Evaluation of structure-dependent flavonoid bitterness perception using reference-based d′ discrimination

Abstract

Flavonoids are bioactive compounds widely present in plant-derived foods, but their bitterness can reduce sensory acceptance of flavonoid-containing foods and functional food products. Bitterness perception can vary depending on flavonoid structure, and sensory approaches are needed to examine how structural differences are reflected in human taste perception. This study aimed to evaluate structure-dependent flavonoid bitterness perception using sensory evaluation and reference-based d′ discrimination. In Study 1, three structurally distinct flavonoids, epigallocatechin gallate （EGCG）, quercetin, and nobiletin, were compared at the same concentration of 0.1 mM. Bitterness intensity was evaluated using the generalized labeled magnitude scale （gLMS）, and reference-based discrimination was performed using the two-alternative choice–based dual reminder A-Not A （2-AC–based DR A-Not A） procedure. Molecular docking to human bitter taste 2 receptor 14 （TAS2R14） was also conducted to support structural interpretation. Nobiletin showed the strongest bitterness response among the three flavonoids. In the 2-AC–based DR A-Not A analysis, a subtle perceptual difference between nobiletin and quercetin, which was not significantly distinguished in the gLMS results, was identified. TAS2R14 docking showed different predicted binding-position patterns among the three flavonoids, providing structural information for interpreting differences in bitterness perception. In Study 2, bitterness recognition thresholds of six structurally related citrus flavanones, naringenin, narirutin, naringin, hesperetin, hesperidin, and neohesperidin, were estimated using the 2-AC–based DR A-Not A procedure with a common water reference. Thresholds were determined using d′ = 1 as the criterion, allowing the bitterness recognition thresholds of each compound to be compared under the same sensitivity criterion. Naringin, neohesperidin, and narirutin reached the bitterness criterion, with the lowest threshold observed for naringin. In contrast, naringenin, hesperetin, and hesperidin did not reach the criterion within the tested concentration range. This pattern indicates that bitterness recognition differed by glycoside presence and rhamnose–glucose linkage type, with a possible contribution from structural differences between the naringenin and hesperetin backbones within glycosylated forms. TAS2R16 receptor modeling provided structural support for a possible glycoside-mediated interaction between naringin and the TAS2R16 glycoside-recognition region. Overall, this study showed that flavonoid bitterness perception differs according to structural features such as substituent pattern, glycoside presence, rhamnose–glucose linkage type, and aglycone backbone. These findings suggest that reference-based d′ discrimination, combined with structure-informed interpretation, can help compare and interpret structure-related differences in bitterness perception among bioactive compounds.;플라보노이드는 식물성 식품에 널리 존재하는 생리활성 물질이지만, 이들이 유발하는 쓴맛은 플라보노이드 함유 식품과 기능성 식품의 감각적 수용도를 낮출 수 있다. 플라보노이드의 쓴맛은 구조적 특징에 따라 달라질 수 있으므로, 사람의 감각 지각에서 이러한 구조적 차이가 어떻게 반영되는지를 확인하는 것이 필요하다. 본 연구는 감각평가와 기준시료 기반 d′ 식별 분석을 이용하여 플라보노이드 구조에 따른 쓴맛 지각을 평가하고자 하였다. 연구 1에서는 구조적으로 서로 다른 세 플라보노이드인 epigallocatechin gallate （EGCG）, quercetin, nobiletin을 동일한 농도인 0.1 mM에서 비교하였다. 쓴맛 강도는 generalized labeled magnitude scale （gLMS）을 이용하여 평가하였고, 기준시료 기반 d′ 식별 평가는 two-alternative choice–based dual reminder A-Not A （2-AC–based DR A-Not A） 절차로 수행하였다. 또한 구조적 해석을 보완하기 위해 사람 쓴맛 수용체 TAS2R14에 대한 분자 도킹을 수행하였다. 연구 1의 결과, nobiletin은 세 플라보노이드 중 가장 강한 쓴맛 반응을 보였다. 2-AC–based DR A-Not A 분석에서는 gLMS 결과에서 유의하게 구분되지 않았던 nobiletin과 quercetin 간 미세한 지각 차이가 확인되었다. TAS2R14 도킹 결과, 세 플라보노이드는 서로 다른 예측 결합 위치 양상을 보였으며, 이는 쓴맛 지각 차이에 대한 구조적 해석을 뒷받침하였다. 연구 2에서는 공통 물 기준시료를 사용한 2-AC–based DR A-Not A 절차를 이용하여 naringenin, narirutin, naringin, hesperetin, hesperidin, neohesperidin의 여섯 감귤류 플라바논에 대한 쓴맛 인지 역치를 추정하였다. 역치는 d′ = 1을 기준으로 결정하여, 각 물질의 쓴맛 인지 역치를 동일한 민감도 기준에서 비교하였다. 연구 2의 결과, naringin, neohesperidin, narirutin은 쓴맛 기준에 도달하였고, 이 중 naringin에서 가장 낮은 역치가 관찰되었다. 반면 naringenin, hesperetin, hesperidin은 본 연구에서 설정한 농도 범위 내에서 쓴맛 기준에 도달하지 않았다. 이러한 결과는 쓴맛 인지가 당 결합 유무와 rhamnose–glucose 결합 유형에 따라 달라졌으며, 각 당 결합 형태 내에서 나타난 차이가 naringenin과 hesperetin 골격의 구조적 차이와 관련될 수 있음을 시사한다. 또한 TAS2R16 수용체 모델링은 naringin이 TAS2R16의 당 구조 인식 부위에서 당 구조를 매개로 상호작용할 가능성에 대한 구조적 근거를 제공하였다. 종합하면, 본 연구는 플라보노이드의 쓴맛 지각이 치환기 양상, 당 결합 유무, rhamnose–glucose 결합 유형, aglycone 골격과 같은 구조적 특징에 따라 달라질 수 있음을 확인하였다. 또한 기준시료 기반 d′ 식별 분석과 구조 기반 해석을 함께 적용함으로써, 생리활성 성분의 구조적 차이와 쓴맛 지각 간의 관계를 비교하고 설명할 수 있음을 보여주었다.