味道是食品感官評(píng)定中的重要指標(biāo)。從古代的“神農(nóng)嘗百草”到如今經(jīng)過(guò)特殊訓(xùn)練的品評(píng)專家，人類(lèi)的味覺(jué)系統(tǒng)在其中都起著決定性的作用。隨著現(xiàn)代分析及人工智能技術(shù)的發(fā)展，催生了一種靈敏度高、測(cè)定時(shí)間短，并且適合于在復(fù)雜樣品中連續(xù)評(píng)價(jià)整體味覺(jué)信息的設(shè)備———電子舌。
電子舌的結(jié)構(gòu)及其原理
電子舌是利用交互感應(yīng)的多傳感器陣列讀取液體樣本的特征性響應(yīng)信號(hào)，收集的信號(hào)經(jīng)計(jì)算機(jī)處理和模式識(shí)別分析后，以樣品整體品質(zhì)信息作為輸出的設(shè)備。由其定義可以看出，電子舌主要由三部分組成：傳感器陣列、信號(hào)采集模塊和模式識(shí)別系統(tǒng)。
傳感器陣列由不同材質(zhì)或不同修飾方法的多個(gè)傳感器構(gòu)成，傳感器之間存在交互敏感性，即一個(gè)傳感器能夠感受多個(gè)物質(zhì)，同一物質(zhì)可以被不同的傳感器感受到；信號(hào)采集模塊能夠收集傳感器陣列信息，并將其以電信號(hào)的形式儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)中；模式識(shí)別系統(tǒng)以數(shù)學(xué)算法為手段，模擬人腦的運(yùn)算方式，分析、處理收集到的信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為樣品整體特征屬性。模式識(shí)別的主要方法有主成分分析、聚類(lèi)分析、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析和混沌識(shí)別等方法。
電子舌輸出的不是液體中一類(lèi)或者幾類(lèi)物質(zhì)的定性和定量結(jié)果，它反映的是液體的整體特性。最早的電子舌設(shè)備是由模仿味覺(jué)識(shí)別機(jī)制的傳感器陣列組成，在食品領(lǐng)域用于風(fēng)味的研究，后來(lái)更多的電子舌被開(kāi)發(fā)用于食品的分類(lèi)鑒定。
廣義的電子舌不僅是作為液體樣品味覺(jué)屬性的測(cè)定設(shè)備，它還被應(yīng)用于其它的領(lǐng)域，如在煙草行業(yè)中對(duì)卷煙質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)［1］，在環(huán)境領(lǐng)域?qū)λ能浻捕?、重金屬離子含量進(jìn)行評(píng)價(jià)［2］，在液體樣本中對(duì)微生物污染進(jìn)行評(píng)價(jià)［3］，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域用于對(duì)體液的分析等［4］。
電子舌的類(lèi)型
味覺(jué)傳感器是電子舌的關(guān)鍵組成部件，根據(jù)傳感器原理可將其區(qū)分為電位型電子舌、伏安型電子舌、阻抗譜型電子舌、光學(xué)型電子舌和聲波型電子舌等。電子舌由于修飾方法和響應(yīng)原理的不同，其性能和檢測(cè)樣品的種類(lèi)等之間也存在一定的差異［5］。
電子舌檢測(cè)方法與真實(shí)味覺(jué)感受的比較
電子舌的設(shè)計(jì)思想源于味覺(jué)的感受機(jī)制［6］。傳感器陣列相當(dāng)于舌頭，單獨(dú)的不同材質(zhì)或修飾的傳感器相當(dāng)于味蕾，信號(hào)采集系統(tǒng)相當(dāng)于傳遞神經(jīng)，而模式識(shí)別算法則相當(dāng)于大腦對(duì)味覺(jué)信息的處理。雖然電子舌被認(rèn)為是食品味覺(jué)檢測(cè)的設(shè)備，但是電子舌所描述的特征和生物系統(tǒng)的味覺(jué)并非完全相同的概念，與生物味覺(jué)機(jī)制的比較研究有助于為設(shè)備研發(fā)者打開(kāi)新的思路。
一、檢測(cè)樣品的比較
目前電子舌在食品領(lǐng)域的應(yīng)用主要分為定性和定量分析兩個(gè)方面。定性分析是指根據(jù)樣品差異性實(shí)現(xiàn)不同樣品的辨別、區(qū)分，或者是根據(jù)樣品間差異性的大小對(duì)樣品的等級(jí)和種類(lèi)進(jìn)行識(shí)別，如電子舌對(duì)飲料、橄欖油、酒類(lèi)和新鮮度的區(qū)分；
定量分析則是將電子舌測(cè)定結(jié)果與感官評(píng)價(jià)專員給出的結(jié)果進(jìn)行比較判斷，通過(guò)對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到相應(yīng)的定量預(yù)測(cè)模型，得到的是一類(lèi)成分的總的量或程度的信息，如電子舌對(duì)樣品味覺(jué)感受差異的評(píng)價(jià)、制藥工業(yè)中對(duì)苦味掩蓋及掩蓋效果的評(píng)價(jià)［7］等。
二、傳感電極和味蕾的比較
電子舌所用的傳感電極分為修飾和不修飾兩種。修飾電極以一種電極作為基底電極，應(yīng)用物理或者化學(xué)合成的方法在電極表面修飾不同材料的敏感膜，敏感膜具有非專一性和弱選擇性，對(duì)待測(cè)液中無(wú)機(jī)物、有機(jī)物、離子或非離子性組分具有交叉敏感特性，不同的修飾膜對(duì)同一物質(zhì)敏感度也不相同，傳感電極對(duì)呈味物質(zhì)的敏感性普遍高于人類(lèi)味覺(jué)測(cè)定的極限。ASTREE電子舌對(duì)不同味覺(jué)物質(zhì)的檢測(cè)限見(jiàn)表1。
