中藥材種類繁多，其中植物類藥材高達一萬多種?；谏锓N的遺傳因素，不同藥材的不同成分造就了不同“形、色、氣、味”,進而導致藥效的特性。而生長條件、儲存環(huán)境的差異，使得同種中藥材不同批次的藥材質量不一。自古以來，中藥材的傳統(tǒng)經驗鑒別法便是人們依據(jù)藥材的外觀形狀(即形、色、氣、味),以看、摸、聞、嘗等感官方法來判斷藥材的真?zhèn)蝺?yōu)劣。然而，由于這些方法基于人的基本感覺器官，存在主觀性強、重復性差、易疲勞及不易量化等問題。且隨著現(xiàn)代生活節(jié)奏的加快，傳統(tǒng)技藝的經驗傳承不足，導致能夠熟練掌握運用該技術的人才出現(xiàn)青黃不接的局面。智能感官評價可以克服人工感官評價主觀性強、重復性差等缺點，已被廣泛地應用到中藥領域。

 

智能感官技術概述

 

智能感官技術是一種融合了人工智能與感官分析的技術。它利用先進的傳感器和智能算法來模擬、延伸或超越人類的感官功能，如視覺、聽覺、嗅覺、味覺，從而實現(xiàn)對產品、環(huán)境等對象進行更客觀、準確、高效的檢測和評價。人工智能感官包括電子眼、電子舌、電子鼻等，通過獲取氣味、滋味以及外觀信號來描述和表征中藥的綜合風味品質。
 

電子鼻：

電子鼻又稱氣味掃描儀,是20世紀90年代發(fā)展起來的一種快速檢測食品的新穎儀器。它以特定的傳感器和模式識別系統(tǒng)快速提供被測樣品的整體信息,指示樣品的隱含特征[1]。電子鼻包括3個部分：氣味分子被人工嗅覺系統(tǒng)中的傳感器陣列吸附、產生信號，如同人的嗅覺細胞；生成的信號經各種方法加工處理與傳輸，如同人的嗅覺神經網絡；將處理后的信號經模式識別系統(tǒng)做出判斷，如同人的大腦，對氣味做出判斷。

 

一個典型的電子鼻主要由三部分構成：頂空進樣器，將裝有樣品的頂空密封瓶上方氣體通過頂空吸入到帶有傳感器陣列的主機中；氣體傳感器陣列，帶有分析樣品氣味的氣體作用于傳感器陣列，產生瞬間響應，響應強度逐漸變強再變弱，最后達到穩(wěn)定狀態(tài)；信號處理系統(tǒng)，也被稱為模式識別系統(tǒng)，由氣體傳感器陣列所獲得的氣味信息，要經過預處理并進行特征提取，再利用軟件進行各種統(tǒng)計分析。其中傳感器陣列、模式識別系統(tǒng)是決定電子鼻工作效能的核心因素[2]。

 

電子舌：

電子舌是一種使用類似于生物系統(tǒng)的材料作傳感器的敏感膜,當類脂薄膜的一側與味覺物質接觸時,膜電勢發(fā)生變化,從而產生響應,檢測出各類物質之間的相互關系。這種味覺傳感器具有高靈敏度、可靠性、重復性。它可以對樣品進行量化,同時可以對一些成分含量進行測量[1]。

 

電子舌由味覺傳感器、信號采集器和模式識別工具三部分組成。其中，味覺傳感器是由數(shù)種可敏感味覺成分的金屬絲組成(多傳感器陣列)，這些金屬絲能將味覺信號轉換成電信號；信號采集器將樣本收集并存儲在計算機內存中；模式識別工具則是模擬人腦將采集的電信號加以分析、識別。它是具有識別單一和復雜味道能力的裝置。電子舌的輸出信號表明，它可以對不同的味道質量，也就是不同的化學物質成分進行模式識別[3]。

 

智能感官技術在易混中藥材及飲片真?zhèn)舞b別方面的應用

 

