熟水的特性研究

毛磊红，云春艳，孙 敏

（1.上海康识食品科技有限公司，上海 201103；2.上海应用技术大学，上海 201418）

水是维持人体生命活动的物质基础，是机体需求量最大、最重要的营养素[1]。足量饮水维持适宜水合状态对于人体健康具有十分重要的意义[2]。自古以来，我国居民就有喝白开水的习惯，即将饮用水煮沸、晾凉后饮用。明代医药学家李时珍在《本草纲目》中也记载了太和汤，即沸水，性平、无毒，是一味良药[3]。区别于未煮沸的“生水”，白开水可称为“熟水”，研究表明熟水更安全卫生且有助于疾病预防，尤其是消化道疾病[4]。中国营养学会颁布的《中国居民膳食指南（2016）》建议，一般情况下，成年人每天饮水量在1 500～1 700 mL，提倡饮用白开水和茶水[5]。

近年来，瓶装水市场出现了“熟水”这一新的细分领域，根据中国饮料工业协会发布的《熟水饮用水》团体标准，熟水饮用水是指以符合GB 19298中原料要求的水为生产用水，经过不低于100℃加热杀菌等工序制成的包装饮用水[6]。因切合消费者从小就有的饮水习惯，熟水包装饮用水上市以来备受青睐，除了与常规包装水相比，熟水安全性能更好外，消费者普遍认为，熟水更温和，更解渴，更好吸收，因而活性更好，更健康。然而，对于熟水是否更好吸收，熟水的感官评价的相关研究仍不足。拟从水分子团簇大小、水甘甜感、解渴与吸收性、消费者喜好度等方面探讨熟水的特性，为饮用水的研究提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验样品

不同处理的水样品（K1～K4），上海康识食品科技有限公司提供；J1样品，市售其他品牌熟水包装饮用水。

试验样品信息见表1。

表1 试验样品信息

1.2 主要仪器与设备

Bruker 400 MHz AVANCE 111型核磁共振仪，瑞士Bruker公司产品。

1.3 试验条件

1.3.1 水分子团簇理论模拟

使用Vienna Ab-initio Simulation Package（VASP）对96个H2O组成的体系，使用密度泛函理论（DFT）进行分子动力学模拟。首先，对冰的晶体结构在极短时间内（0.1 ns）加热到500℃，得到水的无定形结构；对该结构分别在不同温度下（100，125，135℃）进行分子动力学模拟，每一步的时间间隔为1 fs，共计算了1 000 000步，即1 ns。以水分子中氧原子为中心，求解3个处理温度、室温25℃和0℃下径向分布函数[7-8]。

1.3.217O核磁共振（NMR）氧谱半峰宽检测

扫描次数（NS）4 000次，延迟时间0.2 s，17O核的共振频率为54.243 MHz。具体操作为100μL样品+400μL氘代试剂（氘代水）进行前处理后直接上机测试，参数设置：采集脉冲程序zg，扫描总次数（NS）1 024，ch.1的频率（O1）0，F1通道-90度高功率（P1）12[9]。

1.3.3 饮用水甘甜感成对比较试验

饮用水甘甜感感官试验采用成对比较法（GB/T 12310感官分析 成对比较检验）[10]，甘甜感定义为入口时类似甜味的感受。每次试验2个样品，评价员为经过筛选的30人（男女各15人）。

1.3.4 饮用水解渴与吸收感官试验

对于解渴的评估，可参照口渴程度的主观评估方法[11]。饮用水解渴感官试验采用的评分法，消费者型评价员60人（男女各30人）。要求测试前2 h禁食禁水，测试分2 d进行，每天测试1个样品。吸收性通过评价志愿者饮水后的胀肚程度来反映。

口渴程度9点标度见图1，胀肚程度9点标度见图2。

图1 口渴程度9点标度

图2 胀肚程度9点标度

测试时，请志愿者先根据当前的口渴程度按9点打分法（见图1）打分，随后给予志愿者200 mL饮用水样品1杯，要求志愿者全部喝完，喝完后根据口渴程度和胀肚程度（图2）进行9点打分，收走志愿者评价表并计时。20 min后志愿者再次对当下的口渴程度和胀肚程度进行9点打分。第2天所有志愿者重复该试验流程，样品换成另一个饮用水样品，其余操作都与第1天保持一致。

