2016电子鼻应用趋势评析@枢纽科技顾问(股)公司     姚念周

电子鼻(Electronic-nose)是利用多组气体感测器对气体分子如产品(或食品)的气味气体、有毒气体、人体呼出的气体等，进行特定分子的监控、分析、判断，其应用情境是模拟人类分辨气体的鼻子，因此有电子鼻这个名称，目前市面上已有多种电子鼻产品，常见的应用包括安全监控用途的工业毒气监测、食品相关产业的品质管理监测，甚至较前瞻的应用于医疗的疾病诊断。

电子鼻分辨气体的方法，主要是利用电子感测器，替代人体的嗅觉细胞，做为气体感测的基本单元，利用气体分子接触感测晶片后的化学光电反应来识别，其设计的基本概念，在于感测器阵列中的每个感测器，对于同一样品具有不同的灵敏度，这样的设计可以使不同气体在感应器阵列的侦测下，产生不同的反应程度，进而辨别确认不同的气体，或是对特定反应程度的气体做出警讯。工研院专家曾解析其原理如下：

由各种不同灵敏度的感测器组成阵列
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感测器阵列接触气体后产生光电信号
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光电信号经放大后转化为数位信号
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数位信号转换为特徵值
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使电子鼻与气体多次反应、校正建立特徵值资料库
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将待测气体资讯输入模式鑑别系统
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经鑑别系统比对资料库，分析待测气体资讯

工研院专家并认为电子鼻在侦测灵敏度的提升及仪器结构的微型化上的技术还有进步空间。笔者认同在工业安全(有毒气体侦测)及医疗诊断(疾病侦测)的应用上，这个论点是对的，也是电子鼻可以继续研发的方向，但在食品相关产业的应用上，其实电子鼻的应用瓶颈并非在敏感度与微型化技术上。 目前在食品相关产业方面，电子鼻扮演生产及存放时的品质管控角色，如鱼肉类新鲜度检测、酒类生产品质控管、酒类年份品质鑑定、烟草品质鑑定、水果成熟度鑑定、奶类製品生产品管等等的应用，不过这裡有一个很明显的现象-都没有提到研发上的应用，这是为什麽呢？

人类嗅觉的产生，是当挥发性分子传递至鼻腔并附着于鼻腔黏膜后，经扩散至上皮层中的嗅觉细胞受体，再进一步启动嗅觉细胞的酵素连锁反应，促使细胞膜的电位改变而产生神经传递讯号(电流)，讯号传送到大脑做出辨别与反应，若该分子具气味活性，则启动大脑嗅觉区细胞进行辨识(也会与记忆区比对)，但若不具有气味活性，该讯号就会被大脑忽略。此外，其中嗅觉纤毛细胞上的受体，约有10亿以上，能产生千种组合形式，用以鑑别各种气味，而各人因为生活经验不同，记忆区的[资料库]不同，引发的反应也会不一样，由此可见人类嗅觉体系其複杂程度。

在上述描述中，我们已经可以看出一个关键点-[气味活性]，也就是说并非所有的挥发性分子(或所谓的气体)，我们人类的鼻子(或嗅觉系统)都会有反应，科学家以气味活性定义之，那麽目前任何一个电子鼻的感测晶片有办法辨识[气味活性]吗？目前能有的晶片是靠人类已知的部分去建立资料库，但我们实务上常发现，不管是电子鼻原厂(通常是国际厂商)可提供的资料库还是已採用厂商(或学术单位)自建的资料库，总是不够用，必须常常训练[电子鼻]去认识新样品(使用者往往会抱怨这是同一类型产品不是新样品ㄚ)，而且还有国际厂商建立的资料库可能还会水土不服，因为人种、文化、环境等因素不同，对气味感受的结果也会因此不同。

因此从品管的角度，如果我们把目标样品(品管比对标的)输入电子鼻系统，事后各种需要品管确认的样品採样后输入比对，就可以得到与标的比对后的差异图，只要确认差异多大后会被客户感受到，就可确认品管上下限，能在日常品管工作中进行允收或淘汰的决定。不过聪明的读者可能注意到了，这裡也显示一个重要关键点-[差异多大会被感受到]，也许有人说，没关係，电子鼻敏感度高，只要有差异就可淘汰，不用担心。但是从使用厂商的角度而言，如果针对客户或消费者(人类)感受不到的差异去淘汰产品，不是损失成本吗？那到底多大会被感受到就是关键资讯了，这还是必须靠[人]确认这个关键资讯。

若从研发的角度来看，电子鼻就更难用了，因为远永资料库不够，电子鼻无法辨识竞争者的气味剖析，它也许可以辨识有一个不认识的气味化合物存在，但不知那是[什麽气味？]，无法提供研发人员线索，除非该研发单位要花相当时间深入建立单一产品的资料库，但这在企业组织的竞争现实中，很难会投入这样的成本。

可见如果要用仪器代表感官分析的结果，必须蒐集足够的人的感官的数据，建立资料库，才有可能用仪器来代表人的感受，且仍有很多限制。很明显的，至目前为止，还没有一项仪器可以完全取代人类感官的反应，许多物化指标无法直接代表感官特性，而且仪器无法提供不同感官特性产生的交互作用或整体感受等影响人类对食品评价的众多指标。

因此，感官分析才是最能解决企业组织多项功能的科学化工具，有人会误解感官分析是以人为工具，不靠谱！其实感官分析早已是国际认可(包括有ISO国际标准)的客观性工具，面对全球化竞争，并非锁国就可以解决的，何况国内市场规模有限，食品业者面对内需市场或国际市场，接轨国际势在必行，而且是唯一途径。让我们看一下两者的比对，从下表我们可以看出，感官分析从各种实务面的指标来看，除了无法24小时工作的限制性外，没有一个指标会输给电子鼻工具，那麽，从企业组织的立场，您认为您该选择什麽呢？不要再认为感官分析系统是人人试吃，所以不需花成本的工具，却反而思考花费上百万採购电子鼻是一种投资，投资错误是主管/老闆的责任，不是员工的！