Изучение взаимного синергизма сладкого, горького, соленого и кислого вкусов для проектирования заданного вкусового профиля

УДК 664/045

Изучение взаимного синергизма сладкого, горького, соленого и кислого вкусов для проектирования заданного вкусового профиля

В.И. Щебелев; Ю.И. Сидоренко, д-р техн. наук, профессор Московский государственный университет пищевых производств

Реферат

Был проведен эксперимент по изучению взаимного синергетического влияния различных веществ, формирующих сладкий, соленый, кислый и горький вкусовые стимулы. Для изучения синергического эффекта были исследованы четыре вещества: сахароза, поваренная соль, лимонная кислота, кофеин. Для исследования был применен метод математического планирования эксперимента про методу М.М. Протодьяконова. Данный метод заключается в построении многоуровневой многофакторной матрицы эксперимента. Каждый уровень каждого фактора встречается один раз. Данный математический метод подходит для выявления зависимостей в многофакторных экспериментах. Основной целью эксперимента было установление наличия эффекта синергизма между данными веществами, то есть объединенное действие двух или более факторов, действие которых является более сильным, чем сумма действий этих факторов при их раздельном использовании. Данный эффект обладает потенциалом для формирования заданного вкусового профиля продуктов питания и может повысить их конкурентоспособность. Были отобраны эксперты и проверены на наличие вкусового дальтонизма и минимальный порог чувствительности. Проведено ограниченное количество опытов, позволяющих с высокой надежностью получить зависимости влияния каждого из действующих веществ на степень интенсивности различных вкусов. Получены графические и аналитические зависимости влияния концентрации веществ на интенсивность сладкого, соленого, кислого и горького вкусов их смеси. По результатам исследования установлено, что различные концентрации веществ могут оказывать диаметрально противоположное влияние на эффект синергизма в смеси. Учитывая механизм формирования вкуса, можно предположить, что на формирование вкусового стимула влияние могут оказывать не только сенсорно значимые (при их индивидуальном влиянии) вещества, но и сенсорно балластные вещества. Данный вопрос требует более глубокого изучения, так как имеет большой потенциал как в увеличении ассортимента вкусов продукции, так и в снижении их стоимости производства, что имеет большое значение в условиях современного

Ключевые слова

горький вкус; кислый вкус; математическое планирование; органолептический анализ; синергизм; сладкий вкус; соленый вкус; эксперимент; эксперт

Цитирование

Щебелев В.И., Сидоренко Ю.И. (2018) Изучение взаимного синергизма сладкого, горького, соленого и кислого вкусов для проектирования заданного вкусового профиля // Пищевая промышленность. 2018. № 11. С. 96-100.

The study of synergism of sweet, bitter, salty and sour tastes the design of a given flavour profile

V.I. Shchebelev, Ju.l. Sidorenko, Doctor of Technical Sciences, Professor Moscow State University of Food Production

Abstracts

An experimentwas conducted to studythe mutual synergetic effect ofvarioussubstancesthat form sweet, salty, sour and bitter tastestimuli. To study the synergistic effect, four substances were investigated: sucrose, common salt, citric acid, caffeine. The method of mathematical experiment planning was applied.(method by M. Protodyakonov). This method consists in constructing a multilevel multifactorial matrix of the experiment. Each level of each factor occurs only once. This mathematical method is suitable for revealing dependencies in multifactor experiments. The main purpose of the experiment was to establish the presence of a synergistic effect between these substances, that is, the combined effect of two or more factors, the effect of which is stronger than the sum of the actions of these factors in their separate use. This effect has the potential to form a given taste profile of food products and can increase their competitiveness. Experts were selected and tested for taste blindness and a minimum threshold of sensitivity. A limited number of experiments were carried out, allowing to obtain with high reliability the dependence of the effect of each of the active substances on the degree of intensity of different flavors. Graphic and analytical dependences of the effect of the concentration of substances on the intensity of sweet, salty, sour and bitter flavors of their mixture were obtained. The study found that different concentrations of substances can have a diametrically opposite effect on the synergistic effect in the mixture. Taking into account the mechanism of taste formation, it can be assumed that the formation of the taste stimulus can be influenced

not only by sensory (with their individual influence) substances, but also by sensory ballast substances. This issue requires more in-depth study, since it has a great potential both in increasing the range of tastes of products and in reducing their production costs, which is of great importance in today's market.

