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电子鼻用于检测食品的气味
Time:2024-04-24 09:56:01
摘要:

在食品风味检测中,最主要的是检测食品的气味。感官评价作为传统的食品风味检测方法,主要由专业人员通过感官鉴定食品的风味指标,具有方便快捷的优点,但也存在较多不足,如人为误差、嗅觉疲劳、评价结果不客观等缺点。常规仪器分析方法,如气相色谱法、液相色谱法、离子迁移谱法等,在风味检测方面具有高灵敏度和低检测限的优点,但是需要复杂的仪器设备和专业的操作技术,成本较高且不能用于现场监测,存在较大的不便。电子鼻利用气体传感器和模式识别技术,能够快速检测出被测样品的气味信息,可用于区分食品的品牌、产地和工艺,鉴定食品的等级及存储时间,检测食品的成熟度和新鲜度。目前,电子鼻已被广泛应用于酒、茶、饮料、果蔬、肉制品、调味品、油脂等领域的检测。本文对电子鼻技术做了介绍,概述了电子鼻在食品行业的代表性应用,并对其发展做了展望。

1.电子鼻介绍

电子鼻又称气味传感器、人工鼻等,其发明受生物嗅觉系统的启发。在生物嗅觉系统中,气味分子被鼻子中的嗅觉感受器细胞所感知,大脑中的嗅皮质对气味进行描述并识别出气味。电子鼻的气体传感器阵列对应着鼻子中的嗅觉感受器细胞,可检测空气中的气味分子。模式识别系统对捕捉到的气味信号进行特征提取,再利用机器学习相关算法来识别和区分气味。

1.1电子鼻的工作原理

电子鼻是模拟动物嗅觉器官开发的一种高科技产品,气体传感器作为电子鼻的核心元件,通过与待测气体反应将组成和浓度等信息转化为电信号输出,从而实现对环境中气体的快速、灵敏、实时检测。作为电子鼻的核心器件,气体传感器可以分为多个种类,如半导体型气体传感器、电化学型气体传感器、红外气体传感器等[〔1]。半导体型气体传感器:半导体型传感器直接根据电学性能的变化来确定气体浓度,最常用的是电阻型半导体传感器。目前普遍认为,电阻型半导体传感器的传感机理是待测气体与材料上的吸附氧发生氧化还原反应,导致敏感材料电阻发生变化,其电阻变化率与待测气体浓度呈指数关系。电化学型气体传感器:其工作原理是使待测气体在电极上发生氧化还原反应产生电解电流,通过检测电流的大小确定待测气体的浓度。与其他类型的传感器相比,电化学型传感器具有低功耗、高灵敏度和高选择性的特点和性能。红外气体传感器:红外气体传感器是一种光吸收式气体传感器,以气体的光学性质和朗伯–比尔定律为依据,根据气体的特征红外吸收光谱确定气体的组成和浓度。红外气体传感器的抗干扰能力很强,具有良好的长期稳定性,且不需要与待测气体直接接触,适用于一些特殊环境,如文物保护、航天领域等。

1.2电子鼻的优势

目前,检测气体的方法主要有气相色谱法、液相色谱法、分光光度法、离子迁移谱法等,这些方法往往具有高灵敏度和低检测限的优点,但是需要复杂的仪器设备和专业的操作技术,成本较高且不能用于现场监测,在生产和生活中使用存在极大的不便。相比于人工闻味,电子鼻技术可以避免各种人为的误差,甚至还能检测到人类鼻子不易觉察的微弱气体,评价结果客观,很好地弥补了人类的某些生理限制。相比于仪器分析方法,电子鼻技术具有小型化、低成本、实时性等优点,不需要专业操作技术,无需人工干预,可用于现场监测。

2.电子鼻在食品行业的应用

电子鼻在食品行业有着广泛的应用,其检测对象主要有酒类、饮料、茶叶、水产品、调味品、肉制品、果蔬等,应用场景主要有品质鉴定、风味分析、成分检测、品牌分类、新鲜度检测、产品工艺改善等。

3展望

电子鼻作为—种检测食品风味的高科技设备,已被广泛应用于食品的品质鉴定、风味分析、成分检测、品牌分类、新鲜度检测、产品工艺改善等领域。相比常规仪器分析方法,电子鼻具有低成本、操作简单、可用于现场监测等优点,相比于人工检测它具有方便快捷、结果客观、稳定性好等优点。不过现阶段电子鼻存在对环境要求高、智能化程度低等不足,针对这些不足进行改善,提高电子鼻检测能力,降低电子鼻使用门槛是未来的发展方向。比如通过新的气体检测原理研发新型气体传感器,降低电子鼻对工作环境的要求;结合人工智能算法,寻求更好的数据特征提取技术和识别方法,提升其智能化程度。此外,随着微机电技术的发展以及敏感材料性能的提升,电子鼻正朝着集成化、小型化和实用化发展,相信未来电子鼻技术将在食品行业迸发出更多潜力。