柑橘風(fēng)味，作為食品工業(yè)廣受歡迎的天然香氣，其清新馥郁、層次豐富的嗅覺體驗(yàn)備受青睞。然而，不同柑橘精油、濃縮形式及單一活性成分（D-檸meng烯）如何精準(zhǔn)影響大腦的感官與認(rèn)知響應(yīng)，仍是風(fēng)味科學(xué)亟待破解的關(guān)鍵問題。

傳統(tǒng)感官評(píng)價(jià)依賴主觀描述與偏好打分，易受情緒、經(jīng)驗(yàn)和認(rèn)知偏差干擾；且研究表明，超過半數(shù)的風(fēng)味感知屬于無意識(shí)神經(jīng)反應(yīng)，主觀評(píng)價(jià)難以捕捉真實(shí)的潛意識(shí)反饋，缺乏客觀、實(shí)時(shí)的神經(jīng)科學(xué)證據(jù)。當(dāng)前柑橘風(fēng)味研究多聚焦成分分析與基礎(chǔ)感官描述，尚未系統(tǒng)揭示柑橘風(fēng)味及其濃度差異在人腦中的動(dòng)態(tài)響應(yīng)規(guī)律，導(dǎo)致風(fēng)味感知機(jī)制模糊、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，制約產(chǎn)品配方優(yōu)化、品質(zhì)升級(jí)與消費(fèi)體驗(yàn)提升。

浙江大學(xué)團(tuán)隊(duì)采用腦電圖（EEG）技術(shù)，系統(tǒng)探究了 D - 檸meng烯、4 種柑橘原精油及其濃縮形式對(duì)大腦感官與認(rèn)知響應(yīng)的影響，相關(guān)成果發(fā)表于《Food Research International》，題為“Unveiling brain response mechanisms of citrus flavor perception: An EEG-based study on sensory and cognitive responses"。研究招募 20 名健康受試者，采集其嗅聞 9 種柑橘風(fēng)味樣品時(shí)的腦電信號(hào)，重點(diǎn)分析 δ、θ、α、β 波節(jié)律變化、腦區(qū)激活差異及神經(jīng)響應(yīng)與主觀接受度的關(guān)聯(lián)。結(jié)果表明，柑橘風(fēng)味可誘發(fā)大腦顯著的特異性響應(yīng)，δ 波與 α 波為核心響應(yīng)節(jié)律；相較于單一 D - 檸meng烯，柑橘精油能觸發(fā)更復(fù)雜、更強(qiáng)的腦電活動(dòng)；濃縮精油雖主觀接受度略低，卻能誘發(fā)更強(qiáng)的腦區(qū)激活，額葉、中yang區(qū)是柑橘風(fēng)味感知的核心腦區(qū)；同時(shí)，前額葉 δ 波功率與 α 波偏側(cè)化特征，可有效反映柑橘風(fēng)味的主觀接受度，為柑橘風(fēng)味的科學(xué)評(píng)價(jià)與產(chǎn)品優(yōu)化提供了客觀神經(jīng)學(xué)依據(jù)。

文章信息

本研究共納入 20 名健康右利手受試者，男女各 10 名，均無嗅覺過敏、呼吸道疾病及精神疾病史，身體健康。所有受試者在安靜放松、閉眼靜息狀態(tài)下，采用 64 導(dǎo)聯(lián)腦電圖（EEG）系統(tǒng)采集嗅覺刺激過程中的腦電信號(hào)，采樣率為 1000 Hz，帶通濾波范圍為 0–400 Hz。實(shí)驗(yàn)刺激包含 D?檸meng烯、4 種柑橘原精油及 4 種濃縮柑橘精油共 9 組樣品，每組隨機(jī)盲測(cè) 10 μL 香氣，緩慢嗅聞 15 秒，嗅聞結(jié)束后休息至腦電信號(hào)回歸基線。

