感官數字化在應急演練中的應用

王佳寧，趙瑛博，陶冬冰，白 冰，鄭 艷

（沈陽農業大學食品學院，遼寧沈陽 110866）

食品是人類賴以生存和發展的最基本的物質條件。隨著國民經濟的不斷發展，在滿足溫飽的前提下，人們對食品安全的關注度日益增高。食品安全與人民生命健康息息相關，是基本的民生問題和重大的經濟問題。安全的食品環境是社會經濟穩定發展的必備條件之一。從田間到餐桌涵蓋了種植、養殖、加工、保存、運輸、銷售、消費等環節，任何環節產生的食品安全風險都會沿著產業鏈傳導，并最終損害消費者利益，動搖國民經濟基礎[1]。近年來，盡管我國政府不斷加大對食品企業的監管力度，但由于食品供應鏈長、風險傳導快、監管難度高，食品安全問題仍時有發生[2]。

2011 年10 月5 日修訂的《國家食品安全事故應急預案》明確食品安全事故是指食物中毒、食源性疾病、食品污染等源于食品，且對人體健康有危害或者可能有危害的事故；食品安全事故共分4 級，即特別重大食品安全事故（Ⅰ級）、重大食品安全事故（Ⅱ級）、較大食品安全事故（Ⅲ級） 和一般食品安全事故（Ⅳ級）。2015 年，中華人民共和國衛生部頒布了新的《食品安全法》。新法總則中明確提出“食品安全工作實行預防為主、風險管理、全程控制、社會共治，建立科學、嚴格的監督管理制度”。由于食品安全突發事件具有爆發急、波及廣、影響大、危害重的特點，黨的十九大把防范化解食品安全重大風險作為決勝全面建成小康社會三大攻堅戰的首要戰役。2018 年，經國務院批準成立國家市場監管總局，主管全國食品安全；并成立應急管理部，統籌領導全國安全應急管理工作。新機構的設置表明國家對食品安全突發事件的高度重視，在此形勢下，針對于食品安全突發事件的應急演練工作顯得尤為重要。通過開展應急演練活動，在事件真正發生前暴露預案和程序的缺陷，提高各級預案之間的協調，加強不同應急部門、機構之間的協調合作，明確各自的崗位和職責，提高應急人員的熟練程度和技術水平，增強公眾對突發事件的信心和應急意識[3]。此外，利用感官數字化新技術對食品進行分析以減少此類突發事件的發生，做到預防為主、科學檢驗、系統監控，進而從根本上實現食品安全的“社會共治”。

1 感官數字化在食品質量檢測中的應用

感官數字化是指利用數字化手段模擬人的感官功能，對數據進行識別和分析，將模糊信息定量化，具有所需樣本量要求小、操作簡便、精確、敏捷、便捷等特點，有效縮短了檢測時長，提高了檢測效率[4]，如電子鼻、電子舌、電子眼、虛擬現實技術等。近年來，發生的多起食品安全突發事件反映出我國食品檢測體系存在的不足和問題，因此加強和完善我國食品安全檢測技術體系，顯得尤為重要和迫切[5]。食品質量的檢測主要包括人工感官評價和理化指標檢測。人工感官評價實用性強、操作簡單，易受周圍環境及經驗的影響、一致性差、評價結果具有較強的主觀性。理化指標檢測的結果客觀可信，但操作復雜、檢測時間長、成本高等缺點。感官數字化技術的出現，在食品品質監控、食品評價、食品安全監測等領域顯示出巨大的潛力。

1.1 電子舌在食品檢驗中的應用

電子舌是以用類脂膜作為味覺傳感器[6]，分析固體、液體的氣味變化，該技術可應用于食品的味道評價及比較[7]、溯源[8]、質量分級[9]、摻偽鑒別和加工過程監測[10-11]。Paup V D 等人[12]發現應用傳統感官評價方法對含辛辣化合物的食品進行分析時，十分容易造成分析人員的感官疲勞，影響結果的準確性，而采用電子舌分析技術則可快速準確地對不同種、不同濃度辛辣化合物進行有效區分。Schlossareck C等人[13]在研究辣味帕內爾奶酪風味時，同樣發現了人體感官在受到辛辣物質刺激時易出現疲勞現象，即使在最大程度減少疲勞的情況下，分析人員仍無法準確區分不同濃度的辛辣化合物，而電子舌對其的鑒別度高達93%，因此在實際應用中，可用電子舌技術或結合感官評價方法分析辛辣食品。Lipkowitz J B 等人[14]應用電子舌分析全脂契達奶酪老化后風味的變化，結果表明電子舌比感官評價人員更及時、敏感的發現和識別到奶酪風味的變化，且具有更客觀、靈敏度高等優勢。Thiago R.L.C.Paixao 等人[15]應用電子舌檢測牛奶是否摻假，試驗以純牛奶、稀釋牛奶和添加了過氧化氫的牛奶為研究對象，應用電子舌進行檢測，結果顯示出明顯的差異性，說明電子舌能準確檢測食品摻假問題。

