食品感官評(píng)價(jià)技術(shù)是通過收集由視覺、嗅覺、味覺和聽覺而感知到的食品感官數(shù)據(jù)，利用科學(xué)的分析方法，對(duì)食品實(shí)行定性、定量的檢驗(yàn)與分析的技術(shù)。自1975 年起，陸續(xù)有學(xué)者開始研究香氣和組織的評(píng)價(jià)，但感官評(píng)價(jià)在食品中的大量應(yīng)用是在20世紀(jì)90年代末。后續(xù)又經(jīng)過近50年的發(fā)展，感官評(píng)價(jià)方法變得更直觀、簡(jiǎn)便且實(shí)用性強(qiáng)，現(xiàn)已受到了各國(guó)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)的認(rèn)可和使用。

 

最早出現(xiàn)的感官評(píng)價(jià)技術(shù)為人工感官評(píng)價(jià)，目前主要參考國(guó)標(biāo)和權(quán)威文獻(xiàn)使用；電子舌作為一種模仿嗅覺的設(shè)備，在食品領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，包括保質(zhì)期、質(zhì)量控制和監(jiān)控、安全檢測(cè)、摻假和真實(shí)性、食品監(jiān)管原產(chǎn)地識(shí)別等，目前，感官評(píng)價(jià)技術(shù)已由單一的手段發(fā)展到人工感官評(píng)價(jià)與電子舌等儀器分析相結(jié)合的感官評(píng)價(jià)。近幾年根據(jù)人因工程學(xué)開發(fā)的面部表情分析技術(shù)也在食品評(píng)價(jià)領(lǐng)域得到初步應(yīng)用，但是由于表情采集方法的不同和個(gè)體的差異，該領(lǐng)域的研究有待深入。

 

 

前言
 

人工感官評(píng)價(jià)的結(jié)果更多依賴于品評(píng)員，而品評(píng)員在品評(píng)過程中易受多方面因素的影響，例如環(huán)境、心態(tài)、時(shí)間、身體狀態(tài)等因素都會(huì)對(duì)品評(píng)結(jié)果有一定的影響。如果遇到重復(fù)測(cè)試，品評(píng)員的評(píng)價(jià)結(jié)果也會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定、耗時(shí)耗力等問題。電子舌是在舌器官的啟發(fā)下研發(fā)出的一種新興感官仿生評(píng)價(jià)技術(shù)。它可以模仿人的舌頭對(duì)食物的呈味物質(zhì)做出方便快捷而又不失精確的檢驗(yàn)。

 

電子舌的簡(jiǎn)要說明如下表所示，電子舌主要有 3 個(gè)組成部分，分別是傳感器陣列、信號(hào)采集單元和模式識(shí)別系統(tǒng)。傳感器陣列演繹著人體舌器官的角色，通過對(duì)味覺信息進(jìn)行感知，然后將感知到的信息轉(zhuǎn)為電子信號(hào)；信號(hào)采集單元?jiǎng)t扮演神經(jīng)系統(tǒng)的角色，對(duì)收到的信號(hào)進(jìn)行接收，再通過放大、轉(zhuǎn)換等階段輸入到下一系統(tǒng)里；模式識(shí)別系統(tǒng)則裝扮大腦的角色對(duì)收到的信息進(jìn)行處理、分析，最后得出被測(cè)樣品的感官評(píng)價(jià)信息。電子舌可以測(cè)定 9 個(gè)味覺指標(biāo)，依據(jù)不同的目的可以有針對(duì)性的選擇其中幾個(gè)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)試，真正地實(shí)現(xiàn)了食物味覺指標(biāo)的數(shù)字化。

 

 