采用帶通濾波器將預(yù)處理后的腦電信號(hào)劃分為 4 個(gè)頻帶：δ（0.5–4 Hz）、θ（4–8 Hz）、α（8–13 Hz）、β（13–30 Hz）。本研究對(duì)預(yù)處理后的腦電信號(hào)按嗅覺刺激時(shí)段進(jìn)行分段，選取刺激后 7–10 秒穩(wěn)定信號(hào)段用于分析。計(jì)算各頻帶功率譜密度（PSD）曲線下面積（AUC），劃分 額葉、左顳葉、右顳葉、中yang區(qū)、頂枕葉5 個(gè)腦區(qū)，提取各腦區(qū)及全腦的 PSD?AUC 特征參數(shù)。統(tǒng)計(jì)分析采用 Friedman 檢驗(yàn)、Wilcoxon 配對(duì)檢驗(yàn)與 Duncan 事后檢驗(yàn)，結(jié)合 Spearman 相關(guān)性分析，系統(tǒng)比較不同柑橘風(fēng)味、濃度差異及單一成分誘發(fā)的腦電響應(yīng)差異及關(guān)聯(lián)特征。

全腦電信號(hào)響應(yīng)特征

柑橘風(fēng)味刺激可誘發(fā)大腦顯著的特異性電活動(dòng)，δ 波與 α 波為主要響應(yīng)節(jié)律，額葉與中yang區(qū)激活明顯（圖 1、圖 2）。與單一 D - 檸meng烯相比，四種柑橘原精油能觸發(fā)更強(qiáng)、更復(fù)雜、動(dòng)態(tài)性更高的全腦響應(yīng)；濃縮柑橘精油進(jìn)一步提升全腦激活水平，全頻段功率密度顯著高于原精油，神經(jīng)喚醒效應(yīng)更強(qiáng)（圖 1B）。

圖1 不同柑橘風(fēng)味刺激下的大腦感知響應(yīng)

(a) 隨機(jī)選取一名受試者對(duì)九種刺激的腦電功率譜密度結(jié)果(b) 全體受試者針對(duì)九種刺激的平均功率譜密度結(jié)果(c) 7-10 秒時(shí)段內(nèi)九種刺激誘發(fā)腦響應(yīng)的幅值腦地形圖

圖2 全受試者對(duì)九種柑橘風(fēng)味刺激的腦功率總平均變化地形圖

腦電波節(jié)律響應(yīng)差異

四種腦波對(duì)柑橘風(fēng)味響應(yīng)強(qiáng)度不同：δ 波（0.5–4 Hz）與 α 波（8–13 Hz） 活性高，與嗅覺感知、放松狀態(tài)和注意力調(diào)控密切相關(guān)；θ 波、β 波響應(yīng)較弱，組間差異不顯著。其中， 濃縮甜橙精油（H-SEO）、濃縮檸檬精油（H-LEO） 可顯著增強(qiáng)前額葉 δ 波與 α 波功率，顯著高于對(duì)應(yīng)原精油。

圖3 九種柑橘風(fēng)味刺激誘發(fā)腦電波活動(dòng)的方差差異分析

(a) 全頻段（0.1–30Hz）腦總功率針對(duì)九種風(fēng)味刺激的方差差異分析(b) 刺激誘發(fā)四類特征腦電波頻段的功率變化(c)-(f) 依次為 δ 波、θ 波、α 波、β 波四種腦電節(jié)律的功率變化方差差異分析

腦區(qū)激活分布規(guī)律

柑橘風(fēng)味刺激主要激活額葉、中yang區(qū)，前額葉（FP1、FPZ、FP3）為響應(yīng)核心（圖 4）；D - 檸meng烯僅引起較弱的中yang區(qū)激活；原精油顯著增強(qiáng)額葉與中yang區(qū)活動(dòng)；濃縮精油進(jìn)一步放大前額葉激活，激活擴(kuò)散更快、范圍更廣（圖 2）。額葉、中yang區(qū)是柑橘風(fēng)味感知的關(guān)鍵腦區(qū)，參與情緒調(diào)節(jié)與高級(jí)認(rèn)知加工。

