智能感官技術(shù)在水果檢測中的應(yīng)用進展及趨勢

　　摘要：對水果新鮮度、成熟度和質(zhì)地等屬性指標的快速、無損、準確檢測，能顯著改善水果質(zhì)量分級、品質(zhì)評價的準確性和工作效率，智能感官技術(shù)由于具有操作簡便、檢測速度快等優(yōu)點，已逐漸應(yīng)用于水果檢測領(lǐng)域。文章分別綜述電子鼻技術(shù)、電子舌技術(shù)和質(zhì)構(gòu)分析技術(shù)這3類典型智能感官技術(shù)的工作原理，及其在檢測水果新鮮度、成熟度、病蟲害侵染狀況、品種鑒別、品質(zhì)感知和質(zhì)地分析等領(lǐng)域的代表性研究思路、方法及成果，并根據(jù)智能感官技術(shù)的發(fā)展和水果檢測業(yè)務(wù)需求的變化，提出該領(lǐng)域的發(fā)展趨勢，即智能感官技術(shù)將與傳統(tǒng)感官分析相結(jié)合，智能感官分析儀器將向便攜化方向發(fā)展，多種智能感官技術(shù)將趨向于聯(lián)合應(yīng)用。

　　關(guān)鍵詞：智能感官技術(shù)；電子鼻；電子舌；質(zhì)構(gòu)儀；水果檢測

　　0引言

　　水果含有人類生存所必需的碳水化合物、維生素及無機鹽等營養(yǎng)物質(zhì)，是人們?nèi)粘Ｉ钪袪I養(yǎng)來源的有益補充。對水果各類屬性，如新鮮度、成熟度、質(zhì)地和病蟲害侵染程度等的檢測關(guān)乎消費者的食用安全及水果的商品價值，目前對這些屬性的檢測與評價主要采用感官評價或氣相色譜等儀器測定。感官評價是一種主觀評價方法，主觀性較強，重復性差，會受到評價員的身體狀況、情緒及外部環(huán)境等多方面因素影響（Hempeletal.，2013）；此外，感官評價員對大量樣品的評價通常會因其感官疲勞使得評價準確性降低。而大型儀器的測量，例如氣相色譜法、液相色譜法等需經(jīng)過復雜的前處理，不僅造價高，還需要專業(yè)技術(shù)人員操作（張鑫等，2012），影響其應(yīng)用和普及。隨著傳感技術(shù)的發(fā)展，一類使用傳感器模擬人類感官的智能感官技術(shù)應(yīng)運而生，這種智能感官技術(shù)操作簡單快速、分析高效準確（姜燕等，2018），能有效克服感官評價和儀器測量的不足，因而受到關(guān)注和歡迎，目前國內(nèi)外已有較多研究探索將智能感官技術(shù)用于水果檢測，主要應(yīng)用的智能感官技術(shù)有電子鼻、電子舌和質(zhì)構(gòu)分析技術(shù)，研究內(nèi)容包括檢測水果新鮮度、檢測水果成熟度以確定合適的收獲時期和研究水果采后的質(zhì)地變化規(guī)律等。本文將系統(tǒng)綜述這3種智能感官技術(shù)在檢測水果新鮮度、成熟度、品質(zhì)和質(zhì)地等方面的研究進展，并分析智能感官技術(shù)的發(fā)展趨勢，以期為水果檢測及智能感官技術(shù)的發(fā)展方向提供參考依據(jù)。

　　1電子鼻技術(shù)

　　電子鼻的工作原理是通過氣體傳感器陣列來模擬人的嗅覺器官，對氣味進行感知和分析，由傳感器、信號處理系統(tǒng)和模式識別系統(tǒng)3部分構(gòu)成，通過傳感器及模式識別系統(tǒng)獲得被測樣品的整體信息（于勇等，2003）。在水果檢測領(lǐng)域，電子鼻主要應(yīng)用于檢測和判斷水果的貯藏期、新鮮度、成熟度及是否受到病蟲害侵染。