Key words

bitter taste; expert; mathematical experiment planning; organoleptic analysis; salty taste; sour taste; sweet taste; synergism Citation

Schebelev V.I., Sidorenko Yu.l. (2018) Study of mutual synergism of sweet, bitter, salty and sour tastes for the design of a given taste profile // Food processing industry = Pishhevaja promyshlennost". 2018. № 11. P. 96-100.

Современное товароведение рассматривает проектирование продуктов питания с заданными потребительскими характеристиками в качестве одной из ключевых задач на современном уровне развития пищевых технологий. Современный технологический уровень позволит в ближнесрочной перспективе прейти на технологии обеспечения продовольствием, основанные на принципах персонифицированного питания. Проектирование персонифицированных рационов питания предполагает возможность конструирования продуктов питания с заданными функциональными и психоэмоциональными характеристиками [1].

Функциональные характеристики продуктов питания предусматривают наличие композиции необходимых потребителю нутриентов. Такие композиции активно внедряются в продовольственный оборот уже в настоящее время в виде специального питания для потребителей, занимающихся спортом и фитнесом.

Психоэмоциональные характеристики функциональных продуктов питания должны соответствовать индивидуальным предпочтениям каждого конкретного потребителя. Учитывая широкое разнообразие пристрастий, требуется особая технология, позволяющая выявлять такие предпочтения и удовлетворять их в форме продуктов питания персонифицированного сенсорного качества. Вкус является одним из основных сенсорных характеристик продуктов питания, в значительной степени предопределяющих их потребительскую привлекательность.

Для формирования определенного вкуса продукта питания человек полагался на свои ощущения. Данный метод позволял добиться значительных результатов как в формировании вкуса, так и для определения качества продукта [2]. Сенсорная оценка таких показателей как вкус, запах, цвет, консистенция, проводимая по научно обоснованным требованиям, по чувствительности превосходит многие лабораторные исследования. Достижения органолептики активно используют для создания новых видов и форм продуктов питания.

На сегодняшний день для европейского региона принято выделять

четыре основных вкуса: сладкии, кислый, соленый и горький. В отдельных случаях также выделяют жгучий, терпкий, жирный и металлический вкус. Отдельно для азиатских стран традиционно выделяют вкус умами («насыщенный вкус»), основным источником которого является глутамат натрия.

Сладкий вкус, как правило, ассоциируется с приятным ощущением, чаще всего ощущается при принятии богатой простыми углеводами пищи (сахар или глюкоза). Но то же самое ощущение сладости может возникнуть от многоатомных спиртов (глицерин, сорбит, ксилит), некоторых белковых веществ, аминокислот (аспартам).

Соленый вкус в чистом виде возникает только при потреблении поваренной соли. Другие соли, обладающие соленым вкусом, дают дополнительные ощущения сладкого, горького и кислого. Считается, что главным образом соленый вкус возникает из-за катиона натрия (К|а+).

Горьким вкусом обладают совершенно разные вещества различного строения. Исторически горький вкус ассоциировался с неприятным ощущением и, возможно, с опасностью некоторых растительных продуктов для здоровья. В природе большинство растительных алкалоидов одновременно токсичны и горьки. В качестве эталона для горького вкуса принят кофеин и хинин.

Кислый вкус вызывается целым рядом кислот: соляной, щавелевой, лимонной, винной, молочной и другими. Кислый вкус ассоциируется с величиной рН жидкости. Механизм восприятия кислого подобен восприятию соленого. Ионы оксония возникают при диссоциации кислот. Интенсивность воспринимаемой при оценке кислотности зависит от вида кислоты, причем интенсивность вкуса уменьшается в следующем порядке: молочная, яблочная, винная, уксусная и лимонная кислоты. В качестве эталона для кислого вкуса применяется винная или лимонная кислоты.

Сложность при оценке вкуса возникает в связи со сложным строением сенсорного аппарата человека и взаимным влиянием различных

вкусовых веществ друг на друга. Такой эффект принято называть синер-гетическим. Синергизм представляет собой объединенное действие двух или более факторов, которое является более сильным, чем сумма действий этих двух или более факторов при их раздельном использовании. Заранее спрогнозировать синергети-ческий эффект невозможно.

