电子鼻技术的最新进展
发布日期:
2003-12-26 10:01:10
来 源:
中国葡萄酒信息网
作者:
Abigail Sawyer 陈军编译
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嗅觉是哺乳类动物最难以捉摸、功能最强大的特征之一。虽然我们可以通过增加吸入气味的深度来提高嗅觉的强度,但是对气味的感觉能力就像听力一样,多少带有一些偶然性。我们只能控制我们在感觉气味时的注意力程度,但对嗅觉的支配程度却是有限的。
气味在葡萄酒世界的重要性是不言而喻的。人的舌头仅有几百个味蕾,只能区分4种最基本的味道,与布满上百万个气味受体的鼻子根本无法相比。实际上,使我们的品尝经验更加丰富的正是我们的嗅觉系统。如果没有了嗅觉,我们只能感觉到有限程度的甜、酸、咸、苦。人类闻味的能力为我们的世界增添了多彩的风味。
跟人类其它官能一样,嗅觉也是变化的、主观的、有限度的。即使接受过最严格训练的鼻子在接触大量的芳香后也会疲劳。就像听觉和视觉一样,人的嗅觉敏锐度也因人而异并随人的健康状况和外部天气情况等因素而变化。虽然很难度量不同人的闻味能力,但在特定环境下对气味的感觉能力却是具体的、可以测量的。
这听起来可能有点神秘,但人的嗅觉并非完全偶然。挥发性物质把气味分子释放到空气中去,如果我们熟悉这些气味分子,我们就会产生反应。但我们如何才能操纵这个变幻无常而又功能强大的感觉来提高我们对葡萄酒的欣赏力呢?
不管是什么水平的葡萄酒专家,对TCA(三氯苯甲醚)这个词可能都不陌生。它是一种存在于“被软木塞污染”的葡萄酒中的化学物质。普通消费者对气味的辨别能力就像第二年的葡萄收成一样难以预测,但我们并不能由此推断葡萄酒的气味不重要。事实上,全球葡萄酒行业为了提高葡萄酒质量的稳定性和培养消费者忠诚度,在最近几年纷纷加大了质量控制方面的投入。
电子鼻技术的引入
多少年来,为了模拟和复制人类的五大感官功能,科学家和工程师们一直在传感器市场不停地“嗅探”。电子眼、动作和噪声探测器已在报警和安全系统得到广泛应用,但在食品和饮料生产过程中,探测某些能影响产品质量的化学物质和细菌的工作,一直依赖成本高昂的化学检测法或者人工质量控制专家。
人工鼻技术始于20世纪90年代初期英国的曼彻斯特大学科技研究所(UMIST)。最终,一家叫AromaScan的公司(现已改名Osmetech),首先开发出一套以阵列技术为基础的商业用香气探测技术。
这家公司开发的复杂的、价格昂贵的电子鼻,对诊断输尿管感染和肺炎特别有帮助。传感器中的导电聚合物在接触某种气体时会发生膨胀,这种膨胀又引起电阻升高,测量电阻升高的程度可以确定这种特定气体的含量。过去,这家公司大部分的研发活动都集中在医疗保健领域,但现在美国食品与药品管理局和可口可乐公司已经成为他们的新客户。
另外一家英国公司猎犬传感器公司(Bloodhound Sensors Ltd.)已经开发出一种更加紧凑的电子鼻BH 114。BH 114利用了英国利兹大学的研究成果,含有14个传感器。传感器中的导电聚合物会描绘某些气味的特征,并根据可识别挥发物的浓度及其和导电聚合物的结合程度形成“气味图谱”。附带的计算机软件负责解释这些特征档案并识别出它们共有的嗅觉模型。
嗅觉模型的反常意味着探测对象的反常,不管这种反常是好的还是坏的,食品变质或污染、加工过程出问题、动物食品中的细菌感染或大量繁殖都可以通过电子嗅觉系统探测到。BH 114是一个小匣子,外面接有收集气体样本的软管并连接个人计算机。每一个传感组件都是根据实际应用精心选择,用于描绘某一个特征气味或者侦测我们不希望闻到的气味化合物。猎犬公司还没有在葡萄酒上测试他们的设备,但他们愿意与不同行业建立联系并为这些行业量身定做不同的传感器阵列。
在食品领域的应用
到目前为止,虽然大多数人工嗅觉技术公司都把产品开发定位在医疗领域,但他们都认识到人工嗅觉技术在食品、饮料和包装产业的应用前景。美国加州的Cyrano科技公司可能是一家真正把这项技术用于这些领域的公司。
