食品無(wú)損檢測(cè)：人工嗅覺(jué)與人工味覺(jué)檢測(cè)PPT

食品無(wú)損檢測(cè)潘磊慶南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院18三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院2第六章人工嗅覺(jué)與人工味覺(jué)檢測(cè)香、酸、甜、苦、辣、咸人工：鼻和舌——主觀(guān)性化學(xué)分析法：色譜法、光譜法、毛細(xì)電泳法

——復(fù)雜、結(jié)果單一----模擬動(dòng)物和人的嗅覺(jué)和味覺(jué)功能----人工嗅覺(jué)系統(tǒng)：電子鼻人工味覺(jué)系統(tǒng)：電子舌

——簡(jiǎn)單、快捷、準(zhǔn)確、無(wú)損18三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院3主要的化學(xué)感受：味覺(jué)、嗅覺(jué)、三叉神經(jīng)味覺(jué)：辨別進(jìn)入口中的不揮發(fā)的化學(xué)物質(zhì)；嗅覺(jué)：辨別容易揮發(fā)的物質(zhì)；三叉神經(jīng)：感受體分布在黏膜和皮膚上，對(duì)揮發(fā)和不會(huì)發(fā)的物質(zhì)均有作用，能區(qū)分刺激和化學(xué)反應(yīng)的種類(lèi)。18三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院4一生物嗅覺(jué)與生物味覺(jué)（一）生物嗅覺(jué)

嗅感：揮發(fā)性物質(zhì)散發(fā)的氣體分子與鼻腔內(nèi)嗅覺(jué)神經(jīng)反應(yīng)所引起的刺激感，是一種生理反應(yīng)。生理傳導(dǎo)過(guò)程如下：18三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院5生物嗅覺(jué)是由氣味物質(zhì)分子刺激嗅覺(jué)感受器引起的。18三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院6人的鼻腔中約有5000萬(wàn)個(gè)嗅覺(jué)細(xì)胞，單個(gè)嗅覺(jué)細(xì)胞生存期約22d，靈敏度不高，選擇性差。人的嗅覺(jué)系統(tǒng)對(duì)氣味的識(shí)別能力是由大量性能彼此重疊的嗅細(xì)胞，嗅球中經(jīng)和大腦共同作用的結(jié)果。一般來(lái)講，從氣味分子被嗅細(xì)胞表面吸附到產(chǎn)生嗅覺(jué)反應(yīng)僅需0.2-0.3s.

人的嗅覺(jué)能夠分辨出的氣味約10000種。18三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院7（二）生物味覺(jué)味覺(jué)的感受器是味蕾，主要分布在舌背部表面和舌緣，口腔和咽部黏膜的表面也有零散的味蕾存在。舌表面約有50萬(wàn)個(gè)香蕉型的味覺(jué)細(xì)胞。在20-30℃味覺(jué)的靈敏度最高。

如圖所示：18三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院818三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院9味感的形成階段：1：舌表面味蕾上的味覺(jué)細(xì)胞的生物膜感受味覺(jué)物質(zhì)并形成生物電信號(hào)；2：該生物電信號(hào)經(jīng)神經(jīng)纖維傳至大腦；3：大腦識(shí)別。味道：甜、咸、酸、苦、澀、辣、鮮18三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院10各味覺(jué)的化學(xué)緣由：酸味：氫離子，鹽酸、氨基酸…甜味：蔗糖、葡萄糖…苦味：奎寧、咖啡因…鮮味：谷氨酸單鈉、肌苷酸二鈉…咸味：鈉離子…味覺(jué)細(xì)胞膜的主要成分：脂質(zhì)（酸、咸、苦）、蛋白質(zhì)（苦，甜、鮮）、無(wú)機(jī)離子、少量的糖和核酸18三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院11二、人工嗅覺(jué)和人工味覺(jué)（一）人工嗅覺(jué)簡(jiǎn)介（1）人工嗅覺(jué)系統(tǒng)---電子鼻ArtificialOlfactorySystem,AOS

基本組成：氣敏傳感器陣列、信號(hào)預(yù)處理單元、模式識(shí)別單元

氣體傳感器陣列：有多個(gè)相互之間性能有所重疊的氣體傳感器構(gòu)成；嗅覺(jué)的強(qiáng)度：既可用每個(gè)傳感器的絕對(duì)電壓、電阻或電導(dǎo)值表示，也可用相對(duì)信號(hào)值表示；

18三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院12電子鼻的工作原理萬(wàn)寶路香煙氣味指紋比較和辯認(rèn)數(shù)據(jù)處理信息采集傳感器信號(hào)信號(hào)處理數(shù)據(jù)分析和比較結(jié)論大腦大腦皮層分辨氣味指紋氣味氣味指紋吻合：萬(wàn)寶路香煙x18三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院13

識(shí)別方法:主要有統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識(shí)別18三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院142.人工嗅覺(jué)研究進(jìn)展