Исходя из психологии формирования вкусового стимула следует, что для максимально высокого вкусового стимула пищевой комок в ротовой полости должен обладать одновременно всеми четырьмя вкусами. Однако они должны быть сбалансированы между собой. В процессе исследования была высказана гипотеза, что вещества - инициаторы различных вкусов должны оказывать взаимозависимое влияние на формирование как своего вкуса (линейное влияние), так и на формирование параллельного вкуса (вкусовой стимул второго порядка). С учетом того, что все вещества - инициаторы вкусов - действуют одновременно, задача превращается в многофакторную.

Для решения такой задачи была разработана методика исследования, основанная на методе математического планирования эксперимента (метод М.М. Протодьяконова-младшего) [3]. В основу эксперимента легла математическая модель 4-факторного эксперимента на 5 уровнях. В ходе планирования была составлена матрица эксперимента, предусматривающая проведение 25 опытов со смесями растворов вкусовых веществ фиксированной концентрацией. Математическое планирование эксперимента позволяет изучить влияние каждого из действующих факторов на конечную функцию, при этом влияние остальных факторов для каждой частной зависимости нивелируется. В качестве функций рассматривали уровень интенсивности сладости, горечи, кислости и солености смеси веществ по отношению к интенсивности вкусов, обеспеченных только присутствием профильных веществ -инициаторов вкуса.

С целью изучения взаимного синергизма сладкого, горького, соле-

ного и кислого вкусов был проведен эксперимент, который представлял собой попарное сравнение и оценку по принципу «больше-меньше» опытного и эталонного образца. Эталонные образцы вкусов были пронумерованы от 1 до 5 от наименее интенсивного до наиболее соответственно. При сравнении опытного образца с ними эксперт давал бальную (от 0 и выше) оценку интенсивности вкуса, основанную на эталонах. Эталонные образы были приготовлены разбавлением водой до аналогичных концентраций.

Для формирования группы отобранных экспертов, пригодных к вкусовой экспертизе, кандидатов проверяли на вкусовой дальтонизм и минимальный порог чувствительности в соответствии с известной методикой [4]. Кандидаты, прошедшие испытания, допускались к эксперименту.

Число столбцов в матрице соответствует числу значимых факторов, а число строк - числу экспериментов. Диапазон изменения факторов (уровней факторов) приведен в табл. 1.

В основу выбора данных значений концентраций легли оптимальные концентрации растворов, увеличенные в 4 раза. Такое увеличение связано с тем, что при смешивании в равных количествах всех растворов, концентрация каждого вкуса снижается в 4 раза.

Была составлена матрица для 4-факторного 5 уровневого эксперимента. Структура матрицы такова, что каждый уровень любого фактора встречается один раз с каждым уровнем всех остальных факторов. Матрица представлена в табл. 2.

В качестве результирующих функций рассматривали определенные дегустаторами фактические уровни интенсивности сладкого, соленого, кислого и горького вкуса, выраженные в условных баллах. Значения соответствующих функций в каждом эксперименте приведены в табл. 3.

Так как теоретический уровень интенсивности сладкого, кислого, соленого и горького вкуса зависят только от концентрации сахарозы, лимонной кислоты, поваренной соли и кофеина соответственно, то их зна-

Таблица 1

Перечень действующих факторов и их уровни

Действующие факторы Уровни

1 2 3 4 Б

X, ~ Концентрация сахарозы, % масс. 4 12 20 28 40

Х2- Концентрация поваренной соли, % масс. 0,8 1,6 2,4 3,2 4

Х3 - Концентрация лимонной кислоты, % 1,6 2,4 3 3,6 4

масс.

Х4- Концентрация кофеина, % масс. 0,08 0,16 0,24 0,32 0,4

Таблица 2

Матрица эксперимента

№ опыта Концентрации растворов различных вкусовых веществ

X, ~ Концентрация сахарозы, % масс. Х2 - Концентрация поваренной соли, % масс. Х3- Концентрация лимонной кислоты, % масс. Х4 - Концентрация кофеина, % масс.

