基于電子舌技術(shù)的飲料評(píng)價(jià)

王春燕 孫月娥

（徐州工程學(xué)院食品學(xué)院，徐州 221008）

基于電子舌技術(shù)的飲料評(píng)價(jià)

王春燕*孫月娥

（徐州工程學(xué)院食品學(xué)院，徐州 221008）

介紹了電子舌的組成和工作原理，著重闡述了其在飲料的種類區(qū)分、真?zhèn)伪鎰e、質(zhì)量分級(jí)和品質(zhì)評(píng)價(jià)等領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)，并指出了這些信息新技術(shù)實(shí)現(xiàn)過(guò)程中所需要解決的問(wèn)題。電子舌技術(shù)簡(jiǎn)單快速、成本低廉，作為一種新型的現(xiàn)代化智能感官儀器，能夠?qū)︼嬃仙a(chǎn)過(guò)程進(jìn)行監(jiān)控，在飲料質(zhì)量的評(píng)價(jià)中具有巨大潛力。

電子舌；飲料；種類識(shí)別；品質(zhì)控制

飲料是人們的日常消費(fèi)品，目前檢測(cè)其質(zhì)量的方法有感官評(píng)定法、化學(xué)分析法和物理化學(xué)法。感官評(píng)定法依賴經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期訓(xùn)練、擁有特殊味覺(jué)判別能力的品評(píng)專家來(lái)判斷，很多時(shí)候難以找到適合的人選；化學(xué)法繁瑣、實(shí)時(shí)性差；物理化學(xué)法對(duì)儀器的要求比較高?，F(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，需要一種能夠快速表征檢測(cè)對(duì)象整體品質(zhì)的分析檢測(cè)儀器。電子舌是一種模擬人類味覺(jué)鑒別味道的儀器，他利用多傳感味覺(jué)陣列檢測(cè)液體樣品的特征響應(yīng)信號(hào)，通過(guò)信號(hào)模式識(shí)別處理系統(tǒng)或?qū)＜蚁到y(tǒng)學(xué)習(xí)識(shí)別，對(duì)樣品進(jìn)行定性或定量分析。作為一類新型分析測(cè)試設(shè)備，它的最大特點(diǎn)在于能快速分析、檢測(cè)樣品整體品質(zhì)之間的差異性，非常適合現(xiàn)代食品工業(yè)生產(chǎn)檢測(cè)分析的需求。目前該技術(shù)已廣泛應(yīng)用于食品、環(huán)境、醫(yī)藥等領(lǐng)域。

1 電子舌的構(gòu)成與工作原理

電子舌是一種用于液體分析的多傳感器系統(tǒng)，是具有識(shí)別單一和復(fù)雜味道能力的裝置，由味覺(jué)傳感器陣列、信號(hào)采集器和模式識(shí)別系統(tǒng)三部分組成。其中味覺(jué)傳感器是由數(shù)種可敏感味覺(jué)成分的金屬絲組成（多傳感器陣列），這些金屬絲在功能上相當(dāng)于人的味覺(jué)感受細(xì)胞，吸附味覺(jué)分子產(chǎn)生味覺(jué)信號(hào)，能將味覺(jué)信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；信號(hào)采集器收集傳感器陣列對(duì)液體試樣作出響應(yīng)的輸出信號(hào)并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中；模式識(shí)別工具則是模擬人腦將采集的電信號(hào)加以分析、識(shí)別。電子舌技術(shù)最基本的原理就是模仿人的味覺(jué)感受機(jī)理，從非選擇性的味覺(jué)傳感器陣列中收集信號(hào)并進(jìn)行模式識(shí)別。信號(hào)經(jīng)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和模式識(shí)別后，得到反應(yīng)樣品味覺(jué)特征的結(jié)果，這種技術(shù)被稱為味覺(jué)傳感器技術(shù)或人工味覺(jué)識(shí)別技術(shù)。該技術(shù)與普通的化學(xué)分析方法相比，傳感器輸出的并不是樣品成分的分析結(jié)果，而是一種與試樣有關(guān)的信號(hào)模式，這些信號(hào)通過(guò)具有模式識(shí)別能力的計(jì)算機(jī)分析后，能得出對(duì)樣品味覺(jué)特征有關(guān)的總體評(píng)價(jià)。電子舌的輸出信號(hào)表明，他可以對(duì)不同的味道質(zhì)量，也就是不同的化學(xué)物質(zhì)成分進(jìn)行模式識(shí)別。

2 電子舌在飲料評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

電子舌可以對(duì)人的五種基本味感：酸、甜、苦、辣、咸進(jìn)行有效的識(shí)別。因此，利用味感可以對(duì)飲料進(jìn)行分類識(shí)別。不同的飲料和食物有不同的味道特征點(diǎn)，電子舌通過(guò)確定味道特征點(diǎn)，就能夠區(qū)分不同的品味，從而可以區(qū)分不同種類的飲料、不同廠商生產(chǎn)的同一種飲料、同一廠家生產(chǎn)的不同質(zhì)量等級(jí)的飲料、或者監(jiān)控貨架期間飲料品質(zhì)的變化，也可以鑒別飲料中是否摻假。由于非常精密，能夠發(fā)現(xiàn)水中極少量的雜質(zhì)，因此他還能夠區(qū)分一些味道只有微弱差別的飲料如蒸餾水和礦泉水以及不同品牌的礦泉水，在某些方面比人類品味專家更為靈敏。

