代良超，烏日娜，陶冬冰，張 良，臧 健，武俊瑞,

（1.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)食品學(xué)院，沈陽市微生物發(fā)酵技術(shù)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧省食品發(fā)酵技術(shù)工程研究中心，遼寧沈陽 110866；2.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)生物科學(xué)技術(shù)學(xué)院，遼寧沈陽 110866；3.沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)分析測試中心，遼寧沈陽 110866）

人工感官評價(jià)是一種主觀評價(jià)方法，主觀性較強(qiáng)，重復(fù)性差，會受到評價(jià)員的身體狀況、情緒及外部環(huán)境等多方面因素的影響，如地域性、風(fēng)俗習(xí)慣、性別年齡差異等，可能導(dǎo)致評價(jià)結(jié)果難以復(fù)現(xiàn)。同時(shí)，感官評價(jià)員對大量樣品的評價(jià)會因其感官疲勞使得評價(jià)準(zhǔn)確性降低。而利用智能仿生在一定程度上代替人工感官評價(jià)，其出發(fā)點(diǎn)是仿人的智能識別和應(yīng)對各種復(fù)雜不確定的問題，可以對食品品質(zhì)的色、香、味、形等進(jìn)行客觀反映，能為食品品質(zhì)的優(yōu)劣及品質(zhì)變化過程提供科學(xué)依據(jù)。

智能仿生技術(shù)是指研究生物系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能并以此來改造產(chǎn)品的系統(tǒng)科學(xué)，它強(qiáng)調(diào)對人類和其他生物智能行為的模仿并研究其中有益的原理和規(guī)律。智能仿生技術(shù)集生物學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、材料科學(xué)、機(jī)械工程及電子技術(shù)等多學(xué)科的相互滲透，在農(nóng)業(yè)、醫(yī)學(xué)及人工智能等方面應(yīng)用廣泛。利用智能仿生部分或全部代替人類活動，能有效提高工作效率，減少人工成本，加速工業(yè)化進(jìn)程。發(fā)酵食品的種類繁多，發(fā)酵過程較復(fù)雜，且通常含有多樣化的中間產(chǎn)物，與產(chǎn)品品質(zhì)變化直接相關(guān)。同時(shí)，發(fā)酵產(chǎn)品品質(zhì)主要受到工藝條件和人文差異的影響，使得產(chǎn)品感官質(zhì)量參差不齊，包括產(chǎn)品顏色、質(zhì)構(gòu)、風(fēng)味、滋味等。因此，進(jìn)行更加標(biāo)準(zhǔn)化的對發(fā)酵食品顏色、風(fēng)味、滋味及基本理化指標(biāo)的檢測或監(jiān)測是發(fā)酵過程控制和產(chǎn)品品質(zhì)精確評價(jià)的關(guān)鍵。現(xiàn)代的智能感官評定的優(yōu)勢已逐步上升到了分子水平，不僅包括對樣品的定性定量區(qū)分，能極大程度地有效替代傳統(tǒng)控制。此外，智能仿生技術(shù)可以為發(fā)酵食品的某些在線控制過程、摻假制假物質(zhì)的鑒定、同一類產(chǎn)品的區(qū)別及分類等食品感官控制方面的各種復(fù)雜性和不確定因素提供合適的解決途徑。本文以嗅覺仿生、視覺仿生、味覺仿生、觸覺仿生等智能仿生技術(shù)在食品發(fā)酵和檢測中的研究進(jìn)展及未來發(fā)展趨勢進(jìn)行綜述，闡述了智能仿生在發(fā)酵制品質(zhì)量控制、快速檢測等方面的積極應(yīng)用前景。

