味道是食品感官評定中的重要指標。從古代的“神農嘗百草”到如今經(jīng)過(guò)特殊訓練的品評專(zhuān)家，人類(lèi)的味覺(jué)系統在其中都起著(zhù)決定性的作用。隨著(zhù)現代分析及人工智能技術(shù)的發(fā)展，催生了一種靈敏度高、測定時(shí)間短，并且適合于在復雜樣品中連續評價(jià)整體味覺(jué)信息的設備———電子舌。
電子舌的結構及其原理
電子舌是利用交互感應的多傳感器陣列讀取液體樣本的特征性響應信號，收集的信號經(jīng)計算機處理和模式識別分析后，以樣品整體品質(zhì)信息作為輸出的設備。由其定義可以看出，電子舌主要由三部分組成：傳感器陣列、信號采集模塊和模式識別系統。
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；信號采集模塊能夠收集傳感器陣列信息，并將其以電信號的形式儲存在計算機中；模式識別系統以數學(xué)算法為手段，模擬人腦的運算方式，分析、處理收集到的信號，并將其轉化為樣品整體特征屬性。模式識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)的定性和定量結果，它反映的是液體的整體特性。最早的電子舌設備是由模仿味覺(jué)識別機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)屬性的測定設備，它還被應用于其它的領(lǐng)域，如在煙草行業(yè)中對卷煙質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)［1］，在環(huán)境領(lǐng)域對水的軟硬度、重金屬離子含量進(jìn)行評價(jià)［2］，在液體樣本中對微生物污染進(jìn)行評價(jià)［3］，在醫學(xué)領(lǐng)域用于對體液的分析等［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，根據傳感器原理可將其區分為電位型電子舌、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原理的不同，其性能和檢測樣品的種類(lèi)等之間也存在一定的差異［5］。
電子舌檢測方法與真實(shí)味覺(jué)感受的比較
電子舌的設計思想源于味覺(jué)的感受機制［6］。傳感器陣列相當于舌頭，單獨的不同材質(zhì)或修飾的傳感器相當于味蕾，信號采集系統相當于傳遞神經(jīng)，而模式識別算法則相當于大腦對味覺(jué)信息的處理。雖然電子舌被認為是食品味覺(jué)檢測的設備，但是電子舌所描述的特征和生物系統的味覺(jué)并非完全相同的概念，與生物味覺(jué)機制的比較研究有助于為設備研發(fā)者打開(kāi)新的思路。
一、檢測樣品的比較
目前電子舌在食品領(lǐng)域的應用主要分為定性和定量分析兩個(gè)方面。定性分析是指根據樣品差異性實(shí)現不同樣品的辨別、區分，或者是根據樣品間差異性的大小對樣品的等級和種類(lèi)進(jìn)行識別，如電子舌對飲料、橄欖油、酒類(lèi)和新鮮度的區分；
定量分析則是將電子舌測定結果與感官評價(jià)專(zhuān)員給出的結果進(jìn)行比較判斷，通過(guò)對應關(guān)系，得到相應的定量預測模型，得到的是一類(lèi)成分的總的量或程度的信息，如電子舌對樣品味覺(jué)感受差異的評價(jià)、制藥工業(yè)中對苦味掩蓋及掩蓋效果的評價(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(zhuān)一性和弱選擇性，對待測液中無(wú)機物、有機物、離子或非離子性組分具有交叉敏感特性，不同的修飾膜對同一物質(zhì)敏感度也不相同，傳感電極對呈味物質(zhì)的敏感性普遍高于人類(lèi)味覺(jué)測定的極限。ASTREE電子舌對不同味覺(jué)物質(zhì)的檢測限見(jiàn)表1。
三、信號傳遞過(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)電極感受到的信號都是多種物質(zhì)累加的結果。一支電極無(wú)法區分自身感受到的味道。呈味分子與味覺(jué)受體，使得味覺(jué)細胞興奮，產(chǎn)生神經(jīng)遞質(zhì)，引起神經(jīng)興奮。
四、模式識別和大腦分析的比較
模式識別是利用數學(xué)方法讓計算機對復雜的信息進(jìn)行分類(lèi)處理，在錯誤率最低的情況下，使識別結果盡可能接近實(shí)際［9］。人工味覺(jué)系統模式識別方法主要釆用了統計模式識別方法（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 )模式識別方法（如BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )等）、模糊識別方法等。
電子舌技術(shù)的現實(shí)問(wèn)題
