電子舌技術(shù)在中藥、蒙藥中的應(yīng)用概況及展望

德格吉日呼 包勒朝魯

內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)蒙醫(yī)藥學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010110

電子舌是一種用于味覺分析的智能儀器，模仿人類的味覺系統(tǒng)，通過電極傳感器陣列和電化學(xué)技術(shù)實(shí)現(xiàn)液體分析。電子舌是20 世紀(jì)90 年代初期提出的一種識別，檢測未知液體樣品的智能檢測技術(shù)，可被認(rèn)為是多種溶液定量和定性分析的一種有前途的裝置[1]。原則上，電子舌的應(yīng)用幾乎是無限的，因?yàn)槠鋷缀跄軌蛲耆珳p少干擾物的影響，并且可以用于區(qū)分、識別、量化極端復(fù)雜的樣品[2]。此外，無需經(jīng)過專門培訓(xùn)的人員即可進(jìn)行精確和快速的分析。由于電子舌技術(shù)操作簡單、方便、快捷，成本低、可用性好等優(yōu)點(diǎn)已在食品行業(yè)內(nèi)廣泛應(yīng)用，如真假陳酒鑒別、葡萄酒品質(zhì)檢測、肉品質(zhì)量鑒定等[3-6]。近年來，關(guān)于電子舌技術(shù)在中醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用研究也頗多，例如不同產(chǎn)地藥材的含量、味道、品質(zhì)的鑒定，炮制品的鑒定，評價中藥五味、中藥材質(zhì)量等[7-9]。

1 電子舌

電子舌概念是傳感器的新趨勢，主要由味覺傳感器陣列、信號采集系統(tǒng)和模式識別系統(tǒng)三部分組成[10]。其中傳感器相當(dāng)于人的味蕾，感受呈味物質(zhì)的刺激信號，信號采集系統(tǒng)相當(dāng)于人的神經(jīng)感覺系統(tǒng)，采集接收響應(yīng)信號，模式識別系統(tǒng)相當(dāng)于人的大腦，對接收到的信號進(jìn)行分析，提取特征信息，得到有關(guān)樣品味覺特征的總體評價，建立數(shù)據(jù)模型[2]。味覺傳感器是電子舌系統(tǒng)的核心組成部分，電子舌的設(shè)計中可以使用各種各樣的傳感器陣列，例如電化學(xué)傳感器（電位法、伏安法、阻抗），光學(xué)傳感器或酶傳感器（生物傳感器）[11]。其中電化學(xué)傳感器最為常用，即采用傳統(tǒng)的離子選擇電極的電位傳感器；由不同的金屬圓盤電極組成的伏安傳感器；由貴金屬電極或碳電極組成的抗阻傳感器[12]。模式識別技術(shù)主要通過化學(xué)計量學(xué)提取重要特征并將其轉(zhuǎn)化為所需信息。由于陣列中使用的所有傳感器都可能對所用的分析物做出響應(yīng)，會產(chǎn)生大量復(fù)雜數(shù)據(jù)，必須使用多變量校準(zhǔn)方法進(jìn)行處理。最常用的方法是主成分分析、偏最小二乘法分析、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自組織映射等[13]。

2 電子舌在中藥藥味研究中的應(yīng)用

中藥有“酸、苦、甘、辛、咸”五味。酸味“能收、能澀”，收能收心氣、收肺氣、收津液、收陰氣、斂咽瘡，澀能固澀[14]；苦味“能泄、能燥、能堅”，泄能瀉下、泄氣逆、瀉火、泄?jié)瘢锬茉餄瘢瑘阅芷较嗷稹⒐棠I陰、清熱瀉火、顧護(hù)陰津、瀉下以存陰[15]；甘味“能補(bǔ)、能緩、能和”，補(bǔ)能補(bǔ)氣、補(bǔ)陽、補(bǔ)血、補(bǔ)陰，緩能緩急，和能調(diào)和[16]；辛味“能散、能行”，散能散表邪、散里寒、散結(jié)滯，行能行氣、行血、破氣之功[17]；咸味“能軟、能下”，軟能軟堅散結(jié)、軟堅化痰、活血化瘀，下能瀉下、潤下、逐熱[18]。

