馮繪敏，侯一哲，黃天賜，李元祥，李 正，李文龍

(1. 天津中醫(yī)藥大學(xué)中藥制藥工程學(xué)院，天津 300193；2. 省部共建組分中藥國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，天津 301617；3. 湖北金貴中藥飲片有限公司，湖北 武漢 430051；4. 懷化學(xué)院 化學(xué)與材料工程學(xué)院，湖南 懷化 418008)

電子傳感技術(shù)是指利用不同物質(zhì)在不同電化學(xué)反應(yīng)中所獲得的不同信號(hào)對(duì)其進(jìn)行分析的一類技術(shù)，常用的電子傳感技術(shù)包括電子眼、電子鼻、電子舌、電子耳以及電子皮膚等[1]. 相對(duì)于傳統(tǒng)的電化學(xué)分析技術(shù)而言，這類技術(shù)可對(duì)多種形態(tài)的樣品進(jìn)行多種模式的檢測(cè)，可同時(shí)采用多種電極對(duì)樣品的顏色、氣味、味道、觸覺(jué)等性質(zhì)進(jìn)行全面地反映. 該類技術(shù)模仿人的感官系統(tǒng)，對(duì)人體所接觸物質(zhì)的感受進(jìn)行數(shù)字化表征并進(jìn)行多變量數(shù)據(jù)分析，從而對(duì)樣品的真?zhèn)蝺?yōu)劣、加工工藝、地域?qū)傩缘忍攸c(diǎn)進(jìn)行整體分析，是一類仿生分析技術(shù)，尤其適合中藥材及農(nóng)產(chǎn)品的分析.

中藥材及農(nóng)產(chǎn)品一般具有成分復(fù)雜的特點(diǎn)，采用個(gè)別或多個(gè)化學(xué)成分的含量難以對(duì)其整體質(zhì)量進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，并形成飽受爭(zhēng)議的“唯成分論”. 相關(guān)科學(xué)工作者為彌補(bǔ)基于化學(xué)成分定量分析的質(zhì)量控制技術(shù)體系的不足，嘗試采用多種基于整體性質(zhì)的描述方法對(duì)中藥材及農(nóng)產(chǎn)品樣品進(jìn)行全面表征，最為常用的是光譜及其成像技術(shù)，包括近紅外光譜[2-3]、中紅外光譜[4-5]、太赫茲[6-7]、拉曼光譜[8-9]及其成像技術(shù)等. 這類光譜技術(shù)具有操作方便、信息豐富等優(yōu)勢(shì)，但數(shù)據(jù)的可解釋性相對(duì)較差，往往難以對(duì)其分析結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和闡釋. 核磁共振譜[10-11]、質(zhì)譜[12-13]及其成像技術(shù)相對(duì)于上述光譜分析技術(shù)而言，具有較好的可解釋性，但又因其價(jià)格昂貴、操作復(fù)雜等原因，推廣應(yīng)用受到限制. 而電子傳感技術(shù)則可有效彌補(bǔ)上述技術(shù)的不足，兼具了信息豐富和可解釋性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，非常適合中藥材及農(nóng)產(chǎn)品的分析.

近年來(lái)，電子傳感技術(shù)受到了相關(guān)科研工作者越來(lái)越多的關(guān)注，在中藥、煙葉、茶葉、飲料、食品等領(lǐng)域得到了日益增多的推廣應(yīng)用，但在儀器研發(fā)、數(shù)據(jù)分析、應(yīng)用場(chǎng)景等方面仍存在著一些亟待解決的問(wèn)題. 本文對(duì)電子傳感技術(shù)的技術(shù)原理及其在中藥材及農(nóng)產(chǎn)品分析領(lǐng)域的應(yīng)用報(bào)道進(jìn)行綜述，對(duì)這類技術(shù)存在的問(wèn)題及其應(yīng)用前景進(jìn)行分析展望，以期為相關(guān)的研究提供參考，從而推動(dòng)這類技術(shù)在中藥材及農(nóng)產(chǎn)品分析領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用.

