電子鼻技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品流通中的應(yīng)用

劉 艷，鄭雪蓮，張 磊

（北京物資學(xué)院 物流學(xué)院，北京 101149）

電子鼻技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品流通中的應(yīng)用

劉 艷，鄭雪蓮，張 磊

（北京物資學(xué)院 物流學(xué)院，北京 101149）

介紹了一種近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的商品檢測(cè)技術(shù)——電子鼻，通過(guò)闡述電子鼻的基本原理與構(gòu)成，討論其在農(nóng)產(chǎn)品流通過(guò)程中的可能應(yīng)用。

電子鼻；農(nóng)產(chǎn)品；流通

1 前言

隨著現(xiàn)代食品工業(yè)的發(fā)展及人們對(duì)食品安全的日益重視，農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)和等級(jí)分類成為企業(yè)與消費(fèi)者越來(lái)越關(guān)心的問(wèn)題。由于農(nóng)產(chǎn)品本身的特殊性，在其品質(zhì)檢測(cè)過(guò)程中，保證不破壞被檢樣品、檢測(cè)速度更快、少污染、自動(dòng)化等無(wú)損檢測(cè)技術(shù)受到廣泛研究。

電子鼻檢測(cè)法是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來(lái)的一種快速的分析識(shí)別和無(wú)損檢測(cè)技術(shù)。電子鼻是一種模擬生物鼻的電子系統(tǒng)，與普通成分分析儀器相比，它不需進(jìn)行樣品前處理，很少或者幾乎不用任何有機(jī)溶劑，主要依靠人工智能系統(tǒng)獲得“嗅覺(jué)”，從而根據(jù)氣味來(lái)識(shí)別物質(zhì)的類別和成分。

2 電子鼻的原理及構(gòu)成

電子鼻的工作原理是模擬人的嗅覺(jué)對(duì)被測(cè)氣體進(jìn)行感知、分析和識(shí)別。按功能模塊一般包括以下三個(gè)組成部分：傳感器陣列系統(tǒng)、信號(hào)預(yù)處理系統(tǒng)、模式識(shí)別系統(tǒng)。（1）傳感器陣列系統(tǒng)，相當(dāng)于人體嗅覺(jué)系統(tǒng)中的眾多嗅覺(jué)細(xì)胞，在電子鼻系統(tǒng)中，傳感器陣列是關(guān)鍵因素，構(gòu)成電子鼻氣體傳感器陣列中的氣體傳感器各自對(duì)特定氣體具有相對(duì)較高的敏感性，因此，由一些不同敏感對(duì)象的傳感器構(gòu)成的電子鼻可以測(cè)得被測(cè)樣品揮發(fā)性成分的整體信息，與人的鼻子一樣，聞到的是樣品的總體氣味，產(chǎn)生響應(yīng)信號(hào)；（2）信號(hào)預(yù)處理系統(tǒng)，模擬人體嗅球等嗅神經(jīng)傳導(dǎo)組織，將生成的氣味信號(hào)經(jīng)特征提取等加工處理然后傳輸；（3）模式識(shí)別系統(tǒng)類似于生物的神經(jīng)中樞，用多元統(tǒng)計(jì)分類方法或神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法判定處理后的氣味信號(hào)，識(shí)別被測(cè)氣味，轉(zhuǎn)為感官評(píng)定指標(biāo)。

