嗅探新的香氣技術(shù)

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從Cyrano de Bergerac到“鼻子知道”，我們的嗅覺器官一直在告訴我們，它們不應(yīng)該被視為感官中的羅德尼·丹澤菲爾德(Rodney Dangerfield)?，F(xiàn)在，許多科技初創(chuàng)公司都在強(qiáng)調(diào)嗅覺能力的關(guān)鍵本質(zhì)，它們利用氣味的生物學(xué)特性來促進(jìn)食品、飲料和香水及其成分的成功開發(fā)。還有其他應(yīng)用，包括疾病診斷、藥物檢測(cè)和炸彈嗅探，但在食品工業(yè)的應(yīng)用有很大潛力。

《大鼻子情聖》（法語：Cyrano de Bergerac）是一部1990年的法國(guó)歷史電影，由尚-保羅·哈布諾執(zhí)導(dǎo)，謝勒·狄柏度等主演。

Aromyx的首席執(zhí)行官喬希?西爾弗曼(Josh Silverman)說:“這個(gè)行業(yè)一直依賴人類感官品嘗小組?！敝辽儆腥页鮿?chuàng)公司是這項(xiàng)新興技術(shù)領(lǐng)先地位的早期競(jìng)爭(zhēng)者之一?！暗祟愂窃愀獾臏y(cè)量工具。這是非常嘈雜和糟糕的數(shù)據(jù)，試圖在此基礎(chǔ)上得出結(jié)論是一個(gè)非常反復(fù)試驗(yàn)的過程，而且非常不準(zhǔn)確。它可能與廣大消費(fèi)者的喜好有關(guān)系，也可能沒有關(guān)系?！?/p>

Josh Silverman CEO of Aromyx

Sam Guilaumé, CEO of Aryballe (Credit: Aryballe)

工作原理

在領(lǐng)先者中，Aromyx和Aryballe在鼻子模擬方法上采取了兩種不同的策略。Aromyx采用生物技術(shù)方法，利用不同形式的活細(xì)胞組織，而Aryballe的方法包括使用檢測(cè)和區(qū)分有機(jī)化合物的芯片。

從左起，首席科學(xué)家比爾·哈里斯博士和Aromyx公司的首席執(zhí)行官克里斯·漢森，該公司制造了一種包含味覺和嗅覺感受器的傳感器陣列。它能以數(shù)字方式讀出受體在遇到食物或氣味時(shí)的反應(yīng)。

用光來感知?dú)馕丁?Aryballe發(fā)明了一種回形針大小的傳感器，可以識(shí)別數(shù)千種氣味。該傳感器由不同的多肽嫁接到一個(gè)10 × 5毫米的硅芯片上。多肽對(duì)不同的揮發(fā)性有機(jī)化合物(產(chǎn)生氣味的化學(xué)物質(zhì))有不同的反應(yīng)。不同的氣味會(huì)導(dǎo)致肽表面光吸收的差異，從而為每種氣味創(chuàng)造出一種標(biāo)志性的模式。這種氣味模式由光學(xué)傳感器捕獲，然后上傳到Aryballe的數(shù)據(jù)庫(kù)中，與已知?dú)馕兜哪Ｊ较嗥ヅ洹?來源:Yang H. Ku/C&EN/Shutterstock)

長(zhǎng)期以來，食品科學(xué)家們都明白氣味在他們產(chǎn)品的吸引力中的力量——一種特殊的咖啡館磨粉，一只感恩節(jié)火雞，咝咝作響的培根的味道。獨(dú)特的嗅覺僅依賴于鼻子和舌頭上的500個(gè)感受器。但目前還沒有人研制出合適的“人工鼻子”。上世紀(jì)90年代出現(xiàn)過電子設(shè)備，后來取名為Cyranose和AromaScan，但都以失敗告終。

位于加州帕薩迪納市的Cyrano科學(xué)公司已經(jīng)將一種簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確、非侵入性的工具商業(yè)化，使“機(jī)器”能夠聞到氣味。NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室(JPL)資助了加州理工學(xué)院(Caltech)的一個(gè)項(xiàng)目，該項(xiàng)目創(chuàng)造了用于“Cyranose 320”的技術(shù)。Cyranose 320用于食品和化學(xué)工業(yè)的質(zhì)量控制目的。NASA進(jìn)一步發(fā)展了加州理工學(xué)院的技術(shù)，并將其納入一個(gè)監(jiān)測(cè)封閉人類棲息地的單元，比如航天飛機(jī)，那里的空氣必須回收。為了使宇航員立即采取行動(dòng)并補(bǔ)救這種情況，及早發(fā)現(xiàn)泄漏或泄漏是至關(guān)重要的。加州理工學(xué)院后來將這項(xiàng)技術(shù)授權(quán)給Cyrano公司進(jìn)行商業(yè)化。

Aromascan A32S傳感器陣列通過導(dǎo)電聚合物對(duì)標(biāo)準(zhǔn)生長(zhǎng)介質(zhì)上真菌和細(xì)菌微生物的代表性物種的頂空揮發(fā)性代謝物進(jìn)行分析。A，聚類多傳感器輸出來自典型的真菌病原體(如圖所示)，橡樹枯萎真菌。B，典型細(xì)菌病原體(根瘤菌)的擴(kuò)散多傳感器輸出。各傳感器對(duì)枯草、麻黃和根草頂空揮發(fā)物的歸一化強(qiáng)度響應(yīng)(%?R/R base)。

