《現(xiàn)代食品檢測技術(shù)》全套教學(xué)課件

第一章

緒論食品檢驗(yàn)技術(shù)的概念及任務(wù)食品檢驗(yàn)技術(shù)的內(nèi)容食品檢驗(yàn)技術(shù)的方法食品檢驗(yàn)技術(shù)的分析過程食品檢測技術(shù)的現(xiàn)狀發(fā)展動態(tài)

食品是指原料不經(jīng)加工或經(jīng)過加工或改變性狀、具有一定營養(yǎng)價(jià)值、對人體無害、可供人類食用的物質(zhì)

食品品質(zhì)的優(yōu)劣直接關(guān)系到人們的身體健康，而

評

價(jià)

食

品

品

質(zhì)

及

其

安

全

性

是食品檢測分析的主要任務(wù)

食品檢驗(yàn)技術(shù)是依據(jù)物理、化學(xué)、生物化學(xué)等一些基本原理，運(yùn)用各種科學(xué)技術(shù)，按照制定的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對食品的原料、輔料、半成品及成品的質(zhì)量進(jìn)行檢測，從而研究和評定食品品質(zhì)及其變化，并保障食品安全的一門科學(xué)。

近年來，食品質(zhì)量安全問題已成為全社會關(guān)注的熱點(diǎn)問題

我國人民生活已由溫飽型食物結(jié)構(gòu)向營養(yǎng)健康型食物結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變

人民飲食消費(fèi)觀念由數(shù)量型轉(zhuǎn)向質(zhì)量型，對食品衛(wèi)生質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的要求更高

我國治理和環(huán)?？萍枷鄬β浜?，導(dǎo)致環(huán)境污染，水土流失，耕地質(zhì)量下降，農(nóng)業(yè)再生產(chǎn)能力降低

我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)迅速發(fā)展，城市人口劇增，工業(yè)三廢、城市廢棄物大量排放，有毒有害物質(zhì)滲入土壤

農(nóng)業(yè)化肥、農(nóng)藥用量增加，影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量對食品質(zhì)量的要求食品質(zhì)量的現(xiàn)狀ll

我國食品質(zhì)量安全存在如下兩個(gè)方面問題：（1）食源性的中毒問題由食源性污染引起的疾病，已成為目前危害中國公民健康的最重要因素之一（2）食品污染的問題大量農(nóng)藥化肥獸藥生產(chǎn)調(diào)節(jié)劑等的使用，尤其是濫用國家已禁止的農(nóng)藥，從源頭上給食品安全帶來極大的隱患

大頭娃娃事件

時(shí)間：2003.5

地點(diǎn)：安徽阜陽從2003年5月起，安徽阜陽地區(qū)相繼出現(xiàn)嬰幼兒因飲用劣質(zhì)奶粉而腹瀉、重度營養(yǎng)不良的情況。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2003年5月以來，因食用劣質(zhì)奶粉出現(xiàn)營養(yǎng)不良綜合癥的共171例，死亡13例。2004年3月15日前后，阜陽當(dāng)?shù)仉娨暸_連續(xù)7天報(bào)道了當(dāng)?shù)卮罅繈胗變菏秤昧淤|(zhì)奶粉后變成“大頭娃娃”的消息，消息經(jīng)廣泛報(bào)道后，全國由此開始圍剿劣質(zhì)奶粉。

因脂肪、蛋白質(zhì)和碳水化合物等基本營養(yǎng)物質(zhì)不及國家標(biāo)準(zhǔn)的三分之一，充斥安徽阜陽農(nóng)村市場的劣質(zhì)奶粉被人們稱為“空殼奶粉”。

食用“空殼奶粉”的嬰兒由于蛋白質(zhì)含量嚴(yán)重不足，根本不能滿足嬰兒的生長需要，長期食用會導(dǎo)致嬰兒患上“重度營養(yǎng)不良綜合癥”，在本是生長最快的時(shí)期停止生長，四肢短小，身體瘦弱，腦袋尤顯偏大，被當(dāng)?shù)厝朔Q為“大頭娃娃”,嚴(yán)重的甚至越長越輕、越小，直至心、肝、腎等器官功能衰竭而死亡。

“立頓”茶葉事件

時(shí)間：2012.3

地點(diǎn)：北京

罪魁禍?zhǔn)祝恨r(nóng)藥殘留

綠色和平組織于2012年3月對全球最大的茶葉品牌——“立頓”牌袋泡茶葉進(jìn)行了抽樣調(diào)查，并于4月24日發(fā)布了調(diào)查結(jié)果。該組織所抽取的四份樣品共含有17種

農(nóng)

藥

殘

留

；綠茶、茉莉花茶和鐵觀音樣本中均含有

至少9種

農(nóng)

藥

殘

留

；其中綠茶和鐵觀音樣本中農(nóng)藥殘留多達(dá)13種。與歐盟農(nóng)藥殘留標(biāo)準(zhǔn)比對來看，上述四份樣品檢測出七種尚未被歐盟批準(zhǔn)使用的農(nóng)藥殘留；四份樣本都至少有一種農(nóng)藥殘留超過歐盟農(nóng)藥殘留標(biāo)準(zhǔn)最大限量。這個(gè)事件，被網(wǎng)友稱之為立頓“農(nóng)藥門”

“皮鞋酸奶果凍”

時(shí)間：2012

地點(diǎn)：北京

罪魁禍?zhǔn)祝浩ば?/p>

2012年4月9日，中央電視臺著名主持人趙普發(fā)微博稱：“來自調(diào)查記者短信：不要再吃老酸奶和果凍了。尤其是孩子，內(nèi)幕很可怕，不細(xì)說。”

媒體人“朱朱文強(qiáng)”也發(fā)微博稱，“央視一哥們說，以后別吃果凍和酸奶，問為啥，他比喻說，哪天你扔了雙破皮鞋，轉(zhuǎn)眼就進(jìn)你們肚子了”。

微博發(fā)出后，有網(wǎng)友猜測，微博指的是老酸奶和果凍中的增稠劑，有可能就是用皮革煉制的

工業(yè)

明膠。

食用明膠是國家允許使用的食品添加劑，在食品領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛。比如冰激凌、酸奶、干酪、軟糖、奶糖、火腿腸、醬牛肉、醬油等。但屬于食用和藥用的明膠太少了，所以，很多是使用工業(yè)明膠來代替的。

我國僅有的十幾家擁有生產(chǎn)許可證的大企業(yè)，生產(chǎn)的合格明膠年產(chǎn)為5萬噸左右。一些散落的合格企業(yè)生產(chǎn)的明膠多數(shù)供應(yīng)國外市場去了。這更形成了我國每年缺口1萬噸合格食用明膠的尷尬局面。

為了降低成本，獲得更多利潤，國內(nèi)很多廠家用皮革廠經(jīng)過鉻鞣加工后的皮革屑、邊角料、爛皮革等作為生產(chǎn)原料。

金屬鉻會破壞人體骨骼以及造血干細(xì)胞，長期食用會導(dǎo)致骨質(zhì)疏松，嚴(yán)重的會患上癌癥。鉻對人體健康的這種危害是一個(gè)緩慢的過程，一般在2年以上才會顯現(xiàn)出來。

螺旋藻鉛超標(biāo)事件

事件：2012.3.28

地點(diǎn)：綠A、湯臣倍健、清華紫光（金奧力）等多家保健食品企業(yè)

罪魁禍?zhǔn)祝恒U

新西蘭毒奶粉

時(shí)間：2013.1

地點(diǎn)：新西蘭

罪魁禍?zhǔn)祝憾矍璋?/p>

德國“二惡英毒飼料”事件

時(shí)間：2010.12

地點(diǎn)：德國

罪魁禍?zhǔn)祝憾河?/p>

食品質(zhì)量安全事件之所以接連發(fā)生，除了有關(guān)食品質(zhì)量安全的法規(guī)不健全之外，食品檢測技術(shù)不過關(guān)、檢測儀器使用不方便等也是很重要的原因

目前，食品質(zhì)量安全存在的嚴(yán)重問題既對食品檢測技術(shù)提出了更高的要求，同時(shí)也將促進(jìn)食品檢測技術(shù)水平的提高

控制和管理食品生產(chǎn)，保證和監(jiān)督食品的質(zhì)量各類食品生物性化學(xué)性物理性影響人體健康生產(chǎn)加工貯藏運(yùn)輸銷售

