.8 mg/mL 單寧溶液、0.15 mg/mL NaCl 溶液的滋味強度，而鮮味強度存在差異，‘果蓮1 號’的鮮味強度較‘果蓮2 號’、‘果蓮3 號’、‘滿天星’弱，相當于0.45 mg/mL 的谷氨酸鈉溶液的滋味強度。五種滋味中僅鮮味被檢測出存在差異，這是因為四個蓮子品種的酸味、甜味、苦味、咸味差異較小，而鮮味差異稍大，表明cTongue 電子舌對不同品種蓮子各滋味定量評價的能力較弱，不適用于蓮子中各滋味強度的測定。Zhang 等[37]表明鮮味氨基酸、GMP、IMP、琥珀酸二鈉是典型的鮮味物質，而鮮味肽和鮮味氨基酸Amadori 重排產物是新型的鮮味物質。關于蓮子中的鮮味物質有待進一步探究。

表1 不同品種新鮮蓮子滋味強度測定結果Table 1 Determination results of taste intensity of different varieties of fresh lotus seeds

圖3 不同滋味模型建立及準確性檢驗Fig.3 Establishment and accuracy test of models about different tastes

2.4 不同品種新鮮蓮子特征滋味物質的篩選

偏最小二乘判別分析（PLS-DA）可以借助變量的權重區分不同類別的變量[28]，可用于篩選特征滋味物質[38]。使用PLS-DA 分析不同品種新鮮蓮子，數據矩陣（9×4）由4 個樣品中直鏈淀粉、水分、可溶性固形物、可溶性糖、總酸含量和游離氨基酸、類黃酮、總酚、可溶性蛋白含量組成。如圖4 PLS-DA 得分圖顯示，成分1 貢獻率72.9%，成分2 貢獻率24.9%，總貢獻率97.8%，能夠解釋樣品絕大部分信息，前兩個成分能夠區分不同品種蓮子，其中‘果蓮1 號’、‘果蓮2 號’、‘滿天星’較相近。變量重要性（Variable importance，VIP）得分圖顯示了單一滋味物質指標對不同品種新鮮蓮子區分效果的影響。直鏈淀粉、游離氨基酸、類黃酮是對樣品區分效果影響較大的前三種物質，表明該三種物質含量在不同品種新鮮蓮子間存在顯著差異，并對不同品種新鮮蓮子的區分有很大貢獻，其中直鏈淀粉含量貢獻最大。

圖4 不同品種新鮮蓮子PLS-DA 得分圖（A）和VIP 得分圖（B）Fig.4 PLS-DA score plot (A) and VIP score plot (B) of different varieties of fresh lotus seeds

2.5 不同品種新鮮蓮子直鏈淀粉與其余滋味成分的灰色關聯度分析

為了解直鏈淀粉含量與新鮮蓮子中其他滋味物質含量的關聯度，通過SPSSPRO，以直鏈淀粉含量為定量，其余滋味物質含量為變量，分辨系數取0.5[39]，對不同品種新鮮蓮子滋味物質進行灰色關聯度分析， 表2 結果表明，新鮮蓮子中可溶性糖和水分含量與直鏈淀粉含量的關聯度最大，分別為0.829、0.815，表明蓮子中直鏈淀粉可能與可溶性糖和水分之間相互影響。

表2 不同品種新鮮蓮子直鏈淀粉含量與其余滋味物質灰色關聯度分析Table 2 Grey correlation analysis of amylose content and other taste substances in different varieties of fresh lotus seeds

3 結論

本研究發現不同品種蓮子滋味物質含量和滋味均存在差異。不同品種蓮子水分和可溶性固形物含量相近；‘果蓮1 號’直鏈淀粉含量最高；‘果蓮2 號’總酚、類黃酮和總酸含量最高；‘果蓮3 號’可溶性蛋白和游離氨基酸含量最高；‘滿天星’可溶性糖含量最高。在五種基本味中，鮮味的差異最大，‘果蓮1 號’鮮味低于‘果蓮2 號’、‘果蓮3 號’和‘滿天星’。電子舌對不同品種蓮子五種基本味定量評價的能力較弱。不同品種新鮮蓮子的特征滋味物質為直鏈淀粉、游離氨基酸、類黃酮，直鏈淀粉是其中貢獻最大的物質，且其含量與可溶性糖和水分含量的關聯度較大。本研究為鮮食蓮子滋味的進一步研究及不同蓮子品種區分技術的改良奠定基礎。后續可以針對新鮮蓮子的特征滋味和特征滋味物質探究提高蓮子鮮食適宜性的措施，進一步探討特征滋味和特征滋味物質對新鮮蓮子滋味的影響。