三、信號(hào)傳遞過(guò)程的比較
傳感電極之間具有低選擇性和交互敏感性，每個(gè)電極感受到的信號(hào)都是多種物質(zhì)累加的結(jié)果。一支電極無(wú)法區(qū)分自身感受到的味道。呈味分子與味覺(jué)受體，使得味覺(jué)細(xì)胞興奮，產(chǎn)生神經(jīng)遞質(zhì)，引起神經(jīng)興奮。
四、模式識(shí)別和大腦分析的比較
模式識(shí)別是利用數(shù)學(xué)方法讓計(jì)算機(jī)對(duì)復(fù)雜的信息進(jìn)行分類(lèi)處理，在錯(cuò)誤率最低的情況下，使識(shí)別結(jié)果盡可能接近實(shí)際［9］。人工味覺(jué)系統(tǒng)模式識(shí)別方法主要釆用了統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別方法（如主成分分析、聚類(lèi)分析、判別分析等）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識(shí)別方法（如BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）、模糊識(shí)別方法等。
電子舌技術(shù)的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題
電子舌評(píng)價(jià)方法具有使用簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、靈敏度高、安全性好、能連續(xù)測(cè)定、結(jié)果客觀等優(yōu)點(diǎn)，有較好的應(yīng)用前景。但是，電子舌設(shè)備要想完全取代人舌對(duì)食品的判別還需要進(jìn)一步的研究。這表現(xiàn)在人舌感受味覺(jué)信息的復(fù)雜機(jī)制難以模擬；沒(méi)有通用的電子舌，需要根據(jù)待測(cè)樣品特征選取，大部分的研究還僅是以具體的應(yīng)用實(shí)例來(lái)證明電子舌產(chǎn)品可以辨別和定量，研究多停留在實(shí)驗(yàn)室階段，實(shí)際應(yīng)用意義不大。實(shí)際測(cè)試中，傳感器的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性容易受到多種因素的影響，這在儀器的使用說(shuō)明中也有體現(xiàn)，精密度和準(zhǔn)確性需要經(jīng)過(guò)多次進(jìn)樣實(shí)現(xiàn)；在對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的處理上，不同算法得到的判別結(jié)果有差異性，需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判別哪個(gè)傳感器響應(yīng)的是某種味覺(jué)信號(hào)，容易產(chǎn)生“人造結(jié)果”，數(shù)據(jù)不能盲目應(yīng)用，需要結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)和志愿者品嘗鑒定，相關(guān)的技術(shù)方法標(biāo)準(zhǔn)至今還未出現(xiàn)；一些電子舌設(shè)備已經(jīng)超越了替代生物味覺(jué)的范疇，成為了應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域“無(wú)所不能”的神器，而偏離了設(shè)計(jì)的初衷。
結(jié)論與展望
通過(guò)對(duì)電子舌設(shè)備和真實(shí)味覺(jué)的比較，不難發(fā)現(xiàn)：電子舌與真實(shí)味覺(jué)之間互有所長(zhǎng)，但不能完全取代味覺(jué)的感官評(píng)定，對(duì)其研究還需要進(jìn)一步的深入。雖然電子舌能夠快速、簡(jiǎn)單無(wú)損的檢測(cè)未知液體的整體屬性，并且市場(chǎng)上已經(jīng)有一些電子舌設(shè)備銷(xiāo)售，但其相關(guān)的技術(shù)方法標(biāo)準(zhǔn)還未出現(xiàn)，穩(wěn)定性、重現(xiàn)性還有待完善，儀器多停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段，對(duì)參加市場(chǎng)假冒偽劣產(chǎn)品打假工作、解決企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)中的在線質(zhì)量監(jiān)控等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的解決還存在一定的差距。相信隨著傳感器技術(shù)、人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等高新技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，電子舌設(shè)備在未來(lái)的食品分析領(lǐng)域?qū)⒂兄鼜V泛的應(yīng)用空間。
參考文獻(xiàn)：
[1]顧永波，肖作兵，劉強(qiáng)，等．基于電子舌技術(shù)的卷煙主流煙氣味覺(jué)識(shí)別［Ｊ］．煙草科技，2011（8）：48-51.
