食品感官評價(jià)技術(shù)是通過(guò)收集由視覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)而感知到的食品感官數據，利用科學(xué)的分析方法，對食品實(shí)行定性、定量的檢驗與分析的技術(shù)。自1975 年起，陸續有學(xué)者開(kāi)始研究香氣和組織的評價(jià)，但感官評價(jià)在食品中的大量應用是在20世紀90年代末。后續又經(jīng)過(guò)近50年的發(fā)展，感官評價(jià)方法變得更直觀(guān)、簡(jiǎn)便且實(shí)用性強，現已受到了各國檢驗機構的認可和使用。
最早出現的感官評價(jià)技術(shù)為人工感官評價(jià)，目前主要參考國標和權威文獻使用；電子舌作為一種模仿嗅覺(jué)的設備，在食品領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，包括保質(zhì)期、質(zhì)量控制和監控、安全檢測、摻假和真實(shí)性、食品監管原產(chǎn)地識別等，目前，感官評價(jià)技術(shù)已由單一的手段發(fā)展到人工感官評價(jià)與電子舌等儀器分析相結合的感官評價(jià)。近幾年根據人因工程學(xué)開(kāi)發(fā)的面部表情分析技術(shù)也在食品評價(jià)領(lǐng)域得到初步應用，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。
電子舌的簡(jiǎn)要說(shuō)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、信號采集單元和模式識別系統。傳感器陣列演繹著(zhù)人體舌器官的角色，通過(guò)對味覺(jué)信息進(jìn)行感知，然后將感知到的信息轉為電子信號；信號采集單元則扮演神經(jīng)系統的角色，對收到的信號進(jìn)行接收，再通過(guò)放大、轉換等階段輸入到下一系統里；模式識別系統則裝扮大腦的角色對收到的信息進(jìn)行處理、分析，最后得出被測樣品的感官評價(jià)信息。電子舌可以測定 9 個(gè)味覺(jué)指標，依據不同的目的可以有針對性的選擇其中幾個(gè)指標進(jìn)行測試，真正地實(shí)現了食物味覺(jué)指標的數字化。
現階段，電子舌技術(shù)已經(jīng)可以應用于食品的風(fēng)味評價(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(guò)程中，電子舌可以將食物的味道具象為數值，通過(guò)不同條件下具體數值的變化幫助制定更加明確的試驗方案，降低試驗成本。Bakhsh等使用電子舌測試添加不同比例大豆植物蛋白的牛肉餅的味覺(jué)特征，結果顯示隨著(zhù)大豆植物蛋白添加比例的提高，酸味、澀味、鮮味和咸味顯著(zhù)增高，苦味、豐富度顯著(zhù)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(guò)程，能夠區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確率分別為96% 和 84%。電子舌可以通過(guò)食物中的呈味物質(zhì)快速分析出味道屬性特征，結合PCA、線(xiàn)性判別分析（LDA）準確對樣品進(jìn)行區分、歸類(lèi)，根據這一特點(diǎn)可以將其應用到食物的鑒別中。Dong等用電子舌區分北農 2 號蛋雞、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不能對蛋黃和蛋白進(jìn)行分組。在電子舌的分類(lèi)模型中，LDA和K-近鄰算法（KNN）對蛋黃的分類(lèi)準確率為 96.7%，LDA 對蛋白的分類(lèi)準確率為 88.9%，KNN對全雞蛋的分類(lèi)準確率為87.5%。作為一種可以快速檢測批量樣品，對樣品味覺(jué)特征實(shí)現量化的仿生儀器，電子舌未來(lái)的應用前景十分廣闊，可以實(shí)現多學(xué)科、多領(lǐng)域的使用。
雖然電子舌技術(shù)可以通過(guò)模仿人類(lèi)的舌頭來(lái)實(shí)現對呈味物質(zhì)快速且準確的檢測識別，但是它無(wú)法代替人對于產(chǎn)品的直觀(guān)感知過(guò)程，無(wú)法獲知產(chǎn)品所能引起消費者的直接感受或者喜好，所以將人工感官評價(jià)和電子舌評價(jià)結合使用，即可彌補人工感官評價(jià)帶來(lái)的不足，又可增加電子感官評價(jià)結果的說(shuō)服力。