2.1 五味評價及辨識研究

關(guān)于電子舌評價與辨識中藥五味的方面，通過電子舌技術(shù)檢測得到苦參堿和氧化苦參堿的苦度與口嘗苦度存在線性關(guān)系[19]。以此為基礎(chǔ)，通過電子舌技術(shù)測量35 種不同中藥混合物的苦度后發(fā)現(xiàn)，該方法在6 h 的測量周期內(nèi)顯示出良好的重復(fù)性和精密度，可以準(zhǔn)確地評價中藥材苦度[20]。該技術(shù)雖好，但經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，TS-5000Z 電子舌傳感器對于某些低濃度的化合物不能相互作用[21]。由此可見，雖然電子舌能準(zhǔn)確預(yù)測藥材的苦度，但對于藥物濃度是有一定要求的。電子舌技術(shù)除了能準(zhǔn)確評價中藥材“藥味”之外，還可以對中藥材進(jìn)行辨識區(qū)分。趙麗蓉等[22]利用電子舌技術(shù)檢測不同產(chǎn)地和加工方法的多花黃精得到味覺數(shù)據(jù)，并通過主成分分析發(fā)現(xiàn)不同產(chǎn)地多花黃精呈現(xiàn)的“味”的數(shù)值有差異，電子舌技術(shù)能夠敏感地檢測到不同加工方法多花黃精“味”的變化。楊天歌等[23]采用電子舌技術(shù)獲取不同花期混合金銀花味覺信息，通過支持向量機(jī)模型區(qū)分鑒別混合金銀花，準(zhǔn)確率達(dá)88%。運(yùn)用電子舌技術(shù)對不同產(chǎn)地、不同花期中藥材進(jìn)行辨識區(qū)分，建立其判別模型對未知樣品進(jìn)行準(zhǔn)確判定，為中藥材的辨識區(qū)分增添了新方法。

2.2 五味表征及物質(zhì)基礎(chǔ)研究

根據(jù)電子舌可客觀、量化表征味覺信息的特點(diǎn)，將電子舌技術(shù)與口嘗評價結(jié)合對不同產(chǎn)地枸杞子進(jìn)行評估后，發(fā)現(xiàn)電子舌可以代替人工口嘗對枸杞子酸、苦、咸、甜、鮮味客觀準(zhǔn)確表征[24]。對于藥味的確定是以感官審評為主，但是感官審評方法具有經(jīng)驗(yàn)性較強(qiáng)，審評結(jié)果隨機(jī)性大，重復(fù)性差等缺陷，因此電子舌技術(shù)代替口嘗評價方法是一種趨勢。電子舌技術(shù)不僅可以對中藥藥味進(jìn)行表征，還可以進(jìn)一步評價其藥味物質(zhì)基礎(chǔ)。楊露萍等[25]通過電子舌技術(shù)發(fā)現(xiàn)藁本內(nèi)酯、洋川芎內(nèi)酯A 與丁烯苯酞3 種苯酞類成分是川芎辛味的物質(zhì)基礎(chǔ)。荊文光等[26]通過電子舌技術(shù)發(fā)現(xiàn)厚樸酚與和厚樸酚為厚樸苦味的物質(zhì)基礎(chǔ)。

2.3 五味與化學(xué)成分研究

中藥五味與其所含化學(xué)成分之間存在必然的聯(lián)系，通過電子舌技術(shù)分析不同產(chǎn)地和生長年限的黃芩藥材味覺信息與其主要化學(xué)成分黃酮總量的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)可以通過電子舌味覺分析信息推測出黃芩藥材中黃芩苷的含量[27]。同樣的方法分析了不同來源川芎藥材，發(fā)現(xiàn)通過川芎藥材的酸味值、澀味值判斷相應(yīng)化學(xué)成分的含量值[28]。對此，可以準(zhǔn)確知道藥材的味覺指標(biāo)，有效反映化學(xué)成分含量的高低。