[2]MenHong,ZouShao-fang,LiYi,etal.Anovelele ctronictongue combined MLAPS with stripping voltamme try forenvi-ronmental detedtion[J].Sensorsand Actuators B:Chemical,2005,110(2):350-357.
[3]Sderstrmc,Winquist F,Krantz-RulckerC.Rec ognition of*microbial species oth anelec tronictongue[J].Sensors and Actuators B:Chemical,2003,89(3):248-255.
[4]胡衛(wèi)軍，許改霞，王平．電子鼻和電子舌在航天醫(yī)學(xué)檢測(cè)中的應(yīng)用［Ｊ］．國(guó)外醫(yī)學(xué)：生物醫(yī)學(xué)工程分冊(cè)，2005,28(4):213-217．
[5]劉淼．智能人工味覺(jué)分析方法在幾種食品質(zhì)量檢驗(yàn)中的應(yīng)用研究［Ｄ］．杭州：浙江大學(xué)，2012．
[6]談國(guó)鳳，張根華，沈宗根．電子舌在乳制品質(zhì)量控制中的應(yīng)用［Ｊ］．食品科技，2011,36(2):280-284.
[7]吳本剛．胡蘿卜催化式紅外干法殺青紅外熱風(fēng)順序聯(lián)合干燥技術(shù)研究［Ｄ］．鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)，2014:11．
[8]關(guān)為，田呈瑞，陳衛(wèi)軍，等．電子舌在綠茶飲料區(qū)分辨識(shí)中的應(yīng)用［Ｊ］．食品工業(yè)科技，2012,33(13):56-59．
[9]徐鳳英．荔枝真空紅外熱輻射干燥傳熱傳質(zhì)機(jī)理研究［Ｄ］．廣州：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2017:1.
來(lái)源：丁點(diǎn)兒食品整理，轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明來(lái)源。
提醒：文章僅供參考，如有不當(dāng)，歡迎留言指正；讀者不應(yīng)該在缺乏具體的專業(yè)建議的情況下，擅自根據(jù)文章內(nèi)容采取行動(dòng)，因此導(dǎo)致的損失，運(yùn)營(yíng)方不負(fù)責(zé)；如文章涉及侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系我刪除或支付稿酬。
電子舌的結(jié)構(gòu)及其原理
電子舌是利用交互感應(yīng)的多傳感器陣列讀取液體樣本的特征性響應(yīng)信號(hào)，收集的信號(hào)經(jīng)計(jì)算機(jī)處理和模式識(shí)別分析后，以樣品整體品質(zhì)信息作為輸出的設(shè)備。由其定義可以看出，電子舌主要由三部分組成：傳感器陣列、信號(hào)采集模塊和模式識(shí)別系統(tǒng)。
電子舌輸出的不是液體中一類(lèi)或者幾類(lèi)物質(zhì)的定性和定量結(jié)果，它反映的是液體的整體特性。最早的電子舌設(shè)備是由模仿味覺(jué)識(shí)別機(jī)制的傳感器陣列組成，在食品領(lǐng)域用于風(fēng)味的研究，后來(lái)更多的電子舌被開(kāi)發(fā)用于食品的分類(lèi)鑒定。
廣義的電子舌不僅是作為液體樣品味覺(jué)屬性的測(cè)定設(shè)備，它還被應(yīng)用于其它的領(lǐng)域，如在煙草行業(yè)中對(duì)卷煙質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)［1］，在環(huán)境領(lǐng)域?qū)λ能浻捕?、重金屬離子含量進(jìn)行評(píng)價(jià)［2］，在液體樣本中對(duì)微生物污染進(jìn)行評(píng)價(jià)［3］，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域用于對(duì)體液的分析等［4］。
電子舌的類(lèi)型
味覺(jué)傳感器是電子舌的關(guān)鍵組成部件，根據(jù)傳感器原理可將其區(qū)分為電位型電子舌、伏安型電子舌、阻抗譜型電子舌、光學(xué)型電子舌和聲波型電子舌等。電子舌由于修飾方法和響應(yīng)原理的不同，其性能和檢測(cè)樣品的種類(lèi)等之間也存在一定的差異［5］。
電子舌檢測(cè)方法與真實(shí)味覺(jué)感受的比較
