感官数字化在应急演练中的应用

王佳宁，赵瑛博，陶冬冰，白 冰，郑 艳

（沈阳农业大学食品学院，辽宁沈阳 110866）

食品是人类赖以生存和发展的最基本的物质条件。随着国民经济的不断发展，在满足温饱的前提下，人们对食品安全的关注度日益增高。食品安全与人民生命健康息息相关，是基本的民生问题和重大的经济问题。安全的食品环境是社会经济稳定发展的必备条件之一。从田间到餐桌涵盖了种植、养殖、加工、保存、运输、销售、消费等环节，任何环节产生的食品安全风险都会沿着产业链传导，并最终损害消费者利益，动摇国民经济基础[1]。近年来，尽管我国政府不断加大对食品企业的监管力度，但由于食品供应链长、风险传导快、监管难度高，食品安全问题仍时有发生[2]。

2011 年10 月5 日修订的《国家食品安全事故应急预案》明确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，且对人体健康有危害或者可能有危害的事故；食品安全事故共分4 级，即特别重大食品安全事故（Ⅰ级）、重大食品安全事故（Ⅱ级）、较大食品安全事故（Ⅲ级） 和一般食品安全事故（Ⅳ级）。2015 年，中华人民共和国卫生部颁布了新的《食品安全法》。新法总则中明确提出“食品安全工作实行预防为主、风险管理、全程控制、社会共治，建立科学、严格的监督管理制度”。由于食品安全突发事件具有爆发急、波及广、影响大、危害重的特点，党的十九大把防范化解食品安全重大风险作为决胜全面建成小康社会三大攻坚战的首要战役。2018 年，经国务院批准成立国家市场监管总局，主管全国食品安全；并成立应急管理部，统筹领导全国安全应急管理工作。新机构的设置表明国家对食品安全突发事件的高度重视，在此形势下，针对于食品安全突发事件的应急演练工作显得尤为重要。通过开展应急演练活动，在事件真正发生前暴露预案和程序的缺陷，提高各级预案之间的协调，加强不同应急部门、机构之间的协调合作，明确各自的岗位和职责，提高应急人员的熟练程度和技术水平，增强公众对突发事件的信心和应急意识[3]。此外，利用感官数字化新技术对食品进行分析以减少此类突发事件的发生，做到预防为主、科学检验、系统监控，进而从根本上实现食品安全的“社会共治”。

1 感官数字化在食品质量检测中的应用

感官数字化是指利用数字化手段模拟人的感官功能，对数据进行识别和分析，将模糊信息定量化，具有所需样本量要求小、操作简便、精确、敏捷、便捷等特点，有效缩短了检测时长，提高了检测效率[4]，如电子鼻、电子舌、电子眼、虚拟现实技术等。近年来，发生的多起食品安全突发事件反映出我国食品检测体系存在的不足和问题，因此加强和完善我国食品安全检测技术体系，显得尤为重要和迫切[5]。食品质量的检测主要包括人工感官评价和理化指标检测。人工感官评价实用性强、操作简单，易受周围环境及经验的影响、一致性差、评价结果具有较强的主观性。理化指标检测的结果客观可信，但操作复杂、检测时间长、成本高等缺点。感官数字化技术的出现，在食品品质监控、食品评价、食品安全监测等领域显示出巨大的潜力。

1.1 电子舌在食品检验中的应用

电子舌是以用类脂膜作为味觉传感器[6]，分析固体、液体的气味变化，该技术可应用于食品的味道评价及比较[7]、溯源[8]、质量分级[9]、掺伪鉴别和加工过程监测[10-11]。Paup V D 等人[12]发现应用传统感官评价方法对含辛辣化合物的食品进行分析时，十分容易造成分析人员的感官疲劳，影响结果的准确性，而采用电子舌分析技术则可快速准确地对不同种、不同浓度辛辣化合物进行有效区分。Schlossareck C等人[13]在研究辣味帕内尔奶酪风味时，同样发现了人体感官在受到辛辣物质刺激时易出现疲劳现象，即使在最大程度减少疲劳的情况下，分析人员仍无法准确区分不同浓度的辛辣化合物，而电子舌对其的鉴别度高达93%，因此在实际应用中，可用电子舌技术或结合感官评价方法分析辛辣食品。Lipkowitz J B 等人[14]应用电子舌分析全脂契达奶酪老化后风味的变化，结果表明电子舌比感官评价人员更及时、敏感的发现和识别到奶酪风味的变化，且具有更客观、灵敏度高等优势。Thiago R.L.C.Paixao 等人[15]应用电子舌检测牛奶是否掺假，试验以纯牛奶、稀释牛奶和添加了过氧化氢的牛奶为研究对象，应用电子舌进行检测，结果显示出明显的差异性，说明电子舌能准确检测食品掺假问题。

