導語：物流農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1電子鼻系統(tǒng)評判農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)等級

1.1電子鼻系統(tǒng)評價農(nóng)產(chǎn)品新鮮度和預測貨架期

當肉類、水產(chǎn)品、果蔬隨著貯藏時間的延長和新鮮度下降或在腐敗過程中，其揮發(fā)性成分將發(fā)生明顯變化，氣味也與新鮮時的品質(zhì)有著顯著差別，采用基于氣敏傳感器陣列的電子鼻系統(tǒng)對農(nóng)產(chǎn)品的新鮮度進行檢測，可以獲得農(nóng)產(chǎn)品的氣味指紋圖譜數(shù)據(jù)，通過不同的模式識別可以判定其新鮮度。通過建立電子鼻的響應信號與品質(zhì)指標的相關(guān)性，對所獲得的傳感器陣列數(shù)據(jù)進行特征提取，通過各種化學計量學(如主成分分析、線性判別、最小偏二乘回歸分析等)方法進行建模歸類和模式識別，不同模式識別方法對未知樣品的貨架期和品質(zhì)分類的回判正確率不同，但許多研究表明電子鼻可用于農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)和貨架期的快速評估。國內(nèi)外學者將電子鼻應用于畜禽肉、水產(chǎn)品、牛乳、果蔬、谷物、酒類等[1]的品質(zhì)等級和貨架期預測進行了研究；綜合已有的研究結(jié)果，必須建立電子鼻傳感器響應值與有效的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)指標(如貯藏時間、理化指標、微生物數(shù)量等)良好的相關(guān)性，才能通過識別電子鼻響應信號來預測農(nóng)產(chǎn)品的新鮮度和貨架期。

1.2電子鼻系統(tǒng)評價果蔬成熟度

果蔬通過呼吸作用進行新陳代謝而不斷成熟，不同成熟階段散發(fā)的氣味有所不同，通過電子鼻對其氣味進行采集和分析可以無損評價其成熟度。如通過堅實度指標對番茄成熟度進行劃分后，采用電子鼻和主成分分析可以準確區(qū)分番茄的半熟期、成熟期和完熟期；類似地，通過電子鼻和線性判別分析可以無損判定不同時間采摘的柑橘[2]。采用電子鼻系統(tǒng)對不同品種資源和成熟度的甜瓜進行分析測定，研究表明：主成分分析方法可以100%區(qū)分和判定不同成熟度的甜瓜。采用32個導電高分子傳感器陣列的電子鼻系統(tǒng)和非線性掃描軟件進行分析，可以區(qū)分3種不同成熟度的日本“LaFrance”梨，而且與GC-MS等化學分析結(jié)果具有強相關(guān)性[3]。采用電子鼻測定桃子、油桃、蘋果、梨的傳感器信號，結(jié)果表明傳感器信號與品質(zhì)評價指標具有良好的相關(guān)性，能夠明顯地區(qū)分不同水果的成熟度，采用主成分分析可以測量其貯藏時間[4]。