1 嗅覺仿生在發(fā)酵食品中的應(yīng)用

1.1 電子鼻技術(shù)在發(fā)酵食品中的應(yīng)用

電子鼻又稱仿生嗅覺。上世紀(jì)60 年代，Wilkens及Hatman 提出了電子模擬嗅覺的相關(guān)報(bào)道。而在1994 年，Cardner 等提出了電子鼻的觀點(diǎn)。在早期，電子鼻的傳感裝置為偏振微電極，具備一定程度的嗅覺仿生功能。從2010～2020 年，具有先進(jìn)功效的新型傳感器已經(jīng)用創(chuàng)新的納米粒子材料開發(fā)出來，這些納米粒子材料具有更優(yōu)靈敏度和選擇性。原理上，電子鼻通過將所研究基質(zhì)的現(xiàn)有揮發(fā)物轉(zhuǎn)換成來自傳感器陣列的電子信號來工作，所得的數(shù)字輸出然后經(jīng)過數(shù)據(jù)處理單元以提取相應(yīng)的結(jié)果。因此，傳感器是電子鼻的核心部分，主要包含金屬氧化物半導(dǎo)體傳感器、金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管傳感器、質(zhì)量敏感傳感器、導(dǎo)電有機(jī)聚合物、固體電解質(zhì)傳感器和光纖傳感器的傳感器。

在發(fā)酵工業(yè)中，1993 年，Pearce 等開創(chuàng)了烘焙啤酒鑒別。此后，電子鼻技術(shù)開始應(yīng)用到酒類識別鑒定中。Aleixandre 等利用電子鼻和人體面板鑒定4 種紅葡萄和2 種白葡萄酒的二元混合物，結(jié)果顯示：這兩種技術(shù)都能夠量化測試的混合物，但重要的是，電子鼻技術(shù)比人體面板更快、更簡單、更客觀。隨著電子鼻傳感陣列的材料先進(jìn)化和多樣化，電子鼻在發(fā)酵工業(yè)中應(yīng)用趨向成熟。近幾年，電子鼻技術(shù)在發(fā)酵的過程控制中有了更多成熟的應(yīng)用，如發(fā)酵過程中乳制品的成熟度的預(yù)測，揮發(fā)性香氣成分的實(shí)時(shí)檢測。同時(shí)，由于分析方法的先進(jìn)性，多方法結(jié)合的融合分析在數(shù)據(jù)分析中不斷成功應(yīng)用。此外，電子鼻監(jiān)測系統(tǒng)開始向便捷式、小體積、低成本等方面發(fā)展。管彬彬等利用可視化嗅覺對56 個(gè)不同發(fā)酵床的種子乙醇脫氫酶的活性及不揮發(fā)性酸和總酸進(jìn)行檢測，結(jié)合誤差反向傳播人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，結(jié)果表明：將二者進(jìn)行結(jié)合可對醋酸發(fā)酵過程進(jìn)行有效的在線檢測和過程預(yù)測。武斌等利用電子鼻對多個(gè)品種的食醋進(jìn)行檢測，結(jié)合因子分析和線性判別分析進(jìn)行品質(zhì)分類。Kovacs 等對不同發(fā)酵時(shí)間點(diǎn)（0、4、11 d）的益生菌、適度益生菌和非益生菌進(jìn)行了區(qū)分，建立了不同菌群和時(shí)間點(diǎn)的分類模型，并監(jiān)測了發(fā)酵過程中芳香族化合物的生成。吳慧琳等對四種發(fā)酵酸肉進(jìn)行風(fēng)味評價(jià)，利用灰色關(guān)聯(lián)分析了不同熱加工條件下電子鼻響應(yīng)值的關(guān)聯(lián)系數(shù)，建立了電子鼻關(guān)聯(lián)系數(shù)與感官評價(jià)間的回歸模型，構(gòu)建了酸肉的風(fēng)味評價(jià)構(gòu)建的有效方法。朱錦研發(fā)了一套低成本、小體積及高效率的電子鼻系統(tǒng)，可以對白酒種類進(jìn)行定性檢測，但尚且無法對白酒的揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)進(jìn)行定量，同時(shí)不能進(jìn)行同一品種不同檔次白酒的區(qū)分。