1 常用電子傳感技術(shù)及其分析原理

1. 1 電子眼

電子眼(E-eye)屬于一種視覺(jué)分析儀. 該技術(shù)通過(guò)模擬人眼對(duì)樣品的感知，分析樣品的整體顏色，提供穩(wěn)定的圖像攫取環(huán)境，保證圖像在相同條件下進(jìn)行分析，使樣品信息具有可比性且簡(jiǎn)單快速、無(wú)需預(yù)處理[14]. 該技術(shù)尤其適合以色澤作為評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的研究對(duì)象，近年來(lái)，在水果成熟度鑒別、肉類新鮮度評(píng)價(jià)、中藥材真?zhèn)舞b定、質(zhì)量等級(jí)區(qū)分、以及中藥炮制等領(lǐng)域得到探索性應(yīng)用. 目前市場(chǎng)上電子眼裝置主要有色密度計(jì)、色度計(jì)、分光光度計(jì)、視頻、Vitapan 3D-Master 比色板和電腦比色儀等[15].

1. 2 電子鼻

電子鼻(E-nose)技術(shù)模擬人的嗅覺(jué)器官，其工作原理與嗅覺(jué)形成相似，是人類嗅覺(jué)的延伸，具有人工智能的特點(diǎn)[16]. E-nose分析系統(tǒng)由氣敏傳感器、信號(hào)處理系統(tǒng)和模式識(shí)別系統(tǒng)3部分組成. 所用的氣敏傳感器主要包括石英晶體微秤(quartz crystal microbalance, QCM)型、金屬氧化物半導(dǎo)體(metal oxide semiconductor, MOS)電導(dǎo)型、表面聲波(surface acoustic wave, SAW)型、導(dǎo)電聚合物(conductive polymer, CP)電導(dǎo)型、MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOS field effect transistor, MOSFET)型等[17]. 電子鼻得到的信息代表了樣品中全部揮發(fā)物的整體情況，能夠充分反映樣品的氣味信息. 世界第一臺(tái)商業(yè)化電子鼻誕生于1994年，目前代表性電子鼻產(chǎn)品包括法國(guó)Alpha-MOS的桌面型FOX系統(tǒng)、美國(guó)加利福尼亞Cyranosciences公司的Cyranose系統(tǒng)等. 目前主要應(yīng)用于水果成熟度、肉類新鮮度、酒類特征氣味表征以及酒齡鑒定、不同基源、產(chǎn)地、炮制加工方法的中藥材的分類識(shí)別等領(lǐng)域[18].

1. 3 電子舌

電子舌(E-tongue)是一類智能味覺(jué)仿生系統(tǒng). 該系統(tǒng)通過(guò)模擬人的舌頭對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行分析、識(shí)別和判斷，用多元統(tǒng)計(jì)方法對(duì)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，快速地反映出樣品整體的質(zhì)量信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品的識(shí)別和分類[19-21]. 該技術(shù)采用同人類舌頭味覺(jué)細(xì)胞工作原理相類似的人工脂膜傳感器技術(shù)，可以客觀數(shù)字化的評(píng)價(jià)樣品的苦味、澀味、酸味、咸味、鮮味、甜味等基本味覺(jué)感觀指標(biāo)，同時(shí)還可以分析苦、澀、鮮的回味等參數(shù). 主要由味覺(jué)傳感器陣列、信號(hào)采集系統(tǒng)和模式識(shí)別系統(tǒng)3部分組成. 信號(hào)采集系統(tǒng)模擬神經(jīng)感覺(jué)系統(tǒng)采集，被激發(fā)的信號(hào)傳遞到電腦模式識(shí)別系統(tǒng)中. 模式識(shí)別系統(tǒng)即發(fā)揮生物系統(tǒng)中大腦的作用對(duì)信號(hào)進(jìn)行特征提取，建立模式識(shí)別模型，并對(duì)不同被測(cè)溶液進(jìn)行區(qū)分辨識(shí). 味覺(jué)傳感器陣列是電子舌系統(tǒng)的核心組成部分，由傳感器陣列工作原理的不同可分為電位型、阻抗譜型、光尋址型、伏安型、物理型以及生物傳感器型等多個(gè)種類. 目前該技術(shù)主要應(yīng)用于不同食品的味覺(jué)區(qū)分、水果成熟度的檢測(cè)與區(qū)分、果蔬、奶制品、酒類、香精香料、肉制品等各類食品的等級(jí)品質(zhì)評(píng)價(jià)、各類食品的摻假及腐敗類型的研究與區(qū)別鑒定、各類食品加工工藝不同對(duì)味覺(jué)感官產(chǎn)生的影響研究、果蔬類食品不同產(chǎn)地的味覺(jué)區(qū)別研究、肉蛋禽類食品由于飼養(yǎng)方法、飼料成分不同等造成的食品味覺(jué)變化的研究、以及其他各種通過(guò)食品味覺(jué)來(lái)進(jìn)行品質(zhì)分析的研究試驗(yàn)，例如中藥水煎液的掩味效果評(píng)價(jià)等方面.