電子舌評價(jià)方法具有使用簡(jiǎn)單、響應速度快、靈敏度高、安全性好、能連續測定、結果客觀(guān)等優(yōu)點(diǎn)，有較好的應用前景。但是，電子舌設備要想完全取代人舌對食品的判別還需要進(jìn)一步的研究。這表現在人舌感受味覺(jué)信息的復雜機制難以模擬；沒(méi)有通用的電子舌，需要根據待測樣品特征選取，大部分的研究還僅是以具體的應用實(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)驗室階段，實(shí)際應用意義不大。實(shí)際測試中，傳感器的穩定性和重現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，精密度和準確性需要經(jīng)過(guò)多次進(jìn)樣實(shí)現；在對試驗結果的處理上，不同算法得到的判別結果有差異性，需要根據經(jīng)驗判別哪個(gè)傳感器響應的是某種味覺(jué)信號，容易產(chǎn)生“人造結果”，數據不能盲目應用，需要結合數據庫比對和志愿者品嘗鑒定，相關(guān)的技術(shù)方法標準至今還未出現；一些電子舌設備已經(jīng)超越了替代生物味覺(jué)的范疇，成為了應用于多個(gè)領(lǐng)域“無(wú)所不能”的神器，而偏離了設計的初衷。
結論與展望
通過(guò)對電子舌設備和真實(shí)味覺(jué)的比較，不難發(fā)現：電子舌與真實(shí)味覺(jué)之間互有所長(cháng)，但不能完全取代味覺(jué)的感官評定，對其研究還需要進(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)有一些電子舌設備銷(xiāo)售，但其相關(guān)的技術(shù)方法標準還未出現，穩定性、重現性還有待完善，儀器多停留在實(shí)驗室研究階段，對參加市場(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(xiàn)質(zhì)量監控等現實(shí)問(wèn)題的解決還存在一定的差距。相信隨著(zhù)傳感器技術(shù)、人工智能技術(shù)、計算機技術(shù)等高新技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，電子舌設備在未來(lái)的食品分析領(lǐng)域將有著(zhù)更廣泛的應用空間。
參考文獻：
[1]顧永波，肖作兵，劉強，等．基于電子舌技術(shù)的卷煙主流煙氣味覺(jué)識別［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]胡衛軍，許改霞，王平．電子鼻和電子舌在航天醫學(xué)檢測中的應用［Ｊ］．國外醫學(xué)：生物醫學(xué)工程分冊，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)量檢驗中的應用研究［Ｄ］．杭州：浙江大學(xué)，2012．
[6]談國鳳，張根華，沈宗根．電子舌在乳制品質(zhì)量控制中的應用［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］．鎮江：江蘇大學(xué)，2014:11．
[8]關(guān)為，田呈瑞，陳衛軍，等．電子舌在綠茶飲料區分辨識中的應用［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)機理研究［Ｄ］．廣州：華南農業(yè)大學(xué)，2017:1.
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電子舌的結構及其原理
電子舌是利用交互感應的多傳感器陣列讀取液體樣本的特征性響應信號，收集的信號經(jīng)計算機處理和模式識別分析后，以樣品整體品質(zhì)信息作為輸出的設備。由其定義可以看出，電子舌主要由三部分組成：傳感器陣列、信號采集模塊和模式識別系統。
電子舌輸出的不是液體中一類(lèi)或者幾類(lèi)物質(zhì)的定性和定量結果，它反映的是液體的整體特性。最早的電子舌設備是由模仿味覺(jué)識別機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)屬性的測定設備，它還被應用于其它的領(lǐng)域，如在煙草行業(yè)中對卷煙質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)［1］，在環(huán)境領(lǐng)域對水的軟硬度、重金屬離子含量進(jìn)行評價(jià)［2］，在液體樣本中對微生物污染進(jìn)行評價(jià)［3］，在醫學(xué)領(lǐng)域用于對體液的分析等［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，根據傳感器原理可將其區分為電位型電子舌、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原理的不同，其性能和檢測樣品的種類(lèi)等之間也存在一定的差異［5］。
電子舌檢測方法與真實(shí)味覺(jué)感受的比較
電子舌的設計思想源于味覺(jué)的感受機制［6］。傳感器陣列相當于舌頭，單獨的不同材質(zhì)或修飾的傳感器相當于味蕾，信號采集系統相當于傳遞神經(jīng)，而模式識別算法則相當于大腦對味覺(jué)信息的處理。雖然電子舌被認為是食品味覺(jué)檢測的設備，但是電子舌所描述的特征和生物系統的味覺(jué)并非完全相同的概念，與生物味覺(jué)機制的比較研究有助于為設備研發(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。定性分析是指根據樣品差異性實(shí)現不同樣品的辨別、區分，或者是根據樣品間差異性的大小對樣品的等級和種類(lèi)進(jìn)行識別，如電子舌對飲料、橄欖油、酒類(lèi)和新鮮度的區分；
