電子舌作為研究液體樣品味覺(jué)信息的新型分析檢測(cè)設(shè)備，近年來(lái)已經(jīng)在食品領(lǐng)域得到了較為廣泛的應(yīng)用。最早的電子舌設(shè)備是由模仿味覺(jué)識(shí)別機(jī)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(cè)定設(shè)備，它還被應(yīng)用于其它的領(lǐng)域。
一、科技名詞|電子舌 二、電子舌技術(shù)的基本原理 1.傳感器陣列相當(dāng)于舌頭，單獨(dú)的不同材質(zhì)或修飾的傳感器相當(dāng)于味蕾 2.信號(hào)采集系統(tǒng)相當(dāng)于傳遞神經(jīng) 3.模式識(shí)別算法則相當(dāng)于大腦對(duì)味覺(jué)信息的處理。 三、電子舌與真實(shí)味覺(jué)評(píng)價(jià)的差異性 01 檢測(cè)樣品的比較
真實(shí)味覺(jué)：專(zhuān)業(yè)人員對(duì)于味覺(jué)的感官評(píng)定主要以液體為主，但固體樣品同樣適用，因?yàn)橥ㄟ^(guò)咀嚼過(guò)程，固體樣品可以被唾液稀釋和分解，起初沒(méi)有味道的物質(zhì)也可能被重新賦予味道，比如吃完饅頭后會(huì)有甜的感覺(jué)。感官評(píng)價(jià)中的味覺(jué)方法只限于待測(cè)組分已知或者確定無(wú)毒、無(wú)害的樣品的評(píng)價(jià)，而且這種評(píng)價(jià)只限于味覺(jué)信息。 02 傳感電極和味蕾的比較
味蕾：味蕾由50-150個(gè)味覺(jué)細(xì)胞組成，味覺(jué)細(xì)胞共分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 4種類(lèi)型。Ⅰ型細(xì)胞表達(dá)咸味的受體和離子通道，與咸味感受相關(guān)；Ⅱ型細(xì)胞表達(dá)甜、鮮、苦味受體，且每個(gè)細(xì)胞只能表達(dá)一種味覺(jué)的受體，與甜、鮮、苦味的感受有關(guān)；Ⅲ型細(xì)胞則表達(dá)酸味覺(jué)的受體和離子通道，與酸的味覺(jué)感受有關(guān)。每個(gè)味蕾都能對(duì)5種味道進(jìn)行識(shí)別，而對(duì)于某種味覺(jué)的敏感性則取決于該類(lèi)細(xì)胞數(shù)量在味蕾細(xì)胞總數(shù)中占的比例；Ⅳ 型細(xì)胞為基底細(xì)胞，分化為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型細(xì)胞。 03 信號(hào)傳遞過(guò)程的比較
舌是口腔中感受味道的主要器官。味覺(jué)物質(zhì)與舌表面的味蕾結(jié)合后，與味蕾細(xì)胞上的受體或離子通道作用，激發(fā)細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)過(guò)程，促使細(xì)胞釋放神經(jīng)遞質(zhì)，引起神經(jīng)沖動(dòng)，傳遞到腦的味覺(jué)中樞，完成味道的識(shí)別。 04 模式識(shí)別和大腦分析的比較
大腦分析：人所能感受到的味道是復(fù)合型味道，大腦是人類(lèi)味覺(jué)信息的處理終端，在此，品嘗到的味覺(jué)信號(hào)被加以分析。對(duì)于單一組分樣品，品嘗到的味道能夠客觀反映該物質(zhì)味覺(jué)信息；對(duì)于復(fù)雜樣品的測(cè)定，很難對(duì)樣品的某種單一味覺(jué)作出判斷。味覺(jué)還存在相消效應(yīng)、對(duì)比效應(yīng)、疲勞效應(yīng)等現(xiàn)象。
電子舌 electronic tongue
定義：由交互敏感傳感器陣列、信號(hào)處理電路及模式識(shí)別算法構(gòu)成的智能分析儀器?？稍诙虝r(shí)間內(nèi)分辨和定量溶液中不同的味覺(jué)或化學(xué)成分。
學(xué)科：食品科學(xué)技術(shù)_食品科學(xué)_食品化學(xué)_食品風(fēng)味化學(xué)
相關(guān)名詞：滋味 傳感器 指紋分析 指紋圖譜 電子鼻