2.4 五味炮制與味覺研究

炮制的目的是消除或降低藥物的毒性、烈性和副作用，采用電子舌對厚樸藥材、凈厚樸、姜厚樸炮制前后味覺進(jìn)行測驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)只有澀味在炮制前后有顯著差異，在炮制過程中，兩種生物堿（木蘭花堿和木蘭箭毒堿）含量顯著下降，且均表現(xiàn)出澀味回味，故生物堿含量降低使?jié)丁⒋碳ば越档蚚29]。目前對于炮制品的鑒定仍采用感官審評方法為主，即依靠操作者手、眼、鼻等感官，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)判斷炮制程度，但是對于“味”的炮制前后細(xì)微變化是難以區(qū)分的，因此電子舌技術(shù)成為了鑒別炮制品的強(qiáng)有力手段。付智慧等[30]采用電子舌技術(shù)檢測豨薟草炮制前后的酸、苦、澀、咸、甜味值，發(fā)現(xiàn)炮制前后，酸、澀、甜味檢測數(shù)值明顯上升，苦、咸味檢測數(shù)值明顯下降。

2.5 質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)研究

質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)是衡量藥材是否合格的評判標(biāo)準(zhǔn)，更是臨床用藥安全有效的保障。趙童瑤等[31]采用電子舌技術(shù)測定不同來源的龍膽提取物，并經(jīng)過高效液相色譜和顯微鑒定驗(yàn)證，結(jié)果一致。李欣欣等[32]建立了口嘗評價和電子舌傳感器數(shù)值的關(guān)系模型，結(jié)合主成分分析和線性判別模型可明顯區(qū)分黑順片的味道，故電子舌檢測技術(shù)可以作為評價藥材質(zhì)量的方法和現(xiàn)有質(zhì)量控制指標(biāo)的補(bǔ)充。

3 電子舌在蒙藥藥味研究中的應(yīng)用前景

蒙藥是中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，是世界上保存最為完整的民族醫(yī)藥體系之一。蒙藥藥味是舌所嘗到的藥物味道，是蒙藥理論基本內(nèi)容之一。每個藥物都有固定的味，《論述醫(yī)典》中記載“舌對藥物的感覺就是藥味。”從古至今，在蒙藥研究及《認(rèn)藥白晶鑒》《識藥學(xué)》《蒙藥正典》等古籍中記錄一種藥物，首先對其藥味、藥力、效能等方面進(jìn)行論述。藥味不僅是藥物味道的真實(shí)反映，而且是藥物的高度概括。蒙醫(yī)認(rèn)為藥味來自土、水、火、氣、空等五源。《醫(yī)宗要旨》中記載“一切藥物都以土源奠定基礎(chǔ)；水源使其潮濕；火源使其產(chǎn)生熱能；氣源使其增多，活動；空源則敞開空間。”但在藥味的形成過程中，不以空源為主，主要有土、火、水、氣四源中的某兩源結(jié)合而成。《論述醫(yī)典》中記載“水土成分多則甘；火土成分多則酸；水火成分多則咸；水氣成分多則苦；火氣成分多則辛；土氣成分多則澀。”故蒙藥有“甘、酸、咸、苦、辛、澀”，將其稱基本六味。此外，還有復(fù)合味57 種；即有15 種二味復(fù)合味、20 種三味復(fù)合味、15 種四味復(fù)合味、6 種五味復(fù)合味、1 種六味復(fù)合味[33]。甘味能強(qiáng)身補(bǔ)血，添精補(bǔ)髓，潤骨壯陽，養(yǎng)身催乳，煥發(fā)容顏，接骨療傷，解救中毒，改善視力、聽力，治療聲音嘶啞，肺浸潤和赫依、希拉癥。酸味能助胃火、消食、疏通赫依運(yùn)行。咸味能舒筋緩僵、通便、開脈竅、助胃火、開胃。苦味能使機(jī)體活動伶俐、清熱解毒、止渴止嘔、催蘇醒、鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)希拉、燥腐消脂，具有消除乳腺腫痛及聲音嘶啞等作用。辛味能助胃火、開胃消食、治傷燥腐、接骨消腫、開竅化瘀、可消脂。澀味能收斂治傷、改善膚色、燥腐消脂、清血希拉熱[33]。