已經(jīng)成熟應(yīng)用于食品、化妝品、香料、香精等的香氣質(zhì)量評(píng)定；

研究重點(diǎn)：

（1）研究對(duì)微量、痕量氣體分子瞬時(shí)敏感的檢測(cè)器、以得到與氣體成分相對(duì)應(yīng)的信號(hào)。（2）研究對(duì)檢測(cè)的信號(hào)進(jìn)行識(shí)別與分類(lèi)的數(shù)據(jù)處理器，以便將有用信號(hào)與噪聲加以分離。（3）研究將測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為感官評(píng)定指標(biāo)的智能解釋器，以得到與人的感官相符的結(jié)果。18三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院15（二）人工味覺(jué)系統(tǒng)

ArtificialTasteSystem,ATS，電子舌

傳統(tǒng)方法：

酸度：pH計(jì)

咸度：導(dǎo)電計(jì)

甜度：比重計(jì)、折光儀缺陷：1.所測(cè)物理化學(xué)參數(shù)要受到外界非味覺(jué)物質(zhì)的影響；2.所側(cè)參數(shù)不能反映味覺(jué)物質(zhì)之間的交互作用產(chǎn)生的效果。故模擬不好實(shí)際的生物味覺(jué)感官功能。18三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院16電子舌的工作原理5種主味酸甜苦咸鮮°°°°°°

結(jié)論味道滑潤(rùn)純正

大腦大腦皮層分辨舌頭味蕊信息采集數(shù)據(jù)處理氣味指紋比較和辯認(rèn)傳感器信號(hào)信號(hào)處理數(shù)據(jù)分析和比較SaltytasteSaltytaste18三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院17人工味覺(jué)系統(tǒng)：多通道類(lèi)脂膜味覺(jué)傳感器和模式識(shí)別算法組成。原理：根據(jù)類(lèi)脂、高聚物膜對(duì)味覺(jué)溶液物質(zhì)產(chǎn)生電勢(shì)變化。模式識(shí)別：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和混沌識(shí)別區(qū)分：酸甜苦鮮咸區(qū)分：咖啡、啤酒、日本米酒、牛奶酒類(lèi)檢測(cè)18三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院18第二節(jié)人工嗅覺(jué)與人工味覺(jué)的傳感器陣列及模式識(shí)別人工嗅覺(jué)和人工味覺(jué)的仿生過(guò)程：18三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院19一、人工嗅覺(jué)和人工味覺(jué)傳感器及傳感器陣列嗅覺(jué)傳感器：由氣敏元件、電路和其它部件一起組成的傳感裝置。氣敏元件：指能感知環(huán)境中某種氣體（如CO,CO2,O2,Cl2等）及其濃度的一種元件。氣體傳感器應(yīng)滿(mǎn)足：1.具有較高的靈敏度和寬的動(dòng)態(tài)響應(yīng)范圍；2.性能穩(wěn)定，傳感器的響應(yīng)不隨溫度、濕度的變化而發(fā)生變化；3.響應(yīng)速度快，重復(fù)性好；4.保養(yǎng)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜。18三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院20分類(lèi)原理優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)金屬氧化物型半導(dǎo)體傳感器及其陣列

吸附氣味分子后會(huì)引起電阻下降產(chǎn)生負(fù)的電信號(hào)。

活性材料:SnO2\ZnO2\TiO3等

襯底材料:采用硅、玻璃和塑料。選擇性高、穩(wěn)定性好、能耗小、壽命長(zhǎng)、耐腐蝕性強(qiáng)等寬的適用范圍較低的成本工作溫度較高,長(zhǎng)時(shí)間工作后響應(yīng)基準(zhǔn)值易發(fā)生漂移對(duì)氣體混合物中的硫化物呈“中毒”反應(yīng),受水汽影響大等缺點(diǎn)。導(dǎo)電高分子傳感器及其陣列(CP)活性材料:噻吩、吲哚、呋喃等成分構(gòu)成的導(dǎo)電聚合物。發(fā)生聚合反應(yīng)引起電阻增加,產(chǎn)生正的信號(hào)。體積小、能耗小、常溫下工作而無(wú)需加熱有利于向便攜方向發(fā)展活性材料電聚合過(guò)程較為困難和費(fèi)時(shí)接觸響應(yīng)也存在隨時(shí)間發(fā)生漂移的現(xiàn)象。對(duì)濕度過(guò)于敏感,嚴(yán)重時(shí)會(huì)干擾常響應(yīng)質(zhì)量傳感器及其陣列一類(lèi)是石英晶體微天平傳感器(QCM)一類(lèi)是聲表面波傳感器(SAW)靈敏度高、信號(hào)易于微機(jī)處理及抗傳輸干擾等優(yōu)點(diǎn)氣敏傳感器類(lèi)型18三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院21注意：嚴(yán)格控制溫度和濕度的影響18三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院22金屬氧化物型半導(dǎo)體傳感器MOS18三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院2318三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院24（二）味覺(jué)傳感器陣列18三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院2518三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院26傳感器陣列的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換數(shù)字信號(hào)輸入計(jì)算機(jī)中,被測(cè)嗅覺(jué)的強(qiáng)度可用每個(gè)傳感器的輸出的絕對(duì)電壓、電阻或電導(dǎo)來(lái)表示。電子鼻數(shù)據(jù)中提出有效特征值：某點(diǎn)值、斜率、最大值、相對(duì)最大值、平均值、積分值等,使維數(shù)降低。二、人工嗅覺(jué)與人工味覺(jué)的模式識(shí)別18三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院27模式識(shí)別處理

多元數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法（主要有主成分分析法PCA、偏最小二乘法PLS、聚類(lèi)分析法CA、線(xiàn)性判別法LDA）等;

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法（反向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)BP、徑向基結(jié)合徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)RBF);

模糊方法.