2電子鼻系統(tǒng)監(jiān)控加工過程農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量

2.1電子鼻系統(tǒng)實時監(jiān)測農(nóng)產(chǎn)品加工過程的品質(zhì)變化

目前，農(nóng)產(chǎn)品加工過程的質(zhì)量控制主要依賴于人力，具有很強的主觀性和不確定性，同時專業(yè)技術(shù)要求高，使其品質(zhì)監(jiān)控難度加大?；陔娮颖强陀^、靈敏、快速的分析特點，可使用其監(jiān)測農(nóng)產(chǎn)品加工工序環(huán)節(jié)是否出現(xiàn)異常氣味。如采用電子鼻系統(tǒng)在線實時監(jiān)測肉制品加工過程的揮發(fā)性氣體成分的變化，并同時對加工環(huán)境進行監(jiān)測，綜合評價和預測肉品的質(zhì)量；同樣在豬肉加工過程中，通過電子鼻監(jiān)測豬肉冷加工或熱加工中的氣味變化，跟蹤肉中微生物的腐敗產(chǎn)物、脂肪氧化產(chǎn)物等與品質(zhì)密切相關(guān)的氣味指標，可跟蹤肉制品的品質(zhì)變化，從而達到實時監(jiān)管豬肉加工過程[5]。電子鼻系統(tǒng)能識別巴氏殺菌乳和超高溫瞬時殺菌乳，并通過跟蹤牛乳酸敗過程的傳感器響應值，采用主成分分析可以判定其品質(zhì)的優(yōu)劣及酸敗進程[6]。采用電子鼻監(jiān)測初榨橄欖油中關(guān)鍵揮發(fā)性物質(zhì)的變化規(guī)律，優(yōu)化橄欖攪拌工序的時間[7]。采用電子鼻監(jiān)測葡萄酒生產(chǎn)過程的脫水工序，通過監(jiān)測脫水過程中揮發(fā)性厭氧代謝產(chǎn)物的變化，確保脫水工序的合理性[8]。另外，電子鼻判定谷物在存儲過程中是否發(fā)生霉變也起到很好的作用。

2.2電子鼻鑒別農(nóng)產(chǎn)品加工過程的微生物種類及數(shù)量

在農(nóng)產(chǎn)品中微生物的種類和負載量不同，其代謝產(chǎn)物所產(chǎn)生的揮發(fā)性氣味產(chǎn)物濃度也有差異，因此有研究采用電子鼻鑒別和監(jiān)測腐敗微生物和病原微生物的生長情況。如利用電子鼻分析冷藏牛肉和羊肉的腐敗過程，建立電子鼻響應值信號與菌落總數(shù)的對應關(guān)系，通過傳感器響應信號預測菌落總數(shù)的數(shù)量[9]；電子鼻在區(qū)分不同溫度下豬肉排骨菌落總數(shù)的數(shù)量也具有很好的評判效果。把傷寒沙門氏菌接種到牛肉中，通過電子鼻監(jiān)測已接種牛肉貯藏過程中氣味的變化，進而通過傳感器信號預測沙門氏菌的數(shù)量[10]。除了區(qū)分微生物的數(shù)量以外，通過電子鼻系統(tǒng)還能有效區(qū)分微生物的種類。研究表明：結(jié)合SPME-GC-MS檢測的揮發(fā)性成分，電子鼻可以明顯區(qū)分從豬肉分離得出的3株假單胞菌。采用電子鼻系統(tǒng)檢測體外培養(yǎng)基培養(yǎng)的厭氧病原菌(包括14株梭狀芽孢桿菌和12株脆弱擬桿菌)的氣味，結(jié)果表明：通過主成分分析、遺傳算法和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以將8種未知的厭氧菌正確地鑒別[11]。另外，通過電子鼻系統(tǒng)動態(tài)監(jiān)測葡萄酒的芳香成分，利用主成分分析和線性判別可以較好地區(qū)分不同釀酒酵母對應的葡萄酒試樣，并且能夠較好地預測葡萄酒香氣的大致種類和濃度。

2.3電子鼻系統(tǒng)鑒別農(nóng)產(chǎn)品的真?zhèn)闻c摻假

電子鼻在鑒別農(nóng)產(chǎn)品摻假中起到重要作用，如摻假牛乳，即對添加不同比例的乳粉、外來脂肪、水分等進行檢測，通過主成分分析和線性判別等模式識別，均能有效區(qū)分摻假牛乳和正常牛乳[12]。用電子鼻檢測在山茶油、芝麻油中摻假大豆油，結(jié)果表明，3種油脂的傳感器響應有顯著差異；通過線性判別分析方法，電子鼻不僅可以很好地區(qū)分不同種類的油脂，還可以區(qū)分混入與未混入大豆油的山茶油或芝麻油，通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以大體預測芝麻油與大豆油的混合比例，但不能精確預測[13]。類似的，采用電子鼻監(jiān)測摻假和不摻假橄欖油的氣味，通過電子鼻系統(tǒng)結(jié)合線性判別分析、二次判別分析和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法可以很好地區(qū)分摻假和不摻假橄欖油，雖然不能識別出摻假所使用油的類型，但可以量化摻假油的比例[14]。在肉制品原產(chǎn)地域保護的鑒別方面，電子鼻可以識別如皋火腿、宣威火腿、金華火腿等不同產(chǎn)地的干腌火腿，也可以有效區(qū)分完全公豬、手術(shù)去勢和免疫去勢公豬的氣味。

