白杰，高利利，張志勤，蔡夢(mèng)如，游龍?zhí)?，姚宇，吳慧敏，尹興斌，倪?。?北京中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院，北京 02488；2.北京中醫(yī)藥大學(xué)中醫(yī)藥研究院，北京 00029）

在20 世紀(jì)90年代初期，電子舌（electronic tongue，ET）的概念被提出，即利用傳感器陣列模擬人類味蕾組織對(duì)液體樣品的味道進(jìn)行檢測(cè)[1]，該技術(shù)通過傳感器陣列從復(fù)雜的樣本中獲得味道的電信號(hào)；同時(shí)應(yīng)用一系列的化學(xué)計(jì)量法對(duì)高度復(fù)雜的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，如主成分分析（PCA）、偏最小二乘法（PLS）、判別因子分析（DFA）、聚類分析（CA）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ANN）等[2]。電子舌技術(shù)因?yàn)闄z測(cè)時(shí)間短、操作簡(jiǎn)單、靈敏度高、可靠性強(qiáng)等特點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于食品和飲料領(lǐng)域，包括客觀評(píng)價(jià)牛肉、枸杞子、紅酒及白酒的味道，預(yù)測(cè)專家評(píng)分、檢測(cè)其是否摻假等[3-6]，體現(xiàn)出該技術(shù)既可以對(duì)液體樣品的整體滋味進(jìn)行評(píng)價(jià)，又可檢測(cè)單體成分的優(yōu)勢(shì)，兼顧了整體性和現(xiàn)代分析技術(shù)具體化的要求，且不用對(duì)樣品進(jìn)行前處理。近年來，該技術(shù)在中藥領(lǐng)域中的應(yīng)用也越來越廣泛，涉及評(píng)價(jià)中藥五味及其藥效物質(zhì)基礎(chǔ)、評(píng)價(jià)掩味效果、依據(jù)中藥的味道差別鑒別中藥炮制品、評(píng)價(jià)安慰劑的味道及中藥材的質(zhì)量等。本文對(duì)電子舌的組成、原理及其在中藥研究中的應(yīng)用進(jìn)行綜述，以期為中藥味道客觀評(píng)價(jià)的研究提供思路和技術(shù)方法。

1 電子舌的組成及原理

1.1 電子舌的組成

電子舌系統(tǒng)由味覺傳感器陣列、信號(hào)采集系統(tǒng)、模式識(shí)別系統(tǒng)三部分組成[7]。味覺傳感器陣列相當(dāng)于人類的舌頭，能夠?qū)Ρ粶y(cè)液體中的味道進(jìn)行感應(yīng)，目前以電化學(xué)傳感器最為普遍。根據(jù)傳感器的工作原理不同，可分為電位分析傳感器、伏安分析傳感器、阻抗譜型傳感器；信號(hào)采集系統(tǒng)相當(dāng)于人類的神經(jīng)系統(tǒng)，采集由傳感器和液體樣品接觸所產(chǎn)生的電信號(hào)，并將其傳遞給電腦中的識(shí)別系統(tǒng)；模式識(shí)別系統(tǒng)相當(dāng)于人類的大腦，將接收到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成味覺值并進(jìn)行分析和預(yù)測(cè)，使檢測(cè)結(jié)果更接近實(shí)際值。目前針對(duì)模式識(shí)別的研究主要集中在對(duì)不同的化學(xué)計(jì)量學(xué)方法的研究。商品化的電子舌儀器中以伏安型和電位型居多，前者是以日本Toko 課題組開發(fā)的味覺分析系統(tǒng)和法國(guó)Alpha M.O.S 公司開發(fā)的電子舌為主，后者以瑞典Winquest 課題組電子舌和國(guó)內(nèi)鄧少平課題組的智舌（smart tongue）為主；生物傳感器等類型電子舌仍在研究和優(yōu)化之中[8]。

1.2 電子舌的原理

1.2.1 電位型電子舌 電位型電子舌是由Toko等[9]首次提出，其傳感器陣列由工作電極和參比電極組成。離子選擇電極（ISES）制作的電位分析傳感器，是液體多組分味覺分析中使用最為廣泛的類型。電位型電子舌的工作電極上鍍了一層具有離子選擇性的膜，稱為敏感膜，當(dāng)被測(cè)溶液接觸工作電極時(shí)，溶液中的離子會(huì)在敏感膜和溶液之間進(jìn)行選擇性分配，導(dǎo)致敏感膜上的電荷數(shù)量發(fā)生變化，從而產(chǎn)生電位的變化。由于電位傳感器的原理是電荷分離時(shí)產(chǎn)生電位變化的信號(hào)，因此電位型電子舌的檢測(cè)范圍僅限于強(qiáng)電解質(zhì)溶液。

