點擊圖片查看原圖電子舌的結(jié)構(gòu)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(tǒng)。
電子舌輸出的不是液體中一類或者幾類物質(zhì)的定性和定量結(jié)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識別機制的傳感器陣列組成，在食品領(lǐng)域用于風味的研究，后來更多的電子舌被開發(fā)用于食品的分類鑒定。
廣義的電子舌不僅是作為液體樣品味覺屬性的測定設備，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)量進行評價［1］，在環(huán)境領(lǐng)域?qū)λ能浻捕取⒅亟饘匐x子含量進行評價［2］，在液體樣本中對微生物污染進行評價［3］，在醫(yī)學領(lǐng)域用于對體液的分析等［4］。
電子舌的類型
味覺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等之間也存在一定的差異［5］。
電子舌檢測方法與真實味覺感受的比較
電子舌的設計思想源于味覺的感受機制［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(tǒng)相當于傳遞神經(jīng)，而模式識別算法則相當于大腦對味覺信息的處理。雖然電子舌被認為是食品味覺檢測的設備，但是電子舌所描述的特征和生物系統(tǒng)的味覺并非完全相同的概念，與生物味覺機制的比較研究有助于為設備研發(fā)者打開新的思路。
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方面。定性分析是指根據(jù)樣品差異性實現(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樣品的等級和種類進行識別，如電子舌對飲料、橄欖油、酒類和新鮮度的區(qū)分；
定量分析則是將電子舌測定結(jié)果與感官評價專員給出的結(jié)果進行比較判斷，通過對應關(guān)系，得到相應的定量預測模型，得到的是一類成分的總的量或程度的信息，如電子舌對樣品味覺感受差異的評價、制藥工業(yè)中對苦味掩蓋及掩蓋效果的評價［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，敏感膜具有非專一性和弱選擇性，對待測液中無機物、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味覺測定的極限。ASTREE電子舌對不同味覺物質(zhì)的檢測限見表1。
表1ASTREE電子舌傳感陣列及檢測限[8]
三、信號傳遞過程的比較
傳感電極之間具有低選擇性和交互敏感性，每個電極感受到的信號都是多種物質(zhì)累加的結(jié)果。一支電極無法區(qū)分自身感受到的味道。呈味分子與味覺受體，使得味覺細胞興奮，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(shù)學方法讓計算機對復雜的信息進行分類處理，在錯誤率最低的情況下，使識別結(jié)果盡可能接近實際［9］。人工味覺系統(tǒng)模式識別方法主要釆用了統(tǒng)計模式識別方法（如主成分分析、聚類分析、判別分析等）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡模式識別方法（如BP神經(jīng)網(wǎng)絡、RBF神經(jīng)網(wǎng)絡等）、模糊識別方法等。
電子舌技術(shù)的現(xiàn)實問題
電子舌評價方法具有使用簡單、響應速度快、靈敏度高、安全性好、能連續(xù)測定、結(jié)果客觀等優(yōu)點，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一步的研究。這表現(xiàn)在人舌感受味覺信息的復雜機制難以模擬；沒有通用的電子舌，需要根據(jù)待測樣品特征選取，大部分的研究還僅是以具體的應用實例來證明電子舌產(chǎn)品可以辨別和定量，研究多停留在實驗室階段，實際應用意義不大。實際測試中，傳感器的穩(wěn)定性和重現(xiàn)性容易受到多種因素的影響，這在儀器的使用說明中也有體現(xiàn)，精密度和準確性需要經(jīng)過多次進樣實現(xiàn)；在對試驗結(jié)果的處理上，不同算法得到的判別結(jié)果有差異性，需要根據(jù)經(jīng)驗判別哪個傳感器響應的是某種味覺信號，容易產(chǎn)生“人造結(jié)果”，數(shù)據(jù)不能盲目應用，需要結(jié)合數(shù)據(jù)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(xiàn)；一些電子舌設備已經(jīng)超越了替代生物味覺的范疇，成為了應用于多個領(lǐng)域“無所不能”的神器，而偏離了設計的初衷。
結(jié)論與展望
通過對電子舌設備和真實味覺的比較，不難發(fā)現(xiàn)：電子舌與真實味覺之間互有所長，但不能完全取代味覺的感官評定，對其研究還需要進一步的深入。雖然電子舌能夠快速、簡單無損的檢測未知液體的整體屬性，并且市場上已經(jīng)有一些電子舌設備銷售，但其相關(guān)的技術(shù)方法標準還未出現(xiàn)，穩(wěn)定性、重現(xiàn)性還有待完善，儀器多停留在實驗室研究階段，對參加市場假冒偽劣產(chǎn)品打假工作、解決企業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)中的在線質(zhì)量監(jiān)控等現(xiàn)實問題的解決還存在一定的差距。相信隨著傳感器技術(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，電子舌設備在未來的食品分析領(lǐng)域?qū)⒂兄鼜V泛的應用空間。
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