電子舌的設(shè)計(jì)思想源于味覺(jué)的感受機(jī)制。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(hào)采集模塊和模式識(shí)別系統(tǒng)。
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(gòu)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；味覺(jué)傳感器是電子舌的關(guān)鍵組成部件，根據(jù)傳感器原理可將其區(qū)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(yīng)原理的不同，其性能和檢測(cè)樣品的種類(lèi)等之間也存在一定的差異。
信號(hào)采集模塊能夠收集傳感器陣列信息，并將其以電信號(hào)的形式儲(chǔ)存在計(jì)算機(jī)中；
模式識(shí)別系統(tǒng)以數(shù)學(xué)算法為手段，模擬人腦的運(yùn)算方式，分析、處理收集到的信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)化為樣品整體特征屬性。模式識(shí)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(shí)別等方法。
味道是食品感官評(píng)定中的重要指標(biāo)。雖然電子舌被認(rèn)為是食品味覺(jué)檢測(cè)的設(shè)備，但是電子舌所描述的特征和生物系統(tǒng)的味覺(jué)并非完全相同的概念，與生物味覺(jué)機(jī)制的比較研究有助于為設(shè)備研發(fā)者打開(kāi)新的思路。
真實(shí)味覺(jué)：專(zhuān)業(yè)人員對(duì)于味覺(jué)的感官評(píng)定主要以液體為主，但固體樣品同樣適用，因?yàn)橥ㄟ^(guò)咀嚼過(guò)程，固體樣品可以被唾液稀釋和分解，起初沒(méi)有味道的物質(zhì)也可能被重新賦予味道，比如吃完饅頭后會(huì)有甜的感覺(jué)。感官評(píng)價(jià)中的味覺(jué)方法只限于待測(cè)組分已知或者確定無(wú)毒、無(wú)害的樣品的評(píng)價(jià)，而且這種評(píng)價(jià)只限于味覺(jué)信息。
電子舌：目前電子舌在食品領(lǐng)域的應(yīng)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(jù)樣品差異性實(shí)現(xiàn)不同樣品的辨別、區(qū)分，或者是根據(jù)樣品間差異性的大小對(duì)樣品的等級(jí)和種類(lèi)進(jìn)行識(shí)別，如電子舌對(duì)飲料、橄欖油、酒類(lèi)和新鮮度的區(qū)分；定量分析則是將電子舌測(cè)定結(jié)果與感官評(píng)價(jià)專(zhuān)員給出的結(jié)果進(jìn)行比較判斷，通過(guò)對(duì)應(yīng)關(guān)系，得到相應(yīng)的定量預(yù)測(cè)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(duì)樣品味覺(jué)感受差異的評(píng)價(jià)、制藥工業(yè)中對(duì)苦味掩蓋及掩蓋效果的評(píng)價(jià)等。
味蕾：味蕾由50-150個(gè)味覺(jué)細(xì)胞組成，味覺(jué)細(xì)胞共分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 4種類(lèi)型。Ⅰ型細(xì)胞表達(dá)咸味的受體和離子通道，與咸味感受相關(guān)；Ⅱ型細(xì)胞表達(dá)甜、鮮、苦味受體，且每個(gè)細(xì)胞只能表達(dá)一種味覺(jué)的受體，與甜、鮮、苦味的感受有關(guān)；Ⅲ型細(xì)胞則表達(dá)酸味覺(jué)的受體和離子通道，與酸的味覺(jué)感受有關(guān)。每個(gè)味蕾都能對(duì)5種味道進(jìn)行識(shí)別，而對(duì)于某種味覺(jué)的敏感性則取決于該類(lèi)細(xì)胞數(shù)量在味蕾細(xì)胞總數(shù)中占的比例；Ⅳ 型細(xì)胞為基底細(xì)胞，分化為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型細(xì)胞。