電子鼻技術(shù)主要應(yīng)用于揮發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的研究與開發(fā)，在檢測、識別、分類等中，識別模型的建立上已應(yīng)用廣泛。電子鼻技術(shù)可用于同類發(fā)酵中的檢測、分類，例如不同品種紅酒鑒品及分類、食醋揮發(fā)性物質(zhì)的識別及真?zhèn)舞b別等；乳制品成熟度的預(yù)測和在線控制等。電子鼻技術(shù)也存在不足和局限，常用的電子鼻系統(tǒng)大多體積龐大，主要受到傳感器數(shù)量的限制，而小型的電子鼻則難以滿足對廣泛的應(yīng)用要求且精確度不足。此外，電子鼻系統(tǒng)中不同的傳感器會對揮發(fā)性物質(zhì)的識別存在差異，從而造成計(jì)算誤差。在數(shù)據(jù)分析上主要采用主成分分析、判別分析、聚類分析、多元線性回歸、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等方式。電子鼻成本昂貴，檢測精度有待提高，成為現(xiàn)在需要克服的問題。同時(shí)，有待探索一些數(shù)據(jù)處理方式，如深度信念網(wǎng)絡(luò)（Deep belief networks，DBNs）、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（Convolutional neural network，CNN）。

1.2 電子鼻-GC-MS 聯(lián)用在發(fā)酵食品中的應(yīng)用

電子鼻從氣味特征的整體風(fēng)味進(jìn)行分析，具有一定的局限性。GC-MS 為氣-質(zhì)聯(lián)用，綜合了氣相色譜對樣品的分離性強(qiáng)，質(zhì)譜的鑒別性強(qiáng)等特性。電子鼻與GC-MS 兩種分析技術(shù)的配合能夠從宏觀和微觀上研究食品風(fēng)味，是目前食品檢測的主要手段。對于同一種物質(zhì)，電子鼻技術(shù)可用于食品風(fēng)味檢測，多品種的區(qū)分以及真?zhèn)舞b定等。GC-MS 鑒定出樣品中的具體物質(zhì)并進(jìn)行分類，可在電子鼻檢測結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)一步明確該樣品的的定性和定量結(jié)果，實(shí)現(xiàn)具有到物質(zhì)分子程度的可視化研究結(jié)果。近年來，葛東穎等以秈糯米、大米和粳糯米為單一變量，探究釀造黃酒的最佳原料，結(jié)果顯示：傳感器W1C 和W3C對粳糯米為主要原料時(shí)的成品敏感程度最高，利用GC-MS 得出粳糯米為主要原料產(chǎn)品的乙酸乙酯和己酸乙酯最高，可以得出黃酒釀造主要原料以粳糯米為最佳。Gao 等利用氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用（GCMS）結(jié)合頂空-固相微萃取和電子鼻（E-nose）對多種不同生產(chǎn)工藝的醬油的揮發(fā)性物質(zhì)的相關(guān)特征進(jìn)行鑒別，并進(jìn)行了半定量比較，得出了總揮發(fā)物的分布；GC-MS 定量識別出對醬油風(fēng)味影響較大的關(guān)鍵揮發(fā)性化合物。

電子鼻用于鑒別出揮發(fā)性物質(zhì)的總體特征并在不同樣品中具有相互區(qū)別的作用，而GC-MS 能夠?qū)]發(fā)性風(fēng)味物質(zhì)的組成進(jìn)行分析和比較，其應(yīng)用更加廣泛。首先，GC-MS 可對揮發(fā)性風(fēng)味成分進(jìn)行分析，峰面積歸一化后可得各物質(zhì)的相對含量，再對嗅覺閾值進(jìn)行對照可計(jì)算得出氣味活度值，進(jìn)一步確定樣品中的關(guān)鍵香味化合物。其次，GC-MS 可對單一物質(zhì)或特定的一類物質(zhì)進(jìn)行檢測，能彌補(bǔ)人類嗅覺無法對單一類物質(zhì)識別的缺點(diǎn)，同時(shí)，能夠?qū)赡苡泻τ卸疚镔|(zhì)進(jìn)行檢測，如氨基甲酸乙酯。最后，在發(fā)酵食品中，其能用于不同種類或者品種間的相互比較，品質(zhì)評價(jià)以及摻假制假的檢測。總體而言，電子鼻-GC-MS 聯(lián)用主要用于酒類和醬油等液體的酒精度、品牌、香型、產(chǎn)地等分類。在數(shù)據(jù)分析中常用的是主成分、聚類、判別等方式。