定量分析則是將電子舌測定結果與感官評價(jià)專(zhuān)員給出的結果進(jìn)行比較判斷，通過(guò)對應關(guān)系，得到相應的定量預測模型，得到的是一類(lèi)成分的總的量或程度的信息，如電子舌對樣品味覺(jué)感受差異的評價(jià)、制藥工業(yè)中對苦味掩蓋及掩蓋效果的評價(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(zhuān)一性和弱選擇性，對待測液中無(wú)機物、有機物、離子或非離子性組分具有交叉敏感特性，不同的修飾膜對同一物質(zhì)敏感度也不相同，傳感電極對呈味物質(zhì)的敏感性普遍高于人類(lèi)味覺(jué)測定的極限。ASTREE電子舌對不同味覺(jué)物質(zhì)的檢測限見(jiàn)表1。
表1ASTREE電子舌傳感陣列及檢測限[8]
三、信號傳遞過(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)電極感受到的信號都是多種物質(zhì)累加的結果。一支電極無(wú)法區分自身感受到的味道。呈味分子與味覺(jué)受體，使得味覺(jué)細胞興奮，產(chǎn)生神經(jīng)遞質(zhì)，引起神經(jīng)興奮。
四、模式識別和大腦分析的比較
模式識別是利用數學(xué)方法讓計算機對復雜的信息進(jìn)行分類(lèi)處理，在錯誤率最低的情況下，使識別結果盡可能接近實(shí)際［9］。人工味覺(jué)系統模式識別方法主要釆用了統計模式識別方法（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 )模式識別方法（如BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )等）、模糊識別方法等。
電子舌技術(shù)的現實(shí)問(wèn)題
電子舌評價(jià)方法具有使用簡(jiǎn)單、響應速度快、靈敏度高、安全性好、能連續測定、結果客觀(guān)等優(yōu)點(diǎn)，有較好的應用前景。但是，電子舌設備要想完全取代人舌對食品的判別還需要進(jìn)一步的研究。這表現在人舌感受味覺(jué)信息的復雜機制難以模擬；沒(méi)有通用的電子舌，需要根據待測樣品特征選取，大部分的研究還僅是以具體的應用實(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)驗室階段，實(shí)際應用意義不大。實(shí)際測試中，傳感器的穩定性和重現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，精密度和準確性需要經(jīng)過(guò)多次進(jìn)樣實(shí)現；在對試驗結果的處理上，不同算法得到的判別結果有差異性，需要根據經(jīng)驗判別哪個(gè)傳感器響應的是某種味覺(jué)信號，容易產(chǎn)生“人造結果”，數據不能盲目應用，需要結合數據庫比對和志愿者品嘗鑒定，相關(guān)的技術(shù)方法標準至今還未出現；一些電子舌設備已經(jīng)超越了替代生物味覺(jué)的范疇，成為了應用于多個(gè)領(lǐng)域“無(wú)所不能”的神器，而偏離了設計的初衷。
結論與展望
通過(guò)對電子舌設備和真實(shí)味覺(jué)的比較，不難發(fā)現：電子舌與真實(shí)味覺(jué)之間互有所長(cháng)，但不能完全取代味覺(jué)的感官評定，對其研究還需要進(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)有一些電子舌設備銷(xiāo)售，但其相關(guān)的技術(shù)方法標準還未出現，穩定性、重現性還有待完善，儀器多停留在實(shí)驗室研究階段，對參加市場(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(xiàn)質(zhì)量監控等現實(shí)問(wèn)題的解決還存在一定的差距。相信隨著(zhù)傳感器技術(shù)、人工智能技術(shù)、計算機技術(shù)等高新技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，電子舌設備在未來(lái)的食品分析領(lǐng)域將有著(zhù)更廣泛的應用空間。
參考文獻：
[1]顧永波，肖作兵，劉強，等．基于電子舌技術(shù)的卷煙主流煙氣味覺(jué)識別［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]胡衛軍，許改霞，王平．電子鼻和電子舌在航天醫學(xué)檢測中的應用［Ｊ］．國外醫學(xué)：生物醫學(xué)工程分冊，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)量檢驗中的應用研究［Ｄ］．杭州：浙江大學(xué)，2012．
[6]談國鳳，張根華，沈宗根．電子舌在乳制品質(zhì)量控制中的應用［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］．鎮江：江蘇大學(xué)，2014:11．
[8]關(guān)為，田呈瑞，陳衛軍，等．電子舌在綠茶飲料區分辨識中的應用［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)機理研究［Ｄ］．廣州：華南農業(yè)大學(xué)，2017:1.
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