圖4 九種柑橘風(fēng)味刺激下不同腦區(qū)腦電活動(dòng)方差差異分析

(a) 不同腦區(qū)對(duì)柑橘風(fēng)味的電生理響應(yīng)方差分析(b) 額葉全頻段（0.1–30Hz）腦總功率針對(duì)九種風(fēng)味刺激的方差分析(c) 額葉各電極受刺激后的腦電總平均功率變化，不同字母表示組間存在顯著差異

時(shí)域動(dòng)態(tài)響應(yīng)特點(diǎn)

嗅覺刺激穩(wěn)定期（7–10 s）內(nèi)，柑橘精油誘發(fā)的腦電活動(dòng)呈先增強(qiáng)、后穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)模式（圖 2）；濃縮精油激活速度更快，7–8.5 s 快速上升，8.5–10 s 維持高強(qiáng)度響應(yīng)；甜橙與檸檬精油的時(shí)序響應(yīng)窗口存在差異（圖 5），反映風(fēng)味解碼的神經(jīng)時(shí)間特征不同。

圖5 關(guān)鍵時(shí)段內(nèi)受試者整體對(duì) SEO、LEO 刺激的腦功率平均變化地形圖

(a) 9000~9400 毫秒顯著時(shí)段內(nèi)，全腦區(qū)域?qū)?SEO 與高濃度 SEO 刺激的響應(yīng)地形圖(b) 8100~8700 毫秒顯著時(shí)段內(nèi)，全腦區(qū)域?qū)?LEO 與高濃度 LEO 刺激的響應(yīng)地形圖

腦電指標(biāo)與主觀偏好的關(guān)聯(lián)

前額葉δ 波功率與柑橘風(fēng)味主觀接受度呈顯著正相關(guān)（圖 6）；α 波偏側(cè)化（左右額葉比值） 與接受度呈負(fù)相關(guān)（圖 7），可作為風(fēng)味偏好的客觀神經(jīng)標(biāo)記。腦電特征能有效反映消費(fèi)者潛意識(shí)偏好，彌補(bǔ)傳統(tǒng)感官評(píng)價(jià)的不足。

圖6 接受度與隱性腦電指標(biāo)的相關(guān)性分析

圖7 感官接受度與額葉 δ 波功率的相關(guān)性

本研究利用EEG 技術(shù)系統(tǒng)揭示了柑橘風(fēng)味、濃縮工藝及單一活性成分（D - 檸meng烯）誘發(fā)的大腦感知規(guī)律。研究證實(shí)，柑橘精油相比單一 D - 檸meng烯能觸發(fā)更強(qiáng)、更復(fù)雜的腦電響應(yīng)；濃縮柑橘精油雖主觀接受度略低，卻顯著增強(qiáng)額葉、中yang區(qū)激活，且δ 波、α 波活性顯著提升，是風(fēng)味感知的核心節(jié)律。同時(shí)，前額葉 δ 波功率、α 波偏側(cè)化特征可有效反映消費(fèi)者主觀偏好，為風(fēng)味評(píng)價(jià)提供了客觀神經(jīng)指標(biāo)。

本研究為柑橘風(fēng)味感知機(jī)制提供了直接的神經(jīng)科學(xué)證據(jù)，也為風(fēng)味的客觀評(píng)價(jià)、配方優(yōu)化提供了新的技術(shù)思路。未來可進(jìn)一步擴(kuò)大樣本規(guī)模，結(jié)合多模態(tài)生理指標(biāo)解析風(fēng)味引發(fā)的情緒差異；深入關(guān)聯(lián)風(fēng)味物質(zhì)組成與腦電響應(yīng)，揭示風(fēng)味感知的分子 - 神經(jīng)機(jī)制；并將 EEG 技術(shù)拓展至更多品類、加工方式的柑橘風(fēng)味研究，為柑橘食品的品質(zhì)升級(jí)與風(fēng)味創(chuàng)新提供科學(xué)支撐。

原文鏈接

研究團(tuán)隊(duì)介紹

關(guān)于維拓啟創(chuàng)

相關(guān)產(chǎn)品