智能感官技术在水果检测中的应用进展及趋势

　　摘要：对水果新鲜度、成熟度和质地等属性指标的快速、无损、准确检测，能显著改善水果质量分级、品质评价的准确性和工作效率，智能感官技术由于具有操作简便、检测速度快等优点，已逐渐应用于水果检测领域。文章分别综述电子鼻技术、电子舌技术和质构分析技术这3类典型智能感官技术的工作原理，及其在检测水果新鲜度、成熟度、病虫害侵染状况、品种鉴别、品质感知和质地分析等领域的代表性研究思路、方法及成果，并根据智能感官技术的发展和水果检测业务需求的变化，提出该领域的发展趋势，即智能感官技术将与传统感官分析相结合，智能感官分析仪器将向便携化方向发展，多种智能感官技术将趋向于联合应用。

　　关键词：智能感官技术；电子鼻；电子舌；质构仪；水果检测

　　0引言

　　水果含有人类生存所必需的碳水化合物、维生素及无机盐等营养物质，是人们日常生活中营养来源的有益补充。对水果各类属性，如新鲜度、成熟度、质地和病虫害侵染程度等的检测关乎消费者的食用安全及水果的商品价值，目前对这些属性的检测与评价主要采用感官评价或气相色谱等仪器测定。感官评价是一种主观评价方法，主观性较强，重复性差，会受到评价员的身体状况、情绪及外部环境等多方面因素影响（Hempeletal.，2013）；此外，感官评价员对大量样品的评价通常会因其感官疲劳使得评价准确性降低。而大型仪器的测量，例如气相色谱法、液相色谱法等需经过复杂的前处理，不仅造价高，还需要专业技术人员操作（张鑫等，2012），影响其应用和普及。随着传感技术的发展，一类使用传感器模拟人类感官的智能感官技术应运而生，这种智能感官技术操作简单快速、分析高效准确（姜燕等，2018），能有效克服感官评价和仪器测量的不足，因而受到关注和欢迎，目前国内外已有较多研究探索将智能感官技术用于水果检测，主要应用的智能感官技术有电子鼻、电子舌和质构分析技术，研究内容包括检测水果新鲜度、检测水果成熟度以确定合适的收获时期和研究水果采后的质地变化规律等。本文将系统综述这3种智能感官技术在检测水果新鲜度、成熟度、品质和质地等方面的研究进展，并分析智能感官技术的发展趋势，以期为水果检测及智能感官技术的发展方向提供参考依据。

　　1电子鼻技术

　　电子鼻的工作原理是通过气体传感器阵列来模拟人的嗅觉器官，对气味进行感知和分析，由传感器、信号处理系统和模式识别系统3部分构成，通过传感器及模式识别系统获得被测样品的整体信息（于勇等，2003）。在水果检测领域，电子鼻主要应用于检测和判断水果的贮藏期、新鲜度、成熟度及是否受到病虫害侵染。

　　1.1检测水果的贮藏期与新鲜度

　　由于消费升级和对食品安全的关注，消费者对水果质量的要求也在逐渐提高，新鲜和高品质的水果逐渐成为消费者的首选，与此相关的一系列农业和食品技术相继出现，其中，保鲜贮藏是保障新鲜水果周年供应的一项重要技术。大多数水果在贮藏初期与贮藏一段时间后的外观并无明显区别，因而判断水果已经历的贮藏时间或剩余货架期对于消费者和商家而言都十分困难，导致消费者对贮藏后水果的新鲜度和品质时常心存疑虑。电子鼻技术可通过水果采后贮藏期间气味的变化，判断水果的贮藏时间与新鲜程度，为解决这一难题提供了新思路。

　　1.2检测水果的成熟度

　　在适当采收期进行采收是保证水果品质的重要手段之一。采收太早会导致水果产量低、果实风味不佳，采收过晚又会出现水果储运困难、货架期较短的问题，因此，正确判断水果的成熟度以确定合适采收期十分必要。以往确定水果采收期大多通过感官对果实的外观、色泽和硬度进行判断，或通过实验手段对水果的内在品质进行检测，检测时间较长，可能需要对水果进行破坏，且需要专业人员操作。现阶段，已有一些研究人员将电子鼻技术应用于水果成熟度的检测，主要根据水果在不同成熟度下挥发性香气物质的变化，分析水果在不同时期挥发性物质的变化规律，从而达到判断水果成熟度的目的。

　　2电子舌技术

　　电子舌系统也被称为智能味觉仿生系统，包括传感器、信号处理系统和模式识别系统3部分（裘姗姗，2016）。首先用电子传感器阵列检测和采集物体的味道特征，味道信号经信号处理系统的特征提取和转换后再传递到模式识别系统，对不同味道进行辨识。电子舌的检测对象一般是液体，所以早期电子舌在饮料中的应用较多，例如将电子舌应用在啤酒（李阳等，2008）和葡萄酒（Garcia-Hernandezetal.，2018）等酒类、草莓汁（高利萍等，2012）和柑橘汁（赵娜等，2015）等果汁及红茶（姜莎等，2009）等茶饮品的判别分析。目前已有研究人员开展了将电子舌系统应用于水果检测的试验研究。