為生產(chǎn)工藝、質(zhì)量的改進(jìn)以及食品新資源和新產(chǎn)品的開發(fā)、新技術(shù)和新工藝的探索等提供可靠的依據(jù)。如食品資源的開發(fā)、新產(chǎn)品的試制、新設(shè)備的使用、生產(chǎn)工藝的改進(jìn)、產(chǎn)品包裝的更新、貯運(yùn)技術(shù)的提高等方面的研究，都需要以分析檢測結(jié)果為依據(jù)。感觀檢驗(yàn)營養(yǎng)成分分析食品添加

劑的檢驗(yàn)有毒有害物質(zhì)檢測感官指標(biāo)色澤風(fēng)味形態(tài)口感……膳食纖維第七類營養(yǎng)素食品添加劑檢驗(yàn)1

酸度調(diào)節(jié)劑2抗結(jié)劑3消泡劑4

抗氧化劑5漂白劑6膨松劑7

膠母糖基礎(chǔ)劑8著色劑9護(hù)色劑10

乳化劑11酶制劑12增味劑13

面粉處理劑14被膜劑15

水分保持劑16

營養(yǎng)強(qiáng)化劑17防腐劑18

穩(wěn)定劑19

甜味劑20增稠劑21

香料香精22

食品加工助劑食品中有毒有害物質(zhì)的檢測

農(nóng)藥包括：有機(jī)農(nóng)藥、無機(jī)農(nóng)藥、植物性農(nóng)藥、微生物農(nóng)藥；此外，還有昆蟲激素等

重金屬包括：汞、鉻、鉛及砷等生物毒性顯著的重金屬元素食品中有毒有害物質(zhì)的檢測

來源于包裝材料的有毒有害物質(zhì)

包括聚氯乙烯、印刷油墨中的多氯聯(lián)苯、包裝用紙中的熒光增白劑

其他化學(xué)物質(zhì)

包括黃曲霉毒素、貝類毒素、河豚毒素、亞硝胺化合物等三、食品檢驗(yàn)技術(shù)的方法

在食品檢測中，由于目的不同，或被檢測組分和干擾成分的性質(zhì)以及它們在食品中存在的數(shù)量差異，所選擇的檢測方法也各不相同。三、食品檢驗(yàn)技術(shù)的方法感官評定物理分析法化學(xué)分析法儀器分析法微生物檢驗(yàn)法酶檢驗(yàn)法檢驗(yàn)方法感官指標(biāo)色澤風(fēng)味形態(tài)口感……物理分析法密度黏度硬度折光率旋光度圖

10

不同處理蘋果表皮組織顯

微結(jié)構(gòu)

（

×100)Fig

10Apple

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tn1e11ts(x

100)1.

未套袋

Nonbagged

2.

套袋

BaggedC

角質(zhì)服

Cutin

membrane

E

衣皮細(xì)胞

Epidenual

cell M

機(jī)械組織

Mechanical

tissue化學(xué)檢驗(yàn)法

化學(xué)檢驗(yàn)法以物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)為基礎(chǔ)，使被測成分在溶液中與試劑作用，由生成物的量或消耗試劑的量來確定被測組分含量的方法。化學(xué)檢驗(yàn)法酸堿滴定法氧化還原滴定法配位滴定法沉淀滴定法儀器分析法紫外-可見分光光度法色譜分析法質(zhì)譜分析法原子吸收分光光度計(jì)熒光分析法專用的自動測定儀基于某些微生物生長需要特定的物質(zhì)，方法條件溫和，克服了化學(xué)分析法和儀器分析法中某些被測成分易分解的弱點(diǎn)，方法的選擇性也高。維生素微生物檢驗(yàn)法抗生素激素酶檢驗(yàn)法指利用酶的反應(yīng)進(jìn)行物質(zhì)定性、定量的方法。酶檢驗(yàn)法進(jìn)行分析的主要優(yōu)點(diǎn)是：

高效和專一?？朔擞没瘜W(xué)檢驗(yàn)法測定時(shí)，某些共存成分產(chǎn)生干擾及類似結(jié)構(gòu)的物質(zhì)也可發(fā)生反應(yīng)，從而使測定結(jié)果發(fā)生偏離的缺點(diǎn)。

測定條件溫和。檸檬酸蘋果酸有機(jī)酸乳酸葡萄糖酶檢驗(yàn)法糖類淀粉麥芽糖維生素C果糖乳糖半乳糖生物傳感器是將生物活性材料與電化學(xué)換能器相結(jié)合得到的傳感器，是電化學(xué)、電分析化學(xué)和生物學(xué)等多學(xué)科交叉的產(chǎn)物。它主要由生物識別元件和換能器組成添加劑分析食品成分分析食品鮮度分析農(nóng)藥殘留分析抗生素殘留分析生物毒素分析生物傳感器在食品檢測方面的應(yīng)用根據(jù)生物敏感元件的不同可將電化學(xué)生物傳感器分為電化學(xué)酶傳感器、電化學(xué)DNA傳感器、電化學(xué)免疫傳感器、微生物電化學(xué)傳感器、組織與細(xì)胞電化學(xué)傳感器等。酶是一類由活細(xì)胞產(chǎn)生的具有生物催化活性的蛋白質(zhì)，對相應(yīng)底物具有高效的催化轉(zhuǎn)化能力。與其它非生物催化劑不同，酶具有高度的專一性，只能催化特定的反應(yīng)或產(chǎn)生特定的構(gòu)型，因此電化學(xué)酶傳感器具有較高的選擇性。拓展知識：電化學(xué)生物酶傳感器環(huán)氧基與酶蛋白側(cè)鏈上氨基進(jìn)行反應(yīng)n電極BOO…………

NHNHNNOH

BOH酶外圍糖基含糖基的酶通過聚3-氨基苯硼酸被定向固定在電極上漆酶應(yīng)用：重金屬會抑制酶的活性，可根據(jù)電極的響應(yīng)來檢測Cd2+、Cu2+、和Pb2+等重金屬殘留辣根過氧化物酶底物：酚類應(yīng)用：酒中酚類物質(zhì)的檢測葡萄糖氧化酶乳酸氧化酶底物：乳酸應(yīng)用：分析發(fā)酵液或酒中的乳酸含量，可用于葡萄酒發(fā)酵過程的控制和優(yōu)化底物：葡萄糖應(yīng)用：食品成分分析或鮮度分析1.

含有氨基或糖基的酶的種類有很多，得到新型材料膜的基底后，可以根據(jù)食品檢測方面所需要檢測物質(zhì)的種類，選擇合適的酶進(jìn)行固定化，實(shí)現(xiàn)“一材多用”；2.

相比于離子吸附或者氫鍵吸附法固定化酶，共價(jià)鍵成鍵時(shí)比較牢靠，酶不易脫落——信號穩(wěn)定；3. 共價(jià)鍵在一定化學(xué)條件下可以斷裂，便于更換失活的酶，而且該步驟操作簡單，成本較低。

生物催化

電化學(xué)聚合合成功能化聚苯胺固定化酶實(shí)驗(yàn)室檢測樣品檢測

排除干擾

在線分析

根據(jù)目的篩選酶

探索酶活適宜條件

探索固定化條件

檢測限

靈敏度

傳感器壽命物理分析法（

食品無損檢測

〉無損檢測簡介無損檢測:

（非破壞性檢測）在不破壞待測物原來的狀態(tài)、化學(xué)性質(zhì)等前提下，為了獲取與待測物的品質(zhì)有關(guān)的內(nèi)容、性質(zhì)或成分等物理、化學(xué)情報(bào)所采用的檢查方法

食品與農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)有三個(gè)方面的內(nèi)容：①是反映物體外表特征的外部品質(zhì)；（表面顏色、表面光澤、表面平整度、物體的外表形狀以及尺寸大小等內(nèi)容

）②是反映物體基本物理性質(zhì)的品質(zhì)；（質(zhì)量、密度、彈性、硬度和黏度等內(nèi)容

）③是反映物體內(nèi)部特征的內(nèi)部品質(zhì)。（安全性、成熟度、新鮮度、營養(yǎng)成分的組成、味覺、口感、病蟲害的檢測等內(nèi)容

）檢測對象光聲 電 …等特性相應(yīng)響應(yīng)激勵(lì)信號目前用的最多的是一些單一技術(shù)如：計(jì)算機(jī)視覺、電子嗅覺等食品無損檢測的優(yōu)點(diǎn)：? 與現(xiàn)行的理化分析法不同，無損檢測的方法無需大量的試劑、溶劑等化學(xué)藥品，不會造成環(huán)境污染。? 無損檢測的方法不需要分析的前處理工作，試樣制作簡單，