蒙藥六味的電子舌技術(shù)相關(guān)性研究未見報道，雖然中醫(yī)和蒙醫(yī)均為祖國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)重要組成部分，但是由于理論體系不同，藥味的劃分和理論也不同。相對于中藥藥味而言，蒙藥藥味多了澀味。藥味的確定取決于兩方面，一是與實(shí)際品嘗感覺有關(guān)，二是藥物臨床應(yīng)用的歸納和總結(jié)。雖然有些藥物具有淡味或澀味，但在中醫(yī)看來，都屬五味范疇之內(nèi)。從藥性理論來看，藥味上升與藥物功效應(yīng)用密切相關(guān)[34]。中藥藥性理論有四氣五味、升降浮沉、歸經(jīng)；蒙藥藥性理論有六味、八性、十七效、二力，且各理論體系要素之間均是相互對應(yīng)、相互聯(lián)系，體現(xiàn)了系統(tǒng)的辨證關(guān)系，均具有辨證統(tǒng)一和整體觀的特點(diǎn)[35]。就電子舌對中藥五味表征評價來看，電子舌技術(shù)可以客觀數(shù)字化地評價苦味、澀味、酸味、咸味、甜味等。故能夠表征中藥五味的電子舌技術(shù)能否同樣表征蒙藥六味，是值得思考和研究的內(nèi)容。

4 結(jié)論與展望

味覺分析系統(tǒng)以操作簡單、方便、快捷，成本低、可用性好等特點(diǎn)著稱，電子舌技術(shù)可以給予樣品中與氣味相關(guān)聯(lián)成分的整體信息，遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于普通的化學(xué)分析儀器。人工口嘗是評定藥味的唯一方法，但其主觀性使其無法成為統(tǒng)一的測定標(biāo)準(zhǔn)，相比于傳統(tǒng)人工口嘗評價，電子舌更具有客觀表達(dá)能力。由于更具客觀性，其在中藥領(lǐng)域主要用于評價、辨識、表征中藥五味，五味化學(xué)成分及物質(zhì)基礎(chǔ)研究，鑒別炮制品，檢測炮制品味覺變化，評價藥材質(zhì)量等方面。主要采用電子舌獲取味覺信息數(shù)據(jù)，再用數(shù)據(jù)分析方法建立其味覺模型對具有酸、苦、甘、辛、咸、澀味中藥進(jìn)行客觀評價、辨識及表征。與化學(xué)計量法、高效液相色譜法相結(jié)合研究了化學(xué)成分與其味道之間的相關(guān)性。只要有味覺變化的地方，電子舌都可以發(fā)揮其作用。

蒙藥發(fā)展歷史悠久，民族特色鮮明，是中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化。蒙藥六味是蒙藥理論基本內(nèi)容之一。對于蒙藥六味的檢測指標(biāo)仍然局限在人工口嘗這一種方法。人工口嘗法具有一定的主觀性，使之不能成為確定的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)從而影響蒙藥規(guī)范研制、質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并嚴(yán)重阻礙了蒙藥現(xiàn)代化的發(fā)展。有必要應(yīng)用現(xiàn)代仿生技術(shù)逐步代替?zhèn)鹘y(tǒng)口嘗評價，根據(jù)電子舌技術(shù)在中藥領(lǐng)域的應(yīng)用，統(tǒng)計電子舌技術(shù)模擬識別系統(tǒng)得到的數(shù)據(jù)，建立蒙藥六味口嘗評價和電子舌傳感器數(shù)值的關(guān)系模型和電子舌技術(shù)響應(yīng)值與其對應(yīng)化學(xué)成分和物質(zhì)基礎(chǔ)的數(shù)字變化模型，為今后通過電子舌等仿生技術(shù)鑒別、評價、表征蒙藥六味提供了一種新的研究思路。

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