嗅探新的香气技术

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从Cyrano de Bergerac到“鼻子知道”，我们的嗅觉器官一直在告诉我们，它们不应该被视为感官中的罗德尼·丹泽菲尔德(Rodney Dangerfield)。现在，许多科技初创公司都在强调嗅觉能力的关键本质，它们利用气味的生物学特性来促进食品、饮料和香水及其成分的成功开发。还有其他应用，包括疾病诊断、药物检测和炸弹嗅探，但在食品工业的应用有很大潜力。

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

Aromyx的首席执行官乔希•西尔弗曼(Josh Silverman)说:“这个行业一直依赖人类感官品尝小组。”至少有三家初创公司是这项新兴技术领先地位的早期竞争者之一。“但人类是糟糕的测量工具。这是非常嘈杂和糟糕的数据，试图在此基础上得出结论是一个非常反复试验的过程，而且非常不准确。它可能与广大消费者的喜好有关系，也可能没有关系。”

Josh Silverman CEO of Aromyx

Sam Guilaumé, CEO of Aryballe (Credit: Aryballe)

工作原理

在领先者中，Aromyx和Aryballe在鼻子模拟方法上采取了两种不同的策略。Aromyx采用生物技术方法，利用不同形式的活细胞组织，而Aryballe的方法包括使用检测和区分有机化合物的芯片。

从左起，首席科学家比尔·哈里斯博士和Aromyx公司的首席执行官克里斯·汉森，该公司制造了一种包含味觉和嗅觉感受器的传感器阵列。它能以数字方式读出受体在遇到食物或气味时的反应。

用光来感知气味——
Aryballe发明了一种回形针大小的传感器，可以识别数千种气味。该传感器由不同的多肽嫁接到一个10 × 5毫米的硅芯片上。多肽对不同的挥发性有机化合物(产生气味的化学物质)有不同的反应。不同的气味会导致肽表面光吸收的差异，从而为每种气味创造出一种标志性的模式。这种气味模式由光学传感器捕获，然后上传到Aryballe的数据库中，与已知气味的模式相匹配。(来源:Yang H. Ku/C&EN/Shutterstock)

长期以来，食品科学家们都明白气味在他们产品的吸引力中的力量——一种特殊的咖啡馆磨粉，一只感恩节火鸡，咝咝作响的培根的味道。独特的嗅觉仅依赖于鼻子和舌头上的500个感受器。但目前还没有人研制出合适的“人工鼻子”。上世纪90年代出现过电子设备，后来取名为Cyranose和AromaScan，但都以失败告终。

位于加州帕萨迪纳市的Cyrano科学公司已经将一种简单、准确、非侵入性的工具商业化，使“机器”能够闻到气味。NASA喷气推进实验室(JPL)资助了加州理工学院(Caltech)的一个项目，该项目创造了用于“Cyranose 320”的技术。Cyranose 320用于食品和化学工业的质量控制目的。NASA进一步发展了加州理工学院的技术，并将其纳入一个监测封闭人类栖息地的单元，比如航天飞机，那里的空气必须回收。为了使宇航员立即采取行动并补救这种情况，及早发现泄漏或泄漏是至关重要的。加州理工学院后来将这项技术授权给Cyrano公司进行商业化。

Aromascan A32S传感器阵列通过导电聚合物对标准生长介质上真菌和细菌微生物的代表性物种的顶空挥发性代谢物进行分析。A，聚类多传感器输出来自典型的真菌病原体(如图所示)，橡树枯萎真菌。B，典型细菌病原体(根瘤菌)的扩散多传感器输出。各传感器对枯草、麻黄和根草顶空挥发物的归一化强度响应(%∆R/R base)。

Aromyx克隆生物受体，把它们放在实验室的培养皿中，用食物、饮料和成分轰炸它们，并跟踪结果。人工智能和机器学习处理这一过程中收集的数据，并对人类对刺激的反应做出判断，将它们归类为专业品尝师使用的标准描述符。

嗅觉系统已经进化出探测和辨别环境中挥发性气味分子(气味剂)的非凡能力。从根本上说，这一过程依赖于气味及其基因组中编码的同源嗅觉受体(ORs)的相互作用。在这里，我们进行了基于细胞的筛选，使用超过800种小鼠OR对抗七种气味，从而鉴定出一组高亲和力和/或广泛调谐的OR。然后，我们通过单独表达31个ORs来测量cAMP对气相气味刺激的反应，以测试异质表达ORs是否对气相气味有反应。响应剖面的比较表明，该平台能够区分结构类似物。最后，在嗅觉粘膜中表达的羧基酯酶Ces1d的共表达导致特定气味- OR组合的激活发生显著变化。总之，这些结果建立了一个基于细胞的挥发性气味检测和识别平台，并形成了基于OR的挥发性气味传感器的基础。(10.1038/s41467-018-06806-w)

西尔弗曼说，即使有了所有这些数据，要识别出普遍具有吸引力的味道，面临的挑战之一是嗅觉生物受体来自“基因组中一些最多样化的基因”。在任何两个人身上，它们只有70%是相同的。”

无论如何，这家总部位于加州的初创公司已经克服了这些和其他障碍，在Food Technology的记者招待会上，它计划宣布与一家大型香水公司达成协议，使其能够匹配个人消费者的偏好，就像许多电子商务公司根据数据预测购买一样。Aromyx的科学家们用生物感受器测试了该香水公司的每一款产品，找出了哪些关键香韵会引发反应，甚至根据他们的基因组，哪一组人最容易接受某种特定的气味。

数字嗅觉

Aryballe是一家法国公司，得到了国际香料公司以及韩国巨头三星电子和现代汽车的支持。它建立在硅光子学平台上，带有电子传感器，可以在几秒钟内拾取并解释构成独特气味特征的有机元素。Aryballe几个月来一直在向现代汽车等工业客户销售其NeOse手持传感器，现代汽车用它来检测汽车气味。Aryballe的首席执行官山姆•吉奥姆表示，该公司在食品领域的早期开发工作包括与替代肉公司合作，“评估真正牛肉和鸡肉的香味，看看替代肉在风味谱中的位置。”

电子鼻在日常生活中有潜在的应用前景，但由于其体积大、价格高而受到限制。本文主要介绍了化学电阻式气体传感器、金属氧化物半导体气体传感器和导电聚合物气体传感器在电子鼻系统集成中的应用，以降低系统体积和成本。综述了化学电阻性气体传感器电子鼻的系统设计考虑因素和互补金属氧化物半导体集成技术，包括集成传感器阵列、其读出接口和模式识别硬件。此外，还介绍了集成在电子鼻中的最先进技术，如传感前端芯片、电子鼻信号处理芯片和电子鼻片上系统。(10.3390/s131014214)

Guilaume解释说:“不管你的鼻子对什么敏感，我们对什么敏感，或者不敏感。”“我们的传感器可以连接到任何你能想到的物联网设备。”

那么，毕竟有些人喜欢的感官测试艺术会变成什么样子呢?Guilaume说:“我们的设备不会生病或头痛，而且完全不是主观的。”

Dale Buss, 特约编辑，是一位资深记者，在密歇根州罗彻斯特山撰写有关食品行业的文章。 (daledbuss@aol.com).

本文译自：

https://www.ift.org/news-and-publications/food-technology-magazine/issues/2022/february/columns/startups-and-innovators-innovations-aroma-technologies