可迅速分析，且分析精度高。? 無損檢測的方法因能即時(shí)檢測，適用于在線檢測(即在流水線上檢測)。? 無損檢測的方法可以在單元操作下獲得多個(gè)信息。食品無損檢測的缺點(diǎn)：（1）初次投入的成本比較高，適合規(guī)?；a(chǎn)；（2）對產(chǎn)品中的微量成分的檢測比較困難。（農(nóng)藥、獸藥殘留等）應(yīng)用形式：

生產(chǎn)過程質(zhì)量控制中的無損檢測它可以剔除每道生產(chǎn)工序中的不合格產(chǎn)品，并把檢測結(jié)果反饋到生產(chǎn)工藝中，指導(dǎo)和改進(jìn)生產(chǎn)，監(jiān)督產(chǎn)品的質(zhì)量。

用于成品的質(zhì)量控制它主要是檢驗(yàn)產(chǎn)品是否符合國家或行業(yè)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，保證食品與農(nóng)產(chǎn)品的安全性。

產(chǎn)品流通和貯藏過程中的品質(zhì)監(jiān)測規(guī)定的保質(zhì)期、保存期中的品質(zhì)監(jiān)控，同時(shí)也為及時(shí)發(fā)現(xiàn)偽劣產(chǎn)品，打擊制假和不合格產(chǎn)品提供科學(xué)的依據(jù)。無損檢測原理原理：從外部給待測物一個(gè)激勵(lì)能量，待測物受激勵(lì)能量影響時(shí)，從輸入和輸出的關(guān)系可獲得待測物的物理化學(xué)特性。待測物信號放大器信號檢測處理待測物物理化學(xué)特性反饋信息

計(jì)人人力聲電算工工學(xué)學(xué)學(xué)機(jī)嗅味檢檢和圖覺覺測測電像檢檢技技磁處測測術(shù)術(shù)檢理技技測術(shù)術(shù)技術(shù)無損檢測的步驟①選擇合理的檢測系統(tǒng)和設(shè)定檢測系統(tǒng)的參數(shù)。②收集包括可能出現(xiàn)的所有狀態(tài)的樣本，一般需要量在50～80個(gè)左右，其中一部分用作定標(biāo)方程的建立，另一部分用作對定標(biāo)方程的檢驗(yàn)。③按統(tǒng)一的檢測方法對全部樣本進(jìn)行物理信息的測定。④按國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)用法定的化學(xué)方法測量全部樣本的

待測成分的含量。⑤

運(yùn)用化學(xué)計(jì)量學(xué)方法建立定標(biāo)樣本化學(xué)測量值與物理檢測數(shù)據(jù)之間的定標(biāo)方程；⑥

將預(yù)測樣本的物理檢測數(shù)據(jù)代入定標(biāo)方程計(jì)算出待測成分的理論計(jì)算值。⑦

進(jìn)行預(yù)測樣本的預(yù)測計(jì)算值與化學(xué)測量值之間的誤差計(jì)算與分析，若誤差不能達(dá)到預(yù)定的要求，則需要改變定標(biāo)方程的建立方法，返回到第⑤步重新建立定標(biāo)方程。儀器分析法

利用能直接或間接地表征物質(zhì)的各種特性(如物理的、化學(xué)的、生理性質(zhì)等)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，通過探頭或傳感器、放大器、分析轉(zhuǎn)化器等轉(zhuǎn)變成人可直接感受的已認(rèn)識的關(guān)于物質(zhì)成分、含量、分布或結(jié)構(gòu)等信息的分析方法。

利用各種學(xué)科的基本原理，采用電學(xué)、光學(xué)、精密儀器制造、真空、計(jì)算機(jī)等先進(jìn)技術(shù)探知物質(zhì)化學(xué)特性的分析方法。

通常是測量光、電、磁、聲、熱等物理量而得到分析結(jié)果，而測量這些物理量，一般要使用比較復(fù)雜或特殊的儀器設(shè)備，故稱為"儀器分析"。

儀器分析可用于定性和定量分析結(jié)構(gòu)、價(jià)態(tài)、狀態(tài)分析微量及超痕量分析

儀器分析(與化學(xué)分析比較)的特點(diǎn):1.靈敏度高，檢出限量可降低。如樣品用量由化學(xué)分析的mL、mg級降低到儀器分析的μg、μL級，甚至更低。適合于微量、痕量和超痕量成分的測定。2.選擇性好。很多的儀器分析方法可以通過選擇或調(diào)整測定的條件，使共存的組分測定時(shí)，相互間不產(chǎn)生干擾。3.操作簡便，分析速度快，容易實(shí)現(xiàn)自動化。食品儀器分析方法的分類:儀器分析電化學(xué)分析法其他儀器分析方法色譜分析法光分析法（1）光分析法:光分析法紅外法熒光法原子吸收法紫外可見法核磁法原子發(fā)射法（2）色譜分析法:色譜分析法液相色譜法電色譜法氣相色譜法超臨界色譜法激光色譜法薄層色譜法（3）電化學(xué)分析法:電化學(xué)分析法電解分析法極譜與伏安分析法電位分析法電導(dǎo)分析法庫侖分析法電泳分析法（4）其他分析法:其他分析法聯(lián)用技術(shù)質(zhì)譜分析法熱分析法確定分析項(xiàng)目、內(nèi)容取樣與樣品儲存選擇合適的分析技術(shù)與方法樣品制備分析測定，取得分析數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)樣比較數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)處理分析結(jié)果對分析結(jié)果進(jìn)行解釋、研究

蛋白質(zhì)和脂肪的測定方法已自動化和半自動化；

氨基酸自動分析儀出現(xiàn)，革新了原有的微生物測定氨基酸的手段；

色譜分析、核磁共振、免疫分析等一些分析新技術(shù)在食品檢驗(yàn)中得以應(yīng)用；

農(nóng)藥殘留試紙法、硝酸鹽試紙法、獸藥殘留用的酶聯(lián)免疫吸收試劑盒法等食品快速檢驗(yàn)技術(shù)迅猛發(fā)展。

食品檢測技術(shù)更加注重實(shí)用性和精確性微型化成像化一體化多維化功能專用化低能耗化

食品檢測技術(shù)與計(jì)算機(jī)技術(shù)結(jié)合得越來越緊密計(jì)算機(jī)技術(shù)提高了食品檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理能力計(jì)算機(jī)技術(shù)使食品檢測更趨于智能化

大力發(fā)展實(shí)時(shí)在線、非侵入、非破壞的食品檢測技術(shù)

食品檢驗(yàn)技術(shù)的概念及任務(wù)

食品檢驗(yàn)技術(shù)的內(nèi)容

食品檢驗(yàn)技術(shù)的方法

食品檢驗(yàn)技術(shù)的分析過程

食品檢測技術(shù)的發(fā)展動態(tài)

1.儀器分析檢驗(yàn)法的分類是什么？

2.食品檢驗(yàn)技術(shù)的分析過程是什么？儀器分析檢驗(yàn)A扶

求計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)及應(yīng)用概況計(jì)算機(jī)視覺的圖像處理技術(shù)計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在食品檢測中的應(yīng)用132一、計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)

計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)是通過一個(gè)高清晰度攝像頭獲取物體的圖像，將圖像轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像，再利用計(jì)算機(jī)模擬人的判別準(zhǔn)則去理解和識別圖像，通過圖像分析作出相應(yīng)結(jié)論的實(shí)用技術(shù)。

計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)一般包含二維圖像獲取、處理和分析等過程。計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)圖像處理：著重強(qiáng)調(diào)在圖像之間進(jìn)行的變換，是圖像到圖像的過程圖像分析：對圖像中感興趣的目標(biāo)進(jìn)行檢測和測量，以獲得它們的客觀信息從而實(shí)現(xiàn)對圖像的描述，是圖像到數(shù)據(jù)的過程圖像理解：在圖像分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究圖像中各目標(biāo)的性質(zhì)和它們之間的相互聯(lián)系，并對圖像目標(biāo)的含義進(jìn)行解釋，從而發(fā)現(xiàn)其內(nèi)在規(guī)律性二、計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)應(yīng)用概況

1.