　　1.1檢測水果的貯藏期與新鮮度

　　由于消費升級和對食品安全的關(guān)注，消費者對水果質(zhì)量的要求也在逐漸提高，新鮮和高品質(zhì)的水果逐漸成為消費者的首選，與此相關(guān)的一系列農(nóng)業(yè)和食品技術(shù)相繼出現(xiàn)，其中，保鮮貯藏是保障新鮮水果周年供應(yīng)的一項重要技術(shù)。大多數(shù)水果在貯藏初期與貯藏一段時間后的外觀并無明顯區(qū)別，因而判斷水果已經(jīng)歷的貯藏時間或剩余貨架期對于消費者和商家而言都十分困難，導致消費者對貯藏后水果的新鮮度和品質(zhì)時常心存疑慮。電子鼻技術(shù)可通過水果采后貯藏期間氣味的變化，判斷水果的貯藏時間與新鮮程度，為解決這一難題提供了新思路。

　　1.2檢測水果的成熟度

　　在適當采收期進行采收是保證水果品質(zhì)的重要手段之一。采收太早會導致水果產(chǎn)量低、果實風味不佳，采收過晚又會出現(xiàn)水果儲運困難、貨架期較短的問題，因此，正確判斷水果的成熟度以確定合適采收期十分必要。以往確定水果采收期大多通過感官對果實的外觀、色澤和硬度進行判斷，或通過實驗手段對水果的內(nèi)在品質(zhì)進行檢測，檢測時間較長，可能需要對水果進行破壞，且需要專業(yè)人員操作?，F(xiàn)階段，已有一些研究人員將電子鼻技術(shù)應(yīng)用于水果成熟度的檢測，主要根據(jù)水果在不同成熟度下?lián)]發(fā)性香氣物質(zhì)的變化，分析水果在不同時期揮發(fā)性物質(zhì)的變化規(guī)律，從而達到判斷水果成熟度的目的。

　　2電子舌技術(shù)

　　電子舌系統(tǒng)也被稱為智能味覺仿生系統(tǒng)，包括傳感器、信號處理系統(tǒng)和模式識別系統(tǒng)3部分（裘姍姍，2016）。首先用電子傳感器陣列檢測和采集物體的味道特征，味道信號經(jīng)信號處理系統(tǒng)的特征提取和轉(zhuǎn)換后再傳遞到模式識別系統(tǒng)，對不同味道進行辨識。電子舌的檢測對象一般是液體，所以早期電子舌在飲料中的應(yīng)用較多，例如將電子舌應(yīng)用在啤酒（李陽等，2008）和葡萄酒（Garcia-Hernandezetal.，2018）等酒類、草莓汁（高利萍等，2012）和柑橘汁（趙娜等，2015）等果汁及紅茶（姜莎等，2009）等茶飲品的判別分析。目前已有研究人員開展了將電子舌系統(tǒng)應(yīng)用于水果檢測的試驗研究。

　　3質(zhì)構(gòu)分析技術(shù)

　　質(zhì)構(gòu)是評價水果品質(zhì)的關(guān)鍵指標之一，質(zhì)構(gòu)儀是通過模擬人的觸覺來檢測樣品硬度、脆性、彈性和膠黏性等物理特征的一種儀器（賀麗霞等，2011），其原理是通過儀器得到食品的力學特征，然后將獲取的信息與質(zhì)構(gòu)參數(shù)建立聯(lián)系，從而得到食品的質(zhì)構(gòu)特性。目前，研究所使用的質(zhì)構(gòu)儀大多由英國Sta-bleMicroSystems公司生產(chǎn)，型號主要有TA-XT2i型和TA.XTPlus型等。

