电子舌在食品药品中的应用

★ 王燕霞 谢一辉 龚嘉华 张凌

(江西中医药大学 江西 南昌 330006)

食品药品的质量与人类的健康事业息息相关。在食品药品领域，人类借助感觉器官，通过口尝、眼观、鼻嗅、耳听、手触，进行最原始的食品药品筛选、鉴别、质控和分析等[1]，这些方法具有简便、灵活的特点，也在食品药品发展过程中起到了至关重要的作用，但其同时具备模糊、易疲劳、主观性强、重复性差等不足，而不能适应发展的需求。随着社会的进步和科技的发展，许多先进的仪器改进了人类感官手段的不足。其中，最具有代表性的为电子舌，即利用仿生技术模拟人类的味觉器官。电子舌具有客观、准确、不疲劳、数据电子化、易描述和易保存等优点，在食品药品中的应用越来越广泛。

1 电子舌简介

1.1 电子舌原理 电子舌(Electronic Tongue, ET)是模拟人体味觉感受机理来设计的人工味觉系统。它采用类似于生物系统的材料作传感器的敏感膜, 当类脂薄膜的一侧与味觉物质接触时，膜电势发生变化，从而产生响应，检测出各类味觉物质量化关系，同人的味觉感觉相匹配而分析出酸、甜、苦、咸、鲜等味觉指标。然后由计算机对数据进行模式识别,得到反映样品味觉特征的结果[2]。电子舌是近年发展起来的基于味觉传感器和化学信息学处理方法的味觉识别、检测技术。它得到的不是被测样品中某种或某几种成分的定性与定量结果，而是样品的整体信息，又可称作“指纹”数据[3-4]。与人体感官舌相比，电子舌具有客观性、重复性、不疲劳、检测速度快、数据电子化、易描述和易保存等优点[5]。

1.2 电子舌的组成 电子舌主要由采样装置、传感器阵列和模式识别系统组成[6]。根据不同的技术机理,味觉传感器分为电位分析传感器、伏安分析传感器、光学方法的味觉传感器和其他等类型传感器。电位分析传感器主要有离子选择电极和多通道类脂膜味觉传感器，离子选择电极是一种对特定离子有高度选择性的电极，多通道类脂膜味觉传感器对化学物质分子进行识别，对相应味道做出反应；伏安法电子舌是基于伏安分析传感器而研制的电子舌，对单一特定成分的选择性较差；光学方法的味觉传感器可分为LAPS味觉传感器和基于光化学原理的集成光学离子传感器。其他类型的传感器有SH-SAW味觉传感器、电导分析传感器和纳米传感器等。随着科技的发展，电子舌将向着研究便携、低功耗、使用方便、价格适宜、性能稳定方向发展[7]。

2 电子舌的应用

2.1 电子舌在食品中的应用

2.1.1 茶叶品质评价和等级区分 茶起源于中国，传播于世界。我国的茶文化底蕴深厚，茶叶不仅是一种优势农产品，而且已演变成为中华民族的一种核心文化产品。然而目前市场上商品茶质量级别混乱、售价模糊，假冒伪劣、以次充好的现象时常发生[8]。识别茶叶品质的高低或好坏，已经成为消费者普遍关注的一个问题。为客观评价茶叶的质量，薛丹等[9]采用电子舌技术对2009年4种西湖龙井进行检测，计算了茶叶等级与传感器响应强度间的相关性，并建立了茶叶等级分类的Fisher判别模型，其准确率达90%。吴瑞梅等[10-11]利用电子舌技术快速的评价了绿茶的滋味品质，并对化学仪器与电子舌表征绿茶滋味感官品质的进行了比较，其研究结果可为茶叶品质智能化评价提供参考。甘芝霖等[12]对信阳毛尖茶品质进行了评价，电子舌技术的判别结果与实际的品质评判相一致。徐飞等[13]子舌对不同配比香露兜绿茶的识别研究，与其感官评价比较，电子舌主成分分析结果与其相一致。表明采用电子舌技术可以对不同产地、不同种类的茶叶进行准确的品质评价和等级区分。

