一把鲜红的朝天椒丢进锅里，食客瞬间被那股直冲颅顶的刺激感击中——这是人类对“辣”最直接的感知。但你知道吗？“辣”并非一种味道，而是一种灼痛感。正是这种特殊的“感觉”，让它在很长一段时间里，成为人造味觉系统中那个难以捉摸的“幽灵”。

近日，华东理工大学的一项突破性研究登上了《自然》官网头条：他们研发的一种基于凝胶材料的人造舌头，首次实现了对辣椒素（辣味的来源）的精确定量检测，能够准确区分从温和甜椒到暴烈朝天椒的不同辣度。这不仅是技术上的胜利，更是人类在理解“味觉”本质道路上迈出的关键一步。

我们曾如何“衡量”滋味？

一般来说，辣度等级分为十级，一般火锅的辣度介于二级和三级之间。那么，辣度等级是以什么为标准的呢？这就要从一位药剂师说起了。

1912年，美国一家制药公司开发的一剂软膏中含有辣椒素，应用于皮肤时会产生热感并减轻疼痛，为了验证软膏中辣椒素的用量，药剂师威尔伯·斯科维尔决定对辣度进行测量。当时的技术并不足以在实验室中测量辣椒热量，因此，他选择了最为直接的感官方法测试。简单说，就是制备一定量的辣椒素提取物，通过用蔗糖稀释液不断稀释该提取物至尝不出辣味，稀释倍数就为辣度单位。这种方法高度主观，结果不够精确，根本没办法用于制药，但“斯科维尔指数”却成了食物辛辣程度指标，从20世纪80年代起，研究人员更是采用高效液相色谱、比色法等方法来进行斯科维尔评级。但这些方法都只关注辣椒的热量，无法表示辣椒风味。

无独有偶，“五味”同样在最初标准衡量时选择了感官对比。比如，甜味就以蔗糖为基准物。一般以5%或10%的蔗糖水溶液在20℃时的甜度为1.0，其他糖的甜度则与之相比较得到。

最早摆脱感官，采用化学测量的则是酸度测量。早期的酸度测量也跟甜味差不多，以某种常见酸溶液作为感官比较基准，但这样的方法非常不稳定，因为不同酸的“酸感”质地不同，醋酸刺激、柠檬酸清爽，难以直接比较。直到1909年，丹麦化学家瑟伦·索伦森提出了pH值概念。他认为，酸味的核心驱动力是溶液中氢离子的浓度，而不是酸的种类。这一发现彻底改变了游戏规则，通过pH试纸等工具，无需品尝，就能读取溶液的pH值，从而精确量化其酸性强度，这也让“酸”有了“五味”中最早实现去感官化的精确测量。

电子舌在进化

不同年龄、不同性别、不同地域的人，偏好口味各不相同，就算是同一个人，味觉灵敏度也会产生波动。如此一来，以感官对比为衡量标准，无法在精确性、客观性和安全性上得到保障，也难以满足数量大并且跨地区产品的品控要求。为此，研究人员不断寻找替代或者部分替代人类感官分析的仪器分析方法。“电子舌”就是这样出现的。

电子舌一般由味觉传感器、信号处理系统和模式识别系统3大部分组成。传感器扮演着“舌头”的角色，负责采集和感知不同化学物质的信息，为结果的呈现提供关键支持。算法则如人的大脑，收集来的信息经过信号处理系统转换成电信号，再借助模式识别系统，利用计算机对信息进行识别、分析和处理，最后将样品的整体味觉信息输出。简而言之，电子舌是一种模拟生物味觉工作机制对复杂液体中多种物质进行有效测量和表征的新型味觉检测系统。

早在20世纪80年代，日本九州大学研究团队就在国际上率先使用传感器阵列检测，并在几年后造出了世界上第一台电子舌原型机。到1995年，俄罗斯圣彼得堡大学研究团队则构建了一种由非特异性传感器阵列组成的新型味觉检测系统，并参考电子鼻的名称第一次正式提出了“电子舌”这个名称。此后，电子舌技术在对智能和精度的追求上不断发展起来。目前比较常用的传感器类型包括人工脂膜传感器、非修饰贵金属电极传感器等，这些传感器阵列各具特色，可以识别酸、甜、苦、咸、鲜等基本味觉指标。

