电子鼻概述
许学勤-食品工厂机械与设备-第三章-物料预处理设备
内部结构
它主要由箱式壳体、进出瓶机构、输瓶机构、预泡槽、洗涤液浸 泡槽、喷射机构、加热器以及具有热量回收作用的集水箱及净化机构等 构成。
单端式洗瓶机特点
▪ 与双端式自动洗瓶机相比，单端式洗瓶机仅 需一人操作，输送带在机内无空行程，所以空间 利用率较高。但由于净瓶与脏瓶相距较近，从卫 生角度来看，净瓶有可能为脏瓶污染。所以，现 在一般不采用。
瓶中的污物:食物残液、污垢和瓶外的旧商 标等。
基本清洗方法:浸泡、喷射、刷洗。 辅助手段:加热和洗涤剂等物理和化学手段
的辅助。
浸泡
将容器浸没于一定浓度和温度的洗涤液 中(一般为碱性溶液)软化、乳化或溶解 黏附于瓶上的不清洁物，并加以杀菌、 浸泡后，再将瓶中污水倒去。
通常为洗瓶机流程的前道工序。
喷射
利用喷嘴将清水或洗涤液以一定压力 (0.2~0.5MPa)对瓶内(或瓶外)进行喷射， 清除瓶内(外)污物的清洗方法。
喷射多用于小口径瓶子的清洗机。
刷 洗
刷洗利用旋转刷子将瓶内污物刷洗掉。 由于是直接接触污物洗刷，故去除效果好。 问题：①较难实现连续洗瓶；②转刷遇到油污瓶，会
污染刷子；③若遇到破瓶，会切断转刷的刷毛，使 毛 刷失效并污染其它净瓶；④须经常更换毛刷。
• 3.按物料的密度分选、分级
• 按物料的密度分选和分级主要用于颗粒 的粒度或形状相仿但密度不同的物料， 利用颗粒群的相对运动过程中产生的离 析现象（或称为自动分级）进行分选和 分级。颗粒群的相对运动可以由工作面 的摇动或气流造成。
• 4. 按物料的流体动力特性分选、分级
• 利用物料的流体动力特性的差别，在垂 直、水平或者倾斜的气流或水流中进行 分选和分级，实际上是综合了物料的粒 度、形状，表面状态以及密度等各种因 素进行的分选和分级。其中水流分级主 要用于不溶性物料，如淀粉制造，小麦 去石等。
各大整车厂气味试验标准及测试方法介绍概述
气味要求：N≥5级
实验人员：十名气味评判员
评判等级
共分为10个等级： 10=极度满意 5=中立的 9=很满意 4=有点不满意 8=满意 3=不满意 7=尚满意 2=非常不满意 6=相对满意 1=极度不满意
评定小组的人员组成
从事于与在车厢存在材料有关的不同部门 与顾客的平均数一致的60%男人和40%女人 最大年龄为45岁，因为人的嗅觉通常会随 年龄增长而衰退 有专门的嗅觉评定员，来自涉及特殊材料 部门
通用气味检测
实验标准：GME
60276 评判等级：１０级 气味要求：Ｎ≥６级 实验人员：六名气味评判员
评判等级
共分为10个等级： 10=无气味 5=几乎无法容忍 9=略可察觉 4=厌恶的气味 8=可察觉 3=恶心的气味 7=轻微 2=非常恶心的气味 6=可容忍 1=无法忍受。
整车的检测方法
最后是对整车进行检测。通常是把 汽车内部加热后测试人员进入车内， 评估车内整体气味，辨别散发强烈气 息的部件。同时辅助以电子设备，用 来分析具体成分。
雪铁龙气味检测标准
实验标准：VDA270
评判等级：6级 气味要求：N≤3.5级 实验人员：至少三名气味评判员
评判标准
气味判定
嗅辨小组共由六名成员组成，其 中三人为专业的嗅辨人员，其余三人 为非专业人员。 将容器从恒温实验箱中移至标准 实验室冷却至室温，让6位测试员分 别对样品进行评定分级，分别除去最 高分和最低分，然后取算术平均值。 气味等级 N=（∑Ni-Nmax-Nmin）/4
依维柯气味检测
实验标准：7-G0055
实验人员：最少三名气味评判员
评判等级
