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饮用水味感研究的现状及展望

  随着人们生活水平和消费水准的提高,公众对饮用水的品质需求也在发生着变化,在满足饮用水安全卫生的前提下,饮用水的感官性状作为公众判定水质安全性的最直观指标,也是评价饮用水品质好坏的主要方法,直接影响消费者的使用选择。饮用水水源污染加剧以及饮用水处理和输送过程导致饮用水产生感官问题。
  鉴于消费者和市场对饮用水的感官评价提出了新的要求,饮用水的感官评价问题亟待研究。饮用水感官评价中的味道(flavor)主要包括嗅(odors)、味(tastes)和口感(mouth feel)3个方面,国外对这3项划分出了相应的饮用水感官轮图。近年来,有关饮用水味道的研究以嗅的问题为主,而对味和口感(统称味感)的研究则较少。
  Part 1 饮用水味感的影响因素
  饮用水的味感是一个综合性指标,受水中各种离子的含量及其综合作用的影响,同时与水温、水中有机物种类和含量、消毒剂种类和消毒方式等亦存在必然的相关性,属于比较复杂的一种指标。
  本文梳理了目前研究的饮用水无机指标对味感的影响,如表1所示。同时,综合梳理了美国环保署(EPA)的国家一级饮用水法规(NPDWRs)和二级饮用水法规(NSDWRs)中对味感相关参数所设定的水质标准,世界卫生组织(WHO)的指导浓度以及味阈值等参数,如表2所示。
  目前,进行饮用水味感影响因素的研究不多,主要集中在K+、Ca2+、Mg2+、Na+、Si这几种常见的无机元素以及总溶解性固体(TDS)、pH、水温等指标上(表2)。
  能影响饮用水味感变化的有机物种类众多,主要包括农药类、酚类、苯类等有机污染物以及天然有机物(表2)。
  表1 饮用水无机指标对味感的影响
  
  表2 饮用水味感相关参数指标的设定标准/指导值
 
  Part 2 饮用水味感评价方法
  研究所涉及的饮用水味感评价方法均包括在美国公共卫生协会所编制的水和废水检验的标准方法中,主要分为味阈检测法、等级评估法和层次分析法3种方法。
  2.1 味阈检测法
  味阈检测法(flavor threshold test,FTT)是将样品用无味水稀释到不同倍数进行品尝,并让测试人员将样品与无嗅无味水进行比较并记录是否可品尝到味感,以刚好可品尝出水的味感来确定产生该种味感的物质味阈。味阈值(FTN)用式(1)计算。
  
  (1)
  2.2 等级评估法
  等级评估法(flavor rating assessment,FRA)是让每个评测人员在水样的9种描述项中做出选择,其范围为非常喜欢到非常不喜欢。所用的评分和对应的描述项如表3所示。
  表3 FRA评分表
 
  2.3 层次分析法
  层次分析法(flavor profile analysis,FPA)是鉴定和表征水样的单种味道最常用的方法。在FPA中使用表4进行评分。
  表4 FPA评分表
 
  2.4 电子舌/味觉传感器仪器分析法
  电子舌/味觉传感器的选择很大程度取决于所测溶液的组成和复杂性。对于地面水、废水和污水等含有多种无机和有机化合物等成分复杂的水,所采用的测试方法必须具有灵敏性和广泛的选择性,近期报道的基于脉冲电压法的电子舌则被认为具有环境监测的潜力。
  2.5 饮用水味感评价方法的选择
  参考表5,可根据对所评测饮用水的目的和需求对味感评价方法进行选择。
  表5 饮用水味感评价方法
  Part 3 饮用水的味感提升和优化技术
  提高饮用水味感的技术研究目前主要集中在海水淡化水的再矿化研究。现有海水淡化方法制得的海水淡化水矿化度和盐分含量都很低,味感较差,且益于人体的常量、微量元素含量很低,水质稳定性差,对于输水管网而言具有很强的腐蚀性和侵蚀性。因此,海水淡化水必须做恰当的再矿化处理,提高其矿化度以降低腐蚀性,然后再进入给水管网系统。
  海水淡化水通用溶解矿石(以方解石为例)再矿化工艺如图1所示。
 
  图1 基于CO2(或H2SO4)-方解石溶解的海水淡化水后处理工艺示意图
  鉴于消费者对味感优化以及有益微量元素多样化的要求,新种类矿石对海水淡化水等低矿化度水进行再矿化的开发研究应运而生。麦饭石和木鱼石因具有较好的吸附和溶出性能,可在对饮用水中重金属进行吸附的同时溶出对人体有益的微量矿物元素,现被国内视为理想的饮用水味感和水质改善矿石材料。
  Part 4 研究总结与展望
  除以上基于评测人员的3种味感评定方法外,也可使用电子舌/味觉传感器对味感和味感物质进行检测评定。电子舌/味觉传感器测定法是一种仿生仪器分析法,是基于多传感器阵列的液体分析系统,目前用于液体传感的传感器阵列主要基于电化学方法,如电压法、电位法等。这些传感器对于液体中的不同成分具有部分特异性,基于传感器的不同可以分析识别液体中对应的溶解成分。
  (1)目前,涉及饮用水味感的研究较少,未取得一致的结果,且局限于几种常见的无机元素以及pH、TDS等指标,而影响饮用水味感的物质除了某些矿物质,还可能有腐殖质的分解产物及某些微生物新陈代谢的产物、消毒副产物及其残留物等。因此,开展饮用水味感的核心因子研究,筛选关键味感物质,并建立与关键味感物质相关的味感经验评价公式将会是味感研究的重要部分。
  (2)电子舌/味觉传感器等仿生味感测量方法正迅速发展并应用于饮用水领域。传感器响应信号会产生大量数据,在多数情况下具有大量冗余,因此,算法的进一步发展对于最优数据的测量并有效评估是十分重要的。此外,电子舌和人类感觉的组合进行味感评价的技术尚未成熟,所使用的生物膜模拟人类口腔味感类别的机理与准确性仍需进一步研究和提高。
  (3)饮用水味感改善技术尚集中于海水淡化水的再矿化,其中,溶解矿石法是最简单且应用最广泛的再矿化技术,但因普遍使用的碳酸岩类矿石(主要是含CaCO3矿石)仅改善了水体稳定性差和味感差的问题,且其溶出矿物元素单一,与消费者对优质饮用水和健康饮用水的要求尚有差距,因此,含多种矿物质的矿石溶解机理与最优工艺条件亟待开展研究。
  个人介绍
  徐斌,博士,教授,同济大学环境科学与工程学院副院长;主要从事饮用水安全保障相关理论与技术方面工作。主攻方向包括:饮用水深度处理技术、水消毒与副产物控制、新兴水质的识别与控制、二次供水理论与技术等。
  作者: 徐斌,唐利贞
  来源: 净水万事屋