電子舌在食品風(fēng)味檢測(cè)和產(chǎn)品評(píng)價(jià)中的應(yīng)用
 

現(xiàn)階段，電子舌技術(shù)已經(jīng)可以應(yīng)用于食品的風(fēng)味評(píng)價(jià)、加工、鑒別和品質(zhì)管理等方面。在產(chǎn)品研發(fā)或者改良過程中，電子舌可以將食物的味道具象為數(shù)值，通過不同條件下具體數(shù)值的變化幫助制定更加明確的試驗(yàn)方案，降低試驗(yàn)成本。Bakhsh等使用電子舌測(cè)試添加不同比例大豆植物蛋白的牛肉餅的味覺特征，結(jié)果顯示隨著大豆植物蛋白添加比例的提高，酸味、澀味、鮮味和咸味顯著增高，苦味、豐富度顯著下降，并且牛肉餅的味道變化與它的脂肪酸含量變化存在相關(guān)性。Valente等用電子舌對(duì)生牛奶奶酪和巴氏殺菌牛奶奶酪在制備后和成熟后（7d和21d）進(jìn)行分析，在第一周跟蹤奶酪的成熟過程，能夠區(qū)分生牛奶和巴氏殺菌牛奶制成的奶酪，同時(shí)分辨乳清和凝乳的準(zhǔn)確率分別為96% 和 84%。電子舌可以通過食物中的呈味物質(zhì)快速分析出味道屬性特征，結(jié)合PCA、線性判別分析（LDA）準(zhǔn)確對(duì)樣品進(jìn)行區(qū)分、歸類，根據(jù)這一特點(diǎn)可以將其應(yīng)用到食物的鑒別中。Dong等用電子舌區(qū)分北農(nóng) 2 號(hào)蛋雞、海蘭褐殼蛋雞和五黑蛋雞三種蛋雞的雞蛋，3 個(gè)品種雞蛋的主要不同口味是蛋黃的苦味和蛋清的澀味，PCA不能對(duì)蛋黃和蛋白進(jìn)行分組。在電子舌的分類模型中，LDA和K-近鄰算法（KNN）對(duì)蛋黃的分類準(zhǔn)確率為 96.7%，LDA 對(duì)蛋白的分類準(zhǔn)確率為 88.9%，KNN對(duì)全雞蛋的分類準(zhǔn)確率為87.5%。作為一種可以快速檢測(cè)批量樣品，對(duì)樣品味覺特征實(shí)現(xiàn)量化的仿生儀器，電子舌未來的應(yīng)用前景十分廣闊，可以實(shí)現(xiàn)多學(xué)科、多領(lǐng)域的使用。

 

電子舌結(jié)合人工感官在食品行業(yè)中的應(yīng)用
 

雖然電子舌技術(shù)可以通過模仿人類的舌頭來實(shí)現(xiàn)對(duì)呈味物質(zhì)快速且準(zhǔn)確的檢測(cè)識(shí)別，但是它無法代替人對(duì)于產(chǎn)品的直觀感知過程，無法獲知產(chǎn)品所能引起消費(fèi)者的直接感受或者喜好，所以將人工感官評(píng)價(jià)和電子舌評(píng)價(jià)結(jié)合使用，即可彌補(bǔ)人工感官評(píng)價(jià)帶來的不足，又可增加電子感官評(píng)價(jià)結(jié)果的說服力。

 