分为四个等级 1 无气味 2 有可察觉的气味，但可以接受 3 厌恶的气味，不可以接受 4 非常恶心的气味，不可以接受
现代食品检测技术
第一章 人工嗅觉、人工味觉检测技术
第一节 人工嗅觉、人工味觉检测技术概述 人工嗅觉系统－－电子鼻 人工味觉系统－－电子舌
它得到的不是被测样品中某个或某几种成分的 定性与定量结果，而是样品的整体信息，也 称“指纹”数据。 涉及传感器融合技术、计算机技术和应用数学 以及食品科学技术等
一、生物嗅觉与味觉
短波近红外：780-1100nm 长波近红外：1100-2526nm
第一节 近红外光谱分析技术简介
一、近红外光谱的采集方法
近红外光谱主要是由物质吸收光能使分子振动从基态向高能级 跃迁时产生的。
红外光线的能量要被分子基团吸收，必须满足两个条件： （1）光辐射的能力恰好满足分子振动能级跃迁所需的能量，
用 五、近红外光谱分析技术在食品生产线上的应用 六、近红外光谱分析技术在食品其他方面的应用
第三章 PCR基因扩增技术
第一节 PCR技术的检测原理 一、PCR的基本原理
模版DNA
变性和退火
引物延伸
长产物片段 短产物片段
二、PCR技术的特点
（一）特异性强 （二）灵敏度高 （三）简便快速 （四）对标本的纯度要求低
技术特点： （1）分析速度块，测量过程大多在1min中完成 （2）分析效率高 （3）适用的样品范围 （4）样品一般无需预处理 （5）分析成本较低 （6）测量重现性好 （7）对样品无损伤 （8）便于在线分析 （9）对操作人员要求低
四、近红外光谱分析技术存在的问题
（1）灵敏度相对较低 （2）需要用标样进行校正对比 （3）检测限易受影响 （4）变动性大 （5）难以用常规方法解析图谱 （6）多个谱峰的重叠
第二节 PCR引物的设计
一、引物的选择 二、引物设计的原则 三、引物合成的质量
电子鼻和电子舌在食品监测中的应用
第20卷第2期2004年3月农业工程学报T ran sacti on s of the CSA E V o l .20 N o.2M ar . 2004电子鼻与电子舌在食品检测中的应用研究进展王 俊,胡桂仙,于 勇,周亦斌(浙江大学生物系统工程与食品科学学院,杭州310029)摘 要:随着嗅觉与味觉传感器技术的发展,电子鼻与电子舌技术在食品检测中得到了不断研究与应用。
电子鼻由气敏传感器、信号处理和模式识别系统等功能器件组成。
电子舌是用类脂膜作为味觉传感器,以类似人的味觉感受方式检测味觉物质。
着重阐述了电子鼻与电子舌技术的结构组成,重点介绍了其在食品新鲜度检测、果蔬成熟度评价及饮料、酒类识别等轻工业中的应用现状与发展趋势,并指出了这些信息新技术实现过程中所需要解决的问题。
关键词:电子鼻;电子舌;食品;检测中图分类号:T S 207.3 文献标识码:A 文章编号:100226819(2004)022*******收稿日期:2003201228 修订日期:2004202218作者简介:王 俊(1965-),男,教授,博士生导师,主要从事农产品加工工程研究,杭州市 浙江大学生物系统工程与食品科学学院,310029。
Em ail :j w ang @zju .edu .cn0 引 言食品品质通常是通过气味、外观、质地、滋味和营养等方面来评价的。
为提高食品品质评审的客观性、可靠性、重复性,减少人为评定差异,近年来国内外在应用电子鼻与电子舌技术方面,开展了一系列研究,并取得相当进展。
电子鼻又称气味扫描仪,是20世纪90年代发展起来的一种快速检测食品的新颖仪器。
它以特定的传感器和模式识别系统快速提供被测样品的整体信息,指示样品的隐含特征[1]。