在尺寸和形狀檢測中的應(yīng)用

食品原料和產(chǎn)品的外形尺寸是產(chǎn)品分級的重要依據(jù)。用圖像分析技術(shù)可以評價(jià)膨化面包的橫截面，計(jì)算周長、面積、窩眼的方位和孔幾率等結(jié)構(gòu)參數(shù)，揭示唯一確定面包種類的信息。

1.

在尺寸和形狀檢測中的應(yīng)用

產(chǎn)品形狀也是外形尺寸檢測的重要方面，特別是水果，其形狀優(yōu)劣是分級的重要指標(biāo)。用基于計(jì)算機(jī)視覺的檢測技術(shù)可以測量蘋果，蘑菇和馬鈴薯的尺寸、顏色和形狀以及辣椒的形狀。

在國外，根據(jù)雞蛋、蘋果等的外形特征，相應(yīng)開發(fā)的計(jì)算機(jī)圖像處理系統(tǒng)，提高了這些產(chǎn)品分級機(jī)械的速度和精度。

2.

在顏色檢測中的應(yīng)用

顏色是食品質(zhì)量評價(jià)的首選特征之一，利用計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)對產(chǎn)品色澤作出評價(jià)，可以克服人眼疲勞和差異，同時(shí)還可以利用產(chǎn)品各部分顏色的不同作出相應(yīng)判斷。

一個(gè)全真圖像處理系統(tǒng)可比帶有顏色濾波器的灰度圖像系統(tǒng)提供更多的顏色信息，有助于對要評價(jià)的對象進(jìn)行更精確的描述。

2.

在顏色檢測中的應(yīng)用

在實(shí)際應(yīng)用中，有許多不同的技術(shù)可以用來提取和分析顏色信息，使用顏色圖像系統(tǒng)可以識別鮮桃的缺陷。

用顏色特征作為大豆質(zhì)量檢測指標(biāo)之一，可區(qū)分霉變大豆。

利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)可以檢測面包或其他焙烤食品的顏色來控制食品的質(zhì)量。

3.

在產(chǎn)品表面缺陷和損傷檢測中的應(yīng)用產(chǎn)品表面缺陷或損傷檢測一直是產(chǎn)品分級的難題。

使用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分類器的立體顏色直方圖可以分析雞胴體全身缺陷。

利用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)對連續(xù)旋轉(zhuǎn)雞蛋進(jìn)行裂紋檢測，正確率可達(dá)到94%。

4.

在食品成分檢測中的應(yīng)用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)在食品成分檢測方面的應(yīng)用有很多。

根據(jù)比薩餅底部的數(shù)字化圖像的顏色特征來判斷賴氨酸的含量。

運(yùn)用數(shù)字化圖像技術(shù)分析面包橫截面氣孔面積與整體面積的比例、大小均勻性、壁厚度和面包心亮度，判斷乳化劑在面包烘焙中的作用。

5.

在食品口感質(zhì)量評價(jià)中的應(yīng)用

用圖像處理技術(shù)可以獲得膨化食品斷面的彩色圖像，并對圖像進(jìn)行紋理分析，從而對膨化食品質(zhì)量進(jìn)行評價(jià)。

用圖像處理技術(shù)的紋理分析方法可以評價(jià)牛肉質(zhì)量，因?yàn)榕Ｈ饧y理特征與嫩度之間存在較強(qiáng)的相關(guān)關(guān)系，從而可以準(zhǔn)確預(yù)報(bào)牛肉嫩度。三、計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)特點(diǎn)計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)是計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的主體，計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)的特點(diǎn)就代表了計(jì)算機(jī)視覺的主要特點(diǎn)。

圖像信息量大

圖像處理技術(shù)綜合性強(qiáng)一 圖像處理簡介

數(shù)字圖像處理（digital

imageprocessing）：通俗

地講，就是用計(jì)算機(jī)對圖像進(jìn)行一系列的操作，

從而達(dá)到某種預(yù)期效果的技術(shù)。圖像按空間坐標(biāo)和明暗程度的

連續(xù)性可

分:

模擬圖像：指空間坐標(biāo)和明暗程度都是連續(xù)變化的

圖像。

數(shù)字圖像：是一種空間坐標(biāo)和灰度均不連續(xù)的、用

離散的數(shù)字(一般用整數(shù))表示的圖像。數(shù)字圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域①生物醫(yī)學(xué)圖像處理各種細(xì)胞自動計(jì)數(shù)、分類，染色體分析，癌細(xì)胞識別X光肺部圖像增晰、超聲波圖像處理、心電圖分析、立體定向放射治療等醫(yī)學(xué)診斷方面。②軍事圖像處理導(dǎo)彈的精確制導(dǎo)，各種偵察照片的判讀公安業(yè)務(wù)圖片的判讀分析，指紋識別，人臉鑒別，不完整圖片的復(fù)原等。第二節(jié)

計(jì)算機(jī)視覺的圖像處理技術(shù)③工業(yè)圖像處理郵政信件的自動分揀高速公路不停車自動收費(fèi)系統(tǒng)中的車輛和車牌的自動識別④遙感圖像處理資源調(diào)查/災(zāi)害檢測/資源勘察/農(nóng)業(yè)規(guī)劃/城市規(guī)劃⑤機(jī)器人視覺水下機(jī)器人、自動化生產(chǎn)線、無人駕駛汽車第二節(jié)

計(jì)算機(jī)視覺的圖像處理技術(shù)二 圖像數(shù)字化（一）圖像獲取設(shè)備圖像處理的第一步是獲取對象物的圖像所獲圖像的質(zhì)量直接影響后續(xù)各項(xiàng)處理的精度常用的圖像獲取裝置或稱圖像傳感器:1．?dāng)z像機(jī)和圖像采集卡攝像機(jī):目前使用最廣泛的圖像獲取設(shè)備。第二節(jié)

計(jì)算機(jī)視覺的圖像處理技術(shù)傳感器類型：Mega

Speed

黑白

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彩色

CMOS

傳感器最大分辨率：1280X1024像素尺寸：

12μmX12μm光譜范圍：400nm-1000nm像機(jī)尺寸：100mmX100mmX152mm像機(jī)重量：1.6KgPCI卡：標(biāo)準(zhǔn)PCI視頻輸出：高速數(shù)據(jù)到計(jì)算機(jī)或通過NTSC或PAL接口拍攝速度：可任意設(shè)置電源要求：6V直流或220V交流增益調(diào)節(jié)：可軟件設(shè)置，圖象尺寸：可軟件設(shè)置采集模式：自動、手動或觸發(fā)器控制文件存儲：AVI或JPG、BMP圖象處理：可用軟件進(jìn)行圖象增強(qiáng)抗沖擊：50G高速攝像機(jī)圖像采集卡:是支持視頻信號輸入輸出計(jì)算機(jī)的設(shè)備將攝像機(jī)攝取的模擬圖像信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便于計(jì)算機(jī)處理。農(nóng)產(chǎn)品自動分級及品質(zhì)檢測:目前研究——絕大多數(shù)研究的對象仍是靜態(tài)的農(nóng)產(chǎn)品個(gè)體

實(shí)際生產(chǎn)——大多是動態(tài)的農(nóng)產(chǎn)品圖像圖像處理和分析更復(fù)雜。要適應(yīng)動態(tài)需要，應(yīng)選用高速圖像采集裝置（高速攝像頭+高速采集卡/每秒幾十幀到上千幀不等）。第二節(jié)

計(jì)算機(jī)視覺的圖像處理技術(shù)圖像采集卡第二節(jié)

計(jì)算機(jī)視覺的圖像處理技術(shù)2．?dāng)?shù)碼攝像機(jī)數(shù)碼攝像機(jī)將圖像采集、A/D轉(zhuǎn)換等多種功能集于一體，直接輸出計(jì)算機(jī)可接受的數(shù)字信號。3．掃描儀精度和分辨率中等，成本很低。但速度較慢，實(shí)時(shí)性差。4.