3電子鼻系統(tǒng)監(jiān)控室內(nèi)環(huán)境空氣

電子鼻系統(tǒng)在監(jiān)測環(huán)境空氣方面也有一些報道。利用電子鼻檢測室內(nèi)空氣中微生物的揮發(fā)性成分，進而指示真菌含量，也可以測定圖書館藏書的真菌污染[15]。采用6只不同摻雜的納米ZnO氣體傳感器組成的電子鼻實現(xiàn)了空氣中極低濃度(10-6體積分數(shù))的乙醇、丙酮、苯的定量分析，其中基于非線性函數(shù)映射的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法具有最佳定量精度[16]。采用電子鼻系統(tǒng)監(jiān)測微生物發(fā)酵床豬舍環(huán)境氣味，結(jié)合相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)檢測發(fā)酵床墊料揮發(fā)性物質(zhì)的變化，通過模型構(gòu)建和聚類分析，對墊料發(fā)酵程度級別的判別準確率達96.67%[17]。同樣，采用電子鼻監(jiān)測豬舍中NH3和H2S有害氣體，可以達到良好的定量識別效果。電子鼻系統(tǒng)可以精確識別4種組分的混合氣體，并成功鑒別正常環(huán)境氣味和危險環(huán)境氣味。因此，可以考慮采用電子鼻監(jiān)測物流環(huán)節(jié)(包括倉儲、車廂等)的異味或環(huán)境空氣的污染情況。

4電子鼻系統(tǒng)的遠程實時監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)化實現(xiàn)

由于物流是個動態(tài)的移動過程，因此需要實時監(jiān)測農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，必須實現(xiàn)電子鼻響應信號的網(wǎng)絡(luò)化傳輸。目前關(guān)于智能電子鼻網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)計與實現(xiàn)也逐漸得到了研究。網(wǎng)絡(luò)化電子鼻技術(shù)是傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)和通訊技術(shù)相結(jié)合的現(xiàn)代綜合技術(shù)，是目前信息化領(lǐng)域的研究熱點。張苗等[18]初步構(gòu)建了基于TCP/IP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)化電子鼻系統(tǒng)，闡述了系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的實現(xiàn)方案及相關(guān)硬件軟件的設(shè)計，實現(xiàn)了電子鼻響應信號的實時采集與網(wǎng)絡(luò)化傳輸。也有研究基于GPRS通信技術(shù)的遠程電子鼻檢測系統(tǒng)，成功地實現(xiàn)了電子鼻數(shù)據(jù)的傳輸。柴毅等[19]研究了一種用于遠程實時環(huán)境氣體濃度精確監(jiān)控的無線電子鼻網(wǎng)絡(luò)節(jié)點設(shè)備，闡述了該系統(tǒng)的組成設(shè)計與功能實現(xiàn)的原理及方法。趙昂等[20]設(shè)計了一種基于ZigBee無線傳感網(wǎng)絡(luò)的電子鼻氣體監(jiān)控系統(tǒng)，將包含氣體傳感器陣列的無線節(jié)點布置在室內(nèi)的各處，監(jiān)控氣體的空氣質(zhì)量，并將檢測結(jié)果通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娇刂浦行?，由控制中心對各處空氣質(zhì)量進行評價，并啟動相應執(zhí)行系統(tǒng)確?？諝庑迈r。隨著傳感器技術(shù)和無線通訊技術(shù)的快速發(fā)展，遠程實時監(jiān)測農(nóng)產(chǎn)品加工車間或物流單元的氣體質(zhì)量或農(nóng)產(chǎn)品的劣變氣味將成為可能。

