味觉与化学感觉相关分析物电化学传感的最新进展

《TRAC-TRENDS IN ANALYTICAL CHEMISTRY》：Recent advances in electrochemical sensing of analytes associated with taste and chemesthetic sensations

　　

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  综述了与味觉和化学感相关分析物的电化学传感技术。
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  讨论了传感策略、分析性能及局限性。
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  探讨了将电化学响应与感觉感知相联系的挑战。
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  突出了感知相关电化学传感技术的未来发展方向。

引言

味觉是人类感知的基本组成部分，在生理调节和食品感官评价中发挥着双重作用。味觉通常被描述为五种基本味觉模式（甜、酸、咸、苦和鲜），由舌头上专门化的受体介导。然而，在日常用语中，"味觉"一词的范围超出了味觉本身，用来描述对食品的整体感官印象，这种印象源于味觉系统和口腔躯体感觉系统的综合活动 [1]。食品的摄入受营养和愉悦因素的双重驱动，涉及食品来源的化学化合物与感官受体之间的相互作用，从而激活这些通路。因此，味觉和化学感共同促进了对食品的感知和偏好 [2]。这一更广阔的视角揭示了一个关键局限：传统的味觉研究往往孤立地关注单一味觉模式，而忽视了其他对食品感知有贡献的感觉现象。

准确评估味觉和化学感感知对于食品产品开发、质量控制和安全保障至关重要 [2]。传统的感官评价方法基于受过训练的人工评价小组，对于捕捉感知响应仍然不可或缺。然而，这些方法存在固有的主观性、个体间差异以及生理和心理因素的影响，导致可重复性和可扩展性有限 [3]。此外，这些方法依赖于人工评估者，可能限制其在现代食品系统中高通量和实时分析中的适用性。仪器分析技术，包括高效液相色谱法（HPLC）、液相色谱-质谱联用法（LC-MS）和离子色谱法，被广泛用作化学表征的金标准方法 [4]。虽然这些技术具有高灵敏度和高特异性，但往往费时费力，需要精密的仪器和样品前处理。然而，这些方法主要量化化学成分而非感官感知，因此无法直接代表人类的感官响应。

为弥补上述局限，开发能够感官相关信息提供或与人类感知相关联的可靠高效传感技术变得日益重要。在新兴方法中，电化学传感因其快速响应、高灵敏度、成本效益以及微型化和在线监测潜力而备受关注 [5]。这些特性使电化学传感器成为下一代味觉分析平台的有力候选，尤其适用于自动化和连续食品处理系统。除上述优势外，电化学平台还天然兼容生物和仿生识别元件，能够将受体水平的相互作用更直接地转化为可测量的电信号 [6]。

近期，电化学传感器已成为分析味觉和化学感相关分析物的替代方案，且可能具有更广泛的适用性。这些系统通常可分为两大策略：直接检测电活性化合物 [7]、[8]，以及使用酶 [9]、细胞 [10] 或基于受体的平台 [11] 等生物或仿生识别元件。直接电化学检测通常仅限于具有合适电化学活性的分析物，而生物和仿生识别系统可以提供更高的选择性和生物学相关性。电化学电子舌（E-tongue），可包含无识别性或基于识别性的传感元件，通常依赖交叉选择性响应模式结合多元数据分析 [12]、[13]，也被用于评估味觉和化学感相关属性 [14]、[15]。尽管取得了这些进展，重大挑战仍然存在，特别是在检测非电活性化合物以及将复杂的受体水平相互作用转化为稳定和可重复的电化学信号方面。此外，当前的电化学传感方法仍然分散，同时捕获味觉和化学感两个维度的能力有限。虽然已有大量报道针对五种基本味觉的系统 [16]，但涉及化学感的方法仍处于相对未被充分探索的状态，这可能限制了其在感官相关食品评估中的适用性。

先前的综述涉及了味觉和化学感传感的几个方面，包括连接电化学、受体相互作用和味觉感知中信号转导的机制框架 [17]，味觉细胞和基于受体的生物传感器的进展 [18]，三叉神经感觉对风味感知的贡献 [19]，以及针对五种基本味觉进行定性和定量分析的仿生传感器 [5]。然而，这些主题通常被分别讨论，一种涵盖与五种基本味觉和特定化学感相关联的分析物的整合电化学视角仍然有限。因此，需要对最近的传感策略进行比较，并对其分析性能和感官相关性进行评估的更新的批判性评估。