事實(shí)上，上述電子傳感設(shè)備經(jīng)常聯(lián)合使用，以期對(duì)中藥材及農(nóng)產(chǎn)品的色澤氣味進(jìn)行全面表征，有時(shí)還可以與光譜、質(zhì)譜等信息進(jìn)行融合，從而闡釋中藥材及農(nóng)產(chǎn)品的色澤氣味與具體物質(zhì)組成的聯(lián)系，發(fā)現(xiàn)特征呈示物質(zhì)，從而確定質(zhì)量標(biāo)志物質(zhì)，進(jìn)行更為合理的質(zhì)量控制[22-24].

2 應(yīng)用對(duì)象

2. 1 中藥材及炮制研究

氣、味是中藥重要的性狀特征，不同的中藥也往往具有特殊的氣、味，中藥氣味與所含化學(xué)成分相關(guān)，能直接反應(yīng)藥物內(nèi)在本質(zhì)[25]. 電子眼、電子鼻和電子舌技術(shù)是近年來(lái)興起的快速分析技術(shù)，其中電子眼能夠反映樣品的色澤和顏色變化信息，電子鼻主要檢測(cè)樣品中易揮發(fā)成分，而電子舌則主要用于樣品中呈味物質(zhì)的檢測(cè). 電子鼻技術(shù)模擬人類嗅覺(jué)對(duì)氣味進(jìn)行分析，該技術(shù)具客觀、準(zhǔn)確、快捷、重復(fù)性好的特點(diǎn). 而電子舌模擬人的5種基本味覺(jué)：酸、甜、苦、辣、咸，能對(duì)不同氣味的藥材進(jìn)行有效的識(shí)別. 電子鼻、電子舌的電子傳感信號(hào)敏銳[26-28]，二者的結(jié)合能夠充分體現(xiàn)中藥“四氣五味”的特點(diǎn).