除了上面三個(gè)部分,商品化的電子鼻通常還配備一些輔助設(shè)備，如自動(dòng)進(jìn)樣器、吸附解吸附系統(tǒng)等。

3 電子鼻技術(shù)的應(yīng)用研究發(fā)展概況

自1982年英國(guó)學(xué)者Persuad和Dodd用3個(gè)SnO2氣體傳感器模擬哺乳動(dòng)物嗅覺(jué)系統(tǒng)對(duì)戊基醋酸脂、乙醇、乙醚、戊酸、檸檬油、異茉莉酮等有機(jī)氣體進(jìn)行類別分析開(kāi)始，國(guó)際上對(duì)電子鼻的相關(guān)研究發(fā)展迅速，許多國(guó)家都設(shè)有專門研究機(jī)構(gòu)，如美國(guó)加州理工學(xué)院、英國(guó)Warwick大學(xué)、美國(guó)NASA等都在從事有關(guān)電子鼻及其應(yīng)用的研究。1995年開(kāi)始出現(xiàn)商品化的電子鼻儀器，以歐洲和美國(guó)居多。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，電子鼻技術(shù)的研究與應(yīng)用范圍不斷擴(kuò)展，如食品工業(yè)、環(huán)境檢測(cè)、醫(yī)療衛(wèi)生、爆炸物檢測(cè)和公共安全檢查等領(lǐng)域。在食品原材料的檢測(cè)方面，1995年，Benady等發(fā)明了一種測(cè)試水果成熟度的電子鼻系統(tǒng)，根據(jù)水果揮發(fā)的氣味進(jìn)行區(qū)分。在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試時(shí)，判斷水果成熟或未成熟的成功率在90%以上，分為3組（未成熟,半成熟,成熟）后檢測(cè)，成功率是83%。1999年，瑞典的Blixt利用電子鼻定量分析真空包裝牛肉的變質(zhì)程度，成功地定量分析出了4個(gè)屠宰場(chǎng)生產(chǎn)的真空包裝牛肉的變質(zhì)程度，為大批量牛肉生產(chǎn)的質(zhì)量快速檢測(cè)提供了新思路。Tan等利用一套傳感器陣列進(jìn)行不同等級(jí)香腸的區(qū)分，判別準(zhǔn)確率在90%。2000年，秦樹(shù)基研究得出與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合建立的電子嗅覺(jué)系統(tǒng)，可以識(shí)別4種酒類：無(wú)水酒精、烈性酒（紅星二鍋頭）、葡萄酒（王朝干紅）、啤酒（力波），識(shí)別率可達(dá)到95%。2001年，鄒小波等開(kāi)發(fā)的電子鼻主要應(yīng)用于水果、茶葉中揮發(fā)性氣體的識(shí)別與分類。Di Natale等發(fā)現(xiàn)氣敏傳感器能很好地區(qū)分5年陳釀的不同酒類等。

4 電子鼻檢測(cè)法在農(nóng)產(chǎn)品流通過(guò)程中的應(yīng)用

農(nóng)產(chǎn)品具有易腐性、鮮活性、保質(zhì)性等特點(diǎn)，如何保證流通過(guò)程中的食品安全、減少流通過(guò)程中的浪費(fèi)、降低物流支出極為重要。據(jù)美國(guó)埃森哲咨詢公司公布的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，中國(guó)2002年有總值不低于750億美元的食品在運(yùn)送過(guò)程中腐爛變質(zhì)。一些腐爛變質(zhì)的食品的售價(jià)中七成是用來(lái)貼補(bǔ)物流過(guò)程中的貨損支出。因此，如何做好農(nóng)產(chǎn)品的無(wú)損檢測(cè)，及時(shí)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)進(jìn)行鑒定和等級(jí)分類，成為農(nóng)產(chǎn)品流通過(guò)程中不容忽視的技術(shù)問(wèn)題。根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品的特性，在流通各環(huán)節(jié)中利用電子鼻檢測(cè)方法對(duì)農(nóng)產(chǎn)品和食品進(jìn)行無(wú)損檢測(cè)，能夠有效監(jiān)控農(nóng)產(chǎn)品特性和成熟度，以便及時(shí)處理已腐爛或腐敗的產(chǎn)品，避免影響其他產(chǎn)品。

利用電子鼻技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品流通過(guò)程中的全程監(jiān)控，首先要從源頭進(jìn)行控制，保證質(zhì)量不合格的產(chǎn)品無(wú)法進(jìn)入流通市場(chǎng)；其次檢測(cè)農(nóng)產(chǎn)品成熟度，預(yù)測(cè)保質(zhì)期；最后在農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸過(guò)程中進(jìn)行全程監(jiān)控，避免二次污染。通過(guò)以上方式可以有效降低成本，保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量，提高農(nóng)產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力。采購(gòu)商在收購(gòu)農(nóng)產(chǎn)品時(shí)可以利用電子鼻對(duì)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行初步檢測(cè)，檢查農(nóng)產(chǎn)品是否有腐爛、變質(zhì)等現(xiàn)象，檢查農(nóng)產(chǎn)品中是否有農(nóng)藥殘留、化學(xué)污染和微生物污染。這樣做可以從流通源頭控制產(chǎn)品質(zhì)量，降低倉(cāng)儲(chǔ)容積，避免不合格產(chǎn)品流入市場(chǎng)，減少其流通所帶來(lái)的運(yùn)輸成本，同時(shí)避免已腐爛的產(chǎn)品影響合格產(chǎn)品的質(zhì)量，減少損耗。