电子舌是一种使用类似于生物系统的材料作传感器的敏感膜,当类脂薄膜的一侧与味觉物质接触时,膜电势发生变化,从而产生响应,检测出各类物质之间的相互关系[2]。
这种味觉传感器具有高灵敏度、可靠性、重复性。
气味性评价基础知识讲解
• 某种物质能被 人嗅到的最小 刺激量
• 描述气味的品 质特征
嗅阈值 气味类型
【气味类型】
直接比较描述法 样品气与参考气体比较
异味类型描述法 美国试验及材料协会 甜味、辣味、烟味、腐臭味
【气味浓度】
三点比较式臭袋法（亚洲国家） 动态稀释仪（欧美国家）
气味浓度
• 气味样品被稀 释至无味时的 稀释倍数
车内气味来源及危害
主要包括气味评价的原理、流程及国内外标准概况等。
气味评价标准详解
详细讲解内饰材料气味评价的取样方法、试验条件、评价 指标等。
联盟标准解读
综述车内气味问题的产生，着重讲解车内气味来源、危害及 污染特点。
对中国汽车摩托车检测认证联盟团体标准进行解读。
车内气味评价方法
介绍仪器分析法和嗅觉评价法，分析两者的特点。
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1.2 本次培训流程
1.2.1 首次培训 依据中国汽车摩托车检测认证联盟团体标准《汽车气味评价员培训规范》进行
理论知识培训
嗅觉能力测试
气味等级培训
气味识别培训
理论知识考核
开卷考试 满分100分，80分合格
嗅觉能力考核
气味强度考核 气味识别考核 完全答对者合格 共三次考核机会
综合考核
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疲劳性
➢长时间接触某物质，会减弱其嗅觉感觉 ➢成为疲劳状态后，即使物质消失，嗅觉 感受仍在
变动性
➢嗅觉灵敏性与人的心情、健康状况有很 大关系 ➢ 女性的嗅觉灵敏性的变动比男性大 ➢ 嗅觉与温度、湿度也有很大关系
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2.4 气味预测
异味气体通常由多种气味物质混合组成，且气味物质间普遍存在着相互作用，目前的气味强度预测模型 都存在预测效果不佳和适用范围有限等不足。
基于天牛检测的电子鼻系统设计
图1 电子鼻系统图2 测试电路环境。
考虑到被测气体含量极少，常为微量的，为达到被测气体很快充满气室，传感器充分接触待测气体，提高反应速度的目的，一般设计气室越小越好。
进气设计是气室设计的关键，本文采用“慢进快出”的原则，进行如下设计：系统测试阶段缓慢进气，使气体与传感器充分接触，提高准确性；恢复阶段则尽快排出气体，以缩短恢复时间。
因此不同阶段系统采用不同功率的进气气泵。
2.4 Labview软件设计由于气体传感器输出电压信号，本文使用Labview 系统软件，用图形化编辑语言编写程序，生成框图形式程序，将电压信号采集到计算机中绘制特征曲线。
考虑到本系统中涉及传感器阵列输出多个信号，在单路采集的基础上设计多路采集。
每一路体现为特征曲线中的一个特征值。
因为传感器输出电压为0～3V ，测试时构建一个包含7个电阻的分压电路，保证每个电阻上的电压在类似于传感器输出信号的范围内，用采集卡采集7个电阻上的电压信号，得到特征曲线如图3，满足对信号处理的需要。
3 实验测试Labview 软件绘制响应曲线。
2 电子鼻系统硬件及软件设计2.1 传感器阵列设计相对其他类型气体传感器而言，电化学式气体传感器既能满足一般检测中对灵敏度和准确性的需要，又具有体积小、操作简单、携带方便、可用于现场监测且价格低廉等优点。
