中藥材種類繁多，其中植物類藥材高達(dá)一萬多種。基于生物種的遺傳因素，不同藥材的不同成分造就了不同“形、色、氣、味”,進(jìn)而導(dǎo)致藥效的特性。而生長條件、儲(chǔ)存環(huán)境的差異，使得同種中藥材不同批次的藥材質(zhì)量不一。自古以來，中藥材的傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)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(qiáng)、重復(fù)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(jīng)驗(yàn)傳承不足，導(dǎo)致能夠熟練掌握運(yùn)用該技術(shù)的人才出現(xiàn)青黃不接的局面。智能感官評價(jià)可以克服人工感官評價(jià)主觀性強(qiáng)、重復(fù)性差等缺點(diǎn)，已被廣泛地應(yīng)用到中藥領(lǐng)域。
智能感官技術(shù)概述
智能感官技術(shù)是一種融合了人工智能與感官分析的技術(shù)。它利用先進(jìn)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(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品、環(huán)境等對象進(jìn)行更客觀、準(zhǔn)確、高效的檢測和評價(jià)。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(hào)來描述和表征中藥的綜合風(fēng)味品質(zhì)。
電子鼻：
電子鼻又稱氣味掃描儀,是20世紀(jì)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(shí)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(gè)部分：氣味分子被人工嗅覺系統(tǒng)中的傳感器陣列吸附、產(chǎn)生信號(hào)，如同人的嗅覺細(xì)胞；生成的信號(hào)經(jīng)各種方法加工處理與傳輸，如同人的嗅覺神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；將處理后的信號(hào)經(jīng)模式識(shí)別系統(tǒng)做出判斷，如同人的大腦，對氣味做出判斷。
一個(gè)典型的電子鼻主要由三部分構(gòu)成：頂空進(jìn)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(jī)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(chǎn)生瞬間響應(yīng)，響應(yīng)強(qiáng)度逐漸變強(qiáng)再變?nèi)酰詈筮_(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)；信號(hào)處理系統(tǒng)，也被稱為模式識(shí)別系統(tǒng)，由氣體傳感器陣列所獲得的氣味信息，要經(jīng)過預(yù)處理并進(jìn)行特征提取，再利用軟件進(jìn)行各種統(tǒng)計(jì)分析。其中傳感器陣列、模式識(shí)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(dāng)類脂薄膜的一側(cè)與味覺物質(zhì)接觸時(shí),膜電勢發(fā)生變化,從而產(chǎn)生響應(yīng),檢測出各類物質(zhì)之間的相互關(guān)系。這種味覺傳感器具有高靈敏度、可靠性、重復(fù)性。它可以對樣品進(jìn)行量化,同時(shí)可以對一些成分含量進(jìn)行測量[1]。
電子舌由味覺傳感器、信號(hào)采集器和模式識(shí)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(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)；信號(hào)采集器將樣本收集并存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)內(nèi)存中；模式識(shí)別工具則是模擬人腦將采集的電信號(hào)加以分析、識(shí)別。它是具有識(shí)別單一和復(fù)雜味道能力的裝置。電子舌的輸出信號(hào)表明，它可以對不同的味道質(zhì)量，也就是不同的化學(xué)物質(zhì)成分進(jìn)行模式識(shí)別[3]。
智能感官技術(shù)在易混中藥材及飲片真?zhèn)舞b別方面的應(yīng)用