2 視覺仿生在發(fā)酵食品中的應(yīng)用

仿生學(xué)的研究開始于上世紀(jì)中期。1970 年以來，Robinson 等以猴子視覺神經(jīng)為對象開創(chuàng)了先河。1996 年，Berthouze 等設(shè)計(jì)了攝像機(jī)收集物體成像的特點(diǎn)，基本實(shí)現(xiàn)了人眼模糊的特征。視覺仿生是指模仿人眼成像的特點(diǎn)對外物進(jìn)行測量和分析。視覺仿生研究利用成像部件和數(shù)據(jù)處理器來模仿人眼及大腦的功能對分析對象進(jìn)行信息提取，從而進(jìn)行信息加工和理解后應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)測量?，F(xiàn)在，視覺仿生傳感器通過對監(jiān)測對象的位置信息、輪廓大小、明暗程度、色度、運(yùn)動軌跡準(zhǔn)確捕獲，從而實(shí)現(xiàn)具備人眼睛的功能和特征：定位和引導(dǎo)、測量、識別和檢測。其不僅可以用于靜態(tài)物質(zhì)的檢測，也能在一個(gè)連續(xù)化過程進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)每一個(gè)步驟的可視化精準(zhǔn)把控。同時(shí)，具備工作效率高，能在惡劣環(huán)境下工作，不污染樣品且可對已包裝好的樣品進(jìn)行快速檢測的功能。周博文設(shè)計(jì)了一款視覺仿生機(jī)器人，應(yīng)用保健酒檢測。該款機(jī)器人以多傳感及光學(xué)成像信息融合為核心，可對保健酒中的氣泡、雜質(zhì)、外觀的缺失進(jìn)行智能鑒別，并將劣質(zhì)產(chǎn)品從優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品中進(jìn)行分離。在發(fā)酵食品中，高清攝像、近紅外光譜技術(shù)是視覺仿生中常用的成像技術(shù)，以此為例進(jìn)行簡要闡述。

2.1 高清攝像技術(shù)在發(fā)酵食品中的應(yīng)用

高清攝像技術(shù)起源于上世紀(jì)60 年代，起初主要應(yīng)用到影視中，后逐漸應(yīng)用到金融銀行、大型商超，到目前的自動駕駛、虛擬現(xiàn)實(shí)等方面。在發(fā)酵食品方面的應(yīng)用成為目前的研究熱點(diǎn)。高清攝像技術(shù)以高清數(shù)字?jǐn)z像機(jī)為主要圖形采集系統(tǒng)，能獲取多幀連續(xù)圖像，且清晰度高，克服了傳統(tǒng)工藝視覺中獲取單幀圖像的缺陷。邵志敏等為了檢測白酒是否含有雜質(zhì)，利用高清攝像機(jī)將瓶裝白酒的視頻分割成小序列，判斷出可能存在的小氣泡和雜質(zhì)形態(tài)從而對白酒的外觀品質(zhì)進(jìn)行分類。為確保對白酒發(fā)酵過程中的每一個(gè)步驟都能進(jìn)行及時(shí)把控，因此需要對每一個(gè)因素都進(jìn)行監(jiān)控。目前，高清攝像的方式可對均勻的樣品進(jìn)行雜質(zhì)檢測和外觀破損檢查，主要在白酒中進(jìn)行應(yīng)用，在其它發(fā)酵食品中應(yīng)用較少。高清攝像技術(shù)因其靈敏的圖像捕捉可對于發(fā)酵食品的狀態(tài)變化具有優(yōu)良的判別，但是其對檢測方式的要求較高，如背景光源、照明方式等，后端顯示設(shè)備的成本昂貴。