2.1.2 果蔬成熟度和质量评价 农产品品质与它的形状、大小等外观品质，硬度、黏度等物理性质，以及成熟度、新鲜度和营养成分等内部品质密切相关。日常生活中，人们对于果蔬的成熟度和质量评价主要是依靠眼看、耳听、鼻闻和手摸等经验性判断。主观性较，不能形成统一的标准，且易疲劳、误差大。随着科技的发展，模仿人类味觉系统的电子舌产品逐渐应用于果蔬成熟度的判断和质量评价，具有检测快、客观、准确和不易疲劳等优点。如乔方等[14]区的妃子笑及怀枝荔枝的甜酸滋味物质比较及电子舌分析，电子舌图谱与理化指标图谱之间具有相似性，可以明显区分不同产区的荔枝样品。高利萍[15]电子鼻和电子舌，通过主成分分析、线性判别分析对不同成熟度草莓鲜榨果汁的风味品质进行检测区分，建立电子鼻和电子舌传感器响应信号与草莓鲜榨汁理化指标之间的关系，定量预测草莓的品质指标。其方法能对样品进行较好地区分且能对样品的品质指标进行较好地预测。孙月娥等[16]对电子舌和电子鼻在果蔬成熟度检测、质量评定和贮藏期品质监控方面的应用以及研究现状进行了综述。电子舌对未知样品具有智能识别作用，它们根据测定样品的整体信息，产生“指纹”图谱，与人的味觉相比，避免了主观因素及其它人为误差，测定结果更客观、可靠，具有很好的重复性和再现性。

2.1.3 饮料的质量鉴别 饮料具有快速、方便、冷热皆宜等优点，问世以来受到消费者广泛的关注和喜爱。目前，对饮料的质量鉴别的主要方法是感官评价。没有一个客观的评价标准，也难以建立相应的数学模型。探索一种能对饮料的品质等级进行快速区分与检测的新方法显得日益迫切。张浩玉等[17]利用AstreeⅡ电子舌对不同类型和产地的9品种的醋在5不同的稀释浓度下进行检测和分析，实验结果对醋真假的鉴别有一定的借鉴意义。朱楠等[18]利用电子舌对市面上常见的几种不同类型的蒸馏酒进行鉴别，效果较好。吴从元等[19]对电子舌响应信号与牛奶理化指标的典型相关分析，研究结果表明电子舌基本能够预测牛奶的理化指标。邓莉等[20]采用电子舌对市售的10种啤酒进行检测，所得数据进行主成分分析后，着重研究不同啤酒的苦味、苦味回味、酸味。该电子舌能很好的区分这10种啤酒，在啤酒品牌区分、真伪辨识中有巨大的应用潜力。不同样品之间的差异性能够被非常明确地区别出来，而且其重现性较好。这些都表明电子舌技术在饮料辨别中无可比拟的优势。

2.1.4 肉类的新鲜度检测和区分 肉类提供了人类所需的蛋白质、氨基酸、脂肪等营养物质，是人们膳食中的重要组成部分。其新鲜度、肉质不仅影响人们对于肉类口味的评价，有的甚至对人们的身体造成损害。寻找一种快速、简便的方法对肉类的新鲜度进行评价就显得尤为重要。相较于传统方法，王霞等[21]利用多频脉冲电子舌系统对鸡肉产品进行检测，经过优化后的复合电极可实现不同品种相同部位生鲜鸡肉有效区分，实现加工的熟制鸡腿肉或鸡汤的区分。研究表明，多频脉冲电子舌在区分不同品种鸡肉及鸡肉加工产品方面具有应用潜力。范文教等[22]采用α-ASTREE电子舌对不同发酵时间的川味香肠样品进行识别研究。田晓静等[23]对电子舌技术在肉类及肉类制品检测中的应用进行了探讨，电子舌在肉与肉制品新鲜度检测、定量分析、肉品质量鉴定和肉品卫生质量方面均有应用。电子舌以其在肉与肉制品检测具有快速、便捷、样品量少、成本低、重复性好、同时检测多种成分等优点，使其在肉与肉制品品质检测中受到了越来越多的关注。