張曉等[29]采用電子眼(視覺(jué)分析儀)分析技術(shù)，基于穿心蓮藥材粉末顏色，探討電子眼用于穿心蓮藥材質(zhì)量評(píng)價(jià)的適用性，結(jié)果顯示穿心蓮內(nèi)酯、脫水穿心蓮內(nèi)酯、1,4-去氧穿心蓮內(nèi)酯和新穿心蓮內(nèi)酯成分的總含量均與明度值呈極顯著負(fù)相關(guān)，表明穿心蓮的顏色在某種程度上與其中的化學(xué)成分含量具有相關(guān)性，可對(duì)不同商品規(guī)格的穿心蓮藥材質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià). 劉瑞新等[30]收集了80 批川貝母樣品，進(jìn)行了傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)辨識(shí)和2015版《中國(guó)藥典》規(guī)定檢查項(xiàng)檢測(cè)，再利用電子眼采集其光學(xué)數(shù)據(jù)并借助化學(xué)計(jì)量學(xué)方法建立了4種真?zhèn)渭吧唐芬?guī)格辨識(shí)模型. 經(jīng)留一法交互驗(yàn)證真?zhèn)伪孀R(shí)模型準(zhǔn)確率和商品規(guī)格辨識(shí)模型準(zhǔn)確率大都在90%以上，因此電子眼技術(shù)可用于川貝母質(zhì)量快速辨識(shí). 王學(xué)勇等[31]研發(fā)了一種對(duì)鹿茸的真?zhèn)芜M(jìn)行鑒別的電子鼻技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)市售馬鹿、馴鹿、梅花鹿等不同類型鹿茸的有效、快速鑒別，并且可對(duì)藥材、飲片、粉末等多種形態(tài)的樣品進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別. 該方法客觀、快速、無(wú)需復(fù)雜的樣品前處理過(guò)程，可為其他類中藥材的鑒定提供參考. 杜瑞超等[32]對(duì)22種常用中藥的水煎液進(jìn)行電子舌檢測(cè)，并對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果表明：22種中藥按照酸、苦、甜、咸的規(guī)律聚類分布，得到的4類味覺(jué)特征的雷達(dá)圖形狀存在較大差別，可以對(duì)不同的中藥滋味特征進(jìn)行精準(zhǔn)辨識(shí). 段金芳等[33]建立了山茱萸藥材及飲片的quantitative analysis of multi-components by single marker(QAMS)測(cè)定方法，并將此法與電子眼和電子舌技術(shù)相結(jié)合，優(yōu)選山茱萸最佳蒸制時(shí)間. 研究采用QAMS法測(cè)定沒(méi)食子酸、5-羥甲基糠醛(5-HMF)、莫諾苷、山茱萸新苷、馬錢苷的含量，運(yùn)用電子眼和電子舌技術(shù)進(jìn)行顏色與滋味測(cè)定，所得數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析. 綜合分析了3種方法所得結(jié)果，對(duì)山茱萸最佳蒸制時(shí)間進(jìn)行優(yōu)選，為解決中藥炮制工藝缺少合適的終點(diǎn)判斷方法提供了一種新的技術(shù). 黃特輝等[34]建立了太子參的電子鼻檢測(cè)方法，對(duì)不同產(chǎn)地加工、不同產(chǎn)地的太子參氣味進(jìn)行檢測(cè)，依據(jù)獲得的客觀化氣味信息，結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)太子參樣品進(jìn)行區(qū)分判別. 結(jié)果表明，太子參燙干品與曬干品的氣味差異較大，采用判別因子分析法可對(duì)不同產(chǎn)地的太子參進(jìn)行準(zhǔn)確區(qū)分，為中藥材質(zhì)量鑒定、中藥的氣味定量表征以及產(chǎn)地、加工方式區(qū)分提供一種新的技術(shù)手段. 文獻(xiàn)[35-37]報(bào)道了采用電子傳感技術(shù)，結(jié)合相關(guān)的化學(xué)計(jì)量學(xué)算法，實(shí)現(xiàn)了亞洲人參、高麗參和西洋參的準(zhǔn)確區(qū)分，為貴重藥材的快速識(shí)別提供了一種新的替代技術(shù).

2. 2 特色農(nóng)產(chǎn)品

由于原料產(chǎn)地差異和加工工藝的不同，世界范圍內(nèi)產(chǎn)生了很多具有地域特色的農(nóng)產(chǎn)品，如煙葉、茶葉、蜂蜜、咖啡、葡萄酒等，這類產(chǎn)品難以用單一指標(biāo)進(jìn)行質(zhì)量?jī)?yōu)劣評(píng)價(jià)和真?zhèn)舞b定，一般需要綜合采用基于整體性質(zhì)的現(xiàn)代分析技術(shù)對(duì)其進(jìn)行全面表征，電子傳感器模擬人類的視覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)等多種感官體驗(yàn)，對(duì)于這類產(chǎn)品的分析具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)也得到日益增多的應(yīng)用.

Brudzewski等[38]采用電子鼻技術(shù)對(duì)11個(gè)品牌的煙草進(jìn)行信息采集，采用支持向量機(jī)算法建立了判別分析模型，可實(shí)現(xiàn)對(duì)煙草品牌的準(zhǔn)確識(shí)別. Zhang等[39]提出了一種基于近紅外光譜和電子鼻融合數(shù)據(jù)的煙葉年份判別的支持向量機(jī)分類模型. 利用遺傳算法來(lái)進(jìn)行了變量選擇，所得到的煙葉判別模型在訓(xùn)練集和獨(dú)立測(cè)試集上都具有較高的準(zhǔn)確率. 建立的煙葉判別分析模型的建模準(zhǔn)確率達(dá)到100%，留一法準(zhǔn)確率達(dá)到98.55%，對(duì)未知樣本的預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率為95%. 顏色和花源是影響蜂蜜市場(chǎng)價(jià)格的關(guān)鍵因素. Sousa等[40]采用電子舌技術(shù)對(duì)6種花源的蜂蜜(Castanea sp., Echium sp., Erica sp., Lavandula sp., Prunus sp., Rubus sp.)進(jìn)行了準(zhǔn)確鑒定，留一法交叉驗(yàn)證準(zhǔn)確率可達(dá)100%，表明電子鼻技術(shù)可作為一種蜂蜜質(zhì)量鑒別的實(shí)驗(yàn)室技術(shù)進(jìn)行推廣應(yīng)用. Oroian等[41]采用基于伏安法原理的電子舌技術(shù)對(duì)蜂蜜的5種花源(acacia, sunflower, tilia, honeydew, polyfloral)進(jìn)行鑒定，采用主成分分析(principal component analysis, PCA)、線性判別分析(linear discriminant analysis, LDA)等化學(xué)計(jì)量學(xué)算法進(jìn)行判別分析，結(jié)果表明，金銀電極相對(duì)于玻璃電極而言，結(jié)果更為準(zhǔn)確，電化學(xué)數(shù)據(jù)與蜂蜜的pH值、游離酸度和電導(dǎo)率等理化性質(zhì)具有較好的相關(guān)性是花源鑒定的物理依據(jù).