2.2 近紅外光譜技術(shù)在發(fā)酵食品中的應(yīng)用

Davies 等在1800 年發(fā)現(xiàn)了近紅外能量，這標(biāo)志著一個(gè)新的實(shí)驗(yàn)時(shí)代的開始。近紅外光譜是一種介于可見光和輻射光間的輻射波，具備“光”的性質(zhì)，近紅外光譜儀一般包括光源、檢測器、光源分析軟件及漫反射附件等。在常用的分析技術(shù)上把近紅外光譜分為透射和漫反射兩種形式。透射檢測適用于穩(wěn)定且均質(zhì)的真液體或者固體樣的測定，分析光的投射具有一定的確定性，可用于白酒、酸奶等的檢測。在測量時(shí)，把樣品放到光源和光檢測器之間，檢測器采集到的分析光裝載了樣品的基本信息。而漫反射檢測是光源進(jìn)入樣品后一部分光被樣品分子吸收，另一部分經(jīng)過不斷的反射、衍射及折射等復(fù)雜的過程后返回樣品表面，因此漫反射的光線包含了樣品中有關(guān)物質(zhì)信息。近紅外光譜的漫反射的應(yīng)用比透射更廣，可以測量糊狀、纖維等非均質(zhì)的樣品。

目前，設(shè)備小型化和先進(jìn)的數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)相結(jié)合，使在過程分析中更加快捷方便。近紅外光譜是一種介于可見光和輻射光間的輻射波，具有檢測速度快，不污染樣品等優(yōu)點(diǎn)。在發(fā)酵食品的檢驗(yàn)中，傳統(tǒng)的檢測包括理化、衛(wèi)生、人工感官檢測三個(gè)基本指標(biāo)，每一個(gè)檢測步驟都費(fèi)時(shí)費(fèi)力。在發(fā)酵過程中，可以利用紅外光譜進(jìn)行快速在線監(jiān)測，如酸度鑒定，發(fā)酵過程中原料狀態(tài)的變化。蔡偉源等利用近紅外光譜對多種不同來源的食醋進(jìn)行探究，能夠?qū)砘笜?biāo)進(jìn)行快速檢測，但在檢測以前需要先建立合適的光譜預(yù)測模型。Oscar 等使用光纖傳感器的近紅外光反向散射被用于監(jiān)測酸奶的培養(yǎng)。其研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了光譜變化和樣品酸堿度之間的相關(guān)性（＞0.99），表明在酸奶培養(yǎng)過程中，近紅外可在線監(jiān)測酸性的變化。包春芳利用近紅外光譜技術(shù)對黃酒、醬油及紅酒的主要指標(biāo)進(jìn)行無損質(zhì)量檢測，利用偏最小二乘法進(jìn)行結(jié)果分析，解決液體發(fā)酵食品組成復(fù)雜、分析繁雜的弊端，同時(shí)，還可以有效降低噪聲，對相關(guān)的檢測指標(biāo)進(jìn)行定量預(yù)測?？傮w而言，該方法主要有兩種應(yīng)用方式，一是離線檢測，即在實(shí)驗(yàn)室利用該方式對樣品進(jìn)行投射；二是在線檢測，即投入到工業(yè)中在線使用。近紅外光譜技術(shù)對產(chǎn)品的檢測頻率快，效率高，但是同樣存在亟待解決的不足，例如產(chǎn)品狀態(tài)非均質(zhì)的條件下，不同的液體可能會對紅外光譜產(chǎn)生不同的吸收，產(chǎn)生檢測誤差，這就需要對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行預(yù)評估。同時(shí)，其檢測光譜較寬，特征性吸收峰的識別需要進(jìn)一步提高。目前，主要利用不同的化學(xué)計(jì)量方式（如主成分分析及偏最小二乘法）進(jìn)行分析可以有效降低實(shí)驗(yàn)誤差。