電子舌的設(shè)計(jì)思想源于味覺(jué)的感受機(jī)制［6］。傳感器陣列相當(dāng)于舌頭，單獨(dú)的不同材質(zhì)或修飾的傳感器相當(dāng)于味蕾，信號(hào)采集系統(tǒng)相當(dāng)于傳遞神經(jīng)，而模式識(shí)別算法則相當(dāng)于大腦對(duì)味覺(jué)信息的處理。雖然電子舌被認(rèn)為是食品味覺(jué)檢測(cè)的設(shè)備，但是電子舌所描述的特征和生物系統(tǒng)的味覺(jué)并非完全相同的概念，與生物味覺(jué)機(jī)制的比較研究有助于為設(shè)備研發(fā)者打開(kāi)新的思路。
目前電子舌在食品領(lǐng)域的應(yīng)用主要分為定性和定量分析兩個(gè)方面。定性分析是指根據(jù)樣品差異性實(shí)現(xiàn)不同樣品的辨別、區(qū)分，或者是根據(jù)樣品間差異性的大小對(duì)樣品的等級(jí)和種類(lèi)進(jìn)行識(shí)別，如電子舌對(duì)飲料、橄欖油、酒類(lèi)和新鮮度的區(qū)分；
定量分析則是將電子舌測(cè)定結(jié)果與感官評(píng)價(jià)專員給出的結(jié)果進(jìn)行比較判斷，通過(guò)對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到相應(yīng)的定量預(yù)測(cè)模型，得到的是一類(lèi)成分的總的量或程度的信息，如電子舌對(duì)樣品味覺(jué)感受差異的評(píng)價(jià)、制藥工業(yè)中對(duì)苦味掩蓋及掩蓋效果的評(píng)價(jià)［7］等。
二、傳感電極和味蕾的比較
電子舌所用的傳感電極分為修飾和不修飾兩種。修飾電極以一種電極作為基底電極，應(yīng)用物理或者化學(xué)合成的方法在電極表面修飾不同材料的敏感膜，敏感膜具有非專一性和弱選擇性，對(duì)待測(cè)液中無(wú)機(jī)物、有機(jī)物、離子或非離子性組分具有交叉敏感特性，不同的修飾膜對(duì)同一物質(zhì)敏感度也不相同，傳感電極對(duì)呈味物質(zhì)的敏感性普遍高于人類(lèi)味覺(jué)測(cè)定的極限。ASTREE電子舌對(duì)不同味覺(jué)物質(zhì)的檢測(cè)限見(jiàn)表1。
表1ASTREE電子舌傳感陣列及檢測(cè)限[8]
三、信號(hào)傳遞過(guò)程的比較
傳感電極之間具有低選擇性和交互敏感性，每個(gè)電極感受到的信號(hào)都是多種物質(zhì)累加的結(jié)果。一支電極無(wú)法區(qū)分自身感受到的味道。呈味分子與味覺(jué)受體，使得味覺(jué)細(xì)胞興奮，產(chǎn)生神經(jīng)遞質(zhì)，引起神經(jīng)興奮。
四、模式識(shí)別和大腦分析的比較
模式識(shí)別是利用數(shù)學(xué)方法讓計(jì)算機(jī)對(duì)復(fù)雜的信息進(jìn)行分類(lèi)處理，在錯(cuò)誤率最低的情況下，使識(shí)別結(jié)果盡可能接近實(shí)際［9］。人工味覺(jué)系統(tǒng)模式識(shí)別方法主要釆用了統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別方法（如主成分分析、聚類(lèi)分析、判別分析等）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識(shí)別方法（如BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）、模糊識(shí)別方法等。
電子舌技術(shù)的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題
電子舌評(píng)價(jià)方法具有使用簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、靈敏度高、安全性好、能連續(xù)測(cè)定、結(jié)果客觀等優(yōu)點(diǎn)，有較好的應(yīng)用前景。但是，電子舌設(shè)備要想完全取代人舌對(duì)食品的判別還需要進(jìn)一步的研究。這表現(xiàn)在人舌感受味覺(jué)信息的復(fù)雜機(jī)制難以模擬；沒(méi)有通用的電子舌，需要根據(jù)待測(cè)樣品特征選取，大部分的研究還僅是以具體的應(yīng)用實(shí)例來(lái)證明電子舌產(chǎn)品可以辨別和定量，研究多停留在實(shí)驗(yàn)室階段，實(shí)際應(yīng)用意義不大。