電子舌在食品藥品中的應用

★ 王燕霞 謝一輝 龔嘉華 張凌

(江西中醫(yī)藥大學 江西 南昌 330006)

食品藥品的質量與人類的健康事業(yè)息息相關。在食品藥品領域，人類借助感覺器官，通過口嘗、眼觀、鼻嗅、耳聽、手觸，進行最原始的食品藥品篩選、鑒別、質控和分析等[1]，這些方法具有簡便、靈活的特點，也在食品藥品發(fā)展過程中起到了至關重要的作用，但其同時具備模糊、易疲勞、主觀性強、重復性差等不足，而不能適應發(fā)展的需求。隨著社會的進步和科技的發(fā)展，許多先進的儀器改進了人類感官手段的不足。其中，最具有代表性的為電子舌，即利用仿生技術模擬人類的味覺器官。電子舌具有客觀、準確、不疲勞、數據電子化、易描述和易保存等優(yōu)點，在食品藥品中的應用越來越廣泛。

1 電子舌簡介

1.1 電子舌原理 電子舌(Electronic Tongue, ET)是模擬人體味覺感受機理來設計的人工味覺系統(tǒng)。它采用類似于生物系統(tǒng)的材料作傳感器的敏感膜, 當類脂薄膜的一側與味覺物質接觸時，膜電勢發(fā)生變化，從而產生響應，檢測出各類味覺物質量化關系，同人的味覺感覺相匹配而分析出酸、甜、苦、咸、鮮等味覺指標。然后由計算機對數據進行模式識別,得到反映樣品味覺特征的結果[2]。電子舌是近年發(fā)展起來的基于味覺傳感器和化學信息學處理方法的味覺識別、檢測技術。它得到的不是被測樣品中某種或某幾種成分的定性與定量結果，而是樣品的整體信息，又可稱作“指紋”數據[3-4]。與人體感官舌相比，電子舌具有客觀性、重復性、不疲勞、檢測速度快、數據電子化、易描述和易保存等優(yōu)點[5]。

1.2 電子舌的組成 電子舌主要由采樣裝置、傳感器陣列和模式識別系統(tǒng)組成[6]。根據不同的技術機理,味覺傳感器分為電位分析傳感器、伏安分析傳感器、光學方法的味覺傳感器和其他等類型傳感器。電位分析傳感器主要有離子選擇電極和多通道類脂膜味覺傳感器，離子選擇電極是一種對特定離子有高度選擇性的電極，多通道類脂膜味覺傳感器對化學物質分子進行識別，對相應味道做出反應；伏安法電子舌是基于伏安分析傳感器而研制的電子舌，對單一特定成分的選擇性較差；光學方法的味覺傳感器可分為LAPS味覺傳感器和基于光化學原理的集成光學離子傳感器。其他類型的傳感器有SH-SAW味覺傳感器、電導分析傳感器和納米傳感器等。隨著科技的發(fā)展，電子舌將向著研究便攜、低功耗、使用方便、價格適宜、性能穩(wěn)定方向發(fā)展[7]。

2 電子舌的應用

2.1 電子舌在食品中的應用

2.1.1 茶葉品質評價和等級區(qū)分 茶起源于中國，傳播于世界。我國的茶文化底蘊深厚，茶葉不僅是一種優(yōu)勢農產品，而且已演變成為中華民族的一種核心文化產品。然而目前市場上商品茶質量級別混亂、售價模糊，假冒偽劣、以次充好的現象時常發(fā)生[8]。識別茶葉品質的高低或好壞，已經成為消費者普遍關注的一個問題。為客觀評價茶葉的質量，薛丹等[9]采用電子舌技術對2009年4種西湖龍井進行檢測，計算了茶葉等級與傳感器響應強度間的相關性，并建立了茶葉等級分類的Fisher判別模型，其準確率達90%。吳瑞梅等[10-11]利用電子舌技術快速的評價了綠茶的滋味品質，并對化學儀器與電子舌表征綠茶滋味感官品質的進行了比較，其研究結果可為茶葉品質智能化評價提供參考。甘芝霖等[12]對信陽毛尖茶品質進行了評價，電子舌技術的判別結果與實際的品質評判相一致。徐飛等[13]子舌對不同配比香露兜綠茶的識別研究，與其感官評價比較，電子舌主成分分析結果與其相一致。表明采用電子舌技術可以對不同產地、不同種類的茶葉進行準確的品質評價和等級區(qū)分。