3 味覺仿生在發(fā)酵食品中的應(yīng)用

味覺仿生系統(tǒng)以味覺感知為核心，可以對物質(zhì)的基本味覺進(jìn)行感知分辨。目前，味覺仿生的應(yīng)用領(lǐng)域已遠(yuǎn)不僅在食品中，同時(shí)，其靈敏感知程度已經(jīng)超過了人類本身。在發(fā)酵制品中，應(yīng)用最廣泛的屬電子舌。Norris 等在1985 年首次提出在陣列中應(yīng)用液體傳感器來分析不同的液體樣品。幾年后，Hayashi 等在1990 年提出了味覺傳感器的開創(chuàng)性概念。根據(jù)定義，電子舌是一種“分析儀器”，包括對不同溶液成分具有部分特異性的非選擇性化學(xué)傳感器陣列和適當(dāng)?shù)哪Ｊ阶R別儀器。近幾年，電子舌集人工智能開始向便捷式發(fā)展。在電子舌使用時(shí)，傳感器的陣列已根據(jù)目標(biāo)樣本，通過遵循不同的操作模式進(jìn)行定制。其中，最突出的是基于電化學(xué)、酶、光學(xué)和質(zhì)量而相互作用的，如伏安電子舌、阻抗電子舌、質(zhì)量電子舌等，在發(fā)酵食品中，常用的是伏安電子舌。

電子舌對酸甜苦辣咸鮮等進(jìn)行有效識別，具有檢測速度快、檢測閾值低、效率高等優(yōu)點(diǎn)。在現(xiàn)代的味覺仿生研究中，開始進(jìn)一步向?qū)Ｒ换⒕_化方向發(fā)展。以發(fā)酵食品為例：應(yīng)用最為成熟和廣泛的是對基本味的判別。馬佳佳等利用主成分、聚類、冗余分析等方法對獼猴桃果酒發(fā)酵過程中的滋味指標(biāo)變化進(jìn)行判別，結(jié)果顯示：可將發(fā)酵階段劃分為三個(gè)階段，最佳的發(fā)酵時(shí)間不宜高于16 d。電子舌也普遍用于白酒的檢測，但傳統(tǒng)的感應(yīng)傳感陣列極易被乙醇所干擾，具有一定的缺陷。王洪彬利用指示劑和卟啉為感應(yīng)源構(gòu)建了新型的味覺仿生傳感器，可以有效避免乙醇帶來的干擾，同時(shí)，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)了對4 種濃香型白酒的鑒定，且效果良好。Wei 等研究了通過利用伏安電子舌在發(fā)酵、成熟和儲存期間監(jiān)測酸奶樣品質(zhì)量屬性的能力，結(jié)果表明，電子舌能對酸奶的成熟狀態(tài)跟蹤和樣品酸度、粘度、發(fā)酵時(shí)間進(jìn)行預(yù)測。

電子舌具有快速測定溶解非揮發(fā)性食物成分及通過直接測量步驟和最少樣品制備進(jìn)行精確測量分類等優(yōu)點(diǎn)。發(fā)酵食品中，電子舌在樣品分類、摻假制假、品質(zhì)評價(jià)以及發(fā)酵過程進(jìn)行在線控制研究廣泛，但是對于樣品處理方式需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇使用。同時(shí)，樣品溫度及其波動和某些成分的吸附作用會對結(jié)果產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾。目前，多機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)被廣泛研究、開發(fā)并集成到特征物質(zhì)提取、建模和傳感器漂移補(bǔ)償中，可以有效減少外界因素的噪聲影響同時(shí)保持原始信號中模式信息的魯棒性。除此之外，電子舌無法區(qū)分具有相似結(jié)構(gòu)的化學(xué)物質(zhì)，因?yàn)樗母兄獧C(jī)制是基于化學(xué)相互作用的，更好的方式是依靠液相色譜質(zhì)譜儀。