李建軍[4]等采用電子眼、電子鼻和電子舌技術采集相關數(shù)據(jù)，對所得數(shù)據(jù)進行主成分分析(PCA),并對不同品種、不同產地生地黃從顏色、氣味和滋味3方面進行評價鑒別。結論是不同品種、不同產地的生地黃能通過電子眼、電子鼻和電子舌技術迅速區(qū)分開來，顏色、氣味、滋味可以作為地黃藥材質量評價依據(jù)之一。劉鵬等[5]利用電子鼻對三種金銀花進行區(qū)分,通過主成分分析、判別因子分析對其進行統(tǒng)計,與主成分分析比較,判別因子分析識別模型可更清晰地區(qū)分金銀花真品與混淆品,以及不同產地、貯藏年份。劉瑞新等[6]利用電子眼技術采集川貝母光學數(shù)據(jù)并借助化學計量學方法利用判別分析（DA）、最小二乘支持向量機（LS-SVM）、偏最小二乘-判別分析（PLS-DA）、主成分分析-判別分析（PCA-DA）4種真?zhèn)渭吧唐芬?guī)格辨識模型。結果顯示電子眼技術可用于川貝母質量快速辨識。拱健婷等[7]通過電子鼻采集姜黃屬郁金、莪術、姜黃、片姜黃4味中藥的氣味指紋圖譜,應用XGBoost算法對中藥的氣味特征進行學習,并建立快速有效的判別模型。實驗結果表明。電子鼻氣味指紋圖譜結合XGBoost建立的判別模型可以實現(xiàn)姜黃屬中藥郁金、莪術、姜黃、片姜黃的快速準確鑒別,為中藥智能鑒別提供一種快速、可靠而有效的分析方法;。馮文豪[8]等利用電子鼻結合主成分分析-判別分析(PCA-DA),建立川貝母飲片真?zhèn)渭吧唐芬?guī)格辨識模型。結果顯示電子鼻辨識真?zhèn)渭耙?guī)格模型的準確率均較高,耗時相對較短。拱健婷[9]等通過電子鼻和頂空-氣-質聯(lián)用技術(HS-GCMS)分析3種中藥的氣味及揮發(fā)性成分,采用雙標圖分析傳感器響應值與揮發(fā)性化合物之間的聯(lián)系。結果雷達圖顯示3種中藥的氣味響應值不同,主成分分析和偏最小二乘判別分析均能較好區(qū)分3種中藥。

 

智能感官技術在不同產地中藥材鑒別方面的應用

 

汪云偉[10]等采用電子鼻技術對20批黑順片進行檢測,獲得電子鼻在傳感器的響應值,并利用主成分分析(PCA)、判別因子分析(DFA)對響應值進行數(shù)據(jù)處理。結論采用電子鼻技術建立了黑順片氣味識別方法,該方法可以用于產地和等級的區(qū)分,為中藥的快速鑒別及氣味的客觀化提供借鑒。朱廣飛[11]等采用Heracles Neo超快速氣相電子鼻對廣藿香飲片及3個產地的藿香飲片樣品進行氣味分析，通過主成分分析（principal component analysis,PCA）、判別因子分析（discriminant factor analysis,DFA）、軟獨立建模分析（soft independent modeling of class analysis,SIMCA）3種化學計量學模型能夠實現(xiàn)對廣藿香飲片的快速鑒別。張禮欣[12]等采用HeraclesⅡ型超快速氣相電子鼻技術對不同產地荊芥穗進行氣味鑒別,根據(jù)獲取的圖譜信息結合AroChembase數(shù)據(jù)庫、Kovates保留指數(shù)定性庫進行定性分析;結論顯示超快速氣相電子鼻技術可用于鑒別不同產地的荊芥穗。黃特輝[13]等利用電子鼻分別對不同產地加工、不同產地的太子參氣味進行檢測。結果表明,通過運用電子鼻技術對太子參氣味特征的表征,并與多元統(tǒng)計分析方法結合,可實現(xiàn)利用太子參特殊氣味對太子參不同產地加工、不同產地樣品鑒別,且區(qū)分效果較為理想。軒菲洋[14]等利用電子鼻和頂空氣相色譜-質譜法（HS-GC-MS）檢測來自3個地區(qū)的柴胡樣品的氣味及具體揮發(fā)性成分，通過偏最小二乘法-判別分析（PLS-DA）分析不同產地柴胡樣品-傳感器響應值-揮發(fā)性成分之間的關系。結果顯示電子鼻的檢測結果經主成分分析（PCA）后進行線性判別分析（LDA）能較好區(qū)分來自不同產地的柴胡樣品。