1 4 0,80 1,60 0,08

2 4 2,40 3 0,24

3 4 1,60 2,40 0,16

4 4 4 4 0,40

Б 4 3,20 3,60 0,32

6 20 0,80 3 0,16

7 20 2,40 2,40 0,40

8 20 1,60 4 0,32

9 20 4 3,60 0,08

10 20 3,20 1,60 0,24

11 12 0,80 2,40 0,32

12 12 2,40 4 0,08

13 12 1,60 3,60 0,24

14 12 4 1,60 0,16

15 12 3,20 3 0,40

16 40 0,80 4 0,24

17 40 2,40 3,60 0,16

18 40 1,60 1,60 0,40

19 40 4 3 0,32

20 40 3,20 2,40 0,08

21 28 0,80 3,60 0,40

22 28 2,40 1,60 0,32

23 28 1,60 3 0,08

24 28 4 2,40 0,24

25 28 3,20 4 0,16

Таблица 3

Дегустационная оценка интенсивности сладкого вкуса опытных растворов

№ Эксперты (баллы) Среднее арифметическое

опыта 1 2 3 4 5 значение (У ) сл

1 1 1 1,2 0,5 0,3 0,8

2 0 0 0 0 0 0

3 1,2 2 1,2 1,6 1,5 1,5

4 1,4 1,8 1,5 1,8 1 1,5

5 0 0 0 0 0 0

6 4 4 4 4 4 4

7 1,5 2 2,5 2 2 2

8 3 3 2,5 4 2,5 3

9 2 2 2,8 1,7 3 2,3

10 2 2 2 2 2 2

11 3 2 2 2,5 3 2,5

12 2 2 1,5 2,7 1,8 2

13 3,1 3,3 3,3 2,7 2,6 3

14 0 0 0 0 0 0

15 0,5 1,5 0,5 1,3 1,2 1

16 5,5 5,5 5 5 5,5 5,3

17 4,5 4 4,5 4,5 5,5 4,6

18 3 4 4 5 4 4

19 4 3 3,5 3 4 3,5

20 4 4,3 4 3,7 4 4

21 4 5 5 4 4,5 4,5

22 3,3 2,7 3 3 3 3

23 4 4 4 4 4 4

24 3 3 2 2 3 2,6

25 3 4 4 4 4 3,8

Таблица 4

Дегустационная оценка интенсивности кислого вкуса опытных растворов

№ Эксперты (баллы) Среднее арифмети-

опыта 1 2 3 4 5 ческое значение (У ) 4 кис'

111111 1

2 3 3 4 4 3 3,4

3 2 3 2 2 2 2,2

4 6 6 5,5 5 5 5,5

Б 4 4 4 4 4 4

6 2 1 1 0,5 0,5 1

7 3 3 2 3,5 3,5 3

8 4 4 4 4 4 4

9 5 5 5 5 5 5

10 4,5 4,5 4 4 3 4

11 1 1 0 1,5 1,5 1

12 3 3,1 4 4 3,4 3,5

13 3 2,7 3,3 3 3 3

14 3 3 3 3 3 3

15 4 4 4,7 4,1 3,2 4

16 1 1 1 1 1 1

17 3 3 3 3 3 3

18 0 0 0 0 0 0

19 5 5 5 5 5 5

20 4 3,4 4,3 4,3 4 4

21 1,8 2 1 2,6 2,6 2

22 3,3 3 3 2,7 3 3

23 2,5 2 2 2 2 2,1

24 5 5 5 5 5 5

25 5 4 5 4 4,5 4,5

Таблица 5

Дегустационная оценка интенсивности соленого вкуса опытных растворов

№ опыта Эксперты (баллы) Среднее арифметическое значение (У ) 4 СОЛ '