實(shí)際測(cè)試中，傳感器的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性容易受到多種因素的影響，這在儀器的使用說(shuō)明中也有體現(xiàn)，精密度和準(zhǔn)確性需要經(jīng)過(guò)多次進(jìn)樣實(shí)現(xiàn)；在對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的處理上，不同算法得到的判別結(jié)果有差異性，需要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判別哪個(gè)傳感器響應(yīng)的是某種味覺(jué)信號(hào)，容易產(chǎn)生“人造結(jié)果”，數(shù)據(jù)不能盲目應(yīng)用，需要結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)和志愿者品嘗鑒定，相關(guān)的技術(shù)方法標(biāo)準(zhǔn)至今還未出現(xiàn)；一些電子舌設(shè)備已經(jīng)超越了替代生物味覺(jué)的范疇，成為了應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域“無(wú)所不能”的神器，而偏離了設(shè)計(jì)的初衷。
結(jié)論與展望
通過(guò)對(duì)電子舌設(shè)備和真實(shí)味覺(jué)的比較，不難發(fā)現(xiàn)：電子舌與真實(shí)味覺(jué)之間互有所長(zhǎng)，但不能完全取代味覺(jué)的感官評(píng)定，對(duì)其研究還需要進(jìn)一步的深入。雖然電子舌能夠快速、簡(jiǎn)單無(wú)損的檢測(cè)未知液體的整體屬性，并且市場(chǎng)上已經(jīng)有一些電子舌設(shè)備銷(xiāo)售，但其相關(guān)的技術(shù)方法標(biāo)準(zhǔn)還未出現(xiàn)，穩(wěn)定性、重現(xiàn)性還有待完善，儀器多停留在實(shí)驗(yàn)室研究階段，對(duì)參加市場(chǎng)假冒偽劣產(chǎn)品打假工作、解決企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)中的在線質(zhì)量監(jiān)控等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的解決還存在一定的差距。相信隨著傳感器技術(shù)、人工智能技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等高新技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，電子舌設(shè)備在未來(lái)的食品分析領(lǐng)域?qū)⒂兄鼜V泛的應(yīng)用空間。
參考文獻(xiàn)：
[1]顧永波，肖作兵，劉強(qiáng)，等．基于電子舌技術(shù)的卷煙主流煙氣味覺(jué)識(shí)別［Ｊ］．煙草科技，2011（8）：48-51.
[2]MenHong,ZouShao-fang,LiYi,etal.Anovelele ctronictongue combined MLAPS with stripping voltamme try forenvi-ronmental detedtion[J].Sensorsand Actuators B:Chemical,2005,110(2):350-357.
[3]Sderstrmc,Winquist F,Krantz-RulckerC.Rec ognition of*microbial species oth anelec tronictongue[J].Sensors and Actuators B:Chemical,2003,89(3):248-255.
[4]胡衛(wèi)軍，許改霞，王平．電子鼻和電子舌在航天醫(yī)學(xué)檢測(cè)中的應(yīng)用［Ｊ］．國(guó)外醫(yī)學(xué)：生物醫(yī)學(xué)工程分冊(cè)，2005,28(4):213-217．
[5]劉淼．智能人工味覺(jué)分析方法在幾種食品質(zhì)量檢驗(yàn)中的應(yīng)用研究［Ｄ］．杭州：浙江大學(xué)，2012．
[6]談國(guó)鳳，張根華，沈宗根．電子舌在乳制品質(zhì)量控制中的應(yīng)用［Ｊ］．食品科技，2011,36(2):280-284.
[7]吳本剛．胡蘿卜催化式紅外干法殺青紅外熱風(fēng)順序聯(lián)合干燥技術(shù)研究［Ｄ］．鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)，2014:11．
[8]關(guān)為，田呈瑞，陳衛(wèi)軍，等．電子舌在綠茶飲料區(qū)分辨識(shí)中的應(yīng)用［Ｊ］．食品工業(yè)科技，2012,33(13):56-59．
[9]徐鳳英．荔枝真空紅外熱輻射干燥傳熱傳質(zhì)機(jī)理研究［Ｄ］．廣州：華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2017:1.
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