4 觸覺仿生在發(fā)酵食品中的應(yīng)用

觸覺仿生裝置，是皮膚“仿生”的一種電子系統(tǒng)或元件，能夠感知外界的溫度、壓力等刺激。早在1974 年，仿生觸覺傳感器首次公開亮相，并對食品質(zhì)構(gòu)的客觀評價(jià)代替人工評價(jià)展開嘗試。觸覺仿生的原理是仿人的觸感，根據(jù)不同的感觸接收點(diǎn)劃分一系列不同的力學(xué)傳感探頭，再將力學(xué)感受元傳送到計(jì)算機(jī)顯示屏上而得出一系列的圖形。使用仿生傳感技術(shù)對食品的觸覺品質(zhì)進(jìn)行評價(jià)具有重要意義，可以得到更立體、更接近人類感受的觸感，并得以表征更多傳統(tǒng)方法無法測定的食品質(zhì)構(gòu)特征。仿生觸覺發(fā)展迅速，研究出了包括仿生皮膚、仿生手、仿生神經(jīng)等，主要應(yīng)用于在機(jī)器人感知、人類假肢、特殊領(lǐng)域的仿生觸覺傳感器，如生物醫(yī)學(xué)工程、汗液傳感等領(lǐng)域。目前，在發(fā)酵食品的應(yīng)用研究主要是質(zhì)構(gòu)儀。傳感探頭可劃分為錐形、柱形、針形、球形、盤形、咀嚼性探頭等，質(zhì)構(gòu)特性包括硬度、咀嚼性、粘附性、粘度及稠度等。不同物質(zhì)需要根據(jù)實(shí)際情況選擇獲取不同的質(zhì)構(gòu)特性，因此需要選擇多樣的測試模式，如穿刺實(shí)驗(yàn)、擠壓實(shí)驗(yàn)、剪切實(shí)驗(yàn)等。

食品的食用品質(zhì)與質(zhì)構(gòu)特性密切相關(guān)。系統(tǒng)化的質(zhì)構(gòu)特性主要依靠質(zhì)構(gòu)進(jìn)行，人工評價(jià)無法對物體質(zhì)構(gòu)進(jìn)行深入測試，只能停留在物體表面，且沒有統(tǒng)一的判斷標(biāo)準(zhǔn)。馮月玲等利用質(zhì)構(gòu)儀對發(fā)酵青菜進(jìn)行硬度穿刺測試，分別對下、中、上不同部位進(jìn)行測試，以探究不用發(fā)酵條件下泡菜質(zhì)地的變化趨勢。質(zhì)構(gòu)儀在液體（如酒類）質(zhì)構(gòu)特性的研究較為少見，常見的研究方式是對發(fā)酵原料及發(fā)酵過程的中間產(chǎn)物進(jìn)行質(zhì)構(gòu)檢測，從而將發(fā)酵過程的物質(zhì)質(zhì)構(gòu)特性變化與酒類釀造的品質(zhì)進(jìn)行關(guān)聯(lián)性分析。李素萍等對紅谷、圓糯米、黍米等六種黃酒原料浸泡過后質(zhì)構(gòu)特性的動態(tài)變化進(jìn)行檢測，同時(shí)比較米漿中的氨基酸及有機(jī)酸成分，結(jié)果表明紅谷最適宜發(fā)酵醪的下階段微生物發(fā)酵。Qi 等為分析淀粉結(jié)構(gòu)對兩種米酒（普通米酒（NRW）和糯米酒（WRW））質(zhì)地的影響，對酒糟（發(fā)酵米粒）的質(zhì)構(gòu)特性進(jìn)行檢測，結(jié)果表明酒糟的粘性和咀嚼性與淀粉的結(jié)晶度呈正相關(guān)，與其顆粒直徑呈負(fù)相關(guān)，較高的酒糟質(zhì)構(gòu)特性使得WRW 的質(zhì)地高于NRW。