即使人工感官評價(jià)技術(shù)存在一定的缺點(diǎn)，但它現已發(fā)展的十分完整，得到了大多數人的應用與認可，將感官評價(jià)所得結果與電子舌結果進(jìn)行對照，可進(jìn)一步說(shuō)明電子舌結果的準確性，如 Wang等用電子舌檢測鮮味單味和風(fēng)味增強劑的鮮味強度，發(fā)現電子舌的鮮味響應值和增味劑濃度呈半對數函數關(guān)系，PCA 和 LDA 能夠成功區分增味劑的種類(lèi)和濃度，人工感官評價(jià)驗證結果與電子舌測試結果一致，鮮味得分越高，電子舌對應的響應值越高；人工感官評價(jià)進(jìn)一步證實(shí)了電子舌對風(fēng)味增強劑分析的準確性，也說(shuō)明了電子舌是快速分析味道的工具。王俊魁 等對四款品牌不同的韭菜花醬進(jìn)行定量描述分析試驗、消費者喜好評定試驗和電子舌評價(jià)，后將二者結果對比發(fā)現電子舌的評價(jià)結果和消費者喜好評分結果具有統一性。這一特點(diǎn)說(shuō)明電子舌測試結果與人工感官評價(jià)結果的一致性高，兩者結合使用則會(huì )揚長(cháng)避短。如 Sipos 等篩選 14 名評審員對花粉的外觀(guān)、氣味、味道進(jìn)行評估，用電子舌對花粉的液體樣品進(jìn)行測試。融合人工感官評價(jià)和電子舌測試數據的偏最小二乘回歸結果表明，與獨立的數據相比，融合之后數據的誤差減小、重現性更好，將兩種方法結合所得的結果具有更高的精確度。將兩種方法用于產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)研制，還可以節約成本，提高效率，如 Hou 等使用人工感官評價(jià)和電子舌感官評價(jià)對干燥后香菇風(fēng)味進(jìn)行了測試，基于感官分析和電子舌響 應值的相關(guān)性分析顯示鮮味、咸味、澀味傳感器的響應值與生蘑菇狀的氣味呈負相關(guān)，而與汗味、烘烤味 和調料味呈正相關(guān)，酸味傳感器與汗味和調料味呈負相關(guān)；苦味與香氣屬性、水果香氣與傳感器都沒(méi)有相關(guān)性，這說(shuō)明人工感官評價(jià)結果和電子舌測試結果結合可以更清晰的得出不同的干燥工藝對香菇的風(fēng)味特性有重要影響。二者的結合使用縮小了人工感官評價(jià)中品評員主觀(guān)因素的影響，并且將電子舌的測試值賦予了品評員的喜好度，使測試結果更直觀(guān)和便于應用。
電子舌雖可以表征待測樣品的 8 種味道值，但無(wú)法檢測出引起味道變化的機制，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定味覺(jué)特征還可以闡明味覺(jué)品質(zhì)的化學(xué)基礎。這種方法可用于食品的鑒定和分類(lèi)，如 Cheng 等將液-質(zhì)聯(lián)用技術(shù)與電子舌技術(shù)相結合，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(guò)電子舌測試分析可知普洱茶的苦味和苦味回味最強，而福傳茶的澀味、澀味回味和咸味最強，普洱茶與清轉茶、康傳茶與六寶茶味覺(jué)特征相似；黑茶的苦味和苦味回味與茶多酚、黃酮、多糖呈負相關(guān)，與茶多酚呈正相關(guān)，澀味回味與茶多酚、黃酮類(lèi)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）檢測蛋黃的味道特征，結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(zhù)差異，并結合 PCA 可知谷氨酸、天冬氨酸、核苷酸、琥珀酸、甜菜堿、谷氨酰基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(guò)程中。如 SuarezEstrella 等用電子舌評價(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，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）對中國傳統發(fā)酵豆醬進(jìn)行風(fēng)味表征，并通過(guò)電子舌數據的線(xiàn)性建模法（PLS）和非線(xiàn)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(zhù)重要作用。了解風(fēng)味相關(guān)物質(zhì)對消費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，展現了氣味產(chǎn)生和變化的機制，與電子舌結果結合可廣泛應用于食品的研發(fā)、儲存時(shí)風(fēng)味變化的檢測、貨架期預測等方面。
面部表情分析技術(shù)的來(lái)源與特點(diǎn)