1.2.2 伏安型電子舌 伏安型電子舌是由Olsson等[10]提出的一種用于檢測(cè)各種飲料的電子舌，其傳感器陣列通常由不同類型的3 個(gè)電極組成，分別是工作電極、參比電極與輔助電極，也有少數(shù)電子舌系統(tǒng)的傳感器陣列由雙電極組成。當(dāng)給工作電極施加有規(guī)律的脈沖電壓時(shí)，通過測(cè)量工作電極和參比電極之間的電流信號(hào)，得出檢測(cè)的液體樣品電信號(hào)[11]。相比于電位型和阻抗型電子舌，伏安型電子舌一般具有操作簡(jiǎn)單、使用壽命長(zhǎng)、檢測(cè)限低等優(yōu)點(diǎn)，但其僅適用于檢測(cè)具有氧化還原型性的活性物質(zhì)。

1.2.3 阻抗型電子舌 阻抗型電子舌是由Riul等[12]首次提出，其傳感器陣列中的電極為貴金屬電極或碳電極。該電子舌的響應(yīng)靈敏度較高，但是對(duì)制作電極修飾膜的要求也較高，所以重現(xiàn)性和穩(wěn)定性較差，不適用于快速、重復(fù)地檢測(cè)樣品。

2 電子舌在中藥領(lǐng)域的應(yīng)用

電子舌技術(shù)目前已廣泛應(yīng)用于中藥領(lǐng)域，包括鑒別藥材的種類、產(chǎn)地、采收及儲(chǔ)存時(shí)間、炮制程度，評(píng)價(jià)中藥五味及其藥效物質(zhì)基礎(chǔ)、掩味效果、中藥質(zhì)量及臨床試驗(yàn)中安慰劑的味道等，為中藥材或中藥制劑的質(zhì)量控制與評(píng)價(jià)提供科學(xué)有效的技術(shù)手段。

2.1 評(píng)價(jià)中藥五味及其藥效物質(zhì)基礎(chǔ)

中藥藥性是中醫(yī)藥學(xué)理論體系的重要組成部分，“四氣五味”則是中藥藥性理論的核心內(nèi)容之一，《本經(jīng)》指出藥有酸、苦、甘（甜）、辛、咸五味[13]，這五味不僅指中藥的真實(shí)滋味，更是一種功能和性質(zhì)的體現(xiàn)。2015年版《中國(guó)藥典》收錄的618 種藥材和飲片中，以苦味為主味的藥材占32.4%[14]，反映了苦味藥物在中藥中的普遍性和重要性，其中主要苦味成分是生物堿、糖苷類、萜類、蒽醌、黃酮及苦味素類等[15-16]。李學(xué)林等[17]為檢測(cè)電子舌預(yù)測(cè)苦味化合物苦度的效果，選用不同濃度的鹽酸小檗堿作為苦度等級(jí)參比溶液，分別用人工口嘗法和TS-5000Z 電子舌評(píng)價(jià)苦參堿和氧化苦參堿的苦度并建立其苦度預(yù)測(cè)模型，該模型能預(yù)測(cè)藥物的苦度。為了優(yōu)化和驗(yàn)證利用電子舌評(píng)價(jià)中藥苦度的方法，李學(xué)林等[18]通過檢測(cè)35 種不同的中藥混合物的苦度，對(duì)電子舌檢測(cè)方法進(jìn)行了優(yōu)化，結(jié)果顯示，該法在6 h 內(nèi)具有較好的重復(fù)性和精密度。這是首次用電子舌分析中藥材的苦味，結(jié)果顯示該方法可以準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)中藥材的苦度。