5電子鼻在物流過程農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)監(jiān)控的應用潛力及存在的問題

根據(jù)農(nóng)產(chǎn)品的易腐性，保障流通過程的質(zhì)量安全、減少腐損極為重要。在農(nóng)產(chǎn)品物流過程實施無損檢測，有效監(jiān)控農(nóng)產(chǎn)品的特征變化，及時對品質(zhì)等級進行評判和分類，預測剩余貨架期，及時處理即將不合格或已腐爛/腐敗的產(chǎn)品，避免交叉污染、減少損耗，成為農(nóng)產(chǎn)品物流過程中不容忽視的技術(shù)問題。盡管冷庫/車廂能夠通過降低溫度在一定程度上避免農(nóng)產(chǎn)品腐敗變質(zhì)，但對于農(nóng)產(chǎn)品的新鮮度和品質(zhì)總體信息的在線監(jiān)控卻無法做到。根據(jù)電子鼻的檢測特點及其網(wǎng)絡(luò)化實現(xiàn)，建立電子鼻氣味信號數(shù)據(jù)與農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)指標的關(guān)系模型，進而通過監(jiān)測氣味變化快速評判其品質(zhì)等級，預測其貨架期，為農(nóng)產(chǎn)品物流管理和分銷提供決策支持。此外，利用電子鼻系統(tǒng)還可以對農(nóng)產(chǎn)品的倉儲環(huán)境進行實時監(jiān)測，避免因設(shè)施落后、儲存地點不衛(wèi)生、管理不當?shù)仍蛟斐僧a(chǎn)品質(zhì)量問題。因此，電子鼻技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品物流領(lǐng)域?qū)碛芯薮蟮膽眯枨蟆ｋS著網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的快速發(fā)展，氣味指紋圖譜數(shù)據(jù)可以通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)化傳輸?shù)娇刂浦行?，由控制中心對氣味指紋圖譜的質(zhì)量進行評估。和其他品質(zhì)指標不同，基于氣味指紋技術(shù)的電子鼻系統(tǒng)可以客觀、快速、無損地評估農(nóng)產(chǎn)品物流過程中真實的品質(zhì)變化，通過網(wǎng)絡(luò)通訊傳輸，可以滿足遠程實時監(jiān)控，為現(xiàn)代智能化物流過程中農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量控制提供解決方案。電子鼻系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應用于農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)評價和質(zhì)量控制，但在物流過程中的應用及其適用性還有待進一步的深入研究。目前電子鼻在使用過程中仍存在一些問題：如電子鼻的檢測性能和靈敏度受到傳感器種類的影響，傳感器陣列易受環(huán)境因素的影響，如濕度、溫度、振動等；而且傳感器易于中毒，與干擾氣體發(fā)生反應，影響檢測結(jié)果。此外，后期的模式識別技術(shù)缺乏通用的識別算法，算法受實驗數(shù)據(jù)的影響，而且不同的算法得出的判別結(jié)果有很大差異。在物流過程中，由于車廂承載的農(nóng)產(chǎn)品比較復雜，運輸過程中的強烈震動，以及冷鏈運輸過程中車廂溫度濕度的變化會影響傳感器的響應輸出信號，為了物流過程實時監(jiān)測農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)和質(zhì)量控制，需要解決物流過程中農(nóng)產(chǎn)品氣味的采集方法，不同運輸方式和車廂環(huán)境因子對電子鼻輸出信號的影響。根根目前先進的傳感技術(shù)和通訊技術(shù)，電子鼻系統(tǒng)對氣味感應的靈敏度，以及現(xiàn)有模式識別的有效性，遠程實時監(jiān)控物流過程農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)變化將成為可能，也將會是農(nóng)產(chǎn)品物流質(zhì)控信息化管理領(lǐng)域一個新的研究趨勢。

作者:劉壽春趙春江楊信廷錢建平鐘賽意單位:國家農(nóng)產(chǎn)品現(xiàn)代物流工程技術(shù)研究中心國家農(nóng)業(yè)信息化工程技術(shù)研究中心廣東海洋大學食品科技學院