因此，本系统主要使用炜盛电子科技公司的电化学气敏传感器ME3-CO(主要敏感气体：CO)、ME3-H 2S(主要敏感气体：H 2及集成气敏传感器等。
为了使各个传感器能够充分感应气体，将传感器置于气室中心，呈几何对称分布，保证每个传感器同时接收被测气体。
2.2 电路设计由于电化学气体传感器是把测量对象气体在电极处氧化还原而测电流，由此得出被测气体浓度的探测器，设计的气体传感器测试电路如图2所示。
图3 特征曲线图处于工作状态；测试时控制进气流量1L/min，持续时间15min，至输出处于稳定状态，其过程采集并绘制特征曲线；实验完毕之后再次清洗系统，使传感器恢复初始状态。
气味测试方法及标准
气味测试方法及标准气味是我们感知世界的一个重要方面，它直接影响我们的情绪、行为和感受。
为了保障人们的健康和环境质量，进行气味测试已经成为了一项必要的工作。
本文将介绍气味测试的常用方法及相关的标准，以帮助读者了解如何有效地评估和控制气味。
一、气味测试方法1. 定性气味测试方法：定性气味测试方法用于判断气味的种类和性质。
其中最常用的方法是嗅闻法，即通过人的嗅觉感知气味。
嗅闻法可以分为单独嗅闻和集体嗅闻两种方式。
单独嗅闻法是让一个人单独闻气味，集体嗅闻法是让一组人一起闻气味并取得共识。
2. 定量气味测试方法：定量气味测试方法主要用于测量气味的强度和浓度。
常见的定量气味测试方法有以下几种：- 认知测试法：通过要求测试人员给出对气味的主观感受来进行定量评估。
- 达因量化法：利用达因量化仪器，通过测量气味分子的浓度来进行定量评估。
- 气味级别判断法：测试人员按照一定的标准，将气味分为不同的级别，从而进行定量评估。
3. 仪器测试法：仪器测试法是一种利用先进的仪器设备来测量气味特性的方法。
常用的仪器测试方法有以下几种：- 气相色谱－质谱联用仪（GC-MS）：通过气相色谱和质谱相结合的技术，可以准确地鉴定和定量气味物质。
- 电子鼻（E-nose）：通过一系列化学传感器模拟人类嗅觉系统，可以对气味进行快速、准确的检测和辨识。
- 气相色谱嗅闻联用仪（GC-O）：结合气相色谱和嗅闻法，可以直接检测气味物质，并通过人的嗅觉进行评估。
二、气味测试标准1. 国际标准化组织（ISO）标准：ISO制定了一系列关于气味测试的国际标准。
其中，ISO 12219-1：2012《室内空气－部分3：为室外气味源测定室内气味负荷的标准化方法》是最具代表性的标准之一，该标准规定了测量室内空气中气味负荷的方法和计算方式。
2. 欧洲标准化委员会（CEN）标准：CEN也制定了一系列与气味测试相关的标准。
例如，CEN/TR 13725《气味测定方法》中详细介绍了气味测定的方法和指导原则，为气味测试提供了技术支持。
食品感官评复习重点
食品感官评价复习资料（食质）感官评价：以人的感官感知并测定产品特性或性质的方法。
电子鼻和电子舌：人工嗅觉和味觉系统－模拟人的嗅觉和味觉，得到的结果不是某种或几种成分的定性与定量结果，而得到的是样品中气味和滋味的整体信息和总体评价－－也称“指纹”技术感觉：是客观事物的不同特性在人脑中引起的反应。
感官（sense organ）：感受外界事物刺激的器官，有眼、耳、口、鼻、身等。
感觉的敏感性是指人的感觉器官对刺激的感受、识别和分辨能力。
感觉阈指从刚好能引起感觉，到刚好不能引起感觉的刺激强度范围，以及对这个范围内最微小变化感觉的灵敏程度。
绝对感觉阈以使人的感官产生一种感觉的某种刺激的最低刺激量为下限，以引起人同种感觉消失的最高刺激为上限，那么上下限之间的刺激强度范围值就叫绝对感觉阈。