由于鮮活農(nóng)產(chǎn)品的含水量高、保鮮期短，極易腐爛變質(zhì)，農(nóng)產(chǎn)品的流通效率、流通保鮮條件和農(nóng)產(chǎn)品運(yùn)輸過(guò)程中的監(jiān)控一直是研究的熱點(diǎn)，盡管冷庫(kù)車能夠通過(guò)降低溫度在一定程度上避免農(nóng)產(chǎn)品腐爛變質(zhì)，但對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品的新鮮度和成熟度的在線監(jiān)控卻無(wú)法做到。而電子鼻檢測(cè)卻能做到在線檢測(cè)，它將通過(guò)氣味檢測(cè)得到的數(shù)據(jù)信號(hào)與產(chǎn)品各成熟度指標(biāo)建立關(guān)系，從而在線檢測(cè)運(yùn)輸過(guò)程中的水果或蔬菜所散發(fā)的氣味并進(jìn)行成熟度判別。通過(guò)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品新鮮度及成熟度的檢測(cè)可以有效預(yù)測(cè)產(chǎn)品的保質(zhì)期，在其即將變質(zhì)之前，采取降價(jià)處理或者及時(shí)加工的方式，適時(shí)進(jìn)行處理，防止在流通過(guò)程中或到達(dá)銷售市場(chǎng)時(shí)發(fā)現(xiàn)其變質(zhì)，減少運(yùn)輸成本，增加經(jīng)濟(jì)效益。此外，利用電子鼻技術(shù)還可以對(duì)產(chǎn)品的倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，避免因設(shè)施落后、儲(chǔ)存地點(diǎn)不衛(wèi)生、管理不當(dāng)?shù)仍蛟斐僧a(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題。

另外，各個(gè)大型農(nóng)產(chǎn)品交易市場(chǎng)中的檢查站也可以用精密的電子鼻儀器對(duì)農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行檢驗(yàn)，這樣可以利用電子鼻檢測(cè)快速精準(zhǔn)的優(yōu)點(diǎn)提高農(nóng)產(chǎn)品的通過(guò)速率，為農(nóng)產(chǎn)品的快速流通節(jié)省更多的時(shí)間，再次降低損耗，提高農(nóng)產(chǎn)品到達(dá)顧客手中時(shí)的新鮮度。而對(duì)于超市這樣的零售商，也可以利用電子鼻對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)，保證消費(fèi)者用合適的價(jià)格買到放心的農(nóng)產(chǎn)品，提高企業(yè)在消費(fèi)者心中的信用度，從而有利于企業(yè)自身各方面的發(fā)展。

5 結(jié)語(yǔ)

電子鼻技術(shù)發(fā)展至今仍處于相對(duì)初級(jí)的發(fā)展階段，雖然在食品工業(yè)中有些比較成熟的應(yīng)用，但如何將其進(jìn)一步推廣，如電子鼻在農(nóng)產(chǎn)品和食品包裝中的應(yīng)用研究，如何將電子鼻技術(shù)與電子舌技術(shù)、無(wú)線通訊技術(shù)等先進(jìn)監(jiān)控檢測(cè)方法聯(lián)用，從而加強(qiáng)農(nóng)產(chǎn)品安全管理，更加有效地保證農(nóng)產(chǎn)品安全，仍然需要進(jìn)一步探索。

[1]李敏,李憲華,奚星林,潘丙珍,龐世琦.無(wú)損檢測(cè)技術(shù)在食品分析中的應(yīng)用[J].檢驗(yàn)檢疫科學(xué),2008,（6）:60-62.

[2]鄧平嘩,楊穎,陳舜涼.電子鼻在高檔消費(fèi)品品質(zhì)檢測(cè)中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器,2009，（3）:116-120.

[3]姜天緯,林然,陳星,曹明富,王平.電子鼻牛奶質(zhì)量檢測(cè)的研究[J].傳感技術(shù)學(xué)報(bào),2007，20（8）:1 727-1 731.

[4]劉輝,牛智有.電子鼻技術(shù)及其應(yīng)用研究進(jìn)展[J].中國(guó)測(cè)試，2009,35（3）:6-10.

Application of the Electronic Nose Technology in Agricultural Product Circulation

LIU Yan,ZHENG Xue-lian,ZHANG Lei
（School of Logistics,Beijing Wuzi University,Beijing101149,China）

The paper introduces a new commodity inspection technology,the electronic nose,developed in recent years,elaborates on its basic mechanism and constitution,and studies its possible application in agricultural product circulation.

electronic nose;agricultural product;circulation

F252

A

1005-152X（2010）16-0068-02

10.3969/j.issn.1005-152X.2010.16.021

2010-07-30

本項(xiàng)目受北京市物流系統(tǒng)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、中國(guó)物流采購(gòu)與聯(lián)合會(huì)資助

劉艷（1980-）,女,博士,北京物資學(xué)院物流學(xué)院講師,主要研究方向：商品質(zhì)量監(jiān)控與管理。