李建軍[4]等采用電子眼、電子鼻和電子舌技術(shù)采集相關(guān)數(shù)據(jù)，對所得數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析(PCA),并對不同品種、不同產(chǎn)地生地黃從顏色、氣味和滋味3方面進(jìn)行評價(jià)鑒別。結(jié)論是不同品種、不同產(chǎn)地的生地黃能通過電子眼、電子鼻和電子舌技術(shù)迅速區(qū)分開來，顏色、氣味、滋味可以作為地黃藥材質(zhì)量評價(jià)依據(jù)之一。劉鵬等[5]利用電子鼻對三種金銀花進(jìn)行區(qū)分,通過主成分分析、判別因子分析對其進(jìn)行統(tǒng)計(jì),與主成分分析比較,判別因子分析識(shí)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(chǎn)地、貯藏年份。劉瑞新等[6]利用電子眼技術(shù)采集川貝母光學(xué)數(shù)據(jù)并借助化學(xué)計(jì)量學(xué)方法利用判別分析（DA）、最小二乘支持向量機(jī)（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(shí)模型。結(jié)果顯示電子眼技術(shù)可用于川貝母質(zhì)量快速辨識(shí)。拱健婷等[7]通過電子鼻采集姜黃屬郁金、莪術(shù)、姜黃、片姜黃4味中藥的氣味指紋圖譜,應(yīng)用XGBoost算法對中藥的氣味特征進(jìn)行學(xué)習(xí),并建立快速有效的判別模型。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明。電子鼻氣味指紋圖譜結(jié)合XGBoost建立的判別模型可以實(shí)現(xiàn)姜黃屬中藥郁金、莪術(shù)、姜黃、片姜黃的快速準(zhǔn)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(jié)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(shí)模型。結(jié)果顯示電子鼻辨識(shí)真?zhèn)渭耙?guī)格模型的準(zhǔn)確率均較高,耗時(shí)相對較短。拱健婷[9]等通過電子鼻和頂空-氣-質(zhì)聯(lián)用技術(shù)(HS-GCMS)分析3種中藥的氣味及揮發(fā)性成分,采用雙標(biāo)圖分析傳感器響應(yīng)值與揮發(fā)性化合物之間的聯(lián)系。結(jié)果雷達(dá)圖顯示3種中藥的氣味響應(yīng)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(shù)在不同產(chǎn)地中藥材鑒別方面的應(yīng)用
汪云偉[10]等采用電子鼻技術(shù)對20批黑順片進(jìn)行檢測,獲得電子鼻在傳感器的響應(yīng)值,并利用主成分分析(PCA)、判別因子分析(DFA)對響應(yīng)值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。結(jié)論采用電子鼻技術(shù)建立了黑順片氣味識(shí)別方法,該方法可以用于產(chǎn)地和等級(jí)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(gè)產(chǎn)地的藿香飲片樣品進(jìn)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(dú)立建模分析（soft independent modeling of class analysis,SIMCA）3種化學(xué)計(jì)量學(xué)模型能夠?qū)崿F(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(shù)對不同產(chǎn)地荊芥穗進(jìn)行氣味鑒別,根據(jù)獲取的圖譜信息結(jié)合AroChembase數(shù)據(jù)庫、Kovates保留指數(shù)定性庫進(jìn)行定性分析;結(jié)論顯示超快速氣相電子鼻技術(shù)可用于鑒別不同產(chǎn)地的荊芥穗。黃特輝[13]等利用電子鼻分別對不同產(chǎn)地加工、不同產(chǎn)地的太子參氣味進(jìn)行檢測。結(jié)果表明,通過運(yùn)用電子鼻技術(shù)對太子參氣味特征的表征,并與多元統(tǒng)計(jì)分析方法結(jié)合,可實(shí)現(xiàn)利用太子參特殊氣味對太子參不同產(chǎn)地加工、不同產(chǎn)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(zhì)譜法（HS-GC-MS）檢測來自3個(gè)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(chǎn)地柴胡樣品-傳感器響應(yīng)值-揮發(fā)性成分之間的關(guān)系。結(jié)果顯示電子鼻的檢測結(jié)果經(jīng)主成分分析（PCA）后進(jìn)行線性判別分析（LDA）能較好區(qū)分來自不同產(chǎn)地的柴胡樣品。
智能感官技術(shù)在中藥炮制方面的應(yīng)用