即使人工感官評(píng)價(jià)技術(shù)存在一定的缺點(diǎn)，但它現(xiàn)已發(fā)展的十分完整，得到了大多數(shù)人的應(yīng)用與認(rèn)可，將感官評(píng)價(jià)所得結(jié)果與電子舌結(jié)果進(jìn)行對(duì)照，可進(jìn)一步說明電子舌結(jié)果的準(zhǔn)確性，如 Wang等用電子舌檢測(cè)鮮味單味和風(fēng)味增強(qiáng)劑的鮮味強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)電子舌的鮮味響應(yīng)值和增味劑濃度呈半對(duì)數(shù)函數(shù)關(guān)系，PCA 和 LDA 能夠成功區(qū)分增味劑的種類和濃度，人工感官評(píng)價(jià)驗(yàn)證結(jié)果與電子舌測(cè)試結(jié)果一致，鮮味得分越高，電子舌對(duì)應(yīng)的響應(yīng)值越高；人工感官評(píng)價(jià)進(jìn)一步證實(shí)了電子舌對(duì)風(fēng)味增強(qiáng)劑分析的準(zhǔn)確性，也說明了電子舌是快速分析味道的工具。王俊魁 等對(duì)四款品牌不同的韭菜花醬進(jìn)行定量描述分析試驗(yàn)、消費(fèi)者喜好評(píng)定試驗(yàn)和電子舌評(píng)價(jià)，后將二者結(jié)果對(duì)比發(fā)現(xiàn)電子舌的評(píng)價(jià)結(jié)果和消費(fèi)者喜好評(píng)分結(jié)果具有統(tǒng)一性。這一特點(diǎn)說明電子舌測(cè)試結(jié)果與人工感官評(píng)價(jià)結(jié)果的一致性高，兩者結(jié)合使用則會(huì)揚(yáng)長(zhǎng)避短。如 Sipos 等篩選 14 名評(píng)審員對(duì)花粉的外觀、氣味、味道進(jìn)行評(píng)估，用電子舌對(duì)花粉的液體樣品進(jìn)行測(cè)試。融合人工感官評(píng)價(jià)和電子舌測(cè)試數(shù)據(jù)的偏最小二乘回歸結(jié)果表明，與獨(dú)立的數(shù)據(jù)相比，融合之后數(shù)據(jù)的誤差減小、重現(xiàn)性更好，將兩種方法結(jié)合所得的結(jié)果具有更高的精確度。將兩種方法用于產(chǎn)品的開發(fā)研制，還可以節(jié)約成本，提高效率，如 Hou 等使用人工感官評(píng)價(jià)和電子舌感官評(píng)價(jià)對(duì)干燥后香菇風(fēng)味進(jìn)行了測(cè)試，基于感官分析和電子舌響 應(yīng)值的相關(guān)性分析顯示鮮味、咸味、澀味傳感器的響應(yīng)值與生蘑菇狀的氣味呈負(fù)相關(guān)，而與汗味、烘烤味 和調(diào)料味呈正相關(guān)，酸味傳感器與汗味和調(diào)料味呈負(fù)相關(guān)；苦味與香氣屬性、水果香氣與傳感器都沒有相關(guān)性，這說明人工感官評(píng)價(jià)結(jié)果和電子舌測(cè)試結(jié)果結(jié)合可以更清晰的得出不同的干燥工藝對(duì)香菇的風(fēng)味特性有重要影響。二者的結(jié)合使用縮小了人工感官評(píng)價(jià)中品評(píng)員主觀因素的影響，并且將電子舌的測(cè)試值賦予了品評(píng)員的喜好度，使測(cè)試結(jié)果更直觀和便于應(yīng)用。

