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  • Jay Helsing

食品感官属于强度属性还是广度属性?

陈建设,师锦刚

物理学中把材料性质根据其表现特征分为强度性质和广度性质两大类。所谓的强度性质是指那些与材料的数量无关的性质,常见的比如温度、密度、硬度、浓度、色彩等。而广度性质则泛指那些与材料的数量有关的性质,必如重量、体积、某种物质的含量等。那么食品的感官属性(或者常说的感官性质)是强度性质呢还是广度性质呢?这是感官科学一个基础性的问题,很值得我们思考。


从许多事实看,食品感官作为食品材料的本质属性具有明显的强度属性特征,它的体验强度与食品材料的数量或体积无关。例如,我们品尝饮料甜度的时候,与喝一大口或者喝一小口的关系不大,消费者都能够根据自己的经验准确判断出饮料甜度(甜味剂的浓度)的强弱。又比如,当我们判断一个食品的硬度、脆性、或一个饮品的黏度、稠度的时候,也同样体现出强度属性的典型特征,与入口食品的量没有必然的联系。

另一方面,消费者在表达或描述食品感官体验时,也基本体现出强度属性的特征。消费者常常会在“很甜到不甜”、“很硬到很软”、“很脆到不脆”、“很稠到很稀”之间以不同的程度等级予以定性描述。如果需要分值量化时,也是以无量纲的相对数值表达,以进行相对比较,不受食品的体积或重量因素的影响。


从上述两点来分析,食品的感官无疑属于强度属性(或者强度性质),这一点,也符合进化论的观点,作为体格优势不大的陆地动物,感官进化的作用是快速判断食物的可食性和品质(密度)。至于营养的数量,人类则通过大脑的稳态系统来确定并调节,而非感官维度。

但是食品感官的体验过程中却存在一个十分矛盾的现象。许多研究已经证实,现实生活中存在所谓的味觉超人(Super taster)。这类超级品尝者有着比常人更多的或者更灵敏的味蕾,因而对味觉感知有着超越常人的敏感性,或者超低的感官阈值(见图1)。这说明大脑所获取的感官刺激生理信息的强度除了与刺激物的浓度有关外,也与味蕾的数量成正相关,这个关系违背了强度属性的基本原理,更表现为广度属性的特征。由此,我们推测食品感官是一个强度属性的感官刺激经由生理信息的广度(信息流量=浓度 x 受体数量x流速(注意力))转换进而以强度特征表达的过程。


图1 味觉超人与普通消费者之间的区别在于前者的舌表面有十分丰富的味蕾分布,使得他们可以最大限度的品尝味觉刺激。由此可见,大脑获取的感官刺激生理信息具有广度属性的特征。

作者认为,作为感官过程的第一步是食品材料对感官受体(包括味蕾、机械受体、温度受体、痛觉受体等)的刺激。感官受体感知到的应该是食品的强度性质,包括化学性质、机械性质、微结构等都属于强度性质。而从感官受体的强度刺激到大脑接收的生理或神经信号,则有一个强度到广度的转换。大脑神经信号的强弱直接决定了感官刺激的强弱,在脑神经科学研究中一般以大脑的血流量或者耗氧量来表达,其强度大小在记忆中食物愉悦或者危害的注意力强度(系数)设定下,则直接取决于感官受体的数量(或者敏感度),具有典型的广度性质的特征。大脑信号的感官解释或者感官表达的转换机理,目前我们知道的还很少,但是很显然的是,消费者的感官描述应该是依据大脑神经信号的强度,并以强度属性的特征予以表达的。例如,利用功能磁共振技术观察大脑响应强度既是用观察脑区的血流量(耗氧量)来表达。如图二所示,通过对大脑目标脑区的成像观测,感官生理信息已经被具有强度属性特征的血流动力学反应信号(BOLD)所体现,其强度大小与消费者的脂肪感官的强度成正相关关联。


图2 功能磁共振观察网络眶额皮质层中部和前扣带脑皮质的血流动力学反应(BOLD)与主观评判质构愉悦值之间的关联。(Rolls, E. T. (2011). The neural representation of oral texture including fat texture. Journal of Texture Studies, 42, 137–156. https://doi.org/10.1111/j.1745- 4603.2011.00296.x)

由以上的分析,我们有理由得出这么一个初步的设想(结论),感官作为一个复杂的人对外界物理和化学刺激的响应过程,包含多重的内部信息转换机制。首先,感官属性相对应的材料性质(或刺激)属于强度性质,而感官属性的表达也具有明显的强度属性的特征,但是从受体刺激到大脑神经信号转换阶段可能存在强度属性到广度属性的转换。如图3的示意图所示,食物刺激作为强度性质被不同的感官受体所检测(Ix),其独立的生理信号汇集到大脑目标区形成整合的感官生理信息(Q = kIx),然后以强度属性(S)被表达。整个过程从刺激到认知分析到感官表达,三个相对独立的过程,包含了强度到广度再到强度的转换。心理物理学研究巧妙地将这个复杂过程简单化,著名的Stevens定律,S = k (I/Io)n,无视感官信息转换的中间过程,成功将感官刺激强度和感官强度直接相关联,在感官实践中得到广泛的应用(Chen,J., Tian, S., Wang, X., Mao, Y., Zhao, L. (2021). The Stevens law and the deviation of sensory perception. Journal of Future Foods, 1, 82-87)。


图3 食物刺激作物强度属性被受体感知,其大脑的认知则依据广度属性(接收受体的信息量)认知,并最终以强度性质的形式予以表达,Q代表由独立受体刺激信息整合形成的感官生理信息。其感知刺激(I)→认知→感官(S)的心理物理学过程则可以由经典的Stevens定律,S = k (I/Io)n, 来描述。

当然,也有一些感知并没有上述的强度广度转换的现象。一个很简单的例子是皮肤表面的热感应受体用于直接感受到接触物质的冷热程度。但是当温度超出我们的舒适范围,而产生不舒适感觉甚至痛觉的时候,其广度特征就变得非常明显。

需要指出的是,味觉受体与刺激物并非只是一一对应的关系。当前感官的一个研究热点是对多种刺激物响应广泛响应受体的研究。人类对刺激物的感知是一个综合的自上而下期待和自下而上认知的过程,不同种类的刺激物之间通过神经系统的相互作用也会对感知的强度产生影响。

作者介绍

陈建设,浙江工商大学食品口腔加工与感官科学研究所所长,博士生导师,国际食品科学院院士


师锦刚,伊比西(北京)植物药物技术有限公司董事长、首席产品架构师,浙江工商大学食品与生物工程学院兼职博士生导师



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