2.1.2 果蔬成熟度和質量評價 農產品品質與它的形狀、大小等外觀品質，硬度、黏度等物理性質，以及成熟度、新鮮度和營養(yǎng)成分等內部品質密切相關。日常生活中，人們對于果蔬的成熟度和質量評價主要是依靠眼看、耳聽、鼻聞和手摸等經驗性判斷。主觀性較，不能形成統(tǒng)一的標準，且易疲勞、誤差大。隨著科技的發(fā)展，模仿人類味覺系統(tǒng)的電子舌產品逐漸應用于果蔬成熟度的判斷和質量評價，具有檢測快、客觀、準確和不易疲勞等優(yōu)點。如喬方等[14]區(qū)的妃子笑及懷枝荔枝的甜酸滋味物質比較及電子舌分析，電子舌圖譜與理化指標圖譜之間具有相似性，可以明顯區(qū)分不同產區(qū)的荔枝樣品。高利萍[15]電子鼻和電子舌，通過主成分分析、線性判別分析對不同成熟度草莓鮮榨果汁的風味品質進行檢測區(qū)分，建立電子鼻和電子舌傳感器響應信號與草莓鮮榨汁理化指標之間的關系，定量預測草莓的品質指標。其方法能對樣品進行較好地區(qū)分且能對樣品的品質指標進行較好地預測。孫月娥等[16]對電子舌和電子鼻在果蔬成熟度檢測、質量評定和貯藏期品質監(jiān)控方面的應用以及研究現狀進行了綜述。電子舌對未知樣品具有智能識別作用，它們根據測定樣品的整體信息，產生“指紋”圖譜，與人的味覺相比，避免了主觀因素及其它人為誤差，測定結果更客觀、可靠，具有很好的重復性和再現性。

2.1.3 飲料的質量鑒別 飲料具有快速、方便、冷熱皆宜等優(yōu)點，問世以來受到消費者廣泛的關注和喜愛。目前，對飲料的質量鑒別的主要方法是感官評價。沒有一個客觀的評價標準，也難以建立相應的數學模型。探索一種能對飲料的品質等級進行快速區(qū)分與檢測的新方法顯得日益迫切。張浩玉等[17]利用AstreeⅡ電子舌對不同類型和產地的9品種的醋在5不同的稀釋濃度下進行檢測和分析，實驗結果對醋真假的鑒別有一定的借鑒意義。朱楠等[18]利用電子舌對市面上常見的幾種不同類型的蒸餾酒進行鑒別，效果較好。吳從元等[19]對電子舌響應信號與牛奶理化指標的典型相關分析，研究結果表明電子舌基本能夠預測牛奶的理化指標。鄧莉等[20]采用電子舌對市售的10種啤酒進行檢測，所得數據進行主成分分析后，著重研究不同啤酒的苦味、苦味回味、酸味。該電子舌能很好的區(qū)分這10種啤酒，在啤酒品牌區(qū)分、真?zhèn)伪孀R中有巨大的應用潛力。不同樣品之間的差異性能夠被非常明確地區(qū)別出來，而且其重現性較好。這些都表明電子舌技術在飲料辨別中無可比擬的優(yōu)勢。

2.1.4 肉類的新鮮度檢測和區(qū)分 肉類提供了人類所需的蛋白質、氨基酸、脂肪等營養(yǎng)物質，是人們膳食中的重要組成部分。其新鮮度、肉質不僅影響人們對于肉類口味的評價，有的甚至對人們的身體造成損害。尋找一種快速、簡便的方法對肉類的新鮮度進行評價就顯得尤為重要。相較于傳統(tǒng)方法，王霞等[21]利用多頻脈沖電子舌系統(tǒng)對雞肉產品進行檢測，經過優(yōu)化后的復合電極可實現不同品種相同部位生鮮雞肉有效區(qū)分，實現加工的熟制雞腿肉或雞湯的區(qū)分。研究表明，多頻脈沖電子舌在區(qū)分不同品種雞肉及雞肉加工產品方面具有應用潛力。范文教等[22]采用α-ASTREE電子舌對不同發(fā)酵時間的川味香腸樣品進行識別研究。田曉靜等[23]對電子舌技術在肉類及肉類制品檢測中的應用進行了探討，電子舌在肉與肉制品新鮮度檢測、定量分析、肉品質量鑒定和肉品衛(wèi)生質量方面均有應用。電子舌以其在肉與肉制品檢測具有快速、便捷、樣品量少、成本低、重復性好、同時檢測多種成分等優(yōu)點，使其在肉與肉制品品質檢測中受到了越來越多的關注。