電子舌結(jié)合檢測(cè)儀器在食品行業(yè)中的應(yīng)用
 

電子舌雖可以表征待測(cè)樣品的 8 種味道值，但無法檢測(cè)出引起味道變化的機(jī)制，液相色譜儀、質(zhì)譜儀等高端儀器可進(jìn)行定性和定量的分析，將電子舌與液相色譜儀、質(zhì)譜儀等儀器連用既可以測(cè)定味覺特征還可以闡明味覺品質(zhì)的化學(xué)基礎(chǔ)。這種方法可用于食品的鑒定和分類，如 Cheng 等將液-質(zhì)聯(lián)用技術(shù)與電子舌技術(shù)相結(jié)合，鑒定 5 種典型黑茶的化學(xué)成分和口感品質(zhì)的變化，通過電子舌測(cè)試分析可知普洱茶的苦味和苦味回味最強(qiáng)，而福傳茶的澀味、澀味回味和咸味最強(qiáng)，普洱茶與清轉(zhuǎn)茶、康傳茶與六寶茶味覺特征相似；黑茶的苦味和苦味回味與茶多酚、黃酮、多糖呈負(fù)相關(guān)，與茶多酚呈正相關(guān)，澀味回味與茶多酚、黃酮類呈正相關(guān)。Gao 等使用電子舌、超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜（UPLC-MS/MS）檢測(cè)蛋黃的味道特征，結(jié)果顯示腌蛋黃的特征味道為鮮味，UPLC-MS/MS 顯示，腌蛋黃與新鮮生蛋黃的代謝物存在顯著差異，并結(jié)合 PCA 可知谷氨酸、天冬氨酸、核苷酸、琥珀酸、甜菜堿、谷氨�；�肽及其衍生物是腌蛋黃中鮮味物質(zhì)的重要組成部分。電子舌與儀器聯(lián)用還可以用于食品的加工過程中。如 SuarezEstrella 等用電子舌評(píng)價(jià)生或熟藜麥種子中獲得的面粉，未煮熟的樣品有變苦的趨勢(shì)，而煮熟的種子更具澀味、鮮味、咸味和后澀味的特征；繼而用液相色譜-高分辨率質(zhì)譜法定量測(cè)定皂苷，解釋了發(fā)芽時(shí)間、皂苷含量、苦味程度的關(guān)系。Yu 等采用電子舌和固相微萃取氣相色譜（HS-SPME-GC/MS）對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)發(fā)酵豆醬進(jìn)行風(fēng)味表征，并通過電子舌數(shù)據(jù)的線性建模法（PLS）和非線性建模法（SVM）表明總酸度、還原糖、鹽度和氨基酸氮在發(fā)酵豆醬的口感中起著重要作用。了解風(fēng)味相關(guān)物質(zhì)對(duì)消費(fèi)者判斷食品的感官品質(zhì)和整體可接受度非常重要，加入液相色譜儀、質(zhì)譜儀等儀器可以幫助量化與風(fēng)味相關(guān)的某些特定化合物，展現(xiàn)了氣味產(chǎn)生和變化的機(jī)制，與電子舌結(jié)果結(jié)合可廣泛應(yīng)用于食品的研發(fā)、儲(chǔ)存時(shí)風(fēng)味變化的檢測(cè)、貨架期預(yù)測(cè)等方面。

 

 

 

消費(fèi)者在選購(gòu)食品時(shí)常常會(huì)受到顏色、形狀、氣味、口味、質(zhì)地等因素的影響，這些影響又會(huì)進(jìn)一步引起消費(fèi)者產(chǎn)生多種情緒反應(yīng)，而情緒反應(yīng)對(duì)消費(fèi)者的最終決策起著決定性的作用，因此掌握消費(fèi)者的情緒變化和食品體驗(yàn)之間的聯(lián)系就顯得十分重要。了解消費(fèi)者的情緒變化目前有兩種方法，一是顯性測(cè)量方法，通過享樂量表等測(cè)量問卷獲得；二是隱性測(cè)量方法，通過面部表情、身體行為等獲得。在隱性測(cè)量中通過消費(fèi)者的面部表情來理解消費(fèi)者的情緒，是一個(gè)可行性很高的方法。

 

面部表情分析技術(shù)主要包括表情特征提取、表情分類方法、表情單元識(shí)別和表情強(qiáng)度識(shí)別四個(gè)方面。面部表情分析技術(shù)的特點(diǎn)為非接觸式快速捕捉面部信息且即時(shí)分析，所得結(jié)果客觀準(zhǔn)確無偏差，還可以進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)量，輕松與其他測(cè)試手段進(jìn)行數(shù)據(jù)整合。現(xiàn)階段，這項(xiàng)技術(shù)主要用于心理學(xué)、教育學(xué)、市場(chǎng)評(píng)估和消費(fèi)者行為領(lǐng)域的研究。荷蘭Noldus 公司以面部動(dòng)作和面部表情自動(dòng)分析技術(shù)為基礎(chǔ)推出了自動(dòng)分析面部表情的專業(yè)軟件Face reader，它可以識(shí)別開心、傷心、憤怒、驚訝、害怕、討厭六種基礎(chǔ)情緒和中性狀態(tài)。它的工作原理為首先使用基于深度學(xué)習(xí)的人臉查找算法查找人臉，其次使用近500個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)制作準(zhǔn)確的人工人臉模型，最后使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)表情進(jìn)行分類和評(píng)分。

 

 