2.2 电子舌在药品中的应用

2.2.1 药品滋味区分鉴别 历来中药滋味主要由口尝获得，由于人工评价的个体差异和描述的主观性，历代医学典籍对中药滋味的记载并不一致。现今，滋味的获得仍依赖于感官评价，评价结果数据往往较模糊，难以使用客观的数据表达出来。最新版的药典中，对于中药滋味的描述仍是主观的，模糊的。基于这种模糊描述，得到的研究结果往往欠缺科学性。因此，有必要对中药滋味进行系统研究。鉴于此，杜瑞超等[24]利用电子舌对22 种常用中药的水煎液进行电子舌检测, 22种中药按酸、苦、甜、咸的规律聚类分布；得到的酸、苦、甜、咸特征雷达图形状不同，可以很好的区分中药不同滋味；电子舌能够对中药滋味进行精确地区分辨识。武琳等[25]利用电子舌很好地区分了6种不同的辛味中药材，且于同种类型不同产地，不同生产批次的中药材样本也有很好的辨识能力。证实了电子舌在实现中药材鉴别分类中的潜能，证实了电子舌在实现中药材鉴别分类中的潜能。

2.2.2 药材产地来源 我国幅员广阔，中药材品种繁多，商品药材在各地流通过程中，历来就有“同物异名”、“同名异物”现象； 同时，由于药材是一种商品，自然就有造假者、掺伪者流通于市[26]不的产地，其药材中所含有的有效物质的种类和数量均有所不同。因而，药材产地来源的鉴别显得尤为关键。吴飞等[27]采用电子舌对中药枳实药材产地来源进行鉴别，通过电子舌对不同产地样品的响应特点建立产地分类模型，用主成分分析( PCA) 和判别因子分析( DFA) 来判断测试枳实药材的产地归属，并用高效液相色谱法进行验证，得出电子舌能够有效鉴别未知产地来源的枳实药材。这也是首次将电子舌技术应用于中药材的质量控制领域，在寻找中药药材鉴别新方法的道路上作出了有益的尝试，为中药质量控制增添了新的思路。

2.2.3 药品不良味道的掩盖及掩味效果评价 药物的不良气味、滋味繁杂，其中苦味是最让人难以接受的。电子舌可以对药物的味觉进行评价，可对药物的不同味道进行区分，成药的不同口感进行比较，还能对药物不良味道掩盖分析结果进行分析，快速有效的测试和筛选大量的备选配方，开发选择符合消费者口味的产品，避免重复开发或开发不受欢迎的产品。Rachid[28]做过肾上腺素类药物的苦味预测模型的研究。通过Astree电子舌对已进行苦味分级的物质进行距离计算，得到苦味值并建立苦味数据库，再根据厂商提供的物质的口尝评价值对数据库进行验证。这个模型可做为苦味预测模型，对已添加不同辅料的药物的掩味效果进行评价。王佳佳等[29]利用电子舌对富含ACE抑制肽的酪蛋白水解物的脱苦评价,使用风味酶法对酪蛋白水解液进行脱苦，采用感官评价法和电子舌技术相结合评价脱苦效果，并用HHL方法检测脱苦前后的水解物对ACE的抑制活性。结果表明，感官评定和电子舌技术对脱苦物质的评价有一定的差异，电子舌在分辨力、敏感度、稳定性等方面更有优势。

3 总结与展望

电子舌具有响应时间短、检测速度快、灵敏度高、重复性好、样品前处理简单等优点，能够实现现场、快速、准确、实时检测, 广泛应用于食品药品质量控制、产地来源、滋味鉴别和等级评价等方面。

电子舌属于一个非常年轻的研究领域，在许多方面存在巨大的发展潜力。在国际上电子舌技术已经被列为重要的研究方向之一，常与电子鼻、电子眼等其他智能感官系统联合使用。但是电子舌技术的实际应用还不够广泛，原因在于当前的电子舌仪器商品大多价格昂贵、体积较大。体积小、价格低的便携式电子舌可能更具需求，这方面的研究应该受到重视。随着纳米材料、新型传感、微细加工等技术的不断进步，电子舌仪器必将取得深远的发展，其应用也会越来越广，将在经济和社会发展中发挥更大的作用。

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