物流农产品质量安全论文

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1电子鼻系统评判农产品品质等级

1.1电子鼻系统评价农产品新鲜度和预测货架期

当肉类、水产品、果蔬随着贮藏时间的延长和新鲜度下降或在腐败过程中，其挥发性成分将发生明显变化，气味也与新鲜时的品质有着显著差别，采用基于气敏传感器阵列的电子鼻系统对农产品的新鲜度进行检测，可以获得农产品的气味指纹图谱数据，通过不同的模式识别可以判定其新鲜度。通过建立电子鼻的响应信号与品质指标的相关性，对所获得的传感器阵列数据进行特征提取，通过各种化学计量学(如主成分分析、线性判别、最小偏二乘回归分析等)方法进行建模归类和模式识别，不同模式识别方法对未知样品的货架期和品质分类的回判正确率不同，但许多研究表明电子鼻可用于农产品品质和货架期的快速评估。国内外学者将电子鼻应用于畜禽肉、水产品、牛乳、果蔬、谷物、酒类等[1]的品质等级和货架期预测进行了研究；综合已有的研究结果，必须建立电子鼻传感器响应值与有效的农产品品质指标(如贮藏时间、理化指标、微生物数量等)良好的相关性，才能通过识别电子鼻响应信号来预测农产品的新鲜度和货架期。

1.2电子鼻系统评价果蔬成熟度

果蔬通过呼吸作用进行新陈代谢而不断成熟，不同成熟阶段散发的气味有所不同，通过电子鼻对其气味进行采集和分析可以无损评价其成熟度。如通过坚实度指标对番茄成熟度进行划分后，采用电子鼻和主成分分析可以准确区分番茄的半熟期、成熟期和完熟期；类似地，通过电子鼻和线性判别分析可以无损判定不同时间采摘的柑橘[2]。采用电子鼻系统对不同品种资源和成熟度的甜瓜进行分析测定，研究表明：主成分分析方法可以100%区分和判定不同成熟度的甜瓜。采用32个导电高分子传感器阵列的电子鼻系统和非线性扫描软件进行分析，可以区分3种不同成熟度的日本“LaFrance”梨，而且与GC-MS等化学分析结果具有强相关性[3]。采用电子鼻测定桃子、油桃、苹果、梨的传感器信号，结果表明传感器信号与品质评价指标具有良好的相关性，能够明显地区分不同水果的成熟度，采用主成分分析可以测量其贮藏时间[4]。

2电子鼻系统监控加工过程农产品质量

2.1电子鼻系统实时监测农产品加工过程的品质变化

目前，农产品加工过程的质量控制主要依赖于人力，具有很强的主观性和不确定性，同时专业技术要求高，使其品质监控难度加大。基于电子鼻客观、灵敏、快速的分析特点，可使用其监测农产品加工工序环节是否出现异常气味。如采用电子鼻系统在线实时监测肉制品加工过程的挥发性气体成分的变化，并同时对加工环境进行监测，综合评价和预测肉品的质量；同样在猪肉加工过程中，通过电子鼻监测猪肉冷加工或热加工中的气味变化，跟踪肉中微生物的腐败产物、脂肪氧化产物等与品质密切相关的气味指标，可跟踪肉制品的品质变化，从而达到实时监管猪肉加工过程[5]。电子鼻系统能识别巴氏杀菌乳和超高温瞬时杀菌乳，并通过跟踪牛乳酸败过程的传感器响应值，采用主成分分析可以判定其品质的优劣及酸败进程[6]。采用电子鼻监测初榨橄榄油中关键挥发性物质的变化规律，优化橄榄搅拌工序的时间[7]。采用电子鼻监测葡萄酒生产过程的脱水工序，通过监测脱水过程中挥发性厌氧代谢产物的变化，确保脱水工序的合理性[8]。另外，电子鼻判定谷物在存储过程中是否发生霉变也起到很好的作用。