 

智能感官技術在中藥炮制方面的應用

 

劉濤濤[15]等運用電子鼻系統(tǒng)對1～9次蒸曬大黃、生大黃、熟大黃樣品進行氣味分析，通過主成分分析（PCA）、線性判別分析（LDA）及載荷（Loadings）分析對獲得的特征數(shù)據(jù)進行處理和分析，從氣味特征上初步明確了大黃九蒸九曬炮制過程中氣味的動態(tài)變化規(guī)律，并且從氣味特征上明確了九蒸九曬大黃與熟大黃的差異。張思聰[16]等采用電子鼻系統(tǒng),分析九香蟲樣品的"氣"特征,并將所得數(shù)據(jù)分別進行Loadings、PCA及LDA等統(tǒng)計學分析，九香蟲生品與制品的共性成分為機硫化合物,可能為其功效的主要物質;九香蟲生品"氣"的標志性成分為甲烷等短鏈烴類成分,九香蟲制品"氣"的標志性成分為芳香類成分。錢怡潔[17]等采用超快速氣相電子鼻采集氣味圖譜，與AroChembase數(shù)據(jù)庫對比得到氣味成分信息，結合峰面積分析氣味成分動態(tài)變化并進行化學模式識別分析，建立了山茱萸炮制過程中氣味成分的動態(tài)變化監(jiān)測方法，乙醇等8個氣味成分可作為山茱萸炮制過程的監(jiān)測指標。秦宇雯[18]等通過建立生、醋溫郁金的Heracles NEO檢測方法，結合Arochembase數(shù)據(jù)庫，采用主成分分析（principal component analysis,PCA）、判別因子分析（discriminant factor analysis,DFA）和變量投影重要性指標（variable importance in projection,VIP）方法，對其色譜峰進行數(shù)據(jù)處理和分析，可應用于生、醋溫郁金的氣味差異標志物快速識別，具有重要的應用價值。蔣孝峰[19]等使用超快速氣相電子鼻對麥芽炒制過程中產生的香氣成分進行檢測,結果生麥芽中固有及加熱過程中產生的成分共18種,根據(jù)外觀性狀判別,綜合氣味信息描述與文獻研究,推測3-甲基丁醛、2-甲基丁醛為炒制過程中"香氣"產生的物質基礎,糠醛、2,3-丁二酮、2-乙基-3,6-二甲基吡嗪為"焦香氣"產生的物質基礎。蔣昊[20]以電子鼻技術測定山楂生品及炮制品的氣味，以酸堿滴定法測定山楂生品及炮制品的總有機酸含量；以HPLC法測定山楂生品及炮制品中10種水溶性有機酸成分含量，得出烘制溫度180℃、烘制時間8 min、烘制厚度層數(shù)為1層的條件下炮制的山楂風味最佳。

 

總結

 

智能感官技術是一種融合人工智能與感官分析的創(chuàng)新技術，涵蓋電子鼻、電子舌、電子眼等，能模擬、延伸甚至超越人類感官，實現(xiàn)對產品、環(huán)境的客觀、精準、高效檢測評價。在中藥領域，該技術克服了傳統(tǒng)感官評價法的主觀性、重復性差等問題，被廣泛應用于易混中藥材及飲片的真?zhèn)舞b別、不同產地中藥材的鑒別以及中藥炮制過程的監(jiān)測，有效提升了中藥質量控制的科學性和準確性，推動了中藥行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。

盡管智能感官技術在中藥領域的多個方面已展現(xiàn)出應用潛力，但目前智能感官儀器仍面臨諸多挑戰(zhàn)，嚴重制約了其技術的發(fā)展與廣泛應用。這些儀器目前存在價格昂貴、組件過多、體積過大、攜帶不易、耗材使用壽命短等缺點，且大部分儀器對環(huán)境的要求較高，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性尚欠佳，環(huán)境溫濕度、異味等都會對數(shù)據(jù)造成影響。

 

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來源：感官科學與評定，轉載請注明來源。文章封面圖片來源于創(chuàng)客貼會員。

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