电子舌常用来检测食品中的味觉物质，在食品检验中的应用十分广泛，能够快速鉴别食品的种类，判断食品质量，识别食品掺假问题，保障食品安全，电子舌技术对食品行业的发展起到重要的推动作用。目前，如何减小电子舌设备的体积，提高机器的检测速率和精准度，减小检测误差，还是科研人员的研究重点。

1.2 电子鼻在食品检验中的应用

电子鼻可识别食品中不同的挥发性成分，以鉴别食品的掺假情况，区分食品品种，检测其新鲜度等。Tian Xiaojing 等人[16]为检测羊肉馅的掺假情况，采用传统技术与电子鼻技术相结合的方法，通过对肉馅中挥发性成分的测定，电子鼻能够准确识别羊肉馅中的猪肉成分及其含量，在食品掺假检测中具有广阔前景。Zheng Xianzhe 等人[17]应用电子鼻对4 个不同品种的长粒水稻进行检测，通过对水稻气味的分析，显示出不同品种水稻在香气成分上存在较大差异。Nurjuliana M 等人[18]以猪肉、其他肉类和肉制品为研究对象，利用电子鼻对其中的挥发性成分进行测定，结果表明电子鼻可有效识别肉的种类。Tian Xiuying 等人[19]应用电子鼻检测贮藏于15，10，5 ℃条件下带鱼和猪肉的新鲜度，通过对总挥发性盐基氮（TVB-N） 的测定可分析带鱼和猪肉的腐败过程。TVB-N 也是表征鸡蛋新鲜度的重要指标，Liu Peng等人[20]利用电子鼻测定常温贮藏期鸡蛋的TVB-N 含量，结果表明电子鼻能区分不同贮藏期的鸡蛋以评价其新鲜度。卞瑞姣等人[21]应用电子鼻技术对冷藏不同天数的秋刀鱼气味进行分析，结果表明随着冷藏时间的延长，秋刀鱼的气味特征发生显著变化，显示出明显的鱼腥味和酸败味。Guo Hu- ihua 等人[22]发现电子鼻可区分新鲜和不新鲜的桃子，且具有操作简便、检测快速、准确度高、重复性好等优点。

近年来，电子鼻技术得到了快速的发展，在肉类、水产品、果蔬等食品行业的应用十分广泛，利用电子鼻技术结合其他检测方法对食品的气味进行检测，就可以鉴别食品的质量，特别是对食品新鲜度的检测，显示出速度快、精度高等优势。但电子鼻技术还存在一定的局限性，如易受环境影响，稳定性差、适用范围有限等，这些问题还需要进一步解决，但随着科学技术手段的发展，未来电子鼻技术的应用将更加广泛。

1.3 电子眼在食品检验中的应用

电子眼可用于检测食品颜色、形状的细微变化，具有灵敏度高的特点，开始逐渐应用于食品检验中。李成吉等人[23]建立核桃外观模型，利用计算机视觉系统对核桃的外观缺陷进行识别，结果显示该系统可快速准确地识别正常、黑斑、破损核桃，可用于核桃的筛选分级。黄星奕等人[24]采用计算机视觉结合电子鼻技术对菠菜新鲜度进行无损检测，分析贮藏期内菠菜中叶绿素含量的变化，显示出检测速度快、成本低等优势。目前，电子眼在预测水果的成熟方面已取得较大进展，通过对木瓜[25]、苹果[26]、香蕉[27]的果皮颜色特征进行检测以预测其成熟，准确度可达85%以上。R Quevedo 等人[28]以香蕉果皮纹理作为其成熟程度的指标，用计算机视觉系统记录香蕉表皮的变化，随着纹理的增加，香蕉成熟度随之增加。

食品的外观是其重要的感官特征，极大地影响其市场价值，也是影响消费者选择的关键因素。目前，市场中还有很大一部分的食品企业采用人工进行分级筛选、质量检测，这种方法存在主观性强、耗时、成本高等问题。近年来，研究人员基于食品的尺寸、颜色、质地、形状等设计了各种电子眼系统，用来取代人工评价，进行食品的质量缺陷检测，具有人工检测无法比拟的优势。