但辣味一直难以被电子舌攻克。核心原因在于，甜、酸、苦、咸、鲜是真正的味觉，由舌头上的味蕾细胞感受，通过特定的味觉受体与食物分子结合产生信号，这些分子本身带有明确的化学特性，易于被化学传感器捕捉和量化。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与热感的神经末梢，向大脑传递的是一种“灼烧”的痛觉信号。其刺激强度与分子结构关系更为复杂，传统的化学传感器难以直接对应和量化这种基于神经触发的感觉。

华东理工大学开发的电子舌则由一种凝胶制成，其中包含奶粉、丙烯酸和氯化胆碱。而其设计灵感来自于一个生活经验：喝牛奶比喝水更容易缓解吃辣带来的灼烧感，因为牛奶中的酪蛋白能够与辣椒素结合，形成复合物，从而“洗掉”舌头上的辣椒素分子。

研究团队用这套电子舌系统检测了8种不同辛辣食物的辣度，结果显示，其产生的食物辣度排序与人类味觉测试员排序非常吻合，可以代替人类舌头来测试辛辣食物。不仅如此，这套电子舌系统在覆盖范围和灵敏度上都具有优势，能够检测出各种辛辣食品和调味品中的辛辣程度，并实现辛辣化合物检测和辛辣感评估，检测相应时间甚至不足10秒。更令人放心的是，人工检测尚需要一定的味觉疲劳恢复期，而这套电子舌系统在连续测试后，虽然凝胶响应也会减弱，却在用清水冲洗并风干后，快速恢复初始状态，自我修复能力惊人。

从舌尖到太空的应用蓝图

当最棘手的“辣”被突破，电子舌技术补上了一块短板，向高精度、全谱系又迈进了一步。而对于电子舌来说，输出“风味代码”，进行食品品质监控只是它应用蓝图中的一个缩影。

在环境监测领域，利用电子舌技术进行水质快速评价，可用于自来水厂出水监测、水源地保护等；而对空气或废水中的复杂异味进行识别，则可以辅助工业异味投诉调查与污染源定位。而新一代便携式水质传感器，更是可以将响应时间大幅度缩短，为应急事件处理争取时间。

在医疗领域，电子舌也有用武之地。最直观的例子是，电子舌作为一种新型仿生味觉分析测定系统，可客观、快速地提供药品口感评价所需要的信息，被广泛应用在药品口感评价上。“味觉重建”也是一个重要方向。2024年10月，《自然·通讯》发表了一项来自中国科学院上海微系统与信息技术研究所与上海交通大学医学院附属第九人民医院的研究成果。他们开发了一种高通量超柔性味觉神经界面，使皮肤也能感知“味觉”，帮助舌癌患者等舌瓣重建术后味觉失能患者重建味觉功能。

而到了太空探索领域，在我国“神舟十八号”开展的空间科学实验中，浙江工商大学的电子舌技术就为“蛋白与核酸共起源及密码子起源的分子进化研究”作出了贡献，为研究生命起源提供数据支撑。

电子舌技术正在迈向更广阔的未来。2025年7月，中国科学院国家纳米科学中心研究团队研发出了全球首个AI味觉系统，通过石墨烯材料与机器学习的深度融合，实现了对酸、甜、苦、咸四种基本味型，以及咖啡、可乐等复杂风味的精准识别，准确率高达90%以上。这项成果在《美国国家科学院院刊》发表后，被认为这标志着人工味觉感知技术正式进入“类人化”时代。

显而易见，随着技术的不断进步，电子舌技术有望与人工智能、物联网、大数据等技术进行更深层次的融合，成为人类享受生活、探索世界的重要工具之一，在更多领域发挥重要作用，带来更多的便利和惊喜。

来源: 我是科学人