導(dǎo)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(diǎn)，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(píng)判農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)等級(jí)

1.1電子鼻系統(tǒng)評(píng)價(jià)農(nóng)產(chǎn)品新鮮度和預(yù)測(cè)貨架期

當(dāng)肉類、水產(chǎn)品、果蔬隨著貯藏時(shí)間的延長(zhǎng)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(shí)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(duì)農(nóng)產(chǎn)品的新鮮度進(jìn)行檢測(cè)，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(shí)別可以判定其新鮮度。通過建立電子鼻的響應(yīng)信號(hào)與品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性，對(duì)所獲得的傳感器陣列數(shù)據(jù)進(jìn)行特征提取，通過各種化學(xué)計(jì)量學(xué)(如主成分分析、線性判別、最小偏二乘回歸分析等)方法進(jìn)行建模歸類和模式識(shí)別，不同模式識(shí)別方法對(duì)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(píng)估。國(guó)內(nèi)外學(xué)者將電子鼻應(yīng)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(jí)和貨架期預(yù)測(cè)進(jìn)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(yīng)值與有效的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)指標(biāo)(如貯藏時(shí)間、理化指標(biāo)、微生物數(shù)量等)良好的相關(guān)性，才能通過識(shí)別電子鼻響應(yīng)信號(hào)來預(yù)測(cè)農(nóng)產(chǎn)品的新鮮度和貨架期。

1.2電子鼻系統(tǒng)評(píng)價(jià)果蔬成熟度

果蔬通過呼吸作用進(jìn)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(duì)其氣味進(jìn)行采集和分析可以無損評(píng)價(jià)其成熟度。如通過堅(jiān)實(shí)度指標(biāo)對(duì)番茄成熟度進(jìn)行劃分后，采用電子鼻和主成分分析可以準(zhǔn)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(shí)間采摘的柑橘[2]。采用電子鼻系統(tǒng)對(duì)不同品種資源和成熟度的甜瓜進(jìn)行分析測(cè)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(gè)導(dǎo)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(jìn)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(xué)分析結(jié)果具有強(qiáng)相關(guān)性[3]。采用電子鼻測(cè)定桃子、油桃、蘋果、梨的傳感器信號(hào)，結(jié)果表明傳感器信號(hào)與品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)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(cè)量其貯藏時(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(qiáng)的主觀性和不確定性，同時(shí)專業(yè)技術(shù)要求高，使其品質(zhì)監(jiān)控難度加大。基于電子鼻客觀、靈敏、快速的分析特點(diǎn)，可使用其監(jiān)測(cè)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)肉制品加工過程的揮發(fā)性氣體成分的變化，并同時(shí)對(duì)加工環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)，綜合評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)肉品的質(zhì)量；同樣在豬肉加工過程中，通過電子鼻監(jiān)測(cè)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(biāo)，可跟蹤肉制品的品質(zhì)變化，從而達(dá)到實(shí)時(shí)監(jiān)管豬肉加工過程[5]。電子鼻系統(tǒng)能識(shí)別巴氏殺菌乳和超高溫瞬時(shí)殺菌乳，并通過跟蹤牛乳酸敗過程的傳感器響應(yīng)值，采用主成分分析可以判定其品質(zhì)的優(yōu)劣及酸敗進(jìn)程[6]。采用電子鼻監(jiān)測(cè)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(shí)間[7]。采用電子鼻監(jiān)測(cè)葡萄酒生產(chǎn)過程的脫水工序，通過監(jiān)測(cè)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(chǔ)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(fù)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(cè)腐敗微生物和病原微生物的生長(zhǎng)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(yīng)值信號(hào)與菌落總數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過傳感器響應(yīng)信號(hào)預(yù)測(cè)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(píng)判效果。把傷寒沙門氏菌接種到牛肉中，通過電子鼻監(jiān)測(cè)已接種牛肉貯藏過程中氣味的變化，進(jìn)而通過傳感器信號(hào)預(yù)測(cè)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(cè)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(cè)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(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)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(duì)應(yīng)的葡萄酒試樣，并且能夠較好地預(yù)測(cè)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(duì)添加不同比例的乳粉、外來脂肪、水分等進(jìn)行檢測(cè)，通過主成分分析和線性判別等模式識(shí)別，均能有效區(qū)分摻假牛乳和正常牛乳[12]。用電子鼻檢測(cè)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(yīng)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(yù)測(cè)芝麻油與大豆油的混合比例，但不能精確預(yù)測(cè)[13]。類似的，采用電子鼻監(jiān)測(cè)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(shí)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(hù)的鑒別方面，電子鼻可以識(shí)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(shì)和免疫去勢(shì)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(cè)環(huán)境空氣方面也有一些報(bào)道。利用電子鼻檢測(cè)室內(nèi)空氣中微生物的揮發(fā)性成分，進(jìn)而指示真菌含量，也可以測(cè)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(shí)現(xiàn)了空氣中極低濃度(10-6體積分?jǐn)?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(cè)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(cè)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(duì)墊料發(fā)酵程度級(jí)別的判別準(zhǔn)確率達(dá)96.67%[17]。同樣，采用電子鼻監(jiān)測(cè)豬舍中NH3和H2S有害氣體，可以達(dá)到良好的定量識(shí)別效果。電子鼻系統(tǒng)可以精確識(shí)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(xiǎn)環(huán)境氣味。因此，可以考慮采用電子鼻監(jiān)測(cè)物流環(huán)節(jié)(包括倉儲(chǔ)、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(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控及網(wǎng)絡(luò)化實(shí)現(xiàn)