遙感中常用的圖像獲取設(shè)備多光譜攝像機(jī)、紅外輻射計(jì)、紅外攝像儀、多通道紅外掃描儀、多光譜掃描儀、微波輻射計(jì)、俯視雷達(dá)、合成孔徑雷達(dá)等。第二節(jié)

計(jì)算機(jī)視覺的圖像處理技術(shù)（二）圖像存儲器保存圖像處理過程中有關(guān)數(shù)據(jù)和處理最終結(jié)果的裝置。（三）輸出裝置輸出可分為:軟拷貝裝置：陰極射線管顯示器(CRT)、液晶顯示器(LCD)、場致發(fā)光顯示器(ELD)、發(fā)光二極管顯示器(LED)。硬拷貝方法:

激光打印、噴墨打印、膠片照相和光盤刻錄等。第二節(jié)

計(jì)算機(jī)視覺的圖像處理技術(shù)三 數(shù)字圖像處理基礎(chǔ)

數(shù)字圖像處理的基本內(nèi)容①圖像信息的獲取。通過圖像采集裝置獲取待研究物體圖像，并借助圖像處理專用硬件將其轉(zhuǎn)換成適合計(jì)算機(jī)處理的數(shù)字信號。②圖像信息的存儲。一般作檔案存儲主要采用磁盤、光盤等。③數(shù)字圖像處理。計(jì)算機(jī)圖像處理的概念，用計(jì)算機(jī)對圖像進(jìn)行各種操作,包括圖像增強(qiáng)、分割、描述、分析、識別等一系列處理。④圖像信息的輸出與顯示。圖像處理的最終信息的顯示和輸出也是不可缺少的環(huán)節(jié)。第二節(jié)

計(jì)算機(jī)視覺的圖像處理技術(shù)四 圖像增強(qiáng)圖像增強(qiáng)：按照特定的要求，采用一系列技術(shù)，突出圖像中的某些信息以改善圖像的視覺效果，或?qū)D像轉(zhuǎn)換為更適于人或機(jī)器進(jìn)行處理的形式。為后續(xù)的特征提取、識別、分析和理解等工作打下良好的基礎(chǔ)。第二節(jié)

計(jì)算機(jī)視覺的圖像處理技術(shù)五 彩色圖像處理

偽彩色圖像處理人為地將灰度圖像像素按一定的規(guī)則賦予不同的彩色，從而將灰度圖像變換成彩色圖像，這種處理方法稱為偽彩色

(pseudo

color)技術(shù)。偽彩色技術(shù)是一種有效的圖像增強(qiáng)措施，其目的是為了提高圖像的可視分辨率。第二節(jié)

計(jì)算機(jī)視覺的圖像處理技術(shù)l，

假彩色增強(qiáng)技術(shù)假彩色(false

color)處理是通過彩色映射增強(qiáng)圖像，但其處理的原始圖像不是灰度圖像，而是一幅真實(shí)的自然彩色圖像，

或是遙感多光譜圖像等。假彩色處理主要目的：①把景物映射成奇特的色彩，會比原來的自然彩色更引人注目，留下深刻的印象。如:綠色背景中放一只紅香蕉，就格外吸引人的眼光。遙感多光譜圖像②為了提高分辨率，根據(jù)人眼的生理特點(diǎn)，將感興趣而又不易分辨的細(xì)節(jié)賦予人眼較敏感的顏色。如:人眼對綠色亮度的響應(yīng)最靈敏，可把原來是其他顏色的細(xì)小物體變換成綠色，這樣就容易鑒別了。③將多光譜圖像合成彩色圖像，不僅看起來自然、逼真，更重要的是，通過與其他波段圖像配合，可從中獲得更多的信息，

便于區(qū)分不同類型的景物。六 數(shù)字圖像文件格式

數(shù)字圖像處理通常會產(chǎn)生大量含有數(shù)字的圖像文件，而且每個(gè)文件數(shù)據(jù)量相當(dāng)大，它們必須被存檔，另外經(jīng)常需要在不同的用戶及系統(tǒng)間交換。

目前，大多數(shù)商業(yè)化的圖像處理程序可以讀寫幾種流行的圖像文件格式。第二節(jié)

計(jì)算機(jī)視覺的圖像處理技術(shù)第二節(jié)

計(jì)算機(jī)視覺的圖像處理技術(shù)六 數(shù)字圖像文件格式Hm

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無音Em第二節(jié)

計(jì)算機(jī)視覺的圖像處理技術(shù)格式BMPJPEGGIFTIFF標(biāo)準(zhǔn)的Windows或OS/2的圖形圖像的基本位圖格式所損壓縮的靜態(tài)圖像文件存儲格式壓縮圖像存儲格式，文件長度比較小支持所有圖像類型，分為壓縮和非壓縮兩大類

BMP：最典型的應(yīng)用BMP格式的程序就是Windows的畫筆。BMP是用于Windows和OS/2的位圖格式，文

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發(fā)Windows環(huán)境下的軟件時(shí)，BMP格式是最不容易出問題的格式，因此，該格式是當(dāng)今應(yīng)用比較廣泛的一種格式。但缺點(diǎn)是該格式文件比較大，所以只能應(yīng)用在單機(jī)上，不受網(wǎng)絡(luò)歡迎。

GIF

是經(jīng)過壓縮的格式，磁盤空間占用較少。

TIFF

格式支持任意大小的圖像，具有圖形格式復(fù)雜、存貯信息多的特點(diǎn)?？刹捎脽o損壓縮方案存儲。JPEG文件擴(kuò)展名為.jpg或.jpeg，其壓縮技術(shù)十分先進(jìn)，它用有損壓縮方式去除冗余的圖像和彩色數(shù)據(jù)，獲取得極高的壓縮率的同時(shí)能展現(xiàn)十分豐富生動的圖像，由于它優(yōu)異的性能，所以應(yīng)用非常廣泛。食品圖像分析中，經(jīng)常用計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)判斷食品質(zhì)量（一）

色度學(xué)基礎(chǔ)

1.顏色的表示方法設(shè)置一套作為標(biāo)準(zhǔn)的顏色樣本，被試的顏色與樣本進(jìn)行比較，然后用特殊記號來表示根據(jù)刺激光的物理性質(zhì)和色感覺的對應(yīng)關(guān)系，找到相對應(yīng)的量來表示試料的光物理性質(zhì)

2.三基色及色度表示原理

（1）三基色的概念

幾乎所有的顏色都能由三種基本色彩混配出來，這三種色彩叫做三基色三基色相互獨(dú)立，任何一種基色都不能由其它兩種顏色合成

（2）顏色混配方法相加混色?

彩色電視機(jī)相減混色?

彩色電影和幻燈片等相加混色相減混色有發(fā)光體發(fā)出的光相加而產(chǎn)生各種顏色先有白色光，而后從中減去某些成分得到各種色彩三基色是紅、綠、藍(lán)三基色是黃、青、品紅（二）顏色模型1.

RGB顏色模型R：紅色，Red，700

nmG：綠色，Green，546.1

nmB：藍(lán)色，Blue，435.8

nm

RGB模型用三維空間中的一個(gè)點(diǎn)來表示一種顏色。

每個(gè)點(diǎn)有三個(gè)分量，分別代表該點(diǎn)顏色的紅、綠、藍(lán)亮度值，亮度值限定在［0,

1］。z藍(lán)(Blue)品紅(Magenta)紅(Red)綠(Green)

黃(Yellow)y青(Cyan)xO

在RGB模型立方體中，原點(diǎn)所對應(yīng)的顏色為黑色，它的三個(gè)分量值為（0,0,0）。

距離原點(diǎn)最遠(yuǎn)的頂點(diǎn)對應(yīng)的顏色為白色，它的三個(gè)分量值為（1,1,1）。

從黑到白的灰度值分布在這兩個(gè)點(diǎn)的連線上，

該線稱為

灰色線。

其余六點(diǎn)對應(yīng)——紅、綠、藍(lán)、黃、青、品紅。

RGB的取值通常是0

~255的整數(shù)紅藍(lán)綠青（藍(lán)綠）品紅黃2.

CMY顏色模型C：青色，CyanM：品紅色，

MagentaY：黃色，Yellow常用于從白光中濾去某種顏色，成為減色原色空間。3.