因此，本综述总结了电化学传感技术与五种基本味觉和特定化学感相关联的分析物的最新进展，重点强调传感器设计策略、检测机制、在实际食品基质中的应用，以及与人类感官评价验证的程度（图1）。相关英文研究文章主要发表于2016年1月至2026年6月间，主要通过Scopus检索，Google Scholar作为补充来源。检索结合了电化学传感相关术语（如"electrochemical sensor"、"biosensor"、"receptor-based sensor"和"electronic tongue"）与感官术语及与甜度（葡萄糖、蔗糖和果糖）、酸度（柠檬酸、酒石酸、乙酸和乳酸）、咸度（NaCl）、苦味（奎宁和咖啡因）、鲜味（谷氨酸、谷氨酸钠、肌苷酸和鲜味肽）、辣味（辣椒素、辣椒素类和山椒素）、清凉感（薄荷醇）和涩感（多酚、单宁和儿茶素）相关的代表性分析物。检索到的文章首先根据标题和摘要进行筛选，随后对潜在相关文章进行全文评估。如果研究涉及本综述范围内的感官相关分析物或传感方法并采用电化学转导，则纳入其中；相应地，采用非电化学转导的电子舌研究被排除在外。实际食品应用被特别考虑以评估实际适用性。

重要的是，对代表性分析物的电化学检测不应被解释为对相应感官感知的直接测量。虽然感官相关分析物的浓度可以提供分析上有价值的信息，但感官感知还受到感知阈值、基质和混合物效应、适应以及受体选择性等因素的影响。因此，本综述区分了直接电化学分析物检测、基于受体的传感以及电化学电子舌方法，并考虑它们各自与感官感知的相关性。除总结个体研究外，本综述还批判性地考察了电化学响应与人类感官感知之间的关系，讨论了多种感官相关属性综合评估的挑战，指出现有局限性和研究空白，并概述了感知相关电化学传感技术的未来方向。

各章节摘要

五种基本味觉检测的电化学传感器

电化学传感技术已成为评估味觉相关化学化合物和响应模式的有前途的分析平台 [20]。这些技术具有高灵敏度、快速响应和操作便携性等特点，特别适用于食品供应链中的实时和原位应用 [8]、[21]、[22]。通过利用电化学界面的响应性，电子舌采用

化学感感知概述

除味觉外，化学感感知是食品感知的重要维度。化学感指化学刺激与口腔和鼻部组织相互作用所引起的化学诱导性躯体感觉反应，主要由三叉神经系统介导。这些反应包括刺激感、辛辣感、清凉感、温热感和灼烧感，与味觉和嗅觉不同 [91]。在这些感觉中，本综述特别关注

从电化学响应到感官感知

电化学传感为检测味觉和化学感相关分析物提供了一种定量手段；然而，将电化学响应转化为人类感官感知仍然充满挑战。大多数报道的传感器主要通过分析性能进行评估，包括灵敏度、线性范围、检测限、选择性、可重复性和稳定性。虽然这些参数对于传感器表征至关重要，但它们并不能证明所测量的响应反映了

结论、挑战与未来展望

本综述突出了电化学传感技术与五种基本味觉和特定化学感相关联的分析物的最新进展，涵盖了直接电化学、基于受体的、基于识别性的以及电化学电子舌方法，这些方法具有不同程度的生物学和感官相关性。通过引入纳米结构材料、仿生界面和生物识别元件，已取得相当可观的进展，结果

作者贡献声明

Jeerakit Thangphatthanarungruang：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、可视化、形式分析、数据管理。Lu Xianbo（卢显博）：撰写 – 审稿与编辑。Kornautchaya Veenuttranon：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、可视化、项目管理、形式分析、数据管理、概念构思。

稿件准备过程中生成式AI和AI辅助技术的声明

在本工作准备过程中，作者使用ChatGPT（OpenAI）协助根据文献综合的信息生成部分原始示意图。使用该工具后，作者根据需要审查、修改和验证了生成的内容，并对已发表文章的内容承担全部责任。

利益冲突声明

作者声明不存在已知的可能影响本论文所报告工作的经济利益或个人关系。

Jeerakit Thangphatthanarungruang|Xianbo Lu|Kornautchaya Veenuttranon