　　3.1優(yōu)化水果的測試條件

　　當前，質(zhì)構(gòu)分析技術(shù)在水果產(chǎn)品檢測方面的研究熱點之一是聚焦于分析不同測試條件對水果質(zhì)地屬性的影響，并最終實現(xiàn)質(zhì)構(gòu)儀的標準化應(yīng)用。馬慶華等（2011）利用TA.XTPlus型質(zhì)構(gòu)儀，通過試驗確定了一套適合冬棗的質(zhì)地檢測方法，主要試驗參數(shù)為采用直徑2mm的P/2n針狀探頭，設(shè)測前速度5mm/s、貫入速度1mm/s及測后速度5mm/s，最小感知力5g，感應(yīng)力閾值2g；劉翔等（2015）使用TA.XTPlus型質(zhì)構(gòu)儀對2個甜瓜品種進行質(zhì)地分析，結(jié)果顯示，壓縮速度對果實質(zhì)構(gòu)參數(shù)影響較小，應(yīng)將壓縮速度設(shè)為1mm/s，壓縮程度設(shè)為30%以更好地測試甜瓜質(zhì)構(gòu)，優(yōu)化了甜瓜質(zhì)構(gòu)評價的測試條件；何全光等（2016）為探索芒果果肉質(zhì)構(gòu)測定結(jié)果與壓縮率、測試速率等測試條件的關(guān)系，設(shè)計了系列應(yīng)用TA-XT2i型質(zhì)構(gòu)儀的試驗，結(jié)果顯示，為更好地反映芒果果肉質(zhì)構(gòu)特性，應(yīng)采用1mm/s的測試和測后速率及20%~30%的壓縮率作為測試條件；趙愛玲等（2018）的研究結(jié)果表明，TA.XTPlus型質(zhì)構(gòu)儀的P/2探頭、貫入速度2mm/s、在果實中部進行穿刺更適合于鑒定鮮棗質(zhì)地。上述文獻均通過試驗確定其研究對象的最佳質(zhì)地測試條件，說明不同水果所需的試驗參數(shù)不盡相同。由于質(zhì)構(gòu)分析技術(shù)所得到的產(chǎn)品各類參數(shù)與產(chǎn)品外形尺寸、探頭選取、測試速度等多方面因素均有關(guān)系，所以實現(xiàn)某種水果標準化、統(tǒng)一化的質(zhì)地評價方法將是未來研究的重點。

　　3.2檢測果實發(fā)育期間的質(zhì)地變化規(guī)律

　　質(zhì)構(gòu)儀可用來檢測果實發(fā)育期間某些質(zhì)地參數(shù)的變化規(guī)律。Muskovics等（2006）利用TA-XT2型質(zhì)構(gòu)儀在果實發(fā)育期間測量了3個甜櫻桃品種的硬度變化，結(jié)果表明甜櫻桃果實的發(fā)展可根據(jù)硬度值分為3個階段：在初始開發(fā)期（階段1）中檢測到典型的硬度增加，隨后是硬度降低（階段2），直至達到實際恒定的最小值（階段3）；Giongo等（2013）利用TA.XTPlus型質(zhì)構(gòu)儀測定藍莓在發(fā)育期間的硬度變化，根據(jù)BBCH標度選擇8個基本階段來定義藍莓果實發(fā)育，結(jié)果表明其硬度隨果實發(fā)育而逐漸降低直到恒定的最低值；許玲等（2018）同樣利用TA.XTPlus型質(zhì)構(gòu)儀對3組不同成熟度［七成熟（皮深綠色）、九成熟（皮黃綠色）和完熟（皮黃白色）］的毛葉棗果皮及果肉質(zhì)地進行了測量，結(jié)果表明，隨著果實的逐漸成熟，果皮強度、脆性及果肉硬度均逐漸下降；七成熟時果實風味較差，九成熟時風味較濃，完熟期雖果實甜度足但質(zhì)地已綿軟，影響口感。基于質(zhì)構(gòu)分析技術(shù)的果實發(fā)育期間質(zhì)地變化規(guī)律研究，為確定水果的最佳采收期、保證適宜的貨架期提供了理論依據(jù)。

　　4展望

　　電子鼻、電子舌和質(zhì)構(gòu)儀等智能感官技術(shù)由于操作簡便、實驗成本低、檢測速度快、檢測準確度高等優(yōu)點，已逐步應(yīng)用于水果各類指標的檢測，并取得了大量研究成果。隨著智能感官技術(shù)的發(fā)展和水果檢測業(yè)務(wù)需求的提高，未來研究將呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢：

　　4.1智能感官分析技術(shù)與傳統(tǒng)感官分析的關(guān)聯(lián)

　　雖然已有研究探索了智能感官分析技術(shù)與傳統(tǒng)感官分析技術(shù)間的差異，但對于二者間的關(guān)聯(lián)性研究還不夠深入。未來應(yīng)進一步探究二者的差異與關(guān)聯(lián)度，完善水果感官指標檢測與評價的方法和技術(shù)體系，提高檢測的準確度。

　　4.2智能感官分析儀器的便攜化發(fā)展

　　現(xiàn)有的智能感官分析儀器大多基于PC平臺，體積大、使用不夠方便靈活，為使其更好地適應(yīng)于當前水果檢測的需求，應(yīng)探索研制便攜式智能感官分析儀器，便于實時實地對水果進行測定分析，提高檢測的便捷性。

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　　馮建英，李鑫，原變魚，穆維松*

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