劉濤濤[15]等運(yùn)用電子鼻系統(tǒng)對1～9次蒸曬大黃、生大黃、熟大黃樣品進(jìn)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(jìn)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(dòng)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(jìn)行Loadings、PCA及LDA等統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，九香蟲生品與制品的共性成分為機(jī)硫化合物,可能為其功效的主要物質(zhì);九香蟲生品"氣"的標(biāo)志性成分為甲烷等短鏈烴類成分,九香蟲制品"氣"的標(biāo)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(jié)合峰面積分析氣味成分動(dòng)態(tài)變化并進(jìn)行化學(xué)模式識(shí)別分析，建立了山茱萸炮制過程中氣味成分的動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測方法，乙醇等8個(gè)氣味成分可作為山茱萸炮制過程的監(jiān)測指標(biāo)。秦宇雯[18]等通過建立生、醋溫郁金的Heracles NEO檢測方法，結(jié)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(biāo)（variable importance in projection,VIP）方法，對其色譜峰進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，可應(yīng)用于生、醋溫郁金的氣味差異標(biāo)志物快速識(shí)別，具有重要的應(yīng)用價(jià)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(chǎn)生的香氣成分進(jìn)行檢測,結(jié)果生麥芽中固有及加熱過程中產(chǎn)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(xiàn)研究,推測3-甲基丁醛、2-甲基丁醛為炒制過程中"香氣"產(chǎn)生的物質(zhì)基礎(chǔ),糠醛、2,3-丁二酮、2-乙基-3,6-二甲基吡嗪為"焦香氣"產(chǎn)生的物質(zhì)基礎(chǔ)。蔣昊[20]以電子鼻技術(shù)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(jī)酸含量；以HPLC法測定山楂生品及炮制品中10種水溶性有機(jī)酸成分含量，得出烘制溫度180℃、烘制時(shí)間8 min、烘制厚度層數(shù)為1層的條件下炮制的山楂風(fēng)味最佳。
總結(jié)
智能感官技術(shù)是一種融合人工智能與感官分析的創(chuàng)新技術(shù)，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(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品、環(huán)境的客觀、精準(zhǔn)、高效檢測評價(jià)。在中藥領(lǐng)域，該技術(shù)克服了傳統(tǒng)感官評價(jià)法的主觀性、重復(fù)性差等問題，被廣泛應(yīng)用于易混中藥材及飲片的真?zhèn)舞b別、不同產(chǎn)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(zhì)量控制的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，推動(dòng)了中藥行業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展。
盡管智能感官技術(shù)在中藥領(lǐng)域的多個(gè)方面已展現(xiàn)出應(yīng)用潛力，但目前智能感官儀器仍面臨諸多挑戰(zhàn)，嚴(yán)重制約了其技術(shù)的發(fā)展與廣泛應(yīng)用。這些儀器目前存在價(jià)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(diǎn)，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(huì)對數(shù)據(jù)造成影響。
參考文獻(xiàn)：
[1]王俊,胡桂仙,于勇,等. 電子鼻與電子舌在食品檢測中的應(yīng)用研究進(jìn)展 [J]. 農(nóng) 業(yè)工程學(xué)報(bào), 2004, (02): 292-295.
[2]鄒慧琴,劉勇,林輝,等. 電子鼻技術(shù)及應(yīng)用研究進(jìn)展 [J]. 傳感器世界，2011, 17 (11): 6-11. DOI:10.16204/j.cnki.sw.2011.11.007.
[3]滕炯華,王磊,袁朝輝. 基于電子舌技術(shù)的果汁飲料識(shí)別 [J]. 測控技術(shù), 2004, (11): 4-5. DOI:10.19708/j.ckjs.2004.11.002.
