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智能感官技术在水果检测中的应用进展及趋势
发布日期:2023-10-27
   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。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。
        电子鼻技术
        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。
        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。电子鼻技术具有的检测速度快、可实现无损检测、检测准确率高等优点,使 其在水果新鲜度检测方面具有良好的应用前景。此外,利用电子鼻对水果新鲜度的评估通常与各类算法密切结合,判别的准确率均在80%以上(表1)。
        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。
        检测水果的病虫害侵染状况
        大多数水果在采摘过程中易受损而形成伤口, 这些伤口极易被病原菌或害虫等侵染,造成果实采后腐烂损伤,因此快速、精确、无损地检测水果是否受到侵染是当前的研究热点之一。由于不同病虫害对水果采后挥发性物质的影响不同,利用电子鼻技术对水果采后挥发性物质进行检测分析可确定水果采后是否受到病虫害侵染,并能进一步确定感染的病虫害种类及数量。针对不同病原菌给水果挥发性物质带来的影响差异,许多研究人员开始利用电子鼻技术区分果实采后所感染的病原菌。
        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。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,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。
        鉴别水果品种
        电子舌技术对水果品种的鉴别主要是基于电位化学传感器,利用不同传感器对不同味道进行吸附从而获得样品的整体味觉信息。由于不同品种的水果在味觉上存在一定差异,电子舌技术还可实现对同类水果不同品种的区分。目前研究中应用电子舌系统区分的主要水果种类及所使用的电子舌系统类型如表2所示。
        感知水果的味觉强度
        利用电子舌系统除了能鉴别不同的水果品种 外,还可用于感知和检测水果的味觉强度。目前,利用电子舌系统对水果味觉强度感知的研究还相对较少,主要集中在对蔬菜(如食用菌)鲜味强度和茶叶涩味强度的感知。因此,利用电子舌感知水果的味觉强度可作为今后研究的重点,完善水果风味的评价方法。
        检测水果的成熟度
        水果在成熟期间的物质成分会发生明显变化,且酸度、糖含量等物质的变化会引起不同电极上电 流响应的电化学变化。利用上述原理可通过电子舌技术对水果成熟度进行检测,且可预测一些物质含量。检测水果成熟度的电子舌系统大多利用伏安型传感器,其灵敏度高、操作简便。
        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,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。
        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。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。
        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。
        检测果实采后的质地变化规律
        对果实采后和储藏期间质地差异及变化规律的检测与评价是质构仪的另一重要应用领域,许多研究人员通过质构仪检测掌握了果实采后的质地变化规律,如水蜜桃、葡萄、香蕉等。
由于果实品质在采后及贮藏期间会发生一定变化,因此利用质构仪能量化果实的品质变化,更清晰地显示其变化规律。相较于感官评价方法,质构仪的测试时间短、准确度高,结果也更客观可靠。果实采后及贮藏期间质地变化规律的代表性研究见表3。 从表3可看出,不同种水果随着贮藏时间的延长,其质地参数的变化不同;同种水果在不同贮藏条件下, 质地参数随贮藏时间延长的变化也各不相同。通过 研究水果采后在不同贮藏条件下的质地变化规律,可 确定水果的最佳贮藏条件,延长水果的货架期。
        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:
        智能热点/活动技术与传统热点/活动的关联
        虽然已有研究探索了智能热点/活动技术与传统热点/活动技术间的差异,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。
        智能热点/活动仪器的便携化发展
        现有的智能热点/活动仪器大多基于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热点/活动仪器,便于实时实地对水果进行测定分析,提高检测的便捷性。
        多种智能热点/活动技术的联合应用
        水果的品质包括气味、口味及质地等多个方面,而单一的仪器或设备只能检测某一种品质指标, 无法进行综合分析,影响了检测和评价的准确度。今后可探索将电子鼻、电子舌与质构分析等多种智能热点/活动技术进行结合,从而全面检测和识别水果的各类感官指标,实现更准确、更高效地检测与评价。
        参考文献:冯建英,李鑫,原变鱼,穆维松.智能感官技术在水果检测中的应用进展及趋势[J].南方农业学报,2020,51(03):636-644.
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