2 虚拟现实技术在应急演练中的应用

食品安全突发事件频发，凸显了政府及相关部门在事故应急处理方面存在的预防机制不健全、应急预案不合理、培训演练不到位等诸多问题。食品安全事故发生后，应急处理措施不当，不仅会危害人们的生命安全，也会造成巨大的经济损失[29]。因此，有针对性地开展应急演练显得尤为重要。但传统的应急演练由于场地紧缺、设施落后、方式不当等多种因素，演练效果不明显，对公众的教育意义有限。所以，在食品安全监管的新形势下，利用虚拟现实技术（VR 技术） 不仅可以解决上述问题，同时还会极大地增强相关人员及消费者的现实体验感。

虚拟现实技术是通过借助计算机手段模拟一个三维空间，为参与人员提供听觉、视觉、嗅觉、触觉等多种感官的实时模拟与实时交互，让参与人员能够沉浸到计算机所创建的系统中，利用多种传感器与多维化的信息环境发生交互作用，从虚拟环境信息中获取感性和理性的认识[30]。应用虚拟现实应急演练系统进行突发事件应急处理、训练，解决了传统应急演练中存在的多种问题，可实现突发事件应急救援模拟演练，弥补实训演练中资源紧缺的客观局限，总体投入成本少、对环境污染小、安全性高，可对演练任务进行多重设计模拟。虚拟训练环境更为逼真，使参与人员真正感受突发事件发生的情景，参与性更强，通过对模拟突发事件发生后各个过程的场景进行切换，对参与人员进行重点明确的训练。因此，虚拟现实技术在应急演练中极具发展前景，近年来该技术在应急演练中的应用越来越多，均取得了显著成效。

目前，虚拟现实技术主要在火灾、地震等应急演练中得到应用。随着我国经济的发展，大型公共建筑数量急速增加，但同时存在严重的火灾隐患，传统的演练方式耗费大量的人力物力，且演练流于形式，效果不明显。因此，研究人员将虚拟现实技术引入火灾应急演练，以解决这些问题。张磊[31]以大型高铁站公共建筑为例，利用虚拟现实技术构建模型，建立高铁站火灾演练系统，较传统方式优势明显，达到了更好的演练效果。刘林等人[32]将虚拟现实技术应用到消防演练中，建立数字消防系统并将其应用到实际工作中，有效解决了消防系统的许多问题，显示出虚拟现实技术广阔的应用前景。刘敦文等人[33]研究并构建了虚拟现实技术的隧道火灾应急培训系统，对应急救援人员、管理人员进行培训，节约了成本，提高了安全性及相关人员的应急处理能力。蒋国民等人[34]研究了虚拟现实技术在石化应急演练中的应用，企业员工和消防人员可在系统中对石化事故引起的火灾、泄露事件进行模拟演练，提高企业对突发事件的处理能力，保障企业的安全生产。周柏贾等人[35]研究虚拟现实技术在地震中的应用，构建了虚拟地震应急演练系统，演练人员可在系统模拟出的地震灾害现场中，对出现的不同情况做出相应决策，提升地震应急救援人员和管理人员的快速反应和应急处置能力。

将虚拟现实技术引入食品安全突发事件应急演练中，建立典型事故模型，对事故现场进行模拟。在系统中参与人员可选择不同的角色，如事故救援人员或应急管理决策人员，系统根据不同角色提供不同的模拟演练任务，进行各类训练，构建多角色、多任务的应急演练新系统。应用虚拟现实技术的应急演练系统，无论是在应用范围、时间选择，还是在演练难易程度和安全性上都有着传统演练方式所无法比拟的优越性。

3 结语

主要介绍了数字化感官技术在食品检验和应急演练中的应用。在虚拟现实技术构建的逼真场景中，参与人员可达到与真实演练同样甚至更好的效果，大大提高了对食品安全事故的应急处理能力。同时，电子感官能准确识别食品中有害成分及其含量，当食品安全突发事件发生后，利用电子感官结合其他检测手段可及时精准地找出有害成分，遏制事件的进一步发展。感官数字化技术显示出了客观准确、灵敏快速、重复性好、成本低等诸多优势，已广泛应用于许多方面，符合当前发展大趋势，是具有广阔前景的新兴技术。

目前，感官数字化技术由于发展还处于初级阶段，在许多方面存在不足，如电子感官需要由训练有素的专业人员进行操作，试验过程需要制备大量的样品，且不能对样品含量进行准确描述，易受环境变化影响，数据处理方法不成熟等。此外，器械高昂的费用和有限的资源也限制了该项技术的发展和应用。虚拟现实应急演练系统由于技术不成熟、专业人员缺乏，使其应用范围十分有限。感官数字化在应急演练中的应用促进了食品安全应急管理的研究，对推动我国食品安全应急管理能力提升和人才培养具有深远意义。随着科技不断发展，感官数字化技术将会更加高级智能，在应急演练方面的应用也会越来越广泛。