HIS顏色模型H：色調(diào)，hue，I：

明度，intensityS：飽和度，saturation與人的顏色感覺一致，反映了人的視覺系統(tǒng)觀察彩色的方式，有利于圖形處理。八 圖像分割圖像分割是圖像處理中極為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。將檢測對象從背景中分離出來，以便提取農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)信息。

分割的精確程度影響甚至決定分析、識別和理解的準(zhǔn)確程度。分割問題的困難:圖像數(shù)據(jù)的模糊和噪聲的干擾。

灰度閾值分割法灰度閾值分割法:設(shè)置一個(gè)灰度閾值T，把圖像中每個(gè)像素的灰度值與它進(jìn)行比較，將大于等于T的像素與小于T的像素分劃成兩類，即物體與背景。

基于邊緣的圖像分割能從一粗糙輪廓識別出物體。物體的邊界在圖像中是由灰度不連續(xù)性所反映的，通常先通過邊緣檢測算子提取圖像中可能的邊緣

點(diǎn)，再把這些點(diǎn)連接起來形成封閉的邊界。應(yīng)用實(shí)例探討計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)無損檢測禽蛋的裂紋，代替工業(yè)生產(chǎn)中的人工照蛋檢測禽蛋品質(zhì)的傳統(tǒng)方法，自動剔除破損

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斷具有顯著的優(yōu)勢，工業(yè)生產(chǎn)中可以代替人的勞動，并避免

人工的不足，可以高速、準(zhǔn)確、全面地判斷禽蛋的品質(zhì)。其中：CCD攝像頭：佳能A85；圖像采集卡：加拿大 Matrox

П圖像采集卡；光源：25W白熾燈；PC：P4

1.7G處理器，顯卡為nvidia

GeForce

MX440

64MB

；圖像處理軟件系統(tǒng)：Image processing

1.0雞蛋：江蘇省源創(chuàng)禽業(yè)發(fā)展有限公司提供的無公害褐殼雞蛋，雞種為羅曼蛋雞檢測判斷流程圖背景去除灰度轉(zhuǎn)化中值濾波分析圖像信息（第1幅）閾值分割區(qū)域標(biāo)記參數(shù)提取查看直方圖進(jìn)入系統(tǒng)受測雞蛋獲取圖像(2幅)存在裂紋區(qū)域不存在裂紋區(qū)域繼續(xù)分析圖像其他區(qū)域或第2幅圖像判斷是否判斷否是另一枚雞蛋2幅圖像區(qū)域搜索完畢且無裂紋輸出結(jié)果

分級的精度和準(zhǔn)確率完好雞蛋裂紋雞蛋受測總體準(zhǔn)確率檢錯(cuò)率準(zhǔn)確率檢錯(cuò)率準(zhǔn)確率檢錯(cuò)率比例128/1357/13579/845/84207/21912/219百分?jǐn)?shù)95%5%94%6%94.5%5.4%稻谷、玉米、麥子等多種農(nóng)作物；蘋果、犁、柑橘、芒果、獼猴桃、西瓜等各種水果；黃瓜、西紅柿、辣椒、馬鈴薯等各類蔬菜；雞蛋、牛肉等禽畜產(chǎn)品；茶葉、核桃等一、依據(jù)顏色進(jìn)行的研究表面顏色是農(nóng)產(chǎn)品和食品的重要外觀特征，常用作評價(jià)農(nóng)產(chǎn)品和食品的主要指標(biāo)。第三節(jié)

計(jì)算機(jī)視覺在食品檢測中的應(yīng)用二、利用外形尺寸進(jìn)行的研究利用計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)對混雜的酥油草和黑麥草進(jìn)行區(qū)分。采集兩種草籽的圖像，進(jìn)行預(yù)處理，然后提取兩種草籽的十個(gè)形狀參數(shù)：長度、寬度、厚度、孔數(shù)、周長、面積等。用回歸分析方法得出單一草籽和混雜草籽特性的模型，能正確地區(qū)分出混雜數(shù)據(jù)中83.13％的酥油草籽和79.87％的黑麥草籽。圖像處理方法檢測玉米粒表面的霉變。霉變部分的RGB值要比完好部分的RGB值小，但兩種部位的顏色有較多重疊。采用計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)得到的分類結(jié)果達(dá)到98.7％的精度。三、缺陷檢測四、綜合檢測技術(shù)應(yīng)用研究出煙葉外觀特征的定量描述方法：自動提取每片煙葉的顏色、形狀、紋理三類特征的180個(gè)特征參數(shù);運(yùn)用統(tǒng)計(jì)分析法選擇特征，建立了煙葉質(zhì)量自適應(yīng)分級系統(tǒng)。該系統(tǒng)對不同年份、不同產(chǎn)地?zé)熑~的分組分級效果穩(wěn)定，對多個(gè)地區(qū)煙葉的檢測準(zhǔn)確率在80％以上。

計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)及應(yīng)用概況（二維圖像的獲取、處理、分析）

計(jì)算機(jī)視覺的圖像處理技術(shù)（圖像增強(qiáng)

彩圖處理

圖像分割

色度學(xué)基礎(chǔ)知識）

計(jì)算機(jī)視覺在食品檢測中的應(yīng)用第三章

人工嗅覺

、人工昧覺檢測技術(shù)人工嗅覺、人工味覺檢測技術(shù)概述人工嗅覺、人工味覺的傳感器陣列及模式識別人工嗅覺、人工味覺技術(shù)在食品檢測中的應(yīng)用132

香、酸、甜、苦、辣、咸

靠人類自身的嗅覺和味覺來進(jìn)行判斷——訓(xùn)練有素、經(jīng)驗(yàn)豐富的專家

弊端：主觀性判斷結(jié)果與年齡、性別、識別能力及語言文字表達(dá)能力有關(guān)同一人員，與自身的身體狀態(tài)、情緒變化有關(guān)

香、酸、甜、苦、辣、咸

靠化學(xué)分析——色譜法、光譜法、毛細(xì)電泳法等

弊端：復(fù)雜，數(shù)據(jù)結(jié)果與人類感受相差巨大期望：客觀準(zhǔn)確的鑒別方法來代替人工品聞食品

----模擬動物和人的嗅覺和味覺功能----

人工嗅覺系統(tǒng)：電子鼻

人工味覺系統(tǒng)：電子舌

——

簡單、快捷、準(zhǔn)確、無損與普通化學(xué)分析方法的區(qū)別：得到的不是被測樣品中某種或某幾種成分的定性與定量結(jié)果，而是樣品的整體信息，也稱“指紋”數(shù)據(jù)。

電子鼻和電子舌模擬人和動物的鼻子與舌頭，不

僅可以根據(jù)不同的食品測得不同的信號，而且可

以將這些信號與經(jīng)學(xué)習(xí)建立的數(shù)據(jù)庫中的信號加

以比較，進(jìn)行識別判斷。

電子鼻和電子舌可以識別食品的氣味和味道，鑒

別產(chǎn)品真?zhèn)?，控制從原料到產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)過程

的工藝，保證產(chǎn)品質(zhì)量。人工嗅覺/味覺傳感器融合技術(shù)計(jì)算機(jī)技

應(yīng)用數(shù)學(xué)術(shù) 技術(shù)食品科學(xué)味覺指紋分析儀（電子舌）（Electronic

Tongue

Analyzer）氣味指紋分析儀（電子鼻）（Electronic

Nose

Fingerprint

Analyzer）

電子鼻和電子舌的工作原理是建立在模擬生物的嗅覺和味覺形成過程基礎(chǔ)上的

化學(xué)物質(zhì)引起的感覺不是化學(xué)物質(zhì)本身固有的，而是化學(xué)物質(zhì)與感覺器官反應(yīng)后出現(xiàn)的味覺物質(zhì)味蕾感受膜味覺物理化學(xué)人類的主要化學(xué)感受：味覺、嗅覺、三叉神經(jīng)感覺味覺：辨別進(jìn)入口中的不揮發(fā)的化學(xué)物質(zhì)；嗅覺：辨別容易揮發(fā)的物質(zhì)；三叉神經(jīng)感覺：感受體分布在黏膜和皮膚上，對揮發(fā)和不會發(fā)的物質(zhì)均有作用，能區(qū)分刺激和化學(xué)反應(yīng)的種類。共同作用，嗅覺突出（一）生物嗅覺嗅感：揮發(fā)性物質(zhì)散發(fā)的氣體分子與鼻腔內(nèi)嗅覺神經(jīng)反應(yīng)所引起的刺激感，是一種生理反應(yīng)。生理傳導(dǎo)過程如下：a.信號產(chǎn)生階段b.

信號傳遞與預(yù)處理階段c.

