味道是檢測食物安全和質(zhì)量的重要特征之一，味覺系統(tǒng)是天然生化感受系統(tǒng)中重要組成成部分之一，也是生物體適應(yīng)環(huán)境和生存發(fā)展的重要生化物質(zhì)基礎(chǔ)，可以實現(xiàn)在短時間內(nèi)精確檢測和識別成千上百的不同呈味物質(zhì)。科學(xué)工作者們利用天然化學(xué)感受器的原理結(jié)合現(xiàn)代技術(shù)研發(fā)出一類仿生味覺傳感系統(tǒng)，可以對呈味物質(zhì)進(jìn)行人工智能檢測和識別。
電子舌傳感技術(shù)的基本原理及組成 
電子舌在食品行業(yè)中的應(yīng)用 電子舌技術(shù)的應(yīng)用展望
電子舌是一種以低選擇性、非特異性、交互敏感的多傳感陣列為基礎(chǔ)的新型的分析檢測儀器，它可以模擬人體的舌器官，靈敏的將感官很難區(qū)分的樣品進(jìn)行鑒別，是判定滋味的客觀方法，被廣泛應(yīng)用于食品行業(yè)的各個領(lǐng)域，如茶葉、酒類區(qū)分，肉制品鑒定，奶制品和調(diào)味品的工藝考察等。
味覺的產(chǎn)生過程是呈味物質(zhì)刺激了口腔內(nèi)的味覺化學(xué)感受系統(tǒng)，作用于相應(yīng)的受體將化學(xué)信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺缓笸ㄟ^神經(jīng)感覺系統(tǒng)傳至大腦，最后通過大腦的綜合神經(jīng)中樞系統(tǒng)的分析，從而產(chǎn)生味覺。
舌面的不同部位對這不同味覺刺激的感受性是不同的，因此產(chǎn)生的信號強(qiáng)度和類型也不一樣，從而使我們能分辨出不同的味道。電子舌技術(shù)即是模仿人類味覺系統(tǒng)來設(shè)計的獲取樣品的響應(yīng)信息，結(jié)合計算機(jī)統(tǒng)計學(xué)分析方法，對其進(jìn)行模式識別和定性定量分析，客觀反映出樣品的整體性質(zhì)。
電子舌感官系統(tǒng)主要是由樣品預(yù)處理器、味覺傳感器陣列、信號處理及模式識別系統(tǒng)三部分組成。樣品預(yù)處理器相當(dāng)于人體的味覺感受器，將液體樣品的抽象特征轉(zhuǎn)化為形象的電子信號，味覺傳感器陣列相當(dāng)于大腦中神經(jīng)感覺系統(tǒng)，靈敏的捕捉到處理器發(fā)出的信號并將其傳遞到信號處理系統(tǒng)，信號處理及模式識別系統(tǒng)相當(dāng)于大腦中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)，可以對信號進(jìn)行最終的算法處理并進(jìn)行響應(yīng)模式分類（見圖1)。
食物中的呈味物質(zhì)種類多且含量差距很大，這就要求電子舌的傳感器陣列靈敏度要足夠大，對不同種類和含量的物質(zhì)均能做出響應(yīng)，因此高靈敏度、非特異性、廣譜響應(yīng)的多傳感器陣列是電子舌的核心硬件部分。
電子舌技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到各個領(lǐng)域，同時在對不同領(lǐng)域的不同樣品進(jìn)行檢測時，對味覺傳感器陣列的要求會有所不同。目前在應(yīng)用的傳感器種類很多，根據(jù)其工作原理不同可分為電位型、伏安型、阻抗譜型、光尋址型、物理型以及生物傳感器等種類。我們查閱資料發(fā)現(xiàn)在食品研究中應(yīng)用最多的傳感器陣列主要是電位型、伏安型與阻抗譜型，三種類型傳感器的特征見表1。
統(tǒng)計分析方法
信號處理系統(tǒng)是電子舌技術(shù)的最后一個步驟，將味覺傳感器傳遞的信號進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)處理并完成模式識別，最終以圖表數(shù)據(jù)的形式展示出來。電子舌可以對樣品的整體特征進(jìn)行形象的描述，完成區(qū)分鑒別的同時做到定性定量分析。
目前常用的統(tǒng)計學(xué)分析方法主要包括主成分分析、典型相關(guān)分析、單因素方差分析、偏最小二乘回歸分析、判別函數(shù)分析、聚類分析、Fisher判別、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析等。
目前，電子舌技術(shù)在食品領(lǐng)域的應(yīng)用研究己非常廣泛，主要應(yīng)用于酒類及飲料、果蔬、肉類產(chǎn)品、乳制品、調(diào)味品、油脂等的食品溯源、新鮮度、品質(zhì)分級和質(zhì)量安全監(jiān)控等方面。