2.2电子鼻鉴别农产品加工过程的微生物种类及数量

在农产品中微生物的种类和负载量不同，其代谢产物所产生的挥发性气味产物浓度也有差异，因此有研究采用电子鼻鉴别和监测腐败微生物和病原微生物的生长情况。如利用电子鼻分析冷藏牛肉和羊肉的腐败过程，建立电子鼻响应值信号与菌落总数的对应关系，通过传感器响应信号预测菌落总数的数量[9]；电子鼻在区分不同温度下猪肉排骨菌落总数的数量也具有很好的评判效果。把伤寒沙门氏菌接种到牛肉中，通过电子鼻监测已接种牛肉贮藏过程中气味的变化，进而通过传感器信号预测沙门氏菌的数量[10]。除了区分微生物的数量以外，通过电子鼻系统还能有效区分微生物的种类。研究表明：结合SPME-GC-MS检测的挥发性成分，电子鼻可以明显区分从猪肉分离得出的3株假单胞菌。采用电子鼻系统检测体外培养基培养的厌氧病原菌(包括14株梭状芽孢杆菌和12株脆弱拟杆菌)的气味，结果表明：通过主成分分析、遗传算法和神经网络可以将8种未知的厌氧菌正确地鉴别[11]。另外，通过电子鼻系统动态监测葡萄酒的芳香成分，利用主成分分析和线性判别可以较好地区分不同酿酒酵母对应的葡萄酒试样，并且能够较好地预测葡萄酒香气的大致种类和浓度。

2.3电子鼻系统鉴别农产品的真伪与掺假

电子鼻在鉴别农产品掺假中起到重要作用，如掺假牛乳，即对添加不同比例的乳粉、外来脂肪、水分等进行检测，通过主成分分析和线性判别等模式识别，均能有效区分掺假牛乳和正常牛乳[12]。用电子鼻检测在山茶油、芝麻油中掺假大豆油，结果表明，3种油脂的传感器响应有显著差异；通过线性判别分析方法，电子鼻不仅可以很好地区分不同种类的油脂，还可以区分混入与未混入大豆油的山茶油或芝麻油，通过BP神经网络可以大体预测芝麻油与大豆油的混合比例，但不能精确预测[13]。类似的，采用电子鼻监测掺假和不掺假橄榄油的气味，通过电子鼻系统结合线性判别分析、二次判别分析和人工神经网络算法可以很好地区分掺假和不掺假橄榄油，虽然不能识别出掺假所使用油的类型，但可以量化掺假油的比例[14]。在肉制品原产地域保护的鉴别方面，电子鼻可以识别如皋火腿、宣威火腿、金华火腿等不同产地的干腌火腿，也可以有效区分完全公猪、手术去势和免疫去势公猪的气味。

3电子鼻系统监控室内环境空气

电子鼻系统在监测环境空气方面也有一些报道。利用电子鼻检测室内空气中微生物的挥发性成分，进而指示真菌含量，也可以测定图书馆藏书的真菌污染[15]。采用6只不同掺杂的纳米ZnO气体传感器组成的电子鼻实现了空气中极低浓度(10-6体积分数)的乙醇、丙酮、苯的定量分析，其中基于非线性函数映射的人工神经网络算法具有最佳定量精度[16]。采用电子鼻系统监测微生物发酵床猪舍环境气味，结合相色谱-质谱联用技术检测发酵床垫料挥发性物质的变化，通过模型构建和聚类分析，对垫料发酵程度级别的判别准确率达96.67%[17]。同样，采用电子鼻监测猪舍中NH3和H2S有害气体，可以达到良好的定量识别效果。电子鼻系统可以精确识别4种组分的混合气体，并成功鉴别正常环境气味和危险环境气味。因此，可以考虑采用电子鼻监测物流环节(包括仓储、车厢等)的异味或环境空气的污染情况。