[4]李建軍,常筱沛,馬靜瀟等.電子眼、電子鼻和電子舌鑒別不同品種、不同產(chǎn)地生 地黃.中成藥 . 2022 ,44 (11) :3549-3554
[5]劉鵬,白上圓,張維瑞等.電子鼻技術(shù)鑒別金銀花真?zhèn)?、產(chǎn)地、貯藏年份.中成藥 .2021 ,43 (07) :1960-1963
[6]劉瑞新,郝小佳,張慧杰等.基于電子眼技術(shù)的中藥川貝母真?zhèn)渭耙?guī)格的快速辨識(shí) 研究.中國中藥雜志 . 2020 ,45 (14) :3441-3451
[7]拱健婷,王佳宇,李莉等.基于電子鼻氣味指紋圖譜與XGBoost算法鑒別姜黃屬中藥.中國中藥雜志 . 2019 ,44 (24):5375-5381
[8]馮文豪,田亮玉,施鈞瀚等.電子鼻技術(shù)應(yīng)用于川貝母真?zhèn)渭耙?guī)格辨識(shí)的可行性分析.中國實(shí)驗(yàn)方劑學(xué)雜志 . 2021 ,27 (13):108-118
[9]拱健婷,李莉,叢悅.基于電子鼻和HS-GC-MS分析溫郁金源3種中藥氣味差異.現(xiàn)代中藥研究與實(shí)踐 . 2021 ,35 (04) :6-10
[10]汪云偉，鐘戀，譚茂蘭，等.基于電子鼻技術(shù)的附子(黑順片)等級(jí)及產(chǎn)地的區(qū)分研究.中成藥，2014,36(12):2565-2569.
[11]朱廣飛，王靜，錢怡潔，等.基于Heracles Neo超快速氣相電子鼻對廣藿香飲片的快速鑒別及氣味指紋圖譜研究.中草藥，2022,53(5):1320-1327.
[12]張禮欣，于小聰，王澤琨，等.基于氣味信息的荊芥穗產(chǎn)地鑒別.中國藥房，2021,32(18):2203-2209.
[13]黃特輝，張志杰，郭媛媛，等.基于電子鼻技術(shù)的太子參產(chǎn)地及產(chǎn)地加工方法鑒別.中國藥學(xué)雜志，2020,55(10):811-816.
[14]軒菲洋,姜丹,申小營,等.基于電子鼻和頂空氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)的不同產(chǎn)地北柴胡氣味差異分析[J].中國現(xiàn)代中藥,2022,24(11):21412149.DOI:10.13313/j.issn.1673-4890.20220331005.
[15]劉濤濤，代悅，于淼，等.基于智能感官分析技術(shù)的九蒸九曬大黃飲片氣味表征.中國實(shí)驗(yàn)方劑學(xué)雜志，2022,28(20):116-121.
[16]張思聰，張振秋，李峰.基于電子鼻技術(shù)分析生、制九香蟲藥材“氣”特征.中華中醫(yī)藥學(xué)刊，2021,39(6):145-147.
[17]錢怡潔，魏偉，朱廣飛，等.超快速氣相電子鼻分析山茱萸炮制過程氣味成分動(dòng)態(tài)變化.中國藥房，2022,33(18):2182-2186.
[18]秦宇雯，費(fèi)程浩，蘇聯(lián)麟，等.基于Heracles Neo超快速氣相色譜電子鼻對溫郁金醋制前后氣味差異標(biāo)志物的快速識(shí)別研究.中草藥，2022,53(5):1313-1319.
[19]蔣孝峰，謝輝，陸兔林，等.基于Heracles Neo超快速氣相電子鼻技術(shù)的麥芽炒制過程氣味變化物質(zhì)基礎(chǔ)研究.中草藥，2022,53(1):41-50.
[20]蔣昊.基于電子鼻和HPLC多成分含量分析的焦山楂烘制工藝研究.天津中醫(yī)藥，2022,39(5):668-674.
來源：感官科學(xué)與評定，轉(zhuǎn)載請注明來源。文章封面圖片來源于創(chuàng)客貼會(huì)員。
提醒：文章僅供參考，如有不當(dāng)，歡迎留言指正和交流。且讀者不應(yīng)該在缺乏具體的專業(yè)建議的情況下，擅自根據(jù)文章內(nèi)容采取行動(dòng)，因此導(dǎo)致的損失，此運(yùn)營方不負(fù)責(zé)。如文章涉及侵權(quán)或不愿我平臺(tái)發(fā)布，請聯(lián)系處理。