1.3.5 饮用水消费者喜好实验

饮用水消费者喜好试验采用排序法（GB/T 12315感官分析方法学排序法）[12]，消费者型评价员100人（男女各50人）。受试者根据提示认真感受饮用水的综合感觉，根据自己对样品的喜好程度由弱到强排序。

所有感官试验数据处理使用中国标准化研究院感官分析软件APPsense完成。

2 结果与分析

2.1 水分子团簇研究

饮用水中不仅存在游离状态的水分子，还存在以氢键链接形成的不同大小的水分子团簇。水的这种团簇结构与其黏度、表面张力、沸点、热容量等性质密切相关[13]。有研究表明，水分子中团簇结构越小越利于吸收，活性越强[14]。试验通过分子模拟的方法对不同热处理温度下水分子团簇进行理论模拟，利用17O NMR检测氧谱半峰宽进行饮用水中水分子团簇大小的表征[15]。

2.1.1 水分子团簇理论模拟

对不同处理温度下（100，125，135℃）进行水分子的动力学模拟，以水分子中氧原子为中心，求解3个处理温度、室温25℃和0℃下径向分布函数。

不同处理温度下水中氧原子的径向分布函数图见图3。

图3 不同处理温度下水中氧原子的径向分布函数图

径向分布函数图中显示，不同处理温度下曲线的3个峰值都出现在r=2.78Å，4.55Å，6.44Å处，与0℃与25℃的情况进行比较，3个处理温度下水分子六面体结构中3个径向距离略微右移，表明加热处理O与O原子之间距离变大，但并未形成新的团簇结构。r=2.78Å时，可以发现径向分布函数值100℃〉125℃〉135℃，说明温度越高，水分子之间距离的分布越广，原有分子间氢键破坏的可能更高，形成新团簇的可能性也越高。总体而言，在不同热处理温度下，得到的径向分布函数差别不大。在模拟的1 ns过程中，没有出现表征其他团簇结构的峰。这可能由于新团簇形成及稳定需要时间，量化计算难以实现长时间的模拟。

2.1.2 核磁氧谱半峰宽检测

对所有试验样品进行17O NMR检测半峰宽。

饮用水17O核磁氧谱半峰宽见表2。

表2 饮用水17O核磁氧谱半峰宽

由表2可知，所有水样品核磁氧谱半峰宽都小于100 Hz，均可认为是小分子水，但目前对于小分子水的研究仍存在争议[16]。不同热处理后饮用水样品17O核磁氧谱半峰宽并没有明显差异，受检测方法的限制，从目前的数据来看，较难判断熟水的分子团簇更小。综上，对于水分子团簇的理论模拟和试验检测都存在局限性，难以从分子团簇大小的角度解释熟水的生物活性。

2.2 感官评价

饮用水感官评价是评价饮用水品质的一项重要手段，饮用水感官不仅是水质的综合反映，也是人类选择饮用水的重要影响因素[17]。从甘甜感、解渴与吸收性、消费者喜好度等方面对熟水进行感官评价。

2.2.1 饮用水甘甜感

饮用水对人的感官刺激非常微小，水中的有机或无机离子可能带来一些滋味感觉[18]。有研究认为，饮用水后水冲掉了味蕾上甜味受体的抑制剂，从而产生甜的滋味感觉[19]。众多消费者认为熟水饮用水口感更甘甜，甘甜感可以作为熟水的口感特性之一。为此，试验设计成对比较感官评价以探讨未加热的水与热处理之后的水之间（K1 vs K4），不同热处理熟水之间（K2 vs K4）的甘甜感差异。

饮用水甘甜感成对比较试验结果见表3。

表3 饮用水甘甜感成对比较试验结果

由表3可知，对于同一品牌的水样品，不同热处理条件下的产品甘甜感在统计学上没有显著性差异，但是更多的感官评价员认为熟水样品较未加热样品更甘甜（K4〉K1），更高温度处理的熟水样品更甘甜（K4〉K2）。