4电子鼻系统的远程实时监控及网络化实现

由于物流是个动态的移动过程，因此需要实时监测农产品的品质，必须实现电子鼻响应信号的网络化传输。目前关于智能电子鼻网络化的设计与实现也逐渐得到了研究。网络化电子鼻技术是传感器技术、计算机技术和通讯技术相结合的现代综合技术，是目前信息化领域的研究热点。张苗等[18]初步构建了基于TCP/IP协议的网络化电子鼻系统，阐述了系统网络化的实现方案及相关硬件软件的设计，实现了电子鼻响应信号的实时采集与网络化传输。也有研究基于GPRS通信技术的远程电子鼻检测系统，成功地实现了电子鼻数据的传输。柴毅等[19]研究了一种用于远程实时环境气体浓度精确监控的无线电子鼻网络节点设备，阐述了该系统的组成设计与功能实现的原理及方法。赵昂等[20]设计了一种基于ZigBee无线传感网络的电子鼻气体监控系统，将包含气体传感器阵列的无线节点布置在室内的各处，监控气体的空气质量，并将检测结果通过ZigBee网络传输到控制中心，由控制中心对各处空气质量进行评价，并启动相应执行系统确保空气新鲜。随着传感器技术和无线通讯技术的快速发展，远程实时监测农产品加工车间或物流单元的气体质量或农产品的劣变气味将成为可能。

5电子鼻在物流过程农产品品质监控的应用潜力及存在的问题

根据农产品的易腐性，保障流通过程的质量安全、减少腐损极为重要。在农产品物流过程实施无损检测，有效监控农产品的特征变化，及时对品质等级进行评判和分类，预测剩余货架期，及时处理即将不合格或已腐烂/腐败的产品，避免交叉污染、减少损耗，成为农产品物流过程中不容忽视的技术问题。尽管冷库/车厢能够通过降低温度在一定程度上避免农产品腐败变质，但对于农产品的新鲜度和品质总体信息的在线监控却无法做到。根据电子鼻的检测特点及其网络化实现，建立电子鼻气味信号数据与农产品品质指标的关系模型，进而通过监测气味变化快速评判其品质等级，预测其货架期，为农产品物流管理和分销提供决策支持。此外，利用电子鼻系统还可以对农产品的仓储环境进行实时监测，避免因设施落后、储存地点不卫生、管理不当等原因造成产品质量问题。因此，电子鼻技术在农产品物流领域将会拥有巨大的应用需求。随着网络通讯技术的快速发展，气味指纹图谱数据可以通过ZigBee网络化传输到控制中心，由控制中心对气味指纹图谱的质量进行评估。和其他品质指标不同，基于气味指纹技术的电子鼻系统可以客观、快速、无损地评估农产品物流过程中真实的品质变化，通过网络通讯传输，可以满足远程实时监控，为现代智能化物流过程中农产品的质量控制提供解决方案。电子鼻系统已经广泛应用于农产品的品质评价和质量控制，但在物流过程中的应用及其适用性还有待进一步的深入研究。目前电子鼻在使用过程中仍存在一些问题：如电子鼻的检测性能和灵敏度受到传感器种类的影响，传感器阵列易受环境因素的影响，如湿度、温度、振动等；而且传感器易于中毒，与干扰气体发生反应，影响检测结果。此外，后期的模式识别技术缺乏通用的识别算法，算法受实验数据的影响，而且不同的算法得出的判别结果有很大差异。在物流过程中，由于车厢承载的农产品比较复杂，运输过程中的强烈震动，以及冷链运输过程中车厢温度湿度的变化会影响传感器的响应输出信号，为了物流过程实时监测农产品的品质和质量控制，需要解决物流过程中农产品气味的采集方法，不同运输方式和车厢环境因子对电子鼻输出信号的影响。根根目前先进的传感技术和通讯技术，电子鼻系统对气味感应的灵敏度，以及现有模式识别的有效性，远程实时监控物流过程农产品的品质变化将成为可能，也将会是农产品物流质控信息化管理领域一个新的研究趋势。

作者:刘寿春赵春江杨信廷钱建平钟赛意单位:国家农产品现代物流工程技术研究中心国家农业信息化工程技术研究中心广东海洋大学食品科技学院