一把鮮紅的朝天椒丟進鍋里，食客瞬間被那股直沖顱頂?shù)拇碳じ袚糁小@是人類對“辣”最直接的感知。但你知道嗎？“辣”并非一種味道，而是一種灼痛感。正是這種特殊的“感覺”，讓它在很長一段時間里，成為人造味覺系統(tǒng)中那個難以捉摸的“幽靈”。

近日，華東理工大學(xué)的一項突破性研究登上了《自然》官網(wǎng)頭條：他們研發(fā)的一種基于凝膠材料的人造舌頭，首次實現(xiàn)了對辣椒素（辣味的來源）的精確定量檢測，能夠準(zhǔn)確區(qū)分從溫和甜椒到暴烈朝天椒的不同辣度。這不僅是技術(shù)上的勝利，更是人類在理解“味覺”本質(zhì)道路上邁出的關(guān)鍵一步。

我們曾如何“衡量”滋味？

一般來說，辣度等級分為十級，一般火鍋的辣度介于二級和三級之間。那么，辣度等級是以什么為標(biāo)準(zhǔn)的呢？這就要從一位藥劑師說起了。

1912年，美國一家制藥公司開發(fā)的一劑軟膏中含有辣椒素，應(yīng)用于皮膚時會產(chǎn)生熱感并減輕疼痛，為了驗證軟膏中辣椒素的用量，藥劑師威爾伯·斯科維爾決定對辣度進行測量。當(dāng)時的技術(shù)并不足以在實驗室中測量辣椒熱量，因此，他選擇了最為直接的感官方法測試。簡單說，就是制備一定量的辣椒素提取物，通過用蔗糖稀釋液不斷稀釋該提取物至嘗不出辣味，稀釋倍數(shù)就為辣度單位。這種方法高度主觀，結(jié)果不夠精確，根本沒辦法用于制藥，但“斯科維爾指數(shù)”卻成了食物辛辣程度指標(biāo)，從20世紀(jì)80年代起，研究人員更是采用高效液相色譜、比色法等方法來進行斯科維爾評級。但這些方法都只關(guān)注辣椒的熱量，無法表示辣椒風(fēng)味。

無獨有偶，“五味”同樣在最初標(biāo)準(zhǔn)衡量時選擇了感官對比。比如，甜味就以蔗糖為基準(zhǔn)物。一般以5%或10%的蔗糖水溶液在20℃時的甜度為1.0，其他糖的甜度則與之相比較得到。

最早擺脫感官，采用化學(xué)測量的則是酸度測量。早期的酸度測量也跟甜味差不多，以某種常見酸溶液作為感官比較基準(zhǔn)，但這樣的方法非常不穩(wěn)定，因為不同酸的“酸感”質(zhì)地不同，醋酸刺激、檸檬酸清爽，難以直接比較。直到1909年，丹麥化學(xué)家瑟倫·索倫森提出了pH值概念。他認為，酸味的核心驅(qū)動力是溶液中氫離子的濃度，而不是酸的種類。這一發(fā)現(xiàn)徹底改變了游戲規(guī)則，通過pH試紙等工具，無需品嘗，就能讀取溶液的pH值，從而精確量化其酸性強度，這也讓“酸”有了“五味”中最早實現(xiàn)去感官化的精確測量。

電子舌在進化

不同年齡、不同性別、不同地域的人，偏好口味各不相同，就算是同一個人，味覺靈敏度也會產(chǎn)生波動。如此一來，以感官對比為衡量標(biāo)準(zhǔn)，無法在精確性、客觀性和安全性上得到保障，也難以滿足數(shù)量大并且跨地區(qū)產(chǎn)品的品控要求。為此，研究人員不斷尋找替代或者部分替代人類感官分析的儀器分析方法?！半娮由唷本褪沁@樣出現(xiàn)的。

電子舌一般由味覺傳感器、信號處理系統(tǒng)和模式識別系統(tǒng)3大部分組成。傳感器扮演著“舌頭”的角色，負責(zé)采集和感知不同化學(xué)物質(zhì)的信息，為結(jié)果的呈現(xiàn)提供關(guān)鍵支持。算法則如人的大腦，收集來的信息經(jīng)過信號處理系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成電信號，再借助模式識別系統(tǒng)，利用計算機對信息進行識別、分析和處理，最后將樣品的整體味覺信息輸出。簡而言之，電子舌是一種模擬生物味覺工作機制對復(fù)雜液體中多種物質(zhì)進行有效測量和表征的新型味覺檢測系統(tǒng)。

早在20世紀(jì)80年代，日本九州大學(xué)研究團隊就在國際上率先使用傳感器陣列檢測，并在幾年后造出了世界上第一臺電子舌原型機。到1995年，俄羅斯圣彼得堡大學(xué)研究團隊則構(gòu)建了一種由非特異性傳感器陣列組成的新型味覺檢測系統(tǒng)，并參考電子鼻的名稱第一次正式提出了“電子舌”這個名稱。此后，電子舌技術(shù)在對智能和精度的追求上不斷發(fā)展起來。目前比較常用的傳感器類型包括人工脂膜傳感器、非修飾貴金屬電極傳感器等，這些傳感器陣列各具特色，可以識別酸、甜、苦、咸、鮮等基本味覺指標(biāo)。