在這類產(chǎn)品中，茶葉相關(guān)的研究較多，主要原因是茶葉的品質(zhì)綜合體現(xiàn)在所謂的“色香味”上，而電子傳感技術(shù)可以以一種較為直觀的方式將人的感官體驗(yàn)數(shù)字化. 吳瑞梅等[42]綜合采用化學(xué)分析、近紅外光譜、電子舌、機(jī)器視覺(jué)技術(shù)對(duì)江蘇名茶“碧螺春”的外形、香氣、滋味進(jìn)行全面表征，結(jié)果表明，計(jì)算機(jī)視覺(jué)系統(tǒng)能夠較好地表征葉底感官品質(zhì)，電子舌則能夠更好地表征綠茶滋味的感官品質(zhì). 呂海鵬等[43]分別采用電子鼻和電子舌技術(shù)對(duì)普洱茶的香味成分和滋味成分進(jìn)行分析，結(jié)果表明，電子鼻技術(shù)能夠在一定程度上將不同香氣感官品質(zhì)得分的普洱茶樣品進(jìn)行分類，普洱茶樣品在主成分散點(diǎn)圖上呈現(xiàn)一定的規(guī)律性. 電子舌技術(shù)則可有效地將不同滋味品質(zhì)得分的普洱茶樣品加以區(qū)分，也能較好地區(qū)分不同茶廠生產(chǎn)的普洱茶，但對(duì)不同等級(jí)的樣品分辨能力尚待提高. Ghosh等[44]采用電子鼻技術(shù)結(jié)合相關(guān)的化學(xué)計(jì)量學(xué)算法，建立定量校正模型，實(shí)現(xiàn)了黑茶中茶黃素含量的快速測(cè)定. Banerjee等[45]研究發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于單獨(dú)使用一種電子傳感器所得到的分析結(jié)果而言，綜合采用電子鼻和電子舌技術(shù)可以對(duì)黑茶品質(zhì)進(jìn)行更為準(zhǔn)確地評(píng)價(jià). Yang等[46]采用電子鼻技術(shù)對(duì)富含香豆素的日本綠茶進(jìn)行鑒別，并對(duì)其特征香味進(jìn)行表征，為特色綠茶的鑒別表征提供了一種新的思路.