酒類及飲料
酒和飲料是人們聚會餐桌上常見的消費品，此類液體味道本就厚重，僅僅靠人為是不能辨別其中的細(xì)微差別，因此市面上這類商品以次充好、以假充真的現(xiàn)象常常存在。利用電子舌技術(shù)能很好的識別和區(qū)分不同品質(zhì)的酒水飲料，對市場監(jiān)管存在重要意義。
有案例表明在研究市售啤酒的滋味品質(zhì)時，采用電子舌傳感技術(shù)對其進(jìn)行綜合評價分析，分析數(shù)據(jù)通過聚類圖進(jìn)行展示，結(jié)果發(fā)現(xiàn)15個不同品牌和類型的啤酒樣品聚為5類，主成分分析結(jié)果表面評價不同啤酒樣品的 8種滋味指標(biāo)聚類效果良好，表明電子舌能對不同品牌的啤酒進(jìn)行準(zhǔn)確區(qū)分。
利用電子舌對不同品牌的18種綠茶樣品進(jìn)行了分析測定，結(jié)果數(shù)據(jù)客觀的反應(yīng)了各樣品的整體信息，且聚類分析和主成分分析結(jié)果一致，18種樣品大致分為4類，其中各樣品的酸味、澀味、鮮味3個味覺的差異性最大，提示這三種滋味是區(qū)分不同綠茶飲料的特征指標(biāo)。電子舌還被應(yīng)用于不同葡萄酒、啤酒及不同香型的白酒區(qū)分中，均能在準(zhǔn)確的完成判別。
果 蔬
利用電子舌智能感官技術(shù)對6個品種的蘆筍的主成分和味覺進(jìn)行了檢測分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同品種的蘆筍的酸味值，咸味值，鮮味，甜味和苦味均存在不同程度的差異。
在2018年的一項研究中 發(fā)現(xiàn)電子舌技術(shù)可以對不同產(chǎn)地、不同干燥方式的黑果枸杞進(jìn)行檢測區(qū)分，提示智能感官評價系統(tǒng)將作為一種新趨勢應(yīng)用于食品行業(yè)。
還有一項研究為了科學(xué)、客觀的評價不同采收期的紫菜在滋味方面的差異，采用電子舌技術(shù)分析了四種紫菜的滋味組成。結(jié)果表明，紫菜滋味主要由鮮味、鮮味回味、咸味和苦味組成。四種紫菜的鮮味強(qiáng)度及苦味物質(zhì)含量均不相同。早期采收的紫菜鮮味及咸味值高于后期采收。提示不同采收期紫菜的呈味物質(zhì)含量及其對滋味的貢獻(xiàn)程度差異較大。電子舌技術(shù)還被應(yīng)用于不同產(chǎn)地的懷枝荔枝及不同成熟度的草莓等果蔬的區(qū)分。
肉類產(chǎn)品
一項研究采用電子舌對牛肉燉煮后的滋味物質(zhì)進(jìn)行定性定量的分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，不同部位的牛肉（上腦、辣椒條、牛脯、牛臀和臆子肉）的滋味存在明顯差異，為燉煮牛肉風(fēng)味數(shù)據(jù)庫的建立提供了基礎(chǔ)和理論參考。
另外通過比較不同養(yǎng)殖密度的斑節(jié)對蝦的風(fēng)味差異，探究養(yǎng)殖密度對斑節(jié)對蝦肌肉品質(zhì)的影響，電子舌的分析數(shù)據(jù)結(jié)果表明，隨著養(yǎng)殖密度的增大，蝦肉的水分和灰分含量逐漸升高，而粗蛋白和總糖含量則逐漸降低，滋味上的差異主要表現(xiàn)在鮮味上，從經(jīng)濟(jì)角度和肌肉品質(zhì)綜合分析判斷，200尾/m2是實際生產(chǎn)中可以推薦的適宜養(yǎng)殖密度。
還有研究利用電子舌技術(shù)研究KCl部分替代NaCl是否對鹵鴨品質(zhì)存在影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)當(dāng)35%KC1替代時，鹵鴨的感官評價、水分含量 、蛋白質(zhì)含量以及脂肪含量沒有顯著變化；但是當(dāng)替代比例達(dá)35%及以上時，鹵鴨的水分活度發(fā)生了顯著變化，最終將最優(yōu)鹵鴨配方定為100 g鹵鴨原料，NaCl:KC1=65:35。
電子舌技術(shù)還能夠快速區(qū)分各種肉類晶種及產(chǎn)品品質(zhì)，并可實現(xiàn)對肉質(zhì)變化的分析，它將是肉類產(chǎn)品質(zhì)量評價的重要手段。
乳制品
電子舌的高速、高靈敏度使之在乳制品加工業(yè)也得到廣泛應(yīng)用，主要用于不同品牌乳制品的識別、品質(zhì)的檢測、摻假的判斷等。經(jīng)過高溫處理后，牛奶的風(fēng)味發(fā)生很大變化，并且隨著高溫處理的時間和程度不同，這種變化呈現(xiàn)出一定的規(guī)律性，僅僅靠天然生物味覺系統(tǒng)可能很難對風(fēng)味變化進(jìn)行分析和識別，利用電子舌從樣品的響應(yīng)信號得到“指紋識別數(shù)據(jù)”，為客觀評價提供理論依據(jù)，靈敏的將不同溫度和時間處理的牛奶識別開來，并且能對其他牛奶樣品的加熱程度進(jìn)行粗略預(yù)測。
