基于聚丙烯酰胺仿舌凝胶的涩味传感器通用传感能力研究

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口腔内部的机器感知是替代传统人工感知的有效方法,从口腔内部感知到的味觉、力学信息等角度出发,获取更加客观、准确的口腔内部信息。从早期对于特定物质的特异性传感器,到对复杂成分样本,获取其整体特征信息的阵列式传感器,到如今,逐渐向模拟人类感知的方向发展。涩味是一种十分复杂的感知,根据明矾、酒石酸、单宁等引发物质及其不同的引发机制灵活定义,会使口腔内部感受到干燥、褶皱的涩味口感,影响消费者的购买偏好。因此,涩味的机器感知也是口腔内部机器感知中的重要一环。然而,目前许多传统的检测方法操作复杂、耗时长,想要进一步实现涩味的定性、定量分析,开发一种快速、简单且能够与人类涩味感知过程贴近的检测方法是必不可少的。因此,本课题改进了一款基于聚丙烯酰胺水凝胶的涩味传感器,并成功地证明了该传感器在单宁检测中的通用性,以及其进一步的广义涩味定性、定量分析应用中的可行性。为了模拟口腔内涩味感知机制,该传感器以具有高含水量特点的聚丙烯酰胺水凝胶作为基底,掺杂与唾液蛋白结构相似的粘蛋白以及氯化锂,制成仿舌凝胶。并将仿舌凝胶与电极结合,制备聚丙烯酰胺仿舌凝胶涩味传感器。利用傅里叶红外光谱以及循环伏安法从化学结构以及电化学两个角度验证了仿舌凝胶涩味传感器是否成功制备且具有单宁检测能力。通过实验测试证明了该传感器具有优异的稳定性,并利用同一批次仿舌凝胶测试一组浓度序列样本的方式,解决了由于水凝胶放大微小环境变化的特性,以及个人实验操作中的不稳定性,造成该传感器的重复性较差问题,提高了实验效率。根据植物单宁的分类,选取单宁酸作为水解单宁代表,原花青素B2作为缩合单宁代表,利用制备好的聚丙烯酰胺仿舌凝胶涩味传感器,采用循环伏安法对其进行检测,并提取其相对电流变化值作为特征数据。基于单宁与蛋白质之间相互作用原理,以及仿舌凝胶涩味传感器的传感机制,通过拟合的方法绘制相对电流变化值-单宁浓度曲线,验证基于仿舌凝胶涩味传感器的两种单宁检测结果准确性,以及该传感器对于植物单宁通用传感能力,为其进一步的进行涩味食品分析提供了理论基础。最后,根据样本展现的主要口感以及影响其口感的主要因素,选择具有代表性,且常被选作涩味研究样本的红、白葡萄酒和绿茶、红茶作为实际样本。基于仿舌凝胶涩味传感器获取其伏安数据,并对其按照同种类、不同种类进行分类识别,以散点图的形式直观展现分类结果。基于各样本的化学成分以及制造工艺,对伏安数据以及分类结果进行分析研究,验证了该传感器在实际样本检测中的应用能力。本课题开发的聚丙稀酰胺仿舌凝胶涩味传感器具有优异的通用传感能力,对于涩味样本能够实现准确的检测与分类识别,为涩味的机器感知提供了方法基础,在口腔内部机器感知领域有着广阔的应用前景。
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