该公司开发的Cyranose 320是一个有32个导电聚合物传感器的手提设备。在人工神经网络(ANN)的帮助下,这些传感器可以“训练”得探测出多种对包装、食品和饮料工业非常重要的气味。
该公司技术经理费斯特(Feast)称,他们已经制造出针对葡萄酒工业的人工嗅觉产品。该公司已经把科研力量投入到一种通用型电子鼻的开发上来。这种“通用鼻”的价格估计在8000美元左右(医药领域使用的台面型电子鼻价格有时高达50000美元),经过调整后可以适配广泛领域的需要。
Cyranose 320在2000年春天的匹兹堡分析仪器大会上首次亮相后便开始参加在北美召开的一系列相关行业技术展览会。目前这家公司已经对TCA的初步测试,一些软木塞加工企业也对这项技术表现出浓厚的兴趣。
费斯特认为,Cyranose 320对葡萄酒行业最大的好处在于对付令业内人士头疼的TCA问题,至少短期内是这样的,长期应用前景会更大。具体说,葡萄酒中的挥发性酸就是Cyranose 320容易探测到的物质之一。
从品质控制到品质改善
费斯特相信,由于在控制质量的稳定性、发酵跟踪、勾兑等环节的应用潜力,这种手提式电子鼻可能会成为酿酒师最好的朋友。
费斯特还解释了Cyranose 320型电子鼻检测葡萄酒中橡木芳香的工作原理:电子鼻通过程序设定可以储存10种气味特征分组方式,每种分组方式最多可以包含20种不同的气味,比如“好橡木桶”或者“烘烤过的橡木桶”。它还可以为不同程度的烘烤或者不同类型的木料绘制“气味图谱”。最多可绘制200种不同的气味图谱。
酿酒师或者酒窖管理员可以设定仪器收集和鉴别重要的数据并把信息下载到计算机上,并根据这些数据制作出图表和质量控制报告。这样,人们就可以在损失发生之前发现潜在的细菌污染并采取对策。
随着人工嗅觉技术的进步Cyranose还会增添更多的传感器。但费斯特强调说,人工嗅觉技术永远不会削弱人工判断的重要性。她说:“人工嗅觉技术充其量就是一个筛选设备。要想提高酒的感官效果,最重要的是弄清人类对气味的实际感受。”
获得政府认可
美国环境保护署(EPA)和白宫国家药品控制政策办公室(ONDCP)已经批准了一种叫做zNose™的电子鼻设备。根据生产eNose的电子传感器技术公司首席科学家爱德华·J·斯特普尔斯博士的描述,eNose是第一个能够在10秒钟内探测到气体或芳香物质中含有的化学物质并检测其浓度的电子鼻。Enose不是使用物理传感器,而是能够产生数百个虚拟化学传感器,并绘制高分辨率的嗅觉图像,这个图像被称为VaporPrint™。
Sutter Home葡萄酒厂一直在实验利用eNose检测葡萄酒中化学物质的浓度和鉴别芳香类化合物。电子传感器技术公司经理肯·齐格尔(Ken Zeiger)称,eNose正在为香水、化妆品、水果、蔬菜、橄榄油、香料、风味剂、啤酒、葡萄酒、威士忌、软饮料、果汁、瓶装水、咖啡和塑料容器产品提供理想的量化质量检测手段。并且,台面型和手提式eNose在市场上都可以买到。
气味的电子传播
气味是一个主动参与和被动释放两方面的过程,目前有的公司正在开发一种能够通过计算机“传播”气味的技术。加州的数字气味公司(Digiscents)就生产出一个含有精华油“原始气味”调味板的原型仪器。仪器从计算机上接收某种特定物质的气味图谱信息,然后根据图谱信息找到原始气味组分并把这些组分“吹”向计算机使用者。
数字气味公司把从葡萄酒中挥发出来的芳香分成六大类:花草类、香料与草药类、水果类、烘烤类、树脂类和恶臭类。该公司对开发供葡萄酒行业使用的应用程序非常感兴趣,已经在考虑根据上面的气味分类制作葡萄酒方面的原始气味物质。
当然,通过计算机传播气味听起来还是有点像科幻故事,但相信用不了多久,我们就有可能通过浏览网页或者打开电子邮件“闻尝”葡萄酒的芳香。
需要提到的是,另外一项高科技技术“电子舌”现正处于初期研发阶段。由于是在液体环境下与被检测物质直接接触,电子舌可能比电子鼻更有应用价值。(陈军 编译)
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