2. 3 水果

電子傳感技術(shù)在水果成熟度的快速鑒別方面的應(yīng)用研究報(bào)道相對(duì)較多，也有一些根據(jù)氣味特色進(jìn)行產(chǎn)地鑒別方面的報(bào)道. Zhang等[47]采用電子鼻和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)，對(duì)葡萄培養(yǎng)基上培養(yǎng)的3株碳曲霉中赭曲霉毒素A的識(shí)別和預(yù)測(cè)進(jìn)行了研究. 并結(jié)合偏最小二乘判別分析(partial least squares- discriminant analysis, PLS-DA)和偏最小二乘回歸(partial least squares regression, PLSR)分析. 這些結(jié)果表明，電子鼻技術(shù)是葡萄培養(yǎng)基鑒別和預(yù)測(cè)碳青霉屬菌株遺傳轉(zhuǎn)化的一種可靠方法. Orlandi等[48-49]利用電子眼和電子舌技術(shù)，通過(guò)使用不同數(shù)據(jù)融合策略的環(huán)境工程和環(huán)境工程傳感系統(tǒng)獲得的補(bǔ)充信息，以開(kāi)發(fā)一種能夠快速且容易地量化用于評(píng)估葡萄成熟度的物理化學(xué)參數(shù)的集成設(shè)備. Centonze等[50]建立了一種基于質(zhì)譜聯(lián)用化學(xué)計(jì)量學(xué)的頂空固相微萃取-電子鼻(headspace-solid phase microextraction/mass spectrometry-E-nose, HS-SPME/MS-E-nose)非靶向方法，用于鑒別3個(gè)產(chǎn)地(意大利、南非和西班牙)的柑橘. 該方法結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)分析提供了一個(gè)有效的和快速的工具，以鑒定柑橘的地理來(lái)源. 惠國(guó)華等[51-52]建立了利用電子鼻檢測(cè)芒果新鮮度和番荔枝成熟度的方法，該方法簡(jiǎn)便、迅速、準(zhǔn)確度較高.

2. 4 飲料及食品

電子傳感技術(shù)在飲料及食品領(lǐng)域應(yīng)用報(bào)道也較為常見(jiàn)，其中最為重要的領(lǐng)域是酒類特征參數(shù)的評(píng)估及肉類新鮮度鑒別，因?yàn)檫@些性質(zhì)直接和氣味相關(guān)，采用電子傳感技術(shù)所得到的分析結(jié)果也可以專家評(píng)價(jià)的方式得以驗(yàn)證，近年來(lái)已成為研究的熱點(diǎn).

Kang等[53]應(yīng)用電子舌數(shù)據(jù)結(jié)合partial least squares regression(PLSR)算法建立了感官評(píng)價(jià)和液相色譜-質(zhì)譜/質(zhì)譜預(yù)測(cè)模型，對(duì)9種不同氨基酸和脂肪酸組成的大米釀造的韓國(guó)米酒進(jìn)行了鑒別. 結(jié)果表明，除了苦味，電子舌可以很好地預(yù)測(cè)大多數(shù)感官屬性. Rodriguez-Mendez等[54]利用電子鼻和電子舌評(píng)估紅酒的氧暴露水平和多酚含量，提供了關(guān)于紅酒氣相和液相化學(xué)成分的信息. Cetó等[55]研究了電子舌在葡萄酒成熟過(guò)程中使用的桶類型的識(shí)別應(yīng)用，分類率為100%，這一補(bǔ)充信息提高了預(yù)測(cè)氧相關(guān)參數(shù)、酚含量和顏色參數(shù)值的能力.uklje[56]等采用headspace-solid phase microextraction-gas chromatography×gas chromatography-time-of-flight-mass spectrometry(HS-SPME-GC×GC-TOFMS)研究了葡萄成熟度對(duì)葡萄酒揮發(fā)性的影響，研究證明了Shiraz葡萄揮發(fā)性成分在相同的中期氣候中的共同變化. 但在葡萄的后熟階段，沒(méi)有觀察到糖濃度和葡萄酒揮發(fā)性成分變化之間的直接聯(lián)系. Cetó等[57]通過(guò)伏安生物電子舌對(duì)rosé cava 酒中酚類化合物進(jìn)行了分析，在(生物)傳感器響應(yīng)和與總酚含量相關(guān)的3個(gè)不同經(jīng)典指標(biāo)(即I280、I320和Folin-Ciocalteu指標(biāo))以及與其他特定酚特征相關(guān)的兩個(gè)其他指標(biāo)(即總鞣質(zhì)和花青素含量)之間建立了相關(guān)性.

