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1 電子鼻、電子舌頭系統(tǒng)起源

電子鼻，由Dodd 和 Persuad[1]在1982年發(fā)明，是一個結(jié)合了一系列傳感器的裝置，借助電子鼻可以分析氣體相關(guān)的問題[2]，并且在食品工程[3]、環(huán)境控制方面[4]等領(lǐng)域都有較多應(yīng)用。電子鼻的本質(zhì)是模仿人類的嗅覺系統(tǒng)，當(dāng)口鼻嗅到一種物質(zhì)，這種化合物就會接觸到嗅覺上皮并且到達(dá)鼻腔的頂端。味道物質(zhì)和適量的化學(xué)感應(yīng)受體就會發(fā)生相互作用并且不同級別的嗅覺神經(jīng)會產(chǎn)生刺激傳遞到大腦。電子鼻的組成分為三部分，分別為進(jìn)樣系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；檢測部分包括了傳感器，其可以將化學(xué)信號轉(zhuǎn)化為電信號。距近幾年文獻(xiàn)報道，電子鼻主要應(yīng)用于食品品質(zhì)控制、食品類別區(qū)分以及實(shí)時監(jiān)控。

滋味是味覺的其中一個特性，其占據(jù)人們在嘴中的大部分感覺并影響選擇商品的概率。電子舌是一個模擬人味覺的工具并且可被用于復(fù)雜的液體分析，其主要由味覺傳感器、采集系統(tǒng)和識別系統(tǒng)組成。原理是依托于電勢化學(xué)傳感器，因?yàn)閭鞲衅骺梢援a(chǎn)生特定、非特定和重疊的信號從而反映很多帶電的可溶性物質(zhì)，例如類脂膜作為味覺物質(zhì)換能器的味覺檢測系統(tǒng)，可以以類似人的方式感受到味道。根據(jù)工作機(jī)理，電子舌傳感器主要分為以下三類：基于表面等離子體共振、多通道類脂膜傳感器和表面光伏電壓技術(shù)。人的五大基礎(chǔ)味覺為酸、甜、苦、咸、鮮。這幾種味覺在人體中的機(jī)理是當(dāng)味蕾接觸到味道后通過神經(jīng)纖維傳導(dǎo)到中央控制系統(tǒng)（CNS）特定區(qū)域然后做出反應(yīng)。味道伴隨化學(xué)感官系統(tǒng)，當(dāng)分子向外釋放并且刺激鼻、口或喉中的神經(jīng)細(xì)胞后，通過神經(jīng)纖維傳導(dǎo)到大腦中的特性區(qū)域，并作出反應(yīng)。近幾年國內(nèi)外人士，利用電子舌主要做食品品質(zhì)分析、鑒別摻假分析以及將電子舌數(shù)據(jù)分析與感官評價相結(jié)合進(jìn)行品質(zhì)模型建立及摻假模型建立等。

2 電子鼻系統(tǒng)及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

Xiong 等 利 用 LDA 、PCA 、RBF分析對不同儲藏時間的山茶的品質(zhì)進(jìn)行分析。M arke等發(fā)現(xiàn)利用電子鼻可以對油菜籽的質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測，由于油菜籽隨存放的時間增加會引起霉菌的增長從而影響其質(zhì)量。通過主成分分析可以對生長不同天數(shù)微生物的油菜籽進(jìn)行良好區(qū)分，并且發(fā)現(xiàn)了微生物含量（菌落數(shù)量）和化學(xué)物質(zhì)（麥角固醇）評價方法所得出的結(jié)果與電子舌傳感器響應(yīng)值之間的關(guān)系。Ghasem i等利用電子鼻對干燥過程中水分等成分進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控。Rafael等利用電子鼻對堆肥腐熟度進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)利用電子鼻配合主成分分析（PCA）可以區(qū)分有氧和無氧堆肥并且可以大致估計出堆肥的時間，利用電子鼻技術(shù)可以對堆肥的質(zhì)量和成熟度進(jìn)行評價。Rafael等利用電子鼻對堆肥腐熟度進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)利用電子鼻配合主成分分析（PCA）可以區(qū)分有氧和無氧堆肥并且可以大致估計出堆肥的時間，利用電子鼻技術(shù)可以對堆肥的質(zhì)量和成熟度進(jìn)行評價。Suchin等利用電子鼻對不同品種的大蒜進(jìn)行分類，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，相比于利用擴(kuò)增基因片段和使用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用檢測硫化合物成分法對不同品種的大蒜進(jìn)行區(qū)分，使用電子鼻可以更簡單、快捷、低成本地對不同品種大蒜進(jìn)行分類。Dedy等利用電子鼻對牛肉的質(zhì)量進(jìn)行監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)利用電子鼻課很好地將新鮮牛肉和變質(zhì)的牛肉進(jìn)行區(qū)分，分別對兩種、三種、四種牛肉進(jìn)行分類，準(zhǔn)確率均達(dá)到85%以上。因此，電子鼻不僅在質(zhì)控、監(jiān)控方面可以起到一定作用還可以利用其參數(shù)建立判斷、檢測模型等?，F(xiàn)在利用電子鼻對8種雞肉味調(diào)味料和5種牛肉味調(diào)味料通過主成分分析、因子分析、聚類分析進(jìn)行區(qū)分，并且結(jié)合感官評價利用偏最小二乘法進(jìn)行建模，也能通過電子鼻進(jìn)行主成分分析，鑒定十種不同的中草藥。

3 電子舌系統(tǒng)及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

Benjamin等利用電子舌傳感器對石榴汁的檢測與感官評價和呈味化學(xué)物質(zhì)分析進(jìn)行比較；發(fā)現(xiàn)電子舌可以很好地對六種不同的石榴汁進(jìn)行區(qū)分，其結(jié)果與經(jīng)培訓(xùn)過的感官評價人員的評價相同；Kang等使用電子舌對韓國的米酒的味道進(jìn)行檢測，通過主成分分析對米酒中氨基酸和脂肪酸對滋味的影響進(jìn)行了有效的分類（沒有重疊的分類）；并且發(fā)現(xiàn)電子舌傳感器的數(shù)據(jù)與感官評價或者液相色譜得出的結(jié)果具有相關(guān)性，并利用偏最小二乘回歸法對主成分分析后的氨基酸和脂肪酸進(jìn)行建模。Wa ng等使用電子舌可以對不同品種的杭白菊產(chǎn)品進(jìn)行有效區(qū)分；實(shí)驗(yàn)中，使用主成分分析將菊花品種分開；并發(fā)現(xiàn)使用判別因子分析和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以對不同品種菊花進(jìn)行分類，并且使用偏最小二乘法建模后發(fā)現(xiàn)感官評價與電子舌檢驗(yàn)后數(shù)值結(jié)果有很強(qiáng)的正相關(guān)性（相關(guān)系數(shù)為0.976 8）。肖立中等利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，建立了電子舌響應(yīng)值和不同雞精添加量間評價映射模型。李建美等通過利用主成分分析、因子分析、相關(guān)性分析和聚類分析發(fā)現(xiàn)利用電子舌可以對不同品牌的啤酒進(jìn)行滋味評價，研究發(fā)現(xiàn)，利用主成分分析發(fā)現(xiàn)6個不同品牌的18個樣品被分為三種主成分；通過聚類分析可以將6個不同品牌的18個樣品有效地聚為5，并且通過公因子方差貢獻(xiàn)率對不同啤酒樣品的滋味進(jìn)行綜合評分和排名。