在發(fā)酵食品中，質(zhì)構(gòu)儀一般用于對對象的彈性、咀嚼性、粘附性、回復(fù)力等質(zhì)構(gòu)特性進(jìn)行定性定量分析，精確度高、操作簡便且可選擇范圍廣，是品質(zhì)評價(jià)的重要指標(biāo)之一。目前，對產(chǎn)品客觀的質(zhì)構(gòu)特性與感官評價(jià)仍然具有一定差距，主要原因是質(zhì)構(gòu)測試的選擇模式較多樣，缺乏統(tǒng)一的執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)且難以進(jìn)行多維度的綜合測定，需要進(jìn)一步規(guī)范同類產(chǎn)品的感官和質(zhì)構(gòu)物理指標(biāo)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，結(jié)合統(tǒng)計(jì)學(xué)方法探究感官的生理和物理特性與質(zhì)構(gòu)分析的關(guān)系，尋求儀器測試和主觀評價(jià)的相關(guān)性測試方法。

5 結(jié)論與展望

近年來，仿生傳感技術(shù)發(fā)展迅速，但應(yīng)用特征均有所不同，見表1。隨著工業(yè)化生產(chǎn)的需要，感官指標(biāo)測試、實(shí)時(shí)監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析等越來越向?qū)Ｒ换⑻匦苑较虬l(fā)展，且不斷與智能計(jì)算機(jī)和現(xiàn)代分析儀器結(jié)合，呈現(xiàn)出儀器智能化、評價(jià)應(yīng)用多元化的態(tài)勢。發(fā)酵食品屬于食品中的一個(gè)重要分支，不同種類發(fā)酵食品具有其獨(dú)特的感官性質(zhì)，不同地域也會呈現(xiàn)出不同的風(fēng)格特點(diǎn)，同時(shí)，發(fā)酵是一個(gè)復(fù)雜過程，需要對其進(jìn)行穩(wěn)定控制。雖然智能仿生在發(fā)酵食品的控制或者監(jiān)測中也應(yīng)用廣泛，但仍存在不足。

表1 智能仿生在發(fā)酵食品應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)Table 1 Advantages and disadvantages of intelligent bionics in fermented food application

設(shè)備成本問題亟待解決。在視覺仿生中近紅外光譜、高清攝像等發(fā)展成熟，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)低成本化。但是對于嗅覺仿生的電子鼻、GC-MS 及味覺仿生的電子舌等成本依然昂貴，其傳感器適應(yīng)性不強(qiáng)，而現(xiàn)代不斷更新的傳感陣列價(jià)格普遍偏高。數(shù)據(jù)處理技術(shù)還需進(jìn)步和完善。仿生傳感智能感官檢測技術(shù)離不開現(xiàn)代先進(jìn)的數(shù)據(jù)處理方法。目前，雖已有主成分、聚類、偏最小二乘法、人工神經(jīng)網(wǎng)、遺傳算法、證據(jù)理論等相對成熟的數(shù)據(jù)處理方法，但從檢測精度、檢測速度和效率來綜合分析，這些算法并不一定是最好的，因此還有待開發(fā)新的數(shù)據(jù)處理方法。設(shè)備聯(lián)用還尚待進(jìn)一步完善。仿生傳感技術(shù)是集味覺、嗅覺、視覺、聽覺等一系列的融合信息處理。目前，對于仿生傳感融合技術(shù)應(yīng)用廣泛，如電子舌-電子鼻聯(lián)用、電子鼻與GC-MS 聯(lián)用等，但尚未多感官間聯(lián)用的研究。

發(fā)酵食品種類繁多，經(jīng)過發(fā)酵以后風(fēng)味、色澤、質(zhì)地等均會發(fā)生極大的改變，用單一的感官評價(jià)方式難以進(jìn)行全面的品質(zhì)評價(jià)，需要多種現(xiàn)代感官融合對其進(jìn)行全面表征，以多元數(shù)據(jù)融合技術(shù)進(jìn)行分析，如化學(xué)計(jì)量學(xué)方法。隨著電子傳感技術(shù)的發(fā)展，各類智能仿生將能展現(xiàn)其良好的應(yīng)用價(jià)值。