Huang等[58]利用集成近紅外光譜(integrated near infrared spectroscopy, NIRS)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)(computer vision, CV)和電子鼻技術(shù)對(duì)豬肉中的total volatile basic nitrogen(TVB-N)含量進(jìn)行了測(cè)定，采用主成分分析法對(duì)3個(gè)不同傳感器數(shù)據(jù)的特征變量進(jìn)行數(shù)據(jù)融合，結(jié)果證明，多種技術(shù)的數(shù)據(jù)融合可以顯著提高TVB-N的預(yù)測(cè)性能. Kilgannon等[59]通過(guò)SPME-GC-MS(solid phase microextraction- gas chromatography-mass spectrometry)比較了經(jīng)過(guò)不同處理的烤牛肉樣品中的揮發(fā)性有機(jī)化合物，研究發(fā)現(xiàn)，合適的溫度可以加快牛肉的老化速度. 沈立榮等[60]建立了一種基于電子鼻技術(shù)對(duì)金華火腿進(jìn)行分級(jí)與鑒別的方法. 該方法操作方便，結(jié)果準(zhǔn)確客觀，可替代傳統(tǒng)感官分級(jí). 周宇芳等[61]采用電子鼻檢測(cè)帶魚(yú)新鮮度，操作簡(jiǎn)便、測(cè)量結(jié)果可靠、測(cè)量過(guò)程中傳感器基線穩(wěn)定.

3 研究展望

3. 1 數(shù)據(jù)分析方法

目前，電子傳感數(shù)據(jù)的分析方法與光譜分析類似，主要包括定性分析和定量分析兩類. 其中定性分析主要包括無(wú)監(jiān)督的聚類分析算法和有監(jiān)督的判別分析算法，以及指紋圖譜相似度評(píng)價(jià)算法用于評(píng)價(jià)樣品的批次一致性. 定量算法主要包括多源線性回歸(multiple source linear regression, MLR)、主成分回歸(principal component regression, PCR)、PLSR、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(artificial neural network, ANN)、支持向量機(jī)回歸(support vector machine regression, SVR)等算法，利用電子傳感器所獲取的多元數(shù)據(jù)對(duì)特定理化性質(zhì)和生物活性值進(jìn)行回歸. 相對(duì)于光譜、質(zhì)譜數(shù)據(jù)而言，電子傳感數(shù)據(jù)變量數(shù)相對(duì)較少，但各變量之間相互獨(dú)立，互補(bǔ)性很強(qiáng)，需要針對(duì)這一特點(diǎn)，研發(fā)更為合適的多變量數(shù)據(jù)分析技術(shù)，機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)有望在此領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[62].

3. 2 多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)

所謂多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)，是指對(duì)來(lái)自多種分析儀器的信號(hào)進(jìn)行多級(jí)別、多方面、 多層次的處理，在一定準(zhǔn)則下加以分析、綜合，產(chǎn)生新的有意義的信息，彌補(bǔ)單一來(lái)源分析信號(hào)信息量不足的缺點(diǎn)，進(jìn)而完成所需的決策和評(píng)估任務(wù)而進(jìn)行的信息處理技術(shù). 數(shù)據(jù)融合方法可分為高、中、低3個(gè)水平. 高水平數(shù)據(jù)融合對(duì)不同數(shù)據(jù)矩陣分別分析，得到結(jié)果后將結(jié)果進(jìn)行融合，屬于決策水平的融合方法. 中水平和低水平數(shù)據(jù)融合屬于變量水平的融合方法. 其中低水平數(shù)據(jù)融合(low-level data fusion, LLDF)將原始數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行組合，屬于像素級(jí)的融合方法. 中水平數(shù)據(jù)融合(mid-level data fusion, MLDF)將不同來(lái)源的數(shù)據(jù)矩陣分別進(jìn)行合適的預(yù)處理，以便減弱不同非目標(biāo)因素的影響，再將經(jīng)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)矩陣進(jìn)行組合. 聯(lián)合使用電子傳感技術(shù)，充分利用各儀器的優(yōu)勢(shì)，通過(guò)對(duì)不同產(chǎn)地不同品種及真?zhèn)螛悠返男盘?hào)采集，采用多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)分別建立產(chǎn)地識(shí)別、種屬識(shí)別和真?zhèn)巫R(shí)別模型，可實(shí)現(xiàn)中藥材及農(nóng)產(chǎn)品的快速鑒定. 近年來(lái)，多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)得到了不斷發(fā)展，其中化學(xué)計(jì)量學(xué)方法更是發(fā)展迅速，很多算法被開(kāi)發(fā)成軟件應(yīng)用，大大簡(jiǎn)化了分析的過(guò)程. 尤其是在中藥領(lǐng)域，相比其他鑒定方法，多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)有著顯著的優(yōu)點(diǎn)，如鑒定結(jié)果可行度高、快速、易行、專屬性強(qiáng)、不破壞樣品、無(wú)污染等. 該技術(shù)不僅可以鑒別中藥真?zhèn)魏团袆e中藥產(chǎn)地來(lái)源，同時(shí)還可以評(píng)價(jià)中藥質(zhì)量. 鑒于多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，對(duì)于基源問(wèn)題突出的中藥材可建立專屬數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)不斷更新完善樣品數(shù)據(jù)，不斷提高鑒別模型的預(yù)測(cè)能力，有助于提高中藥基源鑒定的準(zhǔn)確性[63-66].