2.1 識(shí)別不同種類的飲料

滕炯華等用由7個(gè)性能彼此重疊的味覺(jué)傳感器陣列與基于BP算法的模式識(shí)別系統(tǒng)組成的電子舌，對(duì)100%的蘋果汁、菠蘿汁、橙汁和紫葡萄汁進(jìn)行了測(cè)定，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明電子舌能夠定性識(shí)別不同種類的果汁。牛海霞的研究發(fā)現(xiàn)采用基于多頻脈沖的電子舌進(jìn)行檢測(cè)，數(shù)據(jù)采用主成分分析的方法，能夠?qū)αN茶飲料有較好的區(qū)分辨識(shí)效果。Lvova等利用全固態(tài)便攜式電子舌對(duì)飲用水、軟飲料和啤酒進(jìn)行研究，結(jié)果表明采用基于印刷碳糊電極全固態(tài)芯片的電位測(cè)量方法和主成分分析、偏回歸等化學(xué)計(jì)量法，可以根據(jù)味道不同成功的區(qū)分各種不同的飲料。Ciosek等則利用基于小型固態(tài)電位測(cè)量電極傳感器陣列的電子舌識(shí)別了啤酒、果汁和牛奶等各類飲料，傳感陣列中融合使用離子選擇性和部分選擇性微電極，并采用主成分分析和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識(shí)別方法可以提高不同飲料識(shí)別的正確性。

2.2 鑒別飲料的質(zhì)量分級(jí)

酒精飲料的快速質(zhì)量檢測(cè)，包括對(duì)品牌的識(shí)別和摻假等不可接受產(chǎn)品的檢測(cè)是很重要的。Legin等采用基于電位測(cè)量的多通道味覺(jué)化學(xué)傳感器，識(shí)別用不同純度水和乙醇以及各種味覺(jué)添加劑生產(chǎn)的十種相同品牌的伏特加酒，區(qū)分用于伏特加酒或白蘭地生產(chǎn)的乙醇，識(shí)別伏特加酒中高于規(guī)定的污染物以及辨別符合或不符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的各種質(zhì)量等級(jí)的伏特加酒。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，電子舌能夠識(shí)別人工合成的和來(lái)自糧食的乙醇，也能夠區(qū)分不同純度的糧食乙醇，即電子舌能夠?qū)凭嬃系钠焚|(zhì)進(jìn)行快速評(píng)價(jià)。

Lvova等用電子舌分析了由葡萄和大麥制作的飲料，并根據(jù)酒精度指標(biāo)分別評(píng)價(jià)了葡萄酒、啤酒、白蘭地、威士忌的品質(zhì)。Bleibaum等則利用電子舌對(duì)不同等級(jí)的蘋果汁質(zhì)量進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

2.3 監(jiān)控飲料品質(zhì)的變化

Sim等對(duì)超高溫殺菌和巴氏殺菌兩種類型商業(yè)奶的品質(zhì)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，結(jié)果表明電子舌能夠?qū)π迈r牛奶和變質(zhì)牛奶進(jìn)行成功的識(shí)別，他通過(guò)主成分分析模式識(shí)別法對(duì)室溫下牛奶品質(zhì)的劣變情況進(jìn)行了跟蹤，發(fā)現(xiàn)電子舌能夠很好的反映不同儲(chǔ)藏時(shí)間下牛奶品質(zhì)的變化。

Rudnitskaya等利用電子舌對(duì)橘子汁、蘋果汁和水果飲料的新鮮度、摻水稀釋后得到的不同質(zhì)量等級(jí)的果汁以及果汁品質(zhì)在老化試驗(yàn)中隨時(shí)間劣變的動(dòng)力學(xué)進(jìn)行研究，結(jié)果表明電子舌在果汁品質(zhì)監(jiān)控方面具有很好的應(yīng)用前景。

Ciosek等利用電子舌對(duì)牛奶、果汁、滋補(bǔ)品等不同種類的飲料進(jìn)行識(shí)別，正確率高達(dá)90%～100%，其中高分子膜離子選擇性電極的傳感器陣列的精度最高，對(duì)相同品牌不同生產(chǎn)批號(hào)飲料的識(shí)別準(zhǔn)確率也很高，并且電子舌對(duì)不同樣品識(shí)別判斷的能力可以通過(guò)使用更精細(xì)的數(shù)據(jù)處理方法得到進(jìn)一步提高。

3 結(jié)語(yǔ)