但辣味一直難以被電子舌攻克。核心原因在于，甜、酸、苦、咸、鮮是真正的味覺，由舌頭上的味蕾細胞感受，通過特定的味覺受體與食物分子結(jié)合產(chǎn)生信號，這些分子本身帶有明確的化學(xué)特性，易于被化學(xué)傳感器捕捉和量化。而辣椒素并非作用于味蕾，而是直接激活口腔和消化道中感知疼痛與熱感的神經(jīng)末梢，向大腦傳遞的是一種“灼燒”的痛覺信號。其刺激強度與分子結(jié)構(gòu)關(guān)系更為復(fù)雜，傳統(tǒng)的化學(xué)傳感器難以直接對應(yīng)和量化這種基于神經(jīng)觸發(fā)的感覺。

華東理工大學(xué)開發(fā)的電子舌則由一種凝膠制成，其中包含奶粉、丙烯酸和氯化膽堿。而其設(shè)計靈感來自于一個生活經(jīng)驗：喝牛奶比喝水更容易緩解吃辣帶來的灼燒感，因為牛奶中的酪蛋白能夠與辣椒素結(jié)合，形成復(fù)合物，從而“洗掉”舌頭上的辣椒素分子。

研究團隊用這套電子舌系統(tǒng)檢測了8種不同辛辣食物的辣度，結(jié)果顯示，其產(chǎn)生的食物辣度排序與人類味覺測試員排序非常吻合，可以代替人類舌頭來測試辛辣食物。不僅如此，這套電子舌系統(tǒng)在覆蓋范圍和靈敏度上都具有優(yōu)勢，能夠檢測出各種辛辣食品和調(diào)味品中的辛辣程度，并實現(xiàn)辛辣化合物檢測和辛辣感評估，檢測相應(yīng)時間甚至不足10秒。更令人放心的是，人工檢測尚需要一定的味覺疲勞恢復(fù)期，而這套電子舌系統(tǒng)在連續(xù)測試后，雖然凝膠響應(yīng)也會減弱，卻在用清水沖洗并風(fēng)干后，快速恢復(fù)初始狀態(tài)，自我修復(fù)能力驚人。

從舌尖到太空的應(yīng)用藍圖

當(dāng)最棘手的“辣”被突破，電子舌技術(shù)補上了一塊短板，向高精度、全譜系又邁進了一步。而對于電子舌來說，輸出“風(fēng)味代碼”，進行食品品質(zhì)監(jiān)控只是它應(yīng)用藍圖中的一個縮影。

在環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域，利用電子舌技術(shù)進行水質(zhì)快速評價，可用于自來水廠出水監(jiān)測、水源地保護等；而對空氣或廢水中的復(fù)雜異味進行識別，則可以輔助工業(yè)異味投訴調(diào)查與污染源定位。而新一代便攜式水質(zhì)傳感器，更是可以將響應(yīng)時間大幅度縮短，為應(yīng)急事件處理爭取時間。

在醫(yī)療領(lǐng)域，電子舌也有用武之地。最直觀的例子是，電子舌作為一種新型仿生味覺分析測定系統(tǒng)，可客觀、快速地提供藥品口感評價所需要的信息，被廣泛應(yīng)用在藥品口感評價上?！拔队X重建”也是一個重要方向。2024年10月，《自然·通訊》發(fā)表了一項來自中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所與上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院的研究成果。他們開發(fā)了一種高通量超柔性味覺神經(jīng)界面，使皮膚也能感知“味覺”，幫助舌癌患者等舌瓣重建術(shù)后味覺失能患者重建味覺功能。

而到了太空探索領(lǐng)域，在我國“神舟十八號”開展的空間科學(xué)實驗中，浙江工商大學(xué)的電子舌技術(shù)就為“蛋白與核酸共起源及密碼子起源的分子進化研究”作出了貢獻，為研究生命起源提供數(shù)據(jù)支撐。

電子舌技術(shù)正在邁向更廣闊的未來。2025年7月，中國科學(xué)院國家納米科學(xué)中心研究團隊研發(fā)出了全球首個AI味覺系統(tǒng)，通過石墨烯材料與機器學(xué)習(xí)的深度融合，實現(xiàn)了對酸、甜、苦、咸四種基本味型，以及咖啡、可樂等復(fù)雜風(fēng)味的精準(zhǔn)識別，準(zhǔn)確率高達90%以上。這項成果在《美國國家科學(xué)院院刊》發(fā)表后，被認為這標(biāo)志著人工味覺感知技術(shù)正式進入“類人化”時代。

顯而易見，隨著技術(shù)的不斷進步，電子舌技術(shù)有望與人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術(shù)進行更深層次的融合，成為人類享受生活、探索世界的重要工具之一，在更多領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，帶來更多的便利和驚喜。

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