面部表情分析作為一種可以更加真實(shí)、直接表達(dá)食用者喜好的方法，已經(jīng)在食品的感官評(píng)價(jià)、消費(fèi)者的偏好預(yù)測(cè)等方面得到了應(yīng)用。Thejani 等使用感官評(píng)價(jià)表和面部表情分析技術(shù)評(píng)估品嘗 5 種味道巧克力過程中的感官反應(yīng)和情緒，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這 5 種巧克力的總體喜好差異顯著，其中甜巧克力最受歡迎，咸巧克力最不受歡迎，甜巧克力與消極情緒憤怒呈負(fù)相關(guān)，咸巧克力與消極情緒悲傷呈正相關(guān)。馮婧等也以類似的研究思路，即人工感官評(píng)測(cè)結(jié)合面部表情分析技術(shù)對(duì)露酒的接受度進(jìn)行探究，并驗(yàn)證了面部表情分析技術(shù)可作為露酒消費(fèi)者接受度評(píng)價(jià) 的應(yīng)用價(jià)值。盡管如此，上述研究?jī)H僅簡(jiǎn)單地將面部表情分析與主觀感官評(píng)測(cè)同時(shí)使用和數(shù)據(jù)采集，并進(jìn)行初步的相關(guān)性分析，沒有形成真正的技術(shù)融合。Yamamoto 等記錄和匯總10名品評(píng)員飲用10種不同口味溶液過程中的面部表情變化和享樂評(píng)分結(jié)果，以情緒評(píng)分和感知評(píng)分為基礎(chǔ)建立預(yù)測(cè)感知喜好程度的計(jì)算公式，并通過另外12名品評(píng)員的人工品評(píng)結(jié)果檢驗(yàn)該公式的適用性，證明了預(yù)測(cè)結(jié)果與感知評(píng)分具有較好的相關(guān)性和一致性。相較于前述研究，這項(xiàng)工作雖然使用的是較簡(jiǎn)單的多元線性回歸算法將不同評(píng)價(jià)技術(shù)結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，而且樣本量也較小，但是已經(jīng)明確應(yīng)用了數(shù)據(jù)建模的研究方法。這也表明未來食品感官評(píng)價(jià)技術(shù)可以通過采集面部表情變化，搭建機(jī)器學(xué)習(xí)算法并持續(xù)積累樣本量和數(shù)據(jù)量，更準(zhǔn)確地研究和預(yù)測(cè)消費(fèi)者的感官喜好，不再依賴主觀量表；甚至可以在同一時(shí)間軸之上，采集腦電、心電、皮溫和肢體動(dòng)作等更豐富的客觀數(shù)據(jù)進(jìn)行 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)，繼而進(jìn)化形成食品感官的 AI 模型。

 

 

 

 

人工感官評(píng)價(jià)技術(shù)在食品領(lǐng)域已經(jīng)被廣泛地接受和應(yīng)用，不過人在進(jìn)行品評(píng)時(shí)會(huì)受到心態(tài)、環(huán)境等多方面因素的影響，導(dǎo)致結(jié)果具有一定的不穩(wěn)定性。電子舌技術(shù)可以彌補(bǔ)人工感官評(píng)價(jià)技術(shù)的不足，實(shí)現(xiàn)定性和定量分析，并增強(qiáng)測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，還可以不間斷地批量測(cè)試，提高測(cè)試的效率，節(jié)約成本。面部表情分析可以通過品評(píng)員的面部情緒變化更加直觀的分析品評(píng)員的喜好，還能夠有效避免問卷結(jié)果帶來的主觀偏差。盡管如此，電子舌技術(shù)在使用中存在著不能檢測(cè)固體、高度酒等樣品，無法評(píng)價(jià)好壞與喜好等缺點(diǎn)，而面部表情分析在應(yīng)用中容易受到環(huán)境條件干擾、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理不到位、數(shù)據(jù)分析結(jié)果存在偏差等缺點(diǎn)，那么如何綜合運(yùn)用各種感官評(píng)價(jià)手段，取長(zhǎng)補(bǔ)短將是未來技術(shù)應(yīng)用的新思路。