飲料工業(yè)所涉及的品質(zhì)控制、成分分析往往屬于非線性和非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)，而電子舌技術(shù)中的模式識(shí)別技術(shù)正適合于處理這種非線性和非穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)。電子舌能夠識(shí)別不同制造商生產(chǎn)的不同類型的飲料，能夠識(shí)別同一個(gè)品牌不同生產(chǎn)時(shí)間的產(chǎn)品，能夠?qū)Ξa(chǎn)品的摻假、質(zhì)量等級(jí)進(jìn)行判斷，即使摻入很少量的水或糖漿也能夠識(shí)別，也能夠監(jiān)控果汁飲料儲(chǔ)藏過(guò)程中品質(zhì)的變化及變質(zhì)產(chǎn)品的檢測(cè)。電子舌的靈敏度基于傳感器陣列對(duì)無(wú)機(jī)和有機(jī)營(yíng)養(yǎng)素的敏感度，國(guó)內(nèi)外的研究結(jié)果均表明電子舌可以成功的用于液體飲料的質(zhì)量控制，因此，電子舌這種新型的味覺(jué)檢測(cè)技術(shù)在飲料工業(yè)中有著廣闊的應(yīng)用前景。

［1］VLASOV Y G,LEGIN A V,RUDNITSKAYA A M,et al.Electronic tongue-new analytical tool for liquid analysis on the basis of non-specific sensors and methods of pattern recognition［J］.Sensors and Actuators B：Chemical，2000,65(1-3)：235-236.

［2］林科.電子舌研究進(jìn)展及其在食品檢測(cè)中的應(yīng)用研究［J］.安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36(15)：6 602-6 604.

［3］楊小蘭，楊俊鋒，張美霞.電子舌在食品加工在線檢測(cè)中的應(yīng)用研究［J］.飲料工業(yè)，2007(9)：6-9.

［4］王俊，胡桂仙，于勇，等.電子鼻與電子舌在食品檢測(cè)中的應(yīng)用研究進(jìn)展［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2004(2)：292-295.

［5］APETREI C,RODR GUEZ-MéNDEZ ML,Parra V,et al.Array of voltammetric sensors for the discrimination of bitter solutions［J］.Sensors and Actuators B:Chemical，2004，103(1-2)：145-152.

［6］胡潔，李蓉，王平.人工味覺(jué)系統(tǒng)——電子舌的研究［J］.傳感技術(shù)學(xué)報(bào)，2001(2):169-179.

［7］滕炯華，王磊，袁朝輝.基于電子舌技術(shù)的果汁飲料識(shí)別［J］.測(cè)控技術(shù)，2004，23(11)：4-5.

［8］牛海霞.基于多頻脈沖電子舌的茶飲料區(qū)分辨識(shí)［J］.食品工業(yè)科技，2008(6)：124-126.

［9］LVOVA L，KIMS S，LEGIN A,et al.All-solid-state electronic tongue and its application for beverage analysis［J］.Analytica Chimica Acta，2002，468(2)：303-314.

［10］CIOSEK P，BRZóZKA Z,WRóBLEWSKI W.Electronic tongue for flow-through analysis of beverages［J］.Sensors and Actuators B:Chemical,2006,118(1-2)：454-460.

［11］LEGIN A，RUDNITSKAYA A,SELEZNEV B，et al.Electronic tongue for quality assessment of ethanol,vodka and eau-de-vie［J］.Analytica Chimica Acta，2005，534(1)：129-135.

［12］LVOVA L,PAOLESSE R,DI NATALE C，et al.Detection of alcohols in beverages:An application of porphyrin-based Electronic tongue［J］.Sensors and Actuators B:Chemical，2006,118(1-2):439-447.

［13］BLEIBAUM R N，STONE H，TAN T，et al.Comparison of sensory and consumer results with electronic nose and tongue sensors for apple juices［J］.Food Quality and Preference,2002，13(6):409-422.

［14］SIMM，SHYA T J，AHMAD MN，et al.Monitoring of milk quality with disposable taste sensor［J］.Sensors.2003，3：340-349.

［15］RUDNITSKAY A，LEGIN A，Makarychev-Mikhailov S，et al.Quality monitoring of fruit juices using an electronic tongue［J］.Analytical Sciences.2001,17(supplement)：i309-i312.

［16］CIOSEKP，AUGUSTYNIAKE，WRóBLEWSKIW.Polymeric membrane ion-selective and cross-sensitive electrode-based electronic tongue for qualitative analysis of beverages［J］.Analyst，2004，129(7)：639-644.

Evaluation of beverage based on the electronic tongue

WANGChun-yan*SUNYue-e
（College ofFood Engineering，Xuzhou Institute ofTechnology，Xuzhou 221008，China)

The configuration and basic principle of electronic tongue are introduced in this paper.The current research situation and applications of the electronic tongue in the different kinds of beverage discrimination,quality examination，fake products discrimination and quality evaluation were expounded.And the electronic tongue's further application and developing prospective in food industry was discussed.It is also given that the theoretical and technological problems which should be solved.The electronic tongue as a kind ofmodern intelligent sensory instrument was simple and rapid，and lowin cost，and could monitor and control the period of beverage production，which shows a great potential in the evaluation ofqualityfor beverage.

electronic tongue；beverage；discrimination；qualitycontrol

2010-02-12