電子舌常用來檢測食品中的味覺物質，在食品檢驗中的應用十分廣泛，能夠快速鑒別食品的種類，判斷食品質量，識別食品摻假問題，保障食品安全，電子舌技術對食品行業的發展起到重要的推動作用。目前，如何減小電子舌設備的體積，提高機器的檢測速率和精準度，減小檢測誤差，還是科研人員的研究重點。

1.2 電子鼻在食品檢驗中的應用

電子鼻可識別食品中不同的揮發性成分，以鑒別食品的摻假情況，區分食品品種，檢測其新鮮度等。Tian Xiaojing 等人[16]為檢測羊肉餡的摻假情況，采用傳統技術與電子鼻技術相結合的方法，通過對肉餡中揮發性成分的測定，電子鼻能夠準確識別羊肉餡中的豬肉成分及其含量，在食品摻假檢測中具有廣闊前景。Zheng Xianzhe 等人[17]應用電子鼻對4 個不同品種的長粒水稻進行檢測，通過對水稻氣味的分析，顯示出不同品種水稻在香氣成分上存在較大差異。Nurjuliana M 等人[18]以豬肉、其他肉類和肉制品為研究對象，利用電子鼻對其中的揮發性成分進行測定，結果表明電子鼻可有效識別肉的種類。Tian Xiuying 等人[19]應用電子鼻檢測貯藏于15，10，5 ℃條件下帶魚和豬肉的新鮮度，通過對總揮發性鹽基氮（TVB-N） 的測定可分析帶魚和豬肉的腐敗過程。TVB-N 也是表征雞蛋新鮮度的重要指標，Liu Peng等人[20]利用電子鼻測定常溫貯藏期雞蛋的TVB-N 含量，結果表明電子鼻能區分不同貯藏期的雞蛋以評價其新鮮度。卞瑞姣等人[21]應用電子鼻技術對冷藏不同天數的秋刀魚氣味進行分析，結果表明隨著冷藏時間的延長，秋刀魚的氣味特征發生顯著變化，顯示出明顯的魚腥味和酸敗味。Guo Hu- ihua 等人[22]發現電子鼻可區分新鮮和不新鮮的桃子，且具有操作簡便、檢測快速、準確度高、重復性好等優點。

近年來，電子鼻技術得到了快速的發展，在肉類、水產品、果蔬等食品行業的應用十分廣泛，利用電子鼻技術結合其他檢測方法對食品的氣味進行檢測，就可以鑒別食品的質量，特別是對食品新鮮度的檢測，顯示出速度快、精度高等優勢。但電子鼻技術還存在一定的局限性，如易受環境影響，穩定性差、適用范圍有限等，這些問題還需要進一步解決，但隨著科學技術手段的發展，未來電子鼻技術的應用將更加廣泛。

1.3 電子眼在食品檢驗中的應用

電子眼可用于檢測食品顏色、形狀的細微變化，具有靈敏度高的特點，開始逐漸應用于食品檢驗中。李成吉等人[23]建立核桃外觀模型，利用計算機視覺系統對核桃的外觀缺陷進行識別，結果顯示該系統可快速準確地識別正常、黑斑、破損核桃，可用于核桃的篩選分級。黃星奕等人[24]采用計算機視覺結合電子鼻技術對菠菜新鮮度進行無損檢測，分析貯藏期內菠菜中葉綠素含量的變化，顯示出檢測速度快、成本低等優勢。目前，電子眼在預測水果的成熟方面已取得較大進展，通過對木瓜[25]、蘋果[26]、香蕉[27]的果皮顏色特征進行檢測以預測其成熟，準確度可達85%以上。R Quevedo 等人[28]以香蕉果皮紋理作為其成熟程度的指標，用計算機視覺系統記錄香蕉表皮的變化，隨著紋理的增加，香蕉成熟度隨之增加。

食品的外觀是其重要的感官特征，極大地影響其市場價值，也是影響消費者選擇的關鍵因素。目前，市場中還有很大一部分的食品企業采用人工進行分級篩選、質量檢測，這種方法存在主觀性強、耗時、成本高等問題。近年來，研究人員基于食品的尺寸、顏色、質地、形狀等設計了各種電子眼系統，用來取代人工評價，進行食品的質量缺陷檢測，具有人工檢測無法比擬的優勢。