大腦識別階段一

生物嗅覺與生物昧覺；一

一丁嘀

導(dǎo)一

二：；k引至三副劇

’沾函，j-1 幣1

國?。?/p>

嗅唰表面電荷器世H苦H

去幫川嗅球中經(jīng)對信

川

大腦皮層

i附，ff

陽嗅隨行甘哪?。?/p>

啤」

II

;

I

II

↑1

I

信號處理

川!L.!:!.:!_J 以奮信號I

:

;I遞到大腦

川川圖

1

-

1人的嗅感產(chǎn)生過程框圖

人的鼻腔中約有5000萬個(gè)嗅覺細(xì)胞，單個(gè)嗅覺細(xì)胞生存期約22d，靈敏度不高，選擇性差。

人的嗅覺系統(tǒng)對氣味的識別能力是由大量性能彼此重疊的嗅細(xì)胞，嗅球中經(jīng)和大腦共同作用的結(jié)果。

一般來講，從氣味分子被嗅細(xì)胞表面吸附到產(chǎn)生嗅覺反應(yīng)僅需0.2-0.3s.

氣味可單一、可復(fù)合；自然氣味多是復(fù)合的，單一氣味多是人造的。

人的嗅覺能夠分辨出的氣味約10000種。

味覺的感受器是味蕾，主要分布在舌背部表面和舌緣，口腔和咽部黏膜的表面也有零散的味蕾存在。

兒童味蕾比成人多，老年人會發(fā)生味蕾萎縮

味蕾由味覺細(xì)胞和支持細(xì)胞組成

舌表面約有50萬個(gè)香蕉型的味覺細(xì)胞。

味覺細(xì)胞頂端有纖毛——味毛，味覺感受的關(guān)鍵部位

在20-30℃味覺的靈敏度最高。

舌表面不同區(qū)域?qū)Σ煌洞碳さ拿舾谐潭炔煌?/p>

1：舌表面味蕾上的味覺細(xì)胞的生物膜感受味覺物質(zhì)并形成生物電信號；

2： 該生物電信號經(jīng)神經(jīng)纖維傳至大腦；

3： 大腦識別。

味道：

甜、咸、酸、苦、澀、辣、鮮

酸味：氫離子，鹽酸、氨基酸，檸檬酸…

甜味：蔗糖、葡萄糖…

苦味：奎寧、咖啡因…

鮮味：谷氨酸單鈉(海藻)、肌苷酸二鈉(魚和肉)、鳥苷酸二鈉（蘑菇）…

咸味：NaCl…

味刺激物質(zhì)必須具有一定的水溶性，能吸附于味覺細(xì)胞膜表面上，與味覺細(xì)胞的生物膜反應(yīng)，產(chǎn)生味感。

味覺細(xì)胞生物膜的主要成分：脂質(zhì)（酸、咸、苦）、蛋白質(zhì)（苦，甜、鮮）、無機(jī)離子、少量的糖和核酸（一）人工嗅覺簡介（1）人工嗅覺系統(tǒng)---電子鼻人工嗅覺模擬生物的嗅覺器官，工作原理與人類嗅覺形成相似。萬寶路香煙氣味指紋比較和辯認(rèn)數(shù)據(jù)處理信息采集傳感器信號信號處理數(shù)據(jù)分析和比較結(jié)論大腦大腦皮層分辨氣味指紋氣味氣味指紋吻合：萬寶路香煙x（2）人工嗅覺系統(tǒng)---電子鼻基本組成：氣敏傳感器陣列、信號預(yù)處理單元、模式識別單元

氣體傳感器陣列：有多個(gè)相互之間性能有所重疊的氣體傳感器構(gòu)成；功能上相當(dāng)于彼此重疊的人的嗅覺感受細(xì)胞。與單個(gè)氣體傳感器相比，檢測范圍更寬靈敏度和可靠性更高。

信號預(yù)處理單元：濾波、變換、放大和特征提取等

模式識別單元：主要有統(tǒng)計(jì)模式識別和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識別嗅覺的強(qiáng)度：既可用每個(gè)傳感器的絕對電壓、電阻或電導(dǎo)值表示，也可用相對信號值表示；已經(jīng)成熟應(yīng)用于食品、化妝品、香料、香精等的香氣質(zhì)量評定；人工嗅覺的研究需關(guān)注以下三個(gè)方面：（1）研究對微量、痕量氣體分子瞬時(shí)敏感的檢測器，以得到與氣體成分相對應(yīng)的信號。（2）研究對檢測的信號進(jìn)行識別與分類的數(shù)據(jù)處理器，以便將有用信號與噪聲加以分離。（3）研究將測量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為感官評定指標(biāo)的智能解釋器，以得到與人的感官相符的結(jié)果。2016年5月16日星期一5種主味?酸?甜?苦?咸?鮮結(jié)論味道滑潤純正大腦大腦皮層分辨舌頭味蕊信息采集數(shù)據(jù)處理氣味指紋比較和辯認(rèn)傳感器信號信號處理數(shù)據(jù)分析和比較

Artificial

Taste

System,

ATS,

電子舌

某些傳感器可實(shí)現(xiàn)味覺的某些感覺：

酸度：pH計(jì)

咸度：導(dǎo)電計(jì)

甜度：比重計(jì)、折光儀

缺陷：

1.所測物理化學(xué)參數(shù)要受到外界非味覺物質(zhì)的影響；

2.所測參數(shù)不能反映味覺物質(zhì)之間的交互作用產(chǎn)生的效果，所以不能模擬實(shí)際的生物味覺感官功能。

人工味覺系統(tǒng)：多通道類脂膜味覺傳感器陣列和模式識別算法組成。

原理：根據(jù)類脂/高聚物膜對味覺溶液物質(zhì)產(chǎn)生電勢變化。

模式識別：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和混沌識別區(qū)分：酸甜苦鮮咸區(qū)分：咖啡、啤酒、日本米酒、牛奶酒類檢測

人工嗅覺和人工味覺的仿生過程：嗅覺傳感器：由氣敏元件、電路和其它部件一起組

成的傳感裝置。氣敏元件：指能感知環(huán)境中某種氣體（如CO,CO2,O2，Cl2等）及其濃度的一種元件。氣體傳感器應(yīng)滿足：1.具有較高的靈敏度和寬的動態(tài)響應(yīng)范圍；2.性能穩(wěn)定，傳感器的響應(yīng)不隨溫度、濕度的變

化而發(fā)生變化；3.響應(yīng)速度快，重復(fù)性好；4.保養(yǎng)簡單、價(jià)格便宜。用作人工嗅覺氣體傳感器的材料應(yīng)滿足：1.

與多種氣體均有響應(yīng)，即通用性強(qiáng)，要求對成千上萬種不同的嗅味在分子水平上作出鑒別。2.

與嗅味分子的相互作用或反應(yīng)必須是快速、可

逆的，不產(chǎn)生任何“記憶效果”，即有良好的還

原性。

根據(jù)材料類型的不同，現(xiàn)有的氣體傳感器可分為金屬氧化物型半導(dǎo)體傳感器、有機(jī)導(dǎo)電聚合物傳感器、質(zhì)量傳感器、紅外光電傳感器等分類原理優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn)金屬氧化物型半導(dǎo)體傳感器吸附氣味分子后會引起電阻下降產(chǎn)生負(fù)的電信號活性材料:

SnO2\ZnO2\TiO3

等襯底材料:采用硅、玻璃和塑料穩(wěn)定性好、能 選擇性不高、工作溫度耗小、壽命長、較高,長時(shí)間工作后響應(yīng)耐腐蝕性強(qiáng)、 基準(zhǔn)值易發(fā)生漂移寬的適用范圍、對氣體混合物中的硫化較低的成本物呈“中毒

”反應(yīng),受水汽影響大等缺點(diǎn)導(dǎo)電高分子傳感器活性材料:噻吩、吲哚、呋喃等成分構(gòu)成的導(dǎo)電聚合物。發(fā)生聚合反應(yīng)引起電阻增加

,產(chǎn)生正的信號體積小、能耗小、常溫下工作而無需加熱有利于向便攜方向發(fā)展活性材料電聚合過程較為困難和費(fèi)時(shí)接觸響應(yīng)也存在隨時(shí)間發(fā)生漂移的現(xiàn)象對濕度過于敏感

,嚴(yán)重時(shí)會干擾響應(yīng)質(zhì)量傳感器一類是石英晶體微天平傳感器(QCM

)一類是聲表面波傳感器(SAW)靈敏度高、信號易于微機(jī)處理及抗傳輸干擾等優(yōu)點(diǎn)對溫度濕度敏感性強(qiáng)