面部表情分析技術(shù)主要包括表情特征提取、表情分類(lèi)方法、表情單元識別和表情強度識別四個(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，所得結果客觀(guān)準確無(wú)偏差，還可以進(jìn)行遠程測量，輕松與其他測試手段進(jìn)行數據整合。現階段，這項技術(shù)主要用于心理學(xué)、教育學(xué)、市場(chǎng)評估和消費者行為領(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)為基礎推出了自動(dòng)分析面部表情的專(zhuān)業(yè)軟件Face reader，它可以識別開(kāi)心、傷心、憤怒、驚訝、害怕、討厭六種基礎情緒和中性狀態(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)制作準確的人工人臉模型，最后使用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )對表情進(jìn)行分類(lèi)和評分。
面部表情分析在食品行業(yè)中的應用
面部表情分析作為一種可以更加真實(shí)、直接表達食用者喜好的方法，已經(jīng)在食品的感官評價(jià)、消費者的偏好預測等方面得到了應用。Thejani 等使用感官評價(jià)表和面部表情分析技術(shù)評估品嘗 5 種味道巧克力過(guò)程中的感官反應和情緒，結果發(fā)現這 5 種巧克力的總體喜好差異顯著(zhù)，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(lèi)似的研究思路，即人工感官評測結合面部表情分析技術(shù)對露酒的接受度進(jìn)行探究，并驗證了面部表情分析技術(shù)可作為露酒消費者接受度評價(jià) 的應用價(jià)值。盡管如此，上述研究?jì)H僅簡(jiǎn)單地將面部表情分析與主觀(guān)感官評測同時(shí)使用和數據采集，并進(jìn)行初步的相關(guān)性分析，沒(méi)有形成真正的技術(shù)融合。Yamamoto 等記錄和匯總10名品評員飲用10種不同口味溶液過(guò)程中的面部表情變化和享樂(lè )評分結果，以情緒評分和感知評分為基礎建立預測感知喜好程度的計算公式，并通過(guò)另外12名品評員的人工品評結果檢驗該公式的適用性，證明了預測結果與感知評分具有較好的相關(guān)性和一致性。相較于前述研究，這項工作雖然使用的是較簡(jiǎn)單的多元線(xiàn)性回歸算法將不同評價(jià)技術(shù)結果進(jìn)行數據擬合，而且樣本量也較小，但是已經(jīng)明確應用了數據建模的研究方法。這也表明未來(lái)食品感官評價(jià)技術(shù)可以通過(guò)采集面部表情變化，搭建機器學(xué)習算法并持續積累樣本量和數據量，更準確地研究和預測消費者的感官喜好，不再依賴(lài)主觀(guān)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(guān)數據進(jìn)行 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )深度學(xué)習，繼而進(jìn)化形成食品感官的 AI 模型。
通過(guò)三種感官品評技術(shù)的論述，對主要內容的總結如下表。
人工感官評價(jià)技術(shù)在食品領(lǐng)域已經(jīng)被廣泛地接受和應用，不過(guò)人在進(jìn)行品評時(shí)會(huì )受到心態(tài)、環(huán)境等多方面因素的影響，導致結果具有一定的不穩定性。電子舌技術(shù)可以彌補人工感官評價(jià)技術(shù)的不足，實(shí)現定性和定量分析，并增強測試數據的準確性，還可以不間斷地批量測試，提高測試的效率，節約成本。面部表情分析可以通過(guò)品評員的面部情緒變化更加直觀(guān)的分析品評員的喜好，還能夠有效避免問(wèn)卷結果帶來(lái)的主觀(guān)偏差。盡管如此，電子舌技術(shù)在使用中存在著(zhù)不能檢測固體、高度酒等樣品，無(wú)法評價(jià)好壞與喜好等缺點(diǎn)，而面部表情分析在應用中容易受到環(huán)境條件干擾、基礎數據處理不到位、數據分析結果存在偏差等缺點(diǎn)，那么如何綜合運用各種感官評價(jià)手段，取長(cháng)補短將是未來(lái)技術(shù)應用的新思路。
因此，未來(lái)食品感官評價(jià)技術(shù)將會(huì )集傳統的人工感官評價(jià)技術(shù)，電子舌、電子鼻、質(zhì)構儀等仿生感官測試技術(shù)，以及面部表情、腦電、心電、皮溫、眼動(dòng)的采集與分析的人因工程技術(shù)等，發(fā)揮每種方式的優(yōu)勢，相互驗證結果，彌補各自的不足；通過(guò)算法篩選與自學(xué)習建立一套多模態(tài)感官評價(jià)模型，從而得到更加客觀(guān)、嚴謹、快捷、精準的食品感官品評結果，推動(dòng)食品感官評價(jià)技術(shù)的新升級。來(lái)源：感官科學(xué)與評定，轉載請注明來(lái)源。文章封面圖、文章配圖來(lái)源于創(chuàng )客貼。