1 2 3 4 5

1 1 2 1 1 1 1,2

2 2 3 3 3 2 2,6

3 2 2 2 2 2 2

4 1 1,4 1,6 1,8 1,7 1,5

5 3 3 3 3 3 3

6 4,1 2,9 2 3 3 3

7 2 2 2 2 2 2

8 4 4 4 4 4 4

9 2 2 2 2 2 2

10 1 1 1 1 1 1

11 3 3 2 2,5 2 2,5

12 4 4 4 4 4 4

13 3 2,7 3,3 3 3 3

14 2 1,5 1 1,5 1,5 1,5

15 2 2 3 3 2,5 2,5

16 5 5 5 5 5 5

17 3 3 3 3,5 3 3,1

18 1 1 1 1 1 1

19 2 2 2 2 2 2

20 2 1,5 2 1 1 1,5

21 4 4 4 4 4 4

22 1,5 1,5 2 1 1,5 1,5

23 3 3 3 3 3 3

24 1 1 1 1 1 1

25 5 5 5 5 5 5

Таблица 6

Дегустационная оценка интенсивности горького вкуса опытных

растворов

№ опыта Эксперты (баллы) Среднее арифметическое значение (У ) 4 гор'

1 2 3 4 5

1 0 0 0 0 0 0

2 3 3 3 3 3 3

3 1,5 2 2 2 1,5 1,8

4 3 3 3 3 3 3

5 3 3 3 3 3 3

6 2 2 2 1,8 2,2 2

7 5 5 5 5 5 5

8 2 2 2 2 2 2

9 3 3 3 3 3 3

10 3 3 3 3 3 3

11 4 4,5 4 4 4 4,1

12 0 0,5 1 1,5 1,5 0,9

13 3 3,2 3 3 3,3 3,1

14 2,3 2 2 1,5 2,2 2

15 5 4,3 4 4,6 4,6 4,5

16 3 4 3 3 2,5 3,1

17 2 2 2 2 2 2

18 4 4 3,8 4,5 3,7 4

19 4 3 3 4 3 3,4

20 1 1 1 1 1 1

21 5 5 5 5 5 5

22 2 2 2 2 2 2

23 1 1 1 1 1 1

24 3,5 3,6 2,4 2,5 3 3

25 2 3 3 1 1 2

чения в каждом случае будет соответствовать их значению уровня концентраций, уменьшенной в 4 раза в связи с разбавлением. На интенсивность данных вкусов не должны влиять растворы других вкусов.

После математической обработки результатов были получены частные зависимости каждой функции от каждого значимого фактора. На рис. 1, 2, 3 и 4 приведены графики зависимостей уровней интенсивности сладкого, соленого, кислого и горького вкусов смеси веществ - инициаторов вкуса от концентрации «титульного» вещества, содержавшегося в смеси. На рисунках представлены зависимости, полученные органолептической оценки и их теоретические значения.

Если вещество не вызывает синергизма других веществ, теоретические и экспериментальные данные должны совпадать. При наличии положительного или отрицательного синергизма зависимости будут отличаться.

В результате проведения эксперимента установлено, что все вещества - инициаторы вкуса, использованные в эксперименте, обладают взаимным синергизмом различной интенсивности. При их малой концентрации интенсивность вкуса увеличивается. При высокой же концентрации происходит обратный процесс - вещества подавляют «титульный» вкус смеси.

Из полученных результатов можно сделать следующие выводы:

Сахароза, поваренная соль, лимонная кислота и кофеин обладают взаимным синергизмом.

При низких концентрациях, что соответствует 1-2 уровню действующих факторов, все образцы показали уверенное увеличение интенсивности изначального вкуса смеси.

^"Сахароза -Поваренная соль — Лимонная кислота Кофеин Теор. зав.

1 I I 4 S

Уровень фактора

i г í * s

Уровень фактора

Уровень фактора

1 I i 4 i

Уровень фактора

Рис. 1. Зависимости интенсивности вкусов смесей веществ ~ инициаторов вкуса от их концентраций: А ~ сладость; Б ~ соленость; В ~ кислость; Г - горечь

При средних концентрациях, что соответствует 3 уровню фактора, образцы начинают подавлять сладкий вкус сахарозы и кислый вкус лимонной кислоты. В случаях с соленым и горьким вкусом поваренной соли и кофеина, наблюдается приостановка синергетического эффекта.

Начиная с высоких концентраций (4~5 уровни факторов), у всех образцов наблюдается отрицательный синергизм вкуса различной интенсивности.

На интенсивность сладкого вкуса сильнее всего влияет поваренная соль. Вторым по силе синергетического эффекта является кофеин. За ним следует лимонная кислота.

На интенсивность соленого вкуса примерно равное влияние оказывают кофеин и сахароза. Более слабое воздействие имеет лимонная кислота.