Aromyx克隆生物受體，把它們放在實(shí)驗(yàn)室的培養(yǎng)皿中，用食物、飲料和成分轟炸它們，并跟蹤結(jié)果。人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)處理這一過程中收集的數(shù)據(jù)，并對(duì)人類對(duì)刺激的反應(yīng)做出判斷，將它們歸類為專業(yè)品嘗師使用的標(biāo)準(zhǔn)描述符。

嗅覺系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)化出探測(cè)和辨別環(huán)境中揮發(fā)性氣味分子(氣味劑)的非凡能力。從根本上說，這一過程依賴于氣味及其基因組中編碼的同源嗅覺受體(ORs)的相互作用。在這里，我們進(jìn)行了基于細(xì)胞的篩選，使用超過800種小鼠OR對(duì)抗七種氣味，從而鑒定出一組高親和力和/或廣泛調(diào)諧的OR。然后，我們通過單獨(dú)表達(dá)31個(gè)ORs來測(cè)量cAMP對(duì)氣相氣味刺激的反應(yīng)，以測(cè)試異質(zhì)表達(dá)ORs是否對(duì)氣相氣味有反應(yīng)。響應(yīng)剖面的比較表明，該平臺(tái)能夠區(qū)分結(jié)構(gòu)類似物。最后，在嗅覺粘膜中表達(dá)的羧基酯酶Ces1d的共表達(dá)導(dǎo)致特定氣味- OR組合的激活發(fā)生顯著變化。總之，這些結(jié)果建立了一個(gè)基于細(xì)胞的揮發(fā)性氣味檢測(cè)和識(shí)別平臺(tái)，并形成了基于OR的揮發(fā)性氣味傳感器的基礎(chǔ)。(10.1038/s41467-018-06806-w)

西爾弗曼說，即使有了所有這些數(shù)據(jù)，要識(shí)別出普遍具有吸引力的味道，面臨的挑戰(zhàn)之一是嗅覺生物受體來自“基因組中一些最多樣化的基因”。在任何兩個(gè)人身上，它們只有70%是相同的?！?/p>

無論如何，這家總部位于加州的初創(chuàng)公司已經(jīng)克服了這些和其他障礙，在Food Technology的記者招待會(huì)上，它計(jì)劃宣布與一家大型香水公司達(dá)成協(xié)議，使其能夠匹配個(gè)人消費(fèi)者的偏好，就像許多電子商務(wù)公司根據(jù)數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)購(gòu)買一樣。Aromyx的科學(xué)家們用生物感受器測(cè)試了該香水公司的每一款產(chǎn)品，找出了哪些關(guān)鍵香韻會(huì)引發(fā)反應(yīng)，甚至根據(jù)他們的基因組，哪一組人最容易接受某種特定的氣味。

數(shù)字嗅覺

Aryballe是一家法國(guó)公司，得到了國(guó)際香料公司以及韓國(guó)巨頭三星電子和現(xiàn)代汽車的支持。它建立在硅光子學(xué)平臺(tái)上，帶有電子傳感器，可以在幾秒鐘內(nèi)拾取并解釋構(gòu)成獨(dú)特氣味特征的有機(jī)元素。Aryballe幾個(gè)月來一直在向現(xiàn)代汽車等工業(yè)客戶銷售其NeOse手持傳感器，現(xiàn)代汽車用它來檢測(cè)汽車氣味。Aryballe的首席執(zhí)行官山姆?吉奧姆表示，該公司在食品領(lǐng)域的早期開發(fā)工作包括與替代肉公司合作，“評(píng)估真正牛肉和雞肉的香味，看看替代肉在風(fēng)味譜中的位置。”

電子鼻在日常生活中有潛在的應(yīng)用前景，但由于其體積大、價(jià)格高而受到限制。本文主要介紹了化學(xué)電阻式氣體傳感器、金屬氧化物半導(dǎo)體氣體傳感器和導(dǎo)電聚合物氣體傳感器在電子鼻系統(tǒng)集成中的應(yīng)用，以降低系統(tǒng)體積和成本。綜述了化學(xué)電阻性氣體傳感器電子鼻的系統(tǒng)設(shè)計(jì)考慮因素和互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體集成技術(shù)，包括集成傳感器陣列、其讀出接口和模式識(shí)別硬件。此外，還介紹了集成在電子鼻中的最先進(jìn)技術(shù)，如傳感前端芯片、電子鼻信號(hào)處理芯片和電子鼻片上系統(tǒng)。(10.3390/s131014214)

Guilaume解釋說:“不管你的鼻子對(duì)什么敏感，我們對(duì)什么敏感，或者不敏感?！薄拔覀兊膫鞲衅骺梢赃B接到任何你能想到的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備?！?/p>

那么，畢竟有些人喜歡的感官測(cè)試藝術(shù)會(huì)變成什么樣子呢?Guilaume說:“我們的設(shè)備不會(huì)生病或頭痛，而且完全不是主觀的?！?/p>

Dale Buss, 特約編輯，是一位資深記者，在密歇根州羅徹斯特山撰寫有關(guān)食品行業(yè)的文章。 (daledbuss@aol.com).

本文譯自：

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