由于物流是個(gè)動(dòng)態(tài)的移動(dòng)過程，因此需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，必須實(shí)現(xiàn)電子鼻響應(yīng)信號(hào)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(jì)與實(shí)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(jì)算機(jī)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(diǎn)。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(shí)現(xiàn)方案及相關(guān)硬件軟件的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了電子鼻響應(yīng)信號(hào)的實(shí)時(shí)采集與網(wǎng)絡(luò)化傳輸。也有研究基于GPRS通信技術(shù)的遠(yuǎn)程電子鼻檢測(cè)系統(tǒng)，成功地實(shí)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(yuǎn)程實(shí)時(shí)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(diǎn)設(shè)備，闡述了該系統(tǒng)的組成設(shè)計(jì)與功能實(shí)現(xiàn)的原理及方法。趙昂等[20]設(shè)計(jì)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(diǎn)布置在室內(nèi)的各處，監(jiān)控氣體的空氣質(zhì)量，并將檢測(cè)結(jié)果通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娇刂浦行模煽刂浦行膶?duì)各處空氣質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)，并啟動(dòng)相應(yīng)執(zhí)行系統(tǒng)確保空氣新鮮。隨著傳感器技術(shù)和無線通訊技術(shù)的快速發(fā)展，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(yīng)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(shí)施無損檢測(cè)，有效監(jiān)控農(nóng)產(chǎn)品的特征變化，及時(shí)對(duì)品質(zhì)等級(jí)進(jìn)行評(píng)判和分類，預(yù)測(cè)剩余貨架期，及時(shí)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(duì)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(cè)特點(diǎn)及其網(wǎng)絡(luò)化實(shí)現(xiàn)，建立電子鼻氣味信號(hào)數(shù)據(jù)與農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)指標(biāo)的關(guān)系模型，進(jìn)而通過監(jiān)測(cè)氣味變化快速評(píng)判其品質(zhì)等級(jí)，預(yù)測(cè)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(duì)農(nóng)產(chǎn)品的倉儲(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)量問題。因此，電子鼻技術(shù)在農(nóng)產(chǎn)品物流領(lǐng)域?qū)?huì)擁有巨大的應(yīng)用需求。隨著網(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)娇刂浦行模煽刂浦行膶?duì)氣味指紋圖譜的質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估。和其他品質(zhì)指標(biāo)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(píng)估農(nóng)產(chǎn)品物流過程中真實(shí)的品質(zhì)變化，通過網(wǎng)絡(luò)通訊傳輸，可以滿足遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)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(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)評(píng)價(jià)和質(zhì)量控制，但在物流過程中的應(yīng)用及其適用性還有待進(jìn)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(cè)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(dòng)等；而且傳感器易于中毒，與干擾氣體發(fā)生反應(yīng)，影響檢測(cè)結(jié)果。此外，后期的模式識(shí)別技術(shù)缺乏通用的識(shí)別算法，算法受實(shí)驗(yàn)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(fù)雜，運(yùn)輸過程中的強(qiáng)烈震動(dòng)，以及冷鏈運(yùn)輸過程中車廂溫度濕度的變化會(huì)影響傳感器的響應(yīng)輸出信號(hào)，為了物流過程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(yùn)輸方式和車廂環(huán)境因子對(duì)電子鼻輸出信號(hào)的影響。根根目前先進(jìn)的傳感技術(shù)和通訊技術(shù)，電子鼻系統(tǒng)對(duì)氣味感應(yīng)的靈敏度，以及現(xiàn)有模式識(shí)別的有效性，遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)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(huì)是農(nóng)產(chǎn)品物流質(zhì)控信息化管理領(lǐng)域一個(gè)新的研究趨勢(shì)。

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