　　3质构分析技术

　　质构是评价水果品质的关键指标之一，质构仪是通过模拟人的触觉来检测样品硬度、脆性、弹性和胶黏性等物理特征的一种仪器（贺丽霞等，2011），其原理是通过仪器得到食品的力学特征，然后将获取的信息与质构参数建立联系，从而得到食品的质构特性。目前，研究所使用的质构仪大多由英国Sta-bleMicroSystems公司生产，型号主要有TA-XT2i型和TA.XTPlus型等。

　　3.1优化水果的测试条件

　　当前，质构分析技术在水果产品检测方面的研究热点之一是聚焦于分析不同测试条件对水果质地属性的影响，并最终实现质构仪的标准化应用。马庆华等（2011）利用TA.XTPlus型质构仪，通过试验确定了一套适合冬枣的质地检测方法，主要试验参数为采用直径2mm的P/2n针状探头，设测前速度5mm/s、贯入速度1mm/s及测后速度5mm/s，最小感知力5g，感应力阈值2g；刘翔等（2015）使用TA.XTPlus型质构仪对2个甜瓜品种进行质地分析，结果显示，压缩速度对果实质构参数影响较小，应将压缩速度设为1mm/s，压缩程度设为30%以更好地测试甜瓜质构，优化了甜瓜质构评价的测试条件；何全光等（2016）为探索芒果果肉质构测定结果与压缩率、测试速率等测试条件的关系，设计了系列应用TA-XT2i型质构仪的试验，结果显示，为更好地反映芒果果肉质构特性，应采用1mm/s的测试和测后速率及20%~30%的压缩率作为测试条件；赵爱玲等（2018）的研究结果表明，TA.XTPlus型质构仪的P/2探头、贯入速度2mm/s、在果实中部进行穿刺更适合于鉴定鲜枣质地。上述文献均通过试验确定其研究对象的最佳质地测试条件，说明不同水果所需的试验参数不尽相同。由于质构分析技术所得到的产品各类参数与产品外形尺寸、探头选取、测试速度等多方面因素均有关系，所以实现某种水果标准化、统一化的质地评价方法将是未来研究的重点。

　　3.2检测果实发育期间的质地变化规律

　　质构仪可用来检测果实发育期间某些质地参数的变化规律。Muskovics等（2006）利用TA-XT2型质构仪在果实发育期间测量了3个甜樱桃品种的硬度变化，结果表明甜樱桃果实的发展可根据硬度值分为3个阶段：在初始开发期（阶段1）中检测到典型的硬度增加，随后是硬度降低（阶段2），直至达到实际恒定的最小值（阶段3）；Giongo等（2013）利用TA.XTPlus型质构仪测定蓝莓在发育期间的硬度变化，根据BBCH标度选择8个基本阶段来定义蓝莓果实发育，结果表明其硬度随果实发育而逐渐降低直到恒定的最低值；许玲等（2018）同样利用TA.XTPlus型质构仪对3组不同成熟度［七成熟（皮深绿色）、九成熟（皮黄绿色）和完熟（皮黄白色）］的毛叶枣果皮及果肉质地进行了测量，结果表明，随着果实的逐渐成熟，果皮强度、脆性及果肉硬度均逐渐下降；七成熟时果实风味较差，九成熟时风味较浓，完熟期虽果实甜度足但质地已绵软，影响口感。基于质构分析技术的果实发育期间质地变化规律研究，为确定水果的最佳采收期、保证适宜的货架期提供了理论依据。

　　4展望

　　电子鼻、电子舌和质构仪等智能感官技术由于操作简便、实验成本低、检测速度快、检测准确度高等优点，已逐步应用于水果各类指标的检测，并取得了大量研究成果。随着智能感官技术的发展和水果检测业务需求的提高，未来研究将呈现以下发展趋势：

　　4.1智能感官分析技术与传统感官分析的关联

　　虽然已有研究探索了智能感官分析技术与传统感官分析技术间的差异，但对于二者间的关联性研究还不够深入。未来应进一步探究二者的差异与关联度，完善水果感官指标检测与评价的方法和技术体系，提高检测的准确度。

　　4.2智能感官分析仪器的便携化发展

　　现有的智能感官分析仪器大多基于PC平台，体积大、使用不够方便灵活，为使其更好地适应于当前水果检测的需求，应探索研制便携式智能感官分析仪器，便于实时实地对水果进行测定分析，提高检测的便捷性。

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　　冯建英，李鑫，原变鱼，穆维松*

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