將多維響應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為感官評(píng)定指標(biāo)值或組成成分的濃度值，得到被測(cè)氣味定性分析結(jié)果的智能解釋器。18三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院28第三節(jié)人工嗅覺(jué)與人工味覺(jué)技術(shù)在食品檢測(cè)中的應(yīng)用一、人工嗅覺(jué)在食品檢測(cè)中的應(yīng)用(電子鼻)（一）人工嗅覺(jué)技術(shù)應(yīng)用簡(jiǎn)介

應(yīng)用領(lǐng)域：酒類(lèi)、茶葉、魚(yú)類(lèi)、肉類(lèi)等食品揮發(fā)氣味。質(zhì)量分級(jí)和新鮮度判別。

國(guó)外已有了商品化的人工嗅覺(jué)系統(tǒng)，如表所示：

國(guó)內(nèi)還停留在試驗(yàn)階段。18三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院2918三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院3018三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院31MOS：金屬氧化物傳感器CP：導(dǎo)電聚合物傳感器；QCM：石英晶體諧振傳感器；SAW：聲表面波傳感器IR：紅外線(xiàn)光電傳感器MOSEET：金屬氧化硅場(chǎng)效應(yīng)管傳感器18三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院32電子鼻優(yōu)點(diǎn)1.電子鼻具有新穎的仿生檢測(cè)技術(shù)，與傳統(tǒng)成分分析儀器不同，它根據(jù)測(cè)定樣品氣味的整體信息，產(chǎn)生“指紋”圖譜，提供樣品的隱含性質(zhì)。2.電子鼻測(cè)定速度快，一般僅需幾分鐘，能及時(shí)反饋信息，調(diào)整生產(chǎn)流程中的各項(xiàng)工藝條件，確保質(zhì)量評(píng)價(jià)(QA)和質(zhì)量管理(QC)指標(biāo)，從而使產(chǎn)品質(zhì)量得到保.3.電子鼻測(cè)定范圍廣。它不僅能測(cè)定氣體、液體，而且也能測(cè)定固體等各種形態(tài)的樣品。樣品不需前處理，極少使用各種有機(jī)溶劑，是一項(xiàng)“綠色”檢測(cè)技術(shù)。4.避免了靠人體感官測(cè)定中的主觀(guān)因素及其它的人為誤差，提高測(cè)定的精確度，而且可以避免人工測(cè)定嗅味中因吸入樣品對(duì)健康帶來(lái)影響。5.測(cè)試結(jié)果都基本上代表樣品的整體性。氣相色譜法(GC)、色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(GC-MS)與電化學(xué)方法是是經(jīng)樣品分離后的結(jié)果，而且時(shí)效性和成本上需要考慮。18三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院33改進(jìn)改變陣列中各傳感器的工作狀態(tài)

(溫度等）,使傳感器陣列對(duì)不同的氣味具有相異的選擇性

,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)以較少的氣敏傳感器對(duì)多種成分的混合氣體的識(shí)別。需要提高降維方法的精度和改進(jìn)模式識(shí)別方法，這樣電子鼻的應(yīng)用就會(huì)更方便與可靠，也將進(jìn)一步深入到現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域。研究將測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為感官評(píng)定指標(biāo)的智能解釋器,以得到與人的感官感受相符的結(jié)果。18三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院34與其它無(wú)損檢測(cè)設(shè)備融合，提高準(zhǔn)確性。特征值的獲?。号袆e時(shí)間長(zhǎng)，由于氣味特性是隨時(shí)間而緩慢變化的,傳感器的響應(yīng)也是隨時(shí)間而緩慢變化的。利用響應(yīng)曲線(xiàn)上升部分的斜率,可提高測(cè)試速度;利用響應(yīng)曲線(xiàn)的積分值,可提高測(cè)試裝置的靈敏度和選擇性。尋找最適的試驗(yàn)方法和手段，增強(qiáng)其可重現(xiàn)性、實(shí)用性。18三月2023南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院35二、人工味覺(jué)在食品檢測(cè)中的應(yīng)用（一）人工味覺(jué)的應(yīng)用概況

用于：咖啡、啤酒、離子飲料、飲用水等的品質(zhì)檢測(cè)污染物的檢測(cè)（Fe3+,Cu2+等）（二）多通道人工味覺(jué)系統(tǒng)在食品味道檢測(cè)中的應(yīng)用

裝置及原理：用類(lèi)脂膜構(gòu)成的多通道電極制成，多通道電極通過(guò)多通道放大器與多通道掃描器連接，從傳感器得到的電子信