單個(gè)嗅覺受體細(xì)胞的性能并不高，但是生物嗅覺系統(tǒng)的整體性能卻令人驚嘆，同理，氣體傳感器也向傳感器陣列發(fā)展，即將多個(gè)性能有所重疊的氣體傳感器組合起來。

趨于集成化、檢測范圍寬、攜帶方便。

人工味覺傳感器測得的不是某一化學(xué)成分的定性定量結(jié)果，而是整個(gè)所測物質(zhì)味道的整體信息

食物中大致含有1000種以上的化學(xué)物質(zhì)，味覺物質(zhì)之間還存在相互作用——多通道類脂膜味覺傳感陣列表

1-3常用的類脂膜材料英文名Oioctyl

phosphate

(

DOP

)Chole$terolOleic

acid中文名二辛基磷酸鹽膽間醇油般要基乙醇二

辛基甲基氯f七鎖油烯酸二磺肢二甲基澳化鍍?nèi)?/p>

甲摹磺股氧化錐

按

9:

1

配

DOP

和

TOM

A撥

5:

5

配

DOP

和l

TOMA按

3:

7

配

DOP

和

TOMAdecyl

alcoholTrioctyl

methyl

ammonium

chloride(

TOMA

)。leyl

amineDiatearyl

dimethy

ammonium

bromidetrimethyl

stea1γi

ammonium

chlorideDOP:TOMA

ι

9:

IDOP:TOMA

=

5:

5DOP:TOMA

=

3:

1

傳感器陣列的模擬信號轉(zhuǎn)換數(shù)字信號輸入計(jì)算機(jī)中,被測嗅覺的強(qiáng)度可用每個(gè)傳感器的輸出的絕對電壓、電阻或電導(dǎo)來表示。

電子鼻數(shù)據(jù)中提出有效特征值：斜率、最大值、相對最大值、平均值、積分值等。2016年5月16日星期一二、人工嗅覺與人工味覺的模式識別多元數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法（主要有主成分分析法PCA、偏最小二乘法PLS、聚類分析法CA、線性判別法LDA）等;神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法（反向神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)BP、徑向基結(jié)合徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)RBF);模糊方法.將多維響應(yīng)信號轉(zhuǎn)換為感官評定指標(biāo)值或組成成分的濃度值，得到被測氣味定性分析結(jié)果的智能解釋器。2016年5月16日星期一南京農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科技學(xué)院 39一

、人工嗅覺在食品檢測中的應(yīng)用(電子鼻)（一）人工嗅覺技術(shù)應(yīng)用簡介應(yīng)用領(lǐng)域：酒類、茶葉、魚類、肉類等食品揮發(fā)氣味。質(zhì)量分級和新鮮度判別。傳統(tǒng)方法：氣相色譜法缺點(diǎn)：需要制備和處理樣品，選擇合適的萃取溶劑以及合適的色譜分離條件，分析時(shí)間較長，需要標(biāo)準(zhǔn)品對比。一

、人工嗅覺在食品檢測中的應(yīng)用(電子鼻)國外已有了商品化的人工嗅覺系統(tǒng)，如表所示：國內(nèi)還停留在試驗(yàn)階段。表

1-6商品化的人工嗅覺

系統(tǒng)人

士I奧覺系統(tǒng)名稱所在國家所用傳感器類型所用傳感器數(shù)口A

i

rsense德｜叫MOS10A

lpha

MOS法閏MOS/

CP/

QCM達(dá)到

24A

romaScan英國CP32Blood

hound

Sensor英同CP14HKH.

SensorSysteme德同QCM6Lt"n

nai1z

electron

ic德同MOS/

QCM達(dá)到

40eotonics美同

、英同CP12N

ord

ic

Sensor

Technologies瑞上MOSFET/

MOS/

IR/

QCM達(dá)到

15R

ST

H.ostock德國QC如I/MOS/SA

W達(dá)到

6

MOS：金屬氧化物傳感器

CP：導(dǎo)電聚合物傳感器；

QCM：石英晶體諧振傳感器；

SAW：聲表面波傳感器

IR：紅外線光電傳感器

MOSEET：金屬氧化硅場效應(yīng)管傳感器1.電子鼻具有新穎的仿生檢測技術(shù)，與傳統(tǒng)成分分析儀器不同，它根據(jù)測定樣品氣味的整體信息，產(chǎn)生“指紋”圖譜，提供樣品的隱含性質(zhì)。2.電子鼻測定速度快，一般僅需幾分鐘，能及時(shí)反饋信息，調(diào)整生產(chǎn)流程中的各項(xiàng)工藝條件，確保質(zhì)量評價(jià)(QA)和質(zhì)量管理(QC)指標(biāo)，從而使產(chǎn)品質(zhì)量得到保證.3.電子鼻測定范圍廣。它不僅能測定氣體、液體，而且也能測定固體等各種形態(tài)的樣品。樣品不需前處理，極少使用各種有機(jī)溶劑，是一項(xiàng)“綠色”檢測技術(shù)。4.避免了靠人體感官測定中的主觀因素及其它的人為誤差，提高測定的精確度，而且可以避免人工測定嗅味中因吸入樣品對健康帶來影響。5.測試結(jié)果都基本上代表樣品的整體性。氣相色譜法(GC)、色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)

(GC-MS)與電化學(xué)方法是經(jīng)樣品分離后的結(jié)果，而且時(shí)效性和成本上需要考慮。（一）人工味覺的應(yīng)用概況用于：咖啡、啤酒、離子飲料、飲用水等的品質(zhì)檢測污染物的檢測（Fe3+,Cu2+等）（二）多通道人工味覺系統(tǒng)在食品味道檢測中的應(yīng)用裝置及原理：用類脂膜構(gòu)成的多通道電極制成，多通道電極通過多通道放大器與多通道掃描器連接，從傳感器得到的電子信號通過A/D轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，然后進(jìn)入計(jì)算機(jī)進(jìn)行模式識別處理，得出相應(yīng)的味道。8個(gè)人工昧覺晌應(yīng)

示意圖電每一個(gè)膜電位

的變化人工昧覺測試的～上，電位的、，應(yīng)若不同的

圖1-15為區(qū)分:2種酸（醋酸、檸檬酸）;3種鮮味化合物（谷氨酸鈉、肌苷酸二鈉、鳥苷酸二鈉）

結(jié)果：變化趨勢相似，但響應(yīng)強(qiáng)度不同。阿爾法.莫斯電子鼻及電子舌技術(shù)及其在世界食品行業(yè)的應(yīng)用智能電子化感官分析系統(tǒng)智能電子化感官分析系統(tǒng)

公司簡介

什么是電子鼻和電子舌?

為什么用智能電子感官技術(shù)?

電子鼻和電子舌在世界食品行業(yè)的應(yīng)用.

世界食品行業(yè)用戶對阿爾法.莫斯技術(shù)的推薦阿爾法.莫斯公司簡介

總部坐落在風(fēng)景優(yōu)雅的法國城市圖盧茲

世界最領(lǐng)先,唯一成熟的電子鼻和電子舌技術(shù),被譽(yù)為“感官分析電子化的專家”.

其技術(shù)已廣泛應(yīng)用于食品,煙酒,飲料,環(huán)保,香料和醫(yī)藥等行業(yè)的研發(fā)及質(zhì)控

電子鼻,電子舌>95%的世界市場占有率.食品應(yīng)用代表用戶Bull

DogOil

MarketOther

Users

in

the

Food

Market化妝品家用品代表用戶IFBM

(France,法國IFBM葡萄酒廠),AnheuserBusch

(USA,美國著名葡萄酒產(chǎn)家)Brown

Forman(USA,美國著名啤酒產(chǎn)家)Coors

Brewing

(USA,康勝啤酒)Baccardi

Corp

(USA,美國葡萄酒產(chǎn)家)Scottish

Courage(Scotland,蘇格蘭威士忌產(chǎn)家)Mastroberardino

(Italy,意大利著名葡萄酒產(chǎn)家)AsahiBreweries

(Japan日本)Hakutsuru(Japan日本)National

Institute

ofBrewing

(Japan

日本)Institute

ofIndustrial

Research

(Japan

日本

)…阿爾法.莫斯電子鼻,

電子舌世界釀酒行業(yè)的一些代表用戶法國ALTADIS,Phillips

Morris(美國.菲利普莫里斯,瑞士.菲利普莫里斯),ITC(