低于该下限值的刺激称为阈下刺激；高于该上限的刺激称为阈上刺激。
刚刚能引起感觉的刺激称为刺激阈或察觉阈察觉阈值对刚刚能引起明确感觉的最小刺激量，我们称它为察觉阈值或感觉阈值下限或识别阈极限阈值对刚好导致感觉消失的最大刺激量，我们称它为感觉阈值上限，又称为极限阈值。
差别阈值指感官所能感受到的刺激的最小变化量疲劳现象（适应现象）感受器在同一刺激物的持续作用下，敏感性发生下降的现象对比现象当两个刺激同时或相继存在时，一个刺激的存在造成另一个刺激增强的现象称为对比增强现象。
协同效应是两种或多种刺激的综合效应，它导致感觉水平超过预期的每种刺激各自效应的叠加。
协同效应又称相乘作用/效果。
拮抗效应/作用它是指因一种刺激的存在，而使另一种刺激强度减弱或消失的现象。
拮抗作用又称阻碍作用。
掩蔽现象：当两个强度相差较大的声音同时传到双耳，我们只能感觉到其中的一个声音，这一现象称为掩蔽现象。
变调现象：当两个刺激先后施加时，一个刺激造成另一个刺激的感觉发生根本变化的现象，称变调现象。
对比现象两种或两种以上的呈味物质适当调配，使其中一种呈味物质的味觉变得更协调可口，称为对比现象相乘现象两种具有相同味感的物质共同作用，其味感强度几倍于两者分别使用时的味感强度，叫相乘作用，也称协同作用。
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Nabarun Bhattacharyya，Sohan Seth等人根据茶 叶在发酵过程中不同的阶段具有不同气味的原理， 利用电子鼻进行茶叶发酵过程的监测，采用二范 数法和马氏距离法进行数据处理，其结果与色度 检测和专家评估结果就近。
模式识别是对特征提取后得到的信息进行再处 理，以获得混合气体的组成成分和浓度的信息。
监督学习阶段 用被测气体来训练电子鼻，让它 知道需要感应的气体是什么。
应用阶段 经过训练的电子鼻有了一定的测试能 力，就会使用模式识别的方法对被测气体进行辨 识。
主要模式识别方法
统计模式识别技术 人工神经网络（ANN）技术 进化神经网络（ENN）技术
1987年，在第八届欧洲化学传感研究组织年会上，英国华威大学 Gardner气敏传感研究小组发表了传感器在气体测量方面应用的论 文，引起学术界的广泛兴趣。
1994年,Gardner等发表关于电子鼻的综述性文章，正式提出“电 子鼻”的概念。
此后，电子鼻研究取得了快速进展。目前，电子鼻技术的研究 主要集中在传感器等硬件的设计、模式识别等理论的研究、电子 鼻技术应用等方面。
在一般环境温度下就可工作而无需加热 制作简便、易微型化、灵敏度高
测试范围较小，受环境因素影响较大，成本高
相当于人的大脑，其作用是对传感器阵列传入 的信号进行滤波、交换和特征提取,其中最重 要的就是特征提取。
常用的特征提取方法：相对法、差分法、对数 法和归一法等。
不同的信号预处理子系统常与某个模式识别 子系统结合在一起进行开发，将其设计成一套 软件系统的两个过程，方便数据转换并保证模 式识别过程的准确性。
现ZnO、Fe2O3、MgO、SnO2、NiO、Cr2O3、TiO 等都具有气敏效应。
气敏传感器是电子鼻感知气味的基本原件， 常采用多个具有不同选择性的气敏传感器组成 阵列，利用其对多种气体的交叉敏感性，将不 同气体分子在其表面的作用转化为便于计算的、 与时间相关的可测物理信号组，实现混合气体 分析。
EN可用来评价水果的成熟度，评价和识别不同 品牌的白酒、葡萄酒、牛奶、茶叶以及果汁等。