杜瑞超等[19]使用電子舌檢測(cè)了22 種中藥的水煎液，得到其酸、苦、甜、咸規(guī)律的聚類圖和特征雷達(dá)圖譜及酸、苦、甜味的判別因子分析模型，結(jié)果發(fā)現(xiàn)電子舌能夠?qū)χ兴幬兜肋M(jìn)行準(zhǔn)確區(qū)分。曹煌等[20]選用5 種具有辛味的中藥，用電子舌、電子鼻檢測(cè)其藥材、物質(zhì)族群及單體成分，采用主成分分析法對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，電子舌可以區(qū)分不同味道的樣品。近年來，有學(xué)者將電子舌技術(shù)應(yīng)用到中藥五味的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)研究中，并取得了一定成果。為了研究黃連、吳茱萸的苦味物質(zhì)基礎(chǔ)與藥效的關(guān)系，梁曉光等[21-22]使用電子舌分別測(cè)定了黃連中的小檗堿等生物堿、吳茱萸中的檸檬苦素和生物堿等苦味化合物的苦度，并分別比較各苦味化合物對(duì)大腸埃希菌和金黃色葡萄球菌的抑菌活性，發(fā)現(xiàn)苦度越大，抑菌效果越好，為苦味化合物是苦味藥的重要藥效物質(zhì)基礎(chǔ)提供了理論依據(jù)。目前，研究人員對(duì)苦味中藥的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)進(jìn)行研究，為中藥藥性的現(xiàn)代化研究開拓了新的思路，未來還可以采用電子舌技術(shù)對(duì)酸、甘、辛及咸味中藥進(jìn)行檢測(cè)，探究具有上述味道的中藥藥效與其物質(zhì)基礎(chǔ)之間的關(guān)系，從而明確中藥五味的藥效物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.2 評(píng)價(jià)掩味效果

中藥往往具有苦味、酸味或澀味，會(huì)降低患者用藥依從性，甚至?xí)萍s中藥發(fā)展，因此在開發(fā)中藥口服制劑，特別是針對(duì)兒童制劑時(shí)，要用合適的掩味技術(shù)對(duì)其進(jìn)行矯味。評(píng)估掩味效果的常規(guī)方法是經(jīng)典人群口感評(píng)價(jià)法（THTPM），由于人的味覺感受器受個(gè)體生理和心理?xiàng)l件的影響，容易產(chǎn)生感官疲勞效應(yīng)、個(gè)體差異性[23-24]。電子舌技術(shù)不僅避免了化合物的毒性對(duì)志愿者健康的影響，而且具有數(shù)據(jù)客觀、操作簡(jiǎn)便、檢測(cè)速度快等優(yōu)點(diǎn)[25]，故其作為一種中藥味道的客觀評(píng)價(jià)方法具有廣闊的應(yīng)用前景。韓雪等[26]使用電子舌檢測(cè)澀味中藥，結(jié)合主成分分析法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并對(duì)其動(dòng)物偏好指數(shù)模型進(jìn)行驗(yàn)證，構(gòu)建了體內(nèi)外的澀味量化評(píng)價(jià)方法，為中藥澀味的精確量化和矯味提供了客觀、可靠的工具。迄今為止，關(guān)于應(yīng)用電子舌評(píng)估苦味中藥掩味效果的研究已經(jīng)發(fā)表了多篇論文，表1列出了其在評(píng)價(jià)苦味中藥掩味效果中的應(yīng)用。

表1 電子舌在評(píng)價(jià)苦味中藥掩味效果中的應(yīng)用Tab 1 Application of electronic tongue in the evaluation of the flavor masking effect of bitter Chinese medicine

2.3 鑒別中藥材的產(chǎn)地

中藥材的不同生長(zhǎng)條件會(huì)影響其質(zhì)量和產(chǎn)量，與其他地區(qū)所產(chǎn)的同種中藥材相比，道地藥材的療效更好、質(zhì)量更穩(wěn)定[35]。目前，中藥材的異地引種、以次充好等現(xiàn)象日益突出，亟須一種能夠方便、快速判斷藥材產(chǎn)地的檢測(cè)方法。近年來，關(guān)于應(yīng)用電子舌技術(shù)鑒別中藥材產(chǎn)地的研究已經(jīng)發(fā)表了多篇論文，為未來中藥材市場(chǎng)監(jiān)管及產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了一定的技術(shù)理論支持，表2列出了其在鑒別中藥材的產(chǎn)地中的應(yīng)用。

2.4 鑒別中藥材的不同炮制品及炮制程度

中藥炮制品的炮制程度是否得當(dāng)，將直接影響藥效。鑒別中藥炮制品主要根據(jù)中藥的顏色、質(zhì)地、氣味，但目前中藥性狀鑒別中關(guān)于“味”的表述多為主觀感受，憑經(jīng)驗(yàn)描述，實(shí)際操作中難以區(qū)別不同炮制品的味道差異。因此，亟須一種技術(shù)來代替人的經(jīng)驗(yàn)判斷，客觀準(zhǔn)確地判別中藥不同炮制品、控制中藥炮制過程中的質(zhì)量。近年來，關(guān)于應(yīng)用電子舌鑒別中藥材的不同炮制品及其炮制程度的研究已經(jīng)發(fā)表了多篇論文，為未來中藥飲片炮制過程中的質(zhì)量控制研究提供了進(jìn)一步的思路與方法，表3列出了電子舌在鑒別中藥材的不同炮制品及炮制程度中的應(yīng)用。