2 虛擬現實技術在應急演練中的應用

食品安全突發事件頻發，凸顯了政府及相關部門在事故應急處理方面存在的預防機制不健全、應急預案不合理、培訓演練不到位等諸多問題。食品安全事故發生后，應急處理措施不當，不僅會危害人們的生命安全，也會造成巨大的經濟損失[29]。因此，有針對性地開展應急演練顯得尤為重要。但傳統的應急演練由于場地緊缺、設施落后、方式不當等多種因素，演練效果不明顯，對公眾的教育意義有限。所以，在食品安全監管的新形勢下，利用虛擬現實技術（VR 技術） 不僅可以解決上述問題，同時還會極大地增強相關人員及消費者的現實體驗感。

虛擬現實技術是通過借助計算機手段模擬一個三維空間，為參與人員提供聽覺、視覺、嗅覺、觸覺等多種感官的實時模擬與實時交互，讓參與人員能夠沉浸到計算機所創建的系統中，利用多種傳感器與多維化的信息環境發生交互作用，從虛擬環境信息中獲取感性和理性的認識[30]。應用虛擬現實應急演練系統進行突發事件應急處理、訓練，解決了傳統應急演練中存在的多種問題，可實現突發事件應急救援模擬演練，彌補實訓演練中資源緊缺的客觀局限，總體投入成本少、對環境污染小、安全性高，可對演練任務進行多重設計模擬。虛擬訓練環境更為逼真，使參與人員真正感受突發事件發生的情景，參與性更強，通過對模擬突發事件發生后各個過程的場景進行切換，對參與人員進行重點明確的訓練。因此，虛擬現實技術在應急演練中極具發展前景，近年來該技術在應急演練中的應用越來越多，均取得了顯著成效。

目前，虛擬現實技術主要在火災、地震等應急演練中得到應用。隨著我國經濟的發展，大型公共建筑數量急速增加，但同時存在嚴重的火災隱患，傳統的演練方式耗費大量的人力物力，且演練流于形式，效果不明顯。因此，研究人員將虛擬現實技術引入火災應急演練，以解決這些問題。張磊[31]以大型高鐵站公共建筑為例，利用虛擬現實技術構建模型，建立高鐵站火災演練系統，較傳統方式優勢明顯，達到了更好的演練效果。劉林等人[32]將虛擬現實技術應用到消防演練中，建立數字消防系統并將其應用到實際工作中，有效解決了消防系統的許多問題，顯示出虛擬現實技術廣闊的應用前景。劉敦文等人[33]研究并構建了虛擬現實技術的隧道火災應急培訓系統，對應急救援人員、管理人員進行培訓，節約了成本，提高了安全性及相關人員的應急處理能力。蔣國民等人[34]研究了虛擬現實技術在石化應急演練中的應用，企業員工和消防人員可在系統中對石化事故引起的火災、泄露事件進行模擬演練，提高企業對突發事件的處理能力，保障企業的安全生產。周柏賈等人[35]研究虛擬現實技術在地震中的應用，構建了虛擬地震應急演練系統，演練人員可在系統模擬出的地震災害現場中，對出現的不同情況做出相應決策，提升地震應急救援人員和管理人員的快速反應和應急處置能力。

將虛擬現實技術引入食品安全突發事件應急演練中，建立典型事故模型，對事故現場進行模擬。在系統中參與人員可選擇不同的角色，如事故救援人員或應急管理決策人員，系統根據不同角色提供不同的模擬演練任務，進行各類訓練，構建多角色、多任務的應急演練新系統。應用虛擬現實技術的應急演練系統，無論是在應用范圍、時間選擇，還是在演練難易程度和安全性上都有著傳統演練方式所無法比擬的優越性。

3 結語

主要介紹了數字化感官技術在食品檢驗和應急演練中的應用。在虛擬現實技術構建的逼真場景中，參與人員可達到與真實演練同樣甚至更好的效果，大大提高了對食品安全事故的應急處理能力。同時，電子感官能準確識別食品中有害成分及其含量，當食品安全突發事件發生后，利用電子感官結合其他檢測手段可及時精準地找出有害成分，遏制事件的進一步發展。感官數字化技術顯示出了客觀準確、靈敏快速、重復性好、成本低等諸多優勢，已廣泛應用于許多方面，符合當前發展大趨勢，是具有廣闊前景的新興技術。

目前，感官數字化技術由于發展還處于初級階段，在許多方面存在不足，如電子感官需要由訓練有素的專業人員進行操作，試驗過程需要制備大量的樣品，且不能對樣品含量進行準確描述，易受環境變化影響，數據處理方法不成熟等。此外，器械高昂的費用和有限的資源也限制了該項技術的發展和應用。虛擬現實應急演練系統由于技術不成熟、專業人員缺乏，使其應用范圍十分有限。感官數字化在應急演練中的應用促進了食品安全應急管理的研究，對推動我國食品安全應急管理能力提升和人才培養具有深遠意義。隨著科技不斷發展，感官數字化技術將會更加高級智能，在應急演練方面的應用也會越來越廣泛。