Кислый вкус воспринимается сильнее при незначительных концентрациях поваренной соли, при высокой -происходит сильное угнетение. Сахароза и кофеин оказывают схожее влияние на кислый вкус, но слабее.

Лимонная кислота, сахароза и поваренная соль оказывают на ощущение горечи схожее между собой по интенсивности влияние. У лимонной кислоты наблюдается тенденция к увеличению влияния.

Разработанный метод исследования, основанный на использовании математического планирования эксперимента, позволяет качественно и количественно оценить взаимный синергизм изученных веществ. Для получения более выверенных численных значений необходимо проведение эксперимента на большем числе уровней. При этом необходимо применение физико-химических методов оценки результатов эксперимента (электронный язык). В связи со сложным характером биохимических реакций, происходящих в ротовой полости при взаимодействии вкусовых стимулов с химическими радикалами вкусовых рецепторов, находимо изучить более широкий спектр веществ, формирующих тот или иной вкусовой стимул. Влияние различных веществ, стимулирующих,

например, сладкии вкус может различно синергировать вещества других вкусовых стимулов.

При использовании в качестве инструментальной базы оценки вкусов органолептических методов необходима специальная методика. Это связано со сложностью органолепти-ческого анализа многокомпонентной смеси, содержащей в себе все четыре основных вкуса. При такой нагрузке сенсорная усталость наблюдалась уже после 5~9 образца. Длительные паузы между сериями смесей сказывались и на общей усталость дегустаторов, что в свою очередь, влияло на точность их анализа.

Таким образом, данный метод анализа позволил доказать наличие взаимного синергизма основных четырех видов вкуса, и установить их основные закономерности. По результатам исследования можно говорить о том, что различные концентрации веществ оказывают противоположное действие на эффект синергизма в смеси. Учитывая механизм формирования вкуса можно предположить, что на формирование синергетического эффекта будет влиять выбор конкретного вещества.

ЛИТЕРАТУРА

1. Сидоренко, М.Ю. Персонифицированное питание. - М.: ДеЛи плюс, 2016. -192 с.

2. Матисон, В.А. Органолептиче-ский анализ продуктов питания: учеб-ник/В.А. Матисон, Д.А. Еделев, В.М. Кан-тере. - М.: Издательство РГАУ - МСХА им. К.А. Тимирязева, 2010. - 294 с.

3. Протодьяконов, М.М. Методика рационального планирования эксперимен-та/М.М. Протодьяконов, Р.И. Тедер. -М.: Наука, 1970. - 76 с.

4. Бурова, Т.Е. Оценка сенсорной чувствительности дегустаторов: Учеб. метод. пособие/Под ред. А.Л. Ишевского. -СПб.: НИУ ИТМО; ИХиБТ, 2014. - 42 с.

REFERENCES

1. Sidorenko, M.Ju. Personificirovannoe pitanie. - M.: DeLipLjus, 2016. - 192 s.

2. Matison, V.A. OrganoLepticheskij anaLiz produktov pitanija: ucheb-nik/V.A. Matison, D.A. EdeLev, V.M. Kan-tere. - M.: IzdateL'stvoRGAU - MSHA im. К.A. Timirjazeva, 2010. - 294 s.

3. Protod'jakonov, M.M. Metodika racional'nogo pLanirovanija jeksperimen-ta/M.M. Protod'jakonov, R.I. Teder. - M.: Nauka, 1970. - 76 s.

4. Burova, Т.Е. Ocenka sensornoj chuvstviteL'nostidegustatorov: Ucheb.me-tod. posobie/Pod red. A.L. Ishevskogo. -SPb.: NIU ITM0; IHiBT, 2014. - 42 s.

Авторы

Щебелев Василий Игоревич,

Сидоренко Юрий Ильич, д-р техн. наук, профессор

Московский государственный университет пищевых производств,

125080, г. Москва, Волоколамское ш., д. 11, skorpio96@maiL.ru

Authors

Vasily Shchebelev,

Jury Sidorenko, Doctor of Technical Sciences, Professor

MoscowState UniversityofFood Production, H,VoLokoLamskoe headway,

Moscow, 125080, skorpio96@mai[.ru