表2 電子舌在鑒別中藥材的產(chǎn)地中的應(yīng)用Tab 2 Application of electronic tongue in the identification of origin of Chinese medicinal materials

表3 電子舌在鑒別中藥材的不同炮制品及炮制程度中的應(yīng)用Tab 3 Application of electronic tongue in the identification of different processed products and processing degree of Chinese medicinal materials

2.5 評(píng)價(jià)中藥的質(zhì)量

鑒別中藥的真?zhèn)蝺?yōu)劣、評(píng)價(jià)中藥飲片的質(zhì)量，對(duì)保證臨床用藥的安全性與有效性具有重要意義。中藥鑒定方法主要包括基源鑒定法、性狀鑒定法、顯微鑒定法和理化鑒定法[49-50]，其中性狀鑒別法因?qū)嵱眯詮?qiáng)、操作簡(jiǎn)單而較為常用。胥敏等[51]應(yīng)用色彩色差計(jì)、電子舌和電子鼻技術(shù)分別測(cè)定蕓香科的枳殼、陳皮、枳實(shí)、青皮、佛手5 種中藥，得到其顏色、味感、嗅感的客觀數(shù)值，并對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析、歸一化處理和聚類分析。結(jié)果顯示，通過對(duì)中藥性狀中顏色、味感、嗅感的客觀數(shù)據(jù)化并結(jié)合主成分分析模型和聚類分析模型可以對(duì)5 種蕓香科中藥進(jìn)行鑒別。吳娜等[52]采用α-Astree 電子舌和電子鼻很好地區(qū)分了川貝母、浙貝母及兩者等比例混合粉末。電子舌技術(shù)為中藥性狀鑒別研究提供了新的思路與方法，可將電子舌技術(shù)與色彩色差計(jì)、電子鼻技術(shù)相結(jié)合，從而全面客觀地鑒別人工難以區(qū)分的中藥飲片及粉末。

中藥提取物作為中藥材的一個(gè)重要存在形式，評(píng)價(jià)其質(zhì)量的主要指標(biāo)是中藥提取物中化學(xué)成分含量及浸膏率等，但是該法容易使人們陷入“唯成分論”。蘇青等[53]利用α-Astree 電子舌檢測(cè)了黃芩提取物的味道，并對(duì)其味覺信息進(jìn)行主成分分析、統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制分析和判別因子分析。結(jié)果顯示，黃芩提取物的味道可作為其質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)。Masumi 等[54]利用電子舌技術(shù)測(cè)定了10 種苦味中藥的提取液，利用主成分分析、歐氏距離分析所得數(shù)據(jù)。結(jié)果顯示，苦味中藥提取物中小檗堿的味道可作為其質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)。將來可以采用電子鼻、電子舌和電子眼等系統(tǒng)對(duì)中藥的“氣、味、色”進(jìn)行宏觀控制，結(jié)合GC-MS、HPLC、GC 等技術(shù)對(duì)中藥含有的化學(xué)成分進(jìn)行微觀控制，從而對(duì)中藥質(zhì)量進(jìn)行整體性評(píng)價(jià)。

2.6 識(shí)別藥材的采收時(shí)間和貯藏年限

大部分中藥是當(dāng)年產(chǎn)并在產(chǎn)地干燥之后在市場(chǎng)流通、運(yùn)輸和使用的。少數(shù)中藥的質(zhì)量會(huì)受生長(zhǎng)年限、貯存年限等條件的影響，例如傳統(tǒng)抗瘧植物青蒿應(yīng)該以鮮品絞汁服用[55]；8月采收的柴胡中柴胡總皂苷的含量最高[56]；陳皮則隨貯存時(shí)間增加，不良反應(yīng)減少，故宜陳久[57]。王斌等[58]利用電子舌對(duì)4 批不同生長(zhǎng)年限的川牛膝藥材進(jìn)行檢測(cè)，通過主成分和判別因子分析對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)1年生與2年生川牛膝藥材的電子舌響應(yīng)值相近，與3年或4年生川牛膝藥材差距較大，建立的判別模型可對(duì)未知樣品進(jìn)行準(zhǔn)確判定。熊蕭蕭等[59]采用Astree-Ⅱ電子舌測(cè)定了10批不同年份的化橘紅樣品和1 個(gè)盲樣，采用主成分分析和判別因子分析處理數(shù)據(jù)，結(jié)果顯示，電子舌結(jié)合判別因子分析能夠識(shí)別化橘紅和盲樣的貯藏年份。臨床療效受采收時(shí)間或貯藏年限影響的中藥材中多含有揮發(fā)性成分，在檢測(cè)這類中藥材時(shí)，可以采用電子舌結(jié)合電子鼻的形式對(duì)其進(jìn)行深入研究，以獲得更加全面的中藥材性狀信息。