2.2.2 解渴与吸收性

日常饮水最重要的作用是补充水分、缓解口干口渴等不适，我国民众普遍认为熟水更为解渴且好吸收不胀肚。为此，试验设计解渴与吸收感官试验探讨未加热水与熟水（K1 vs K4）在解渴与吸收方面的差异。

口渴程度和胀肚程度平均分见表4。

表4 口渴程度和胀肚程度平均分

根据《中国居民膳食指南》推荐，成人1 d饮水1 500～1 700 mL，7～8杯，建议饮用白开水。除去睡眠8 h，剩余1日16 h中约每2 h饮水200 mL左右。因此，试验中要求志愿者禁水禁食2 h后给予200 mL饮用水。从表4结果来看，禁水禁食2 h后志愿者都处于比较口渴需要补充水分的状态，平均分为7分左右，饮水200 mL后口渴程度显著降低，平均4分左右；饮水20 min后口渴程度略升高，平均分为5分左右。但从平均分来看，样品K1和K4对志愿者口渴程度的影响并没有显著性差异，这主要由于个体差异大，志愿者饮水前的口渴程度差别明显。因此，以每位志愿者每次禁水禁食2 h后，饮水前的口渴程度打分为各志愿者口渴程度的100%，分别计算饮水后0 min时的口渴程度和饮水后20 min时的口渴程度。

饮水后口渴程度比较见图4，饮水后胀肚程度比较见图5。

图4 饮水后口渴程度比较

图5 饮水后胀肚程度比较

饮用K1样品、K4样品后，志愿者口渴程度从100%分别下降到56.8%，56.3%，2个样品之间差异不明显；但20 min后，K4样品的口渴程度为70.3%，低于K1样品7%，说明K4样品饮用后缓解口渴效果更好，时效更长。

比较饮用200 mL样品后的志愿者胀肚程度的评分发现，K4样品饮用后0 min，饮用后20 min胀肚程度得分都低于K1样品饮用后的胀肚程度得分。将每位志愿者饮水0 min后的胀肚程度得分作为100%，计算各位志愿者20 min后的胀肚程度。由图5可知，20 min后K1样品的胀肚程度下降到88%，而K4样品的胀肚程度下降到76%，可以表明K4样品吸收较K1样品好，因而相同时间内胀肚程度下降更多。

综上可得出，饮用熟水样品K4后比饮用未加热样品K1后的口渴程度和胀肚程度都低，可以表明熟水比未加热的水更解渴，更易吸收。

2.2.3 消费者喜好度

消费者对饮用水的接受性和喜好度是影响选择饮用水的重要因素[20]。熟水包装饮用水上市后获得众多消费者的青睐，为探究不同饮用水是否存在消费者喜好度差异，试验设计喜好度排序感官试验探究消费对同一品牌未加热水与熟水、不同品牌熟水（K1，K4，J1）的喜好情况。

饮用水消费者喜好排序试验结果见表5。

表5 饮用水消费者喜好排序试验结果

试验招募100名消费者，共收集有效结果99份，按照喜好度从弱到强排序为J1〈K1〈K4，即消费者最喜欢的是样品K4，其次是样品K1，J1，但从统计学来看3个样品在消费者喜好度上没有显著性差异（p〉0.1）。结合表3甘甜感成对对比较结果而言，熟水K4在甘甜感和消费者喜好度上都优于未加热水K1，可推测甘甜感是影响消费者喜好的因素之一。消费者对不同品牌的熟水也可能存在喜好性差异，后续可以进一步扩大样本量，进行消费者接受性感官评价，以指导熟水产品的开发。

3 结论

研究从水分子团簇大小及感官评价的角度探讨熟水的特性。热处理对水分子团簇大小影响不大，水分子团簇大小的理论模拟和实验检测都存在局限性，尚不能确定熟水是因为具有更小的水分子团簇而比未加热水活性更好。感官评价结果表明，熟水在甘甜感、解渴与吸收性以及消费者喜好度上都优于未加热的水，这些可能是熟水饮用水受到青睐的原因。对于熟水的感官特性分析以及消费者喜好度与感官特性之间的关系仍有待后续进一步研究。