2.2 電子舌在藥品中的應用

2.2.1 藥品滋味區(qū)分鑒別 歷來中藥滋味主要由口嘗獲得，由于人工評價的個體差異和描述的主觀性，歷代醫(yī)學典籍對中藥滋味的記載并不一致?，F今，滋味的獲得仍依賴于感官評價，評價結果數據往往較模糊，難以使用客觀的數據表達出來。最新版的藥典中，對于中藥滋味的描述仍是主觀的，模糊的?；谶@種模糊描述，得到的研究結果往往欠缺科學性。因此，有必要對中藥滋味進行系統(tǒng)研究。鑒于此，杜瑞超等[24]利用電子舌對22 種常用中藥的水煎液進行電子舌檢測, 22種中藥按酸、苦、甜、咸的規(guī)律聚類分布；得到的酸、苦、甜、咸特征雷達圖形狀不同，可以很好的區(qū)分中藥不同滋味；電子舌能夠對中藥滋味進行精確地區(qū)分辨識。武琳等[25]利用電子舌很好地區(qū)分了6種不同的辛味中藥材，且于同種類型不同產地，不同生產批次的中藥材樣本也有很好的辨識能力。證實了電子舌在實現中藥材鑒別分類中的潛能，證實了電子舌在實現中藥材鑒別分類中的潛能。

2.2.2 藥材產地來源 我國幅員廣闊，中藥材品種繁多，商品藥材在各地流通過程中，歷來就有“同物異名”、“同名異物”現象； 同時，由于藥材是一種商品，自然就有造假者、摻偽者流通于市[26]不的產地，其藥材中所含有的有效物質的種類和數量均有所不同。因而，藥材產地來源的鑒別顯得尤為關鍵。吳飛等[27]采用電子舌對中藥枳實藥材產地來源進行鑒別，通過電子舌對不同產地樣品的響應特點建立產地分類模型，用主成分分析( PCA) 和判別因子分析( DFA) 來判斷測試枳實藥材的產地歸屬，并用高效液相色譜法進行驗證，得出電子舌能夠有效鑒別未知產地來源的枳實藥材。這也是首次將電子舌技術應用于中藥材的質量控制領域，在尋找中藥藥材鑒別新方法的道路上作出了有益的嘗試，為中藥質量控制增添了新的思路。

2.2.3 藥品不良味道的掩蓋及掩味效果評價 藥物的不良氣味、滋味繁雜，其中苦味是最讓人難以接受的。電子舌可以對藥物的味覺進行評價，可對藥物的不同味道進行區(qū)分，成藥的不同口感進行比較，還能對藥物不良味道掩蓋分析結果進行分析，快速有效的測試和篩選大量的備選配方，開發(fā)選擇符合消費者口味的產品，避免重復開發(fā)或開發(fā)不受歡迎的產品。Rachid[28]做過腎上腺素類藥物的苦味預測模型的研究。通過Astree電子舌對已進行苦味分級的物質進行距離計算，得到苦味值并建立苦味數據庫，再根據廠商提供的物質的口嘗評價值對數據庫進行驗證。這個模型可做為苦味預測模型，對已添加不同輔料的藥物的掩味效果進行評價。王佳佳等[29]利用電子舌對富含ACE抑制肽的酪蛋白水解物的脫苦評價,使用風味酶法對酪蛋白水解液進行脫苦，采用感官評價法和電子舌技術相結合評價脫苦效果，并用HHL方法檢測脫苦前后的水解物對ACE的抑制活性。結果表明，感官評定和電子舌技術對脫苦物質的評價有一定的差異，電子舌在分辨力、敏感度、穩(wěn)定性等方面更有優(yōu)勢。

3 總結與展望

電子舌具有響應時間短、檢測速度快、靈敏度高、重復性好、樣品前處理簡單等優(yōu)點，能夠實現現場、快速、準確、實時檢測, 廣泛應用于食品藥品質量控制、產地來源、滋味鑒別和等級評價等方面。

電子舌屬于一個非常年輕的研究領域，在許多方面存在巨大的發(fā)展?jié)摿?。在國際上電子舌技術已經被列為重要的研究方向之一，常與電子鼻、電子眼等其他智能感官系統(tǒng)聯合使用。但是電子舌技術的實際應用還不夠廣泛，原因在于當前的電子舌儀器商品大多價格昂貴、體積較大。體積小、價格低的便攜式電子舌可能更具需求，這方面的研究應該受到重視。隨著納米材料、新型傳感、微細加工等技術的不斷進步，電子舌儀器必將取得深遠的發(fā)展，其應用也會越來越廣，將在經濟和社會發(fā)展中發(fā)揮更大的作用。

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