調(diào)味品
有研究采用多頻脈沖電子舌技術(shù)結(jié)合主成分分析（PCA）和判別因子分析（DFA）的統(tǒng)計分析方法對不同品牌的蠔油進(jìn)行檢測辨識，結(jié)果表明多頻脈沖電子舌技術(shù)可以對8種樣品進(jìn)行良好的聚類，實現(xiàn)辨別不同品牌蠔油，具有實際應(yīng)用價值。
利用電子舌對8個品牌的魚香調(diào)味汁進(jìn)行檢測分析，結(jié)合理化指標(biāo)和感官評價，探究魚香調(diào)味汁在加熱前后的滋味變化 ，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在加熱前，8個品牌的魚香調(diào)味汁按地域聚類，加熱后，除個別樣品外，依然按地域聚類，但樣品之間的差異縮小，相似性增加，表面高溫加熱會減少各樣品之間的差異滋味物質(zhì)。
在最近的一項研究中，電子舌被應(yīng)用到評價醬油風(fēng)味中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)8個不同風(fēng)味的醬油可分為3種風(fēng)味，同時每組樣品均不出現(xiàn)交叉重合，表明電子舌的區(qū)分效果很好。
油 脂
油脂是人體重要的供能物質(zhì)，可以作為維持生命活動的備用能源物質(zhì)在機(jī)體內(nèi)進(jìn)行儲存。法國 Alpha Astree電子舌系統(tǒng)可區(qū)分出玉米油、葵花籽油、橄欖油和棕櫚油以及按不同比例的混合油。
以鉑微電極為工作電極的二電極電子舌系統(tǒng)可直接檢測植物油樣品，成功區(qū)分不同地理來源、不同品質(zhì)的玉米油和初榨橄欖油Velo等評價了電子舌既是對不同橄欖油正確識別的能力，以交叉敏感和非特異性脂質(zhì)聚合物膜作為傳感器，用鹽酸奎寧標(biāo)準(zhǔn)溶液對傳感器裝置進(jìn)行了嚴(yán)格的測試，建立了線性判別模型，發(fā)現(xiàn)91%的橄欖油能夠根據(jù)其響應(yīng)強(qiáng)度正確分類，表明電子舌可以作味覺傳感器，區(qū)分具有不同橄欖油，可作為生物感官分析區(qū)分橄欖油的替代和補(bǔ)充，具有實用價值。
還有研究采用電勢型電子舌采集了20種不同品種、不同原料產(chǎn)地食用植物油的響應(yīng)數(shù)據(jù)，接著利用主成分和判別因子分析對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)20種樣品可以實現(xiàn)很好的分類，表明電子舌作為一種新型的現(xiàn)代檢測技術(shù)在油脂品質(zhì)檢測與分析中具有巨大的應(yīng)用潛力。
隨著人們物質(zhì)水平的不斷提高，對食品安全與質(zhì)量越來越來關(guān)注，高效、高靈敏度的檢測儀器在食品行業(yè)需求也會逐漸加大。傳統(tǒng)方式采用高效液相、質(zhì)譜和氣相等檢測儀器進(jìn)行分析，需要對樣品進(jìn)行復(fù)雜的前處理，耗時耗力。
相比之下，電子舌可以很好的避免這些困難，且檢測靈敏度高、速度快，另外，與其他仿生傳感器相比，電子舌可以檢測食品中的所有物質(zhì)信息，包括揮發(fā)性和不揮發(fā)性物質(zhì)。總而言之，電子舌可以獲得完整的樣品信息，得到更加精確的分析結(jié)果。
電子舌系統(tǒng)不需要對樣品進(jìn)行復(fù)雜的前處理，能對不同種類的食品進(jìn)行檢測，同時能避免人為判定誤差，重復(fù)性好，可以實現(xiàn)簡單、快速無損地在線檢測未知液體樣品的整體特征，短時間內(nèi)將樣品精確的區(qū)分。
另外，隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，電子舌人工智能檢測系統(tǒng)將與生物芯片、納米材料等相結(jié)合，在食品行業(yè)的眾多領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。
引用文獻(xiàn)：盧烽,張青,吳純潔.電子舌技術(shù)在食品行業(yè)中的應(yīng)用及研究進(jìn)展[J].中藥與臨床,2020,11(05):60-63+29.
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