“100家實驗室”專題：訪浙江工商大學(xué)食品感官科學(xué)實驗室

　　為廣泛征求用戶的意見和需求，了解中國科學(xué)儀器的市場情況和應(yīng)用情況，儀器信息網(wǎng)自2008年6月1日開始，對不同行業(yè)有代表性的“100家實驗室”進行走訪參觀。近日，儀器信息網(wǎng)工作人員參觀訪問了本次活動的第三十六站：浙江工商大學(xué)食品感官科學(xué)實驗室。

　　浙江工商大學(xué)食品感官科學(xué)實驗室是目前國內(nèi)唯一的食品感官科學(xué)實驗室，主要研究方向包括食品感官實驗心理學(xué)、智能感官研究、分子識別與化學(xué)仿生、味覺分子細胞生物學(xué)。是由浙江工商大學(xué)食品學(xué)院副院長鄧少平教授領(lǐng)導(dǎo)的一支多學(xué)科交叉科研團隊，專業(yè)背景涵蓋食品、化學(xué)、生物學(xué)、機械、電子和計算機等。

　　浙江工商大學(xué)食品感官科學(xué)實驗室鄧少平教授、田師一博士熱情接待了儀器信息網(wǎng)到訪人員，并介紹了實驗室目前的科研情況以及科研儀器使用情況。

　　食品感官科學(xué)研究

　　該實驗室在食品感官科學(xué)方面的研究處于國內(nèi)優(yōu)越地位，近年來承擔(dān)了一系列的科研項目，并取得了豐碩的成果，如智能感官仿生系統(tǒng)(智舌和智鼻)研究、人工甜味受體的甜味識別熱力學(xué)研究、味蕾細胞甜味識別的熱動力學(xué)研究等。

　　甜味偏好可塑性現(xiàn)象

　　人類為什么對不同味道具有傾向性喜好?比如我國許多地方的人喜歡吃甜食，這是一種飲食習(xí)慣，還是基因遺傳，對于甜味的偏好到底有沒有可塑性呢?

　　實驗室從行為學(xué)、心理學(xué)、組織學(xué)、細胞學(xué)等多個層面進行了系統(tǒng)研究，揭示了外周味覺感受器-味蕾細胞及其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)關(guān)鍵蛋白分子可塑性變化與甜味偏好行為可塑性之間的關(guān)系。實驗室之前所做的工作中用一種沒有能量的甜味劑去刺激小老鼠，在小老鼠的羊水中發(fā)現(xiàn)了甜味劑，并且實驗發(fā)現(xiàn)下一代的小老鼠更加喜好喝含有該甜味劑的水。

　　味蕾細胞甜味識別的熱動力學(xué)

　　鄧少平教授介紹說實驗室研究了味蕾細胞甜味識別的熱動力學(xué)，該研究以甜味感作為研究的切入點，以等溫滴定微量熱儀作為技術(shù)手段，依托味覺受體及其信號轉(zhuǎn)導(dǎo)研究成果，通過不同甜味劑溶液滴定刺激味細胞，實時、連續(xù)記錄熱力學(xué)與動力學(xué)信息，獲得甜味劑與受體相互作用總體的能量變化特征。并通過解析能量變化特征，深入揭示外周味覺識別的熱動力學(xué)規(guī)律，進而揭示甜味感覺的動力學(xué)過程，為系統(tǒng)的味覺感覺動力學(xué)研究提供理論與技術(shù)支撐。

圖1. 味蕾細胞分離過程

　　味覺細胞傳感器構(gòu)建

　　研究中通過提取小老鼠的舌面上皮細胞，在絲網(wǎng)印刷碳電極上貼壁培養(yǎng)作為上等敏感元件，形成一體化味覺傳感器，以高精度信號采集和放大儀器記錄味覺刺激響應(yīng)信號，采用非線性雙穩(wěn)態(tài)隨機共振信號處理技術(shù)提取味覺檢測特征信息，達到了味覺類型和味覺強度的辨識，為一種新型仿生舌的實現(xiàn)開辟了一條新途徑，可以用來判斷真正的甜味、酸味、苦味。目前，味細胞傳感器開發(fā)還處于研究階段，以后可以考慮產(chǎn)業(yè)化，而且這類傳感器的市場比較大，添加劑公司、食品公司等都可能需要用到。現(xiàn)在對于味道的品評還沒有特別好的評價手段，這類以傳感器為“神經(jīng)”傳導(dǎo)的活味覺細胞的仿生舌至少可以作為一種輔助手段。

圖2. 絲網(wǎng)印刷碳電極

　　由于味覺分子細胞生物學(xué)研究的對象大多數(shù)是細胞或者分子，實驗里配置了不同放大倍率、不同作用的顯微鏡，如共焦顯微鏡，用于觀察微米級對象;體視鏡，雖然放大倍數(shù)可能要比共焦顯微鏡低一到兩個數(shù)量級，但是它可以提供立體感較強的顯微效果，而且物鏡離載物臺較遠，可以觀察較大的物體;還有原子力顯微鏡，用于觀察納米級對象。

圖3. Leica SP2激光共焦掃描顯微鏡

圖4. Leica MZ16A體視鏡

圖5. Agilent PicoLE 原子力顯微鏡

圖6. Niko EclipseTi-s熒光倒置顯微鏡

　　 人工甜味受體構(gòu)建與甜味識別熱力學(xué)