傳感器：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(yīng)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(duì)待測(cè)液中無(wú)機(jī)物、有機(jī)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(duì)同一物質(zhì)敏感度也不相同，傳感電極對(duì)呈味物質(zhì)的敏感性普遍高于人類(lèi)味覺(jué)測(cè)定的極限。
舌是口腔中感受味道的主要器官。味覺(jué)物質(zhì)與舌表面的味蕾結(jié)合后，與味蕾細(xì)胞上的受體或離子通道作用，激發(fā)細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)過(guò)程，促使細(xì)胞釋放神經(jīng)遞質(zhì)，引起神經(jīng)沖動(dòng)，傳遞到腦的味覺(jué)中樞，完成味道的識(shí)別。
味覺(jué)信息的編碼有兩種模型，即專(zhuān)線(xiàn)傳輸模型和交叉纖維模型。專(zhuān)線(xiàn)傳輸模型認(rèn)為感受每種味覺(jué)的細(xì)胞分別與傳遞各自味道的神經(jīng)纖維連接，不同味覺(jué)信號(hào)最終傳遞到腦作進(jìn)一步的分析；交叉纖維模型認(rèn)為味覺(jué)信息在由細(xì)胞轉(zhuǎn)入到神經(jīng)纖維前就已經(jīng)進(jìn)行了編碼，編碼后的信息通過(guò)公共的神經(jīng)傳遞，相當(dāng)于在還沒(méi)有到達(dá)大腦之前就已經(jīng)確定了味道。
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(hào)都是多種物質(zhì)累加的結(jié)果。一支電極無(wú)法區(qū)分自身感受到的味道。
大腦分析：人所能感受到的味道是復(fù)合型味道，大腦是人類(lèi)味覺(jué)信息的處理終端，在此，品嘗到的味覺(jué)信號(hào)被加以分析。對(duì)于單一組分樣品，品嘗到的味道能夠客觀反映該物質(zhì)味覺(jué)信息；對(duì)于復(fù)雜樣品的測(cè)定，很難對(duì)樣品的某種單一味覺(jué)作出判斷。味覺(jué)還存在相消效應(yīng)、對(duì)比效應(yīng)、疲勞效應(yīng)等現(xiàn)象。
模式識(shí)別：模式識(shí)別是利用數(shù)學(xué)方法讓計(jì)算機(jī)對(duì)復(fù)雜的信息進(jìn)行分類(lèi)處理，在錯(cuò)誤率最低的情況下，使識(shí)別結(jié)果盡可能接近實(shí)際。人工味覺(jué)系統(tǒng)模式識(shí)別方法主要釆用了統(tǒng)計(jì)模式識(shí)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(shí)別方法（如BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等）、模糊識(shí)別方法等。
通過(guò)對(duì)電子舌設(shè)備和真實(shí)味覺(jué)的比較，不難發(fā)現(xiàn)：電子舌與真實(shí)味覺(jué)之間互有所長(zhǎng)，但不能完全取代味覺(jué)的感官評(píng)定，對(duì)其研究還需要進(jìn)一步的深入。希望通過(guò)對(duì)味覺(jué)形成機(jī)制研究的不斷深入和電子、計(jì)算機(jī)等學(xué)科的發(fā)展，能夠使電子舌性能得到優(yōu)化。
參考文獻(xiàn)：王興亞, 龐廣昌, 李陽(yáng). 電子舌與真實(shí)味覺(jué)評(píng)價(jià)的差異性研究進(jìn)展[J]. 食品與機(jī)械, 2016, 32(1):5. 提醒：文章僅供參考，如有不當(dāng)，歡迎留言指正和交流。且讀者不應(yīng)該在缺乏具體的專(zhuān)業(yè)建議的情況下，擅自根據(jù)文章內(nèi)容采取行動(dòng)，因此導(dǎo)致的損失，本運(yùn)營(yíng)方不負(fù)責(zé)。如文章涉及侵權(quán)或不愿我平臺(tái)發(fā)布，請(qǐng)聯(lián)系處理。