3. 3 品牌保護(hù)技術(shù)

對(duì)于中藥材及農(nóng)產(chǎn)品而言，大多數(shù)情況下，難以用個(gè)別指標(biāo)評(píng)價(jià)其質(zhì)量?jī)?yōu)劣. 一個(gè)優(yōu)質(zhì)品牌的形成往往依賴于長(zhǎng)期的消費(fèi)體驗(yàn). 一些名優(yōu)農(nóng)產(chǎn)品或中藥材，如果缺少必要的品牌保護(hù)技術(shù)，在市場(chǎng)上經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)偽品泛濫、質(zhì)價(jià)脫鉤的現(xiàn)象. 在此背景下，相關(guān)科學(xué)工作者探討研發(fā)相關(guān)的品牌保護(hù)技術(shù)，對(duì)名優(yōu)特產(chǎn)、道地藥材、地理標(biāo)志農(nóng)產(chǎn)品等品牌進(jìn)行特征性鑒定. 電子傳感技術(shù)模擬人類感知系統(tǒng)，能以最為接近人類感官體驗(yàn)的方式，對(duì)這些名優(yōu)品牌農(nóng)產(chǎn)品或加工產(chǎn)品的特征信息進(jìn)行全面反映，從而與同類競(jìng)品進(jìn)行區(qū)分，起到品牌保護(hù)的目的. 可以預(yù)計(jì)，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的情況下，這種品牌保護(hù)技術(shù)必將得到更為廣泛的推廣應(yīng)用[67].

3. 4 儀器研發(fā)

毋庸諱言，當(dāng)前電子傳感技術(shù)距離人類感知系統(tǒng)尚有很大差距，上市儀器也往往存在著受環(huán)境影響大、靈敏度低、重現(xiàn)性差、數(shù)據(jù)分析困難等缺陷. 這一問(wèn)題的解決，需要研發(fā)更為精密的儀器和計(jì)算功能更為強(qiáng)大的專用數(shù)據(jù)分析軟件. 儀器研發(fā)方面，需要探尋更為靈敏的傳感電極，以及更為穩(wěn)定的檢測(cè)器，以及形成標(biāo)準(zhǔn)化的信號(hào)采集程序，確保能在相同條件下得到更具可比性的樣品信號(hào). 數(shù)據(jù)分析軟件的研發(fā)，則需要結(jié)合具體電子傳感技術(shù)的特點(diǎn)，集成變量選擇、信號(hào)預(yù)處理、模型優(yōu)化與驗(yàn)證以及模型的更新、轉(zhuǎn)移與共享等功能，減少?gòu)?fù)雜耗時(shí)的數(shù)據(jù)分析環(huán)節(jié)，更加方便用戶的操作使用，給出更為明確的分析結(jié)果，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)分析、快速分析，遠(yuǎn)程分析等功能.

4 結(jié)論

電子傳感技術(shù)因其測(cè)試方便、信息豐富、結(jié)果直觀、可解釋性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，近年來(lái)在中藥材及農(nóng)產(chǎn)品分析領(lǐng)域受到了廣大科研工作者的高度關(guān)注，該技術(shù)在特色農(nóng)產(chǎn)品的產(chǎn)地鑒別、水果成熟度判別、肉類新鮮度判別、中藥材真?zhèn)萎a(chǎn)地鑒別等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，但尚需解決儀器不夠穩(wěn)定、缺少符合電子傳感數(shù)據(jù)特點(diǎn)的化學(xué)計(jì)量學(xué)算法、專用設(shè)備研發(fā)等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，可以預(yù)言，隨著上述瓶頸問(wèn)題的解決，電子傳感技術(shù)必將在中藥材及農(nóng)產(chǎn)品分析領(lǐng)域得到更為廣泛的應(yīng)用.