2.7 評(píng)價(jià)臨床試驗(yàn)中安慰劑的味道

安慰劑是一種用于臨床試驗(yàn)研究，制備過程與試驗(yàn)組產(chǎn)品相似的惰性物質(zhì)，其外形與真藥相似，既沒有藥效，也沒有不良反應(yīng)，例如葡萄糖、淀粉等[60]。實(shí)驗(yàn)研究設(shè)計(jì)中的對(duì)照原則通常是首要強(qiáng)調(diào)的，因此安慰劑作為藥物臨床試驗(yàn)中的對(duì)照組在臨床應(yīng)用也越來越廣泛[61]。王茹茹等[62-63]對(duì)中藥安慰劑評(píng)價(jià)客觀量化的方法進(jìn)行了歸納總結(jié)，提出采用α-Astree 型電子舌結(jié)合電子眼和電子鼻技術(shù)對(duì)自制的藿香正氣顆粒安慰劑與治療藥物樣品分別進(jìn)行檢測(cè)，利用主成分分析、統(tǒng)計(jì)質(zhì)量控制分析和雷達(dá)圖對(duì)電子舌的測(cè)定數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，智能感官技術(shù)可以對(duì)藿香正氣顆粒安慰劑和治療藥物進(jìn)行準(zhǔn)確地分析及判別。電子舌技術(shù)作為一種客觀可靠的安慰劑味道評(píng)價(jià)方法，可以在一定程度上避免人工評(píng)分所致的主觀因素影響，產(chǎn)生良好的安慰劑效應(yīng)，保障對(duì)照試驗(yàn)的科學(xué)性、客觀性。

3 結(jié)論與展望

全文總結(jié)了電子舌的原理及其在中藥領(lǐng)域的應(yīng)用，與人工口嘗評(píng)價(jià)法相比，電子舌具有檢測(cè)時(shí)間短、數(shù)據(jù)客觀、操作方便、靈敏度高、不疲勞等特點(diǎn)，能夠用于評(píng)價(jià)中藥五味及其藥效物質(zhì)基礎(chǔ)、評(píng)價(jià)掩味效果、鑒別中藥材產(chǎn)地、鑒別中藥材不同炮制品及炮制程度、評(píng)價(jià)中藥材的質(zhì)量、識(shí)別藥材的采收時(shí)間和貯藏年限、客觀評(píng)價(jià)臨床試驗(yàn)中安慰劑的味道等方面。目前，在中藥領(lǐng)域基于電子舌的研究中，應(yīng)用最多的為Astree 電子舌，其次分別為TS-5000Z 型電子舌、α-Astree Ⅱ型電子舌、α-Astree 型電子舌及SA402B 系列電子舌。多數(shù)研究方法是以電子舌技術(shù)與化學(xué)計(jì)量學(xué)相結(jié)合，主要目的是客觀評(píng)價(jià)具有酸、苦、甘、辛、咸或澀味中藥的味道，并根據(jù)其味道對(duì)中藥樣品進(jìn)行區(qū)分；少數(shù)方法是以電子舌與HPLC 相結(jié)合，主要研究了化學(xué)成分含量與味道的相關(guān)性；還有少數(shù)方法是電子舌結(jié)合電子鼻或電子眼來綜合考量中藥樣品的性狀特征。

由于中藥本身的復(fù)雜性，利用電子舌技術(shù)客觀評(píng)價(jià)中藥味道的研究中仍然存在一些挑戰(zhàn)。首先，電子舌系統(tǒng)只可以檢測(cè)液體樣品的味道，對(duì)難溶性藥物的檢測(cè)和分析造成了一定困難；其次，模擬識(shí)別系統(tǒng)作為電子舌技術(shù)中的重要組成部分，需要將統(tǒng)計(jì)學(xué)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)處理手段與中藥的味道信息相融合，對(duì)分析人員的專業(yè)性需求較高。因此，亟需發(fā)展更加完善的電子舌技術(shù)，構(gòu)建難溶性藥物味道的客觀評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，強(qiáng)化中藥味道客觀評(píng)價(jià)的科研能力以及提高分析人員對(duì)電子舌系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析挖掘的能力。相信隨著電子舌技術(shù)的不斷發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)將會(huì)運(yùn)用到中藥生產(chǎn)和使用的各個(gè)重要環(huán)節(jié)，為中藥材或中藥制劑的質(zhì)量控制與評(píng)價(jià)提供科學(xué)有效的技術(shù)手段。