　　“設(shè)計合成一種稱為人工味覺受體的化學(xué)分子，在化學(xué)意義上仿生人類味感是化學(xué)仿生研究的目標(biāo)”，鄧少平教授介紹，“目前實驗室里研究以多羥基富勒醇為基礎(chǔ)，構(gòu)建各類無機人工仿生受體代替生物蛋白質(zhì)。實驗室研究了C₆₀(OH)₁₈與十種甜味劑的相互作用，從反應(yīng)的熱力學(xué)參數(shù)可以看出，天然甜味劑與富勒醇的結(jié)合中，氫鍵起著非常重要的作用；而對于人工甜味劑與富勒醇的結(jié)合過程中，熵對自由能的貢獻更大。這與溶液中的水分子對甜味識別的參與有關(guān)。”這方面研究主要使用的儀器是熱分析儀器。

圖7.MicroCalorimeter VP-DSC差示量熱掃描儀

圖8. MicroCalorimeter VP-ITC等溫滴定量熱儀

　　基于分子識別原理的快速檢測技術(shù)

　　“如何根據(jù)物理化學(xué)或生物的原理，迅速地找到或設(shè)計出一個與待測分子具有特異分子識別的檢測分子，這也是一個在不同領(lǐng)域(醫(yī)學(xué)檢驗、環(huán)境監(jiān)測等)都亟待解決的理論和技術(shù)難題”，田師一博士表示：“這一研究方向旨在根據(jù)食品安全問題中待測分子的結(jié)構(gòu)，設(shè)計合成與之具有強烈相互作用的識別分子，并以分子動力學(xué)理論計算和微量熱實驗篩選識別分子的結(jié)構(gòu)，ZUI終構(gòu)建基于分子識別原理的快速檢測技術(shù)平臺。目前實驗室已經(jīng)研究出了能夠猝滅三聚氰胺熒光的識別分子。在不同濃度下，識別分子對三聚氰胺分子采用靜態(tài)和動態(tài)不同的猝滅方式。目前，基于這種熒光猝滅原理的傳感器正在研究中。”

　　國內(nèi)**套電子舌產(chǎn)業(yè)化

　　“創(chuàng)造出一種同人的舌頭和鼻子一樣靈敏的智能化學(xué)感覺系統(tǒng)是實驗室?guī)状芯咳藛T不斷努力的方向”，鄧少平教授介紹說，“現(xiàn)在，實驗室團隊積數(shù)十年的研究經(jīng)驗，在實驗室原創(chuàng)的組合脈沖馳豫譜理論和技術(shù)基礎(chǔ)上，已經(jīng)自主研發(fā)出了國內(nèi)**套、world第三套商品化電子舌系統(tǒng)，并且已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，在國內(nèi)外同行中具有較大的影響力。目前，電子鼻系統(tǒng)現(xiàn)在也將要實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。”

圖9. 電子舌商品化樣機

圖10. 電子鼻商品化樣機

　　鄧少平教授介紹電子舌具有快速、穩(wěn)定、靈活、自主等特性。樣品不需要前處理，三分鐘就可以得到測量結(jié)果；傳感器壽命長；可以根據(jù)用戶的需求，自定義機型；另外擁有完全自主的知識產(chǎn)權(quán)，性價比高，使用維護方便。目前，電子舌主要應(yīng)用于食品、飲料、香水、化學(xué)品、環(huán)境、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域，可以進行產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性評價、品牌區(qū)分、微生物快速檢測、食品感官屬性相關(guān)性、配方開發(fā)和調(diào)整、在線品質(zhì)監(jiān)控等。

圖11. 應(yīng)用于康師傅研發(fā)中心的電子舌樣機

　　國家精品課程——《食品感官科學(xué)》

　　《食品感官科學(xué)》是實驗室負責(zé)的國家精品課程，主要培養(yǎng)四個方面的人才。工藝工程師、產(chǎn)品設(shè)計師、質(zhì)量品控與市場營銷師、品評員。鄧少平教授介紹說對于感官品評人才的選拔一方面對個人感覺敏感性有一定的要求，但是還需要有對整個品評過程做合理設(shè)計、組織和統(tǒng)計分析的能力，這也是人才培養(yǎng)的一個重要方向。另外感官品評員一般都需要學(xué)習(xí)食品感官實驗心理學(xué)，因為在品評過程中需要屏蔽自己的個人偏好。

圖12. 食品感官科學(xué)課程

　　實驗室將科學(xué)研究、科研成果的產(chǎn)業(yè)化以及人才培養(yǎng)緊密結(jié)合了起來。科研成果的產(chǎn)業(yè)化為進一步的科學(xué)研究提供了更大的動力，也為提高相關(guān)企業(yè)的創(chuàng)新能力提供了一條捷徑;而具有針對性的人才培養(yǎng)為科學(xué)研究以及社會相關(guān)領(lǐng)域的需求儲備了人才。

　　附錄1：浙江工商大學(xué)食品感官科學(xué)實驗室

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　　附錄2：食品感官科學(xué)理論與技術(shù)專家鄧少平教授簡介

　　鄧少平(1956-)，教授，博士生導(dǎo)師。畢業(yè)于南京大學(xué)生物化學(xué)專業(yè),曾任總工程師、廠長、南昌大學(xué)食品學(xué)院副院長，現(xiàn)任浙江工商大學(xué)食品與生物工程學(xué)院副院長。兼任中國食品工業(yè)協(xié)會白酒專業(yè)分會技術(shù)顧問、食品物流專業(yè)委員會專家、浙江省食品科學(xué)技術(shù)學(xué)會副理事長。先后主持承擔(dān)四項國家自然科學(xué)基金項目和多項省科技項目。主要研究方向為食品感官科學(xué)理論與技術(shù)。

　　近年來，建立了國內(nèi)唯一的食品感官科學(xué)實驗室，形成了學(xué)科匹配完整的研究梯隊、關(guān)鍵實驗技術(shù)平臺的系統(tǒng)積累和具有特色優(yōu)勢穩(wěn)定的研究方向，長遠目標(biāo)是發(fā)展具有中國特色的食品感官科學(xué)理論和技術(shù)體系。