殷勇等将Wilks准则引入主成分分析中，实现了电 子鼻对3种不同种类酒的正确鉴别。
于慧春等利用电子鼻对同类不同等级的茶叶、茶 水和茶底挥发性成分进行检测，结果表明以茶水 为对象时判别效果相对较好。
在烟草行业中的应用
待
测
化学成分分析报告
物
专业人员品评报告
品
成分分析数据库 专家品评数据库
计
知识库 算 机
气
传感器阵列
味
数据预处理器
特征提取库
数据处理器
智能显示器
结果输出
电子鼻工作原理图
Part 1
气敏传感器 阵列
Part 2
信号预处理
Part 3
模式识别
LOGO
自1931年布劳尔（P.Brauer）发现了Cu2O的电导 率随水蒸气的吸附而改变至今，人们已经相继发
此外，还有湖南大学、大连理工大学、复旦大学和西安电子科 技大学正在进行电子鼻方面的研究。总的来看，与国外相比，国 内对电子鼻的研究还停留在实验室阶段，离达到商品化还有一段 距离。
电子鼻技术在食品工业的应用
原材料的检测 生产过程的监测 产品的评价
孙钟雷根据猪肉腐败过程中散发的气体类型选择 了5个MOS型传感器，对不同新鲜度的猪肉样品 进行测定，识别率达95%。
导电型传感器 金属氧化物型 导电聚合物型 10-7
压电性传感器 石英晶体微平衡型 可达10-12 表面声波型 10-9
其他 金属氧化硅场效半导体 光学纤维传感器
结构简单，易小型化，寿命长，价格便宜，可 靠性高，灵敏度高，响应速度快，一致性好， 适用范围宽
需在200~400℃的温度下工作 灵敏度约在(5~500)×10-6 基准响应在几小时到几天之间会发生漂移 容易被气味物中存在的硫化物所毒化
2、国内研究
浙江大学高大启博士应用金属氧化物传感器阵列和主成分分析法 区别丙酮、乙醇、甲醇三种化学成分，对8种不同浓度的甲醇溶液 进行了分类，扬燕明博士应用声表面波传感器阵列组成电子鼻系统， 在识别气体气味方面作了一定的尝试。
江苏大学赵杰文教授、邹小波博士应用13个金属氧化物传感器阵 列，利用神经网络技术和遗传算法对镇江香醋和山西陈醋进行了 识别。
研究历史及现状
1、国外研究
1964年，Wilkens和Hatman利用气体在电极上的氧化-还原反应对 嗅觉过程进行了电子模拟。
1965年，Buck等利用金属和半导体电导的变化对气体进行了测量。
1982年，有人提出作为气体分类用的智能化学传感器阵列概念， 他们建立的系统包括气敏传感器阵列和模式识别系统两个部分。
法国Alpha MOS公司利用具有18个MOS传感器的 电子鼻检测6个不同产地的烟叶，实现了6种烟叶 的良好的区分，识别率达到100%。
邹小波等报道利用由8个金属氧化物传感器阵列组 成的电子鼻对不同品牌卷烟烟气进行分析，用主 成分分析法和神经网络聚类分析法对数据样本进 行解析。主成分分析法能够把各品牌卷烟分开， 而神经网络对3种品牌卷烟的识别率均在85%以上。
电子鼻概述
主要内容
电子鼻定义及工作原理 主要组成部分 研究历史及现状 食品及其它行业中的应用 展望
定义
Gardner.J.W给电子鼻下的定义是：“电子鼻是由有 选择性的电化学传感器阵列和适当的识别方法组成的 仪器，能识别简单和复杂的气味。”
工作原理
电子鼻模拟人的嗅觉对被测气体进行感知、分 析和识别，其过程包含3个部分： (1)气敏传感器阵列与气味分子反应后，通过一系 列物理化学变化产生电信号； (2)电子信号经过电子线路，将信号放大并转换成 数字信号输入计算机中进行数据处理； (3)处理后的信号通过模式识别系统，最后定性或 定量的输出对气体所含成分的检测结果。