بخشی از مقاله
فناوري زبان و بینی الکترونیکی وکاربرد آن در صنعت لبنیات
چکیده: فناوري زبان و بینی الکترونیکی یکی از روشهاي نوین و غیرتخریبی مطالعه مواد غذایی بهخصوص لبنیات است. مفهوم زبان و بینی الکترونیکی به دلیل پتانسیل و قابلیت آن در سالهاي اخیر بهسرعت در حال پیشرفت و توسعه است. زبان و بینی الکترونیکی کاربرد وسیعی در صنایع غذایی، نوشیدنی،شیمیایی و دارویی دارد و در زمینههاي تشخیص، اندازهگیري، کنترل کیفیت و بررسی خاستگاه و منشا مواد خام و محصولات مورد استفاده قرار میگیرد. هدف اصلی از بهکارگیري زبان وبینی الکترونیکی، تشخیص وجود اختلاف در ویژگیهاي حسی نمونه ها بدون استفاده از ارزیابهاي حسی است. در این مطالعه، به کاربرد این فناوري در زمینه کنترل کیفت شیر و محصولات لبنی و در نهایت نقاط قوت وضعف آن و راهکارهاي ممکن پرداختهشدهاست.
کلمات کلیدي: زبان الکترونیکی، بینی الکترونیکی، صنعت لبنیات، کنترل کیفیت
-1 مقدمه
بینی الکترونیکی و زبان الکترونیکی تقلیدي ناقص از حسگرهاي بویایی (حسگرهاي گازي) و چشایی( حسگرهاي مایع) انسان و ارتباط آنها با مغز انسان است. دستگاه بویایی و شامه انسان به مراتب پیچیدهتر، کاملتر و شامل هزاران گیرنده است که به ملکولهاي عامل بو و رایحه چسبیده و میتواند برخی از آنها را در سطوح یک در تریلیون شناسایی کند. به نظر میرسد که برخی از این گیرندهها در مایع مخاطی دستگاه بویایی میتوانند به بیش از یک ملکول عامل بو و در برخی موارد یک ملکول عامل بو میتواند به بیش از یک گیرنده متصل شود. این عمل سبب ارسال ترکیبی از الگوهاي منحصر به فرد علائم به مغز انسان میشود. سپس مغز این علائم را ترجمه، تفسیر و طبقه بندي میکند تا سوبستراي مصرف شده بر اساس تجربههاي قبلی یا الگوي شناسایی شبکه عصبی تشخیص داده شود. بینی الکترونیکی بهطور معمول شامل حسگرهاي غیرانتخابی است که با مکلولهاي فرار برهمکنش دارد و سبب تغییر فیزیکی و یا شیمیایی میگرددکه بهدنبال آن علائم به دستگاه پردازشگر فرستاده و بر اساس برنامه دادهشده به دستگاه و کالیبراسیون این تغییرات طبقه بندي و در نهایت الگوي آنها شناسایی میشود. غیرانتخابی بودن حسگرها باعث میشود که احتمال ترکیب علائم، الگوها و اثر انگشتها بیشتر و بتوان به این طریق ترکیبات فرار پیچیدهتري را شناسایی نمود. زبان انسان شامل بیش از ده هزار جوانه چشایی است که هر کدام از 50-100
سلول چشایی تشکیل شدهاند و قابلیت تشخیص مزهها را دارند. زبان الکترونیکی از یک سري حسگرهایی استفاده میکند که به نمکها، اسیدها، قندها، ترکیبات تلخ و غیره پاسخ داده و علائم را براي ترجمه و تفسیر به پردازنده میفرستد.[1]
مزیت بزرگ دستگاه حسی انسان، این است که مغز توانایی دریافت همزمان علائم از دستگاه بویایی و گیرندههاي زبان را دارد و هر دو دسته داده را جمع، طبقه بندي و تفسیر میکند. زبان و بینی الکترونیکی
این توانایی را ندارند و تنها میتوان دادههاي حاصل از هر دستگاه را به یک برنامه ارسال و جمع نمود. عیب دستگاه حسی انسان این است که دو مغز مشابه براي بررسی عطر و طعم به شکل جداگانه ندارد (البته از از یک نقطه نظر دیگر یک مزیت به حساب میآید.) و همچنین مغز انسان ممکن است در یک روز پاسخهاي متفاوتی به سوبسترا دهد که این مسئله به سلامت، محیط اطراف، خلق وخوي افراد بستگی دارد. در مقابل، دستگاههاي زبان و بینی الکترونیکی قابلیت کالیبره شده دارد و اطلاعات مناسبی جهت کنترل کیفیت و ایمنی ارائه میدهد. با استفاده از زبان و بینی الکترونیکی میتوان نمونه هایی که مناسب مصرف انسان نیستند، آزمایش کرد..[2]
-2بینی الکترونیکی1
-1-2تعریف
سامانه بینی الکترونیکیمعمولاً شامل یک آرایه از حسگرها با الگوي انتخاب پذیري مختلف، یک واحد پردازش دادهها مثل شبکه عصبی مصنوعی، یک نرم افزار با الگوریتم شناسایی الگوهاي دیجیتال و یک پایگاه دادهاي مرجع میباشد.[2] اکسید فلزي نیمه رسانا، پلیمرهاي رسانا و مبدلهاي امواج صوتی سطحی از متداولترین حسگرهاي بینی الکترونیکی هستند.[1]
-2-2کابرد
کاربرد بینی الکترونیکی در تجزیه و تحلیل و کنترل مواد غذایی به پنج دسته اصلی تقسیم میشود. این دسته بندي شامل (1) نظارت بر فرآوري (2) تعیین عمر نگهداري (3) ارزیابی میزان تازگی (4) بررسی اعتبار و صحت (5) سایر مطالعات کنترل کیفیت میشود.[3]
بینی الکترونیکی در کنترل کیفیت بسیاري از مواد غذایی مانند میوه و سبزیجات، گوشت و ماهی، تخم مرغ و لبنیات کاربرد فراوانی دارد که در این مطالعه به اهمیت آن در صنعت شیر و محصولات آن پرداخته شدهاست.
-1-2-2 نظارت بر فرآوري
کاربردهاي موفقیتآمیز بسیاري از بینی الکترونیکی بهمنظور کنترل ترکیبات عامل عطر و آروما حین فرآوري گزارش شدهاست.
بینی الکترونیکی جهت بررسی فرآیندهاي زیستی که در فرآوريهاي میکروبیولوژیکی مورد استفاده صنعت غذا کاربرد فراوانی دارد. براي مثال ماریلی و همکاران (2004) به مطالعه کنترل و غربال تولید آروما توسط سویههاي باکتري اسید لاکتیک در تولید پنیر و محصولات لبنی تخمیري است. براي این منظور، با استفاده از بینی الکتریکی میتوان ژنوتیپهاي مختلف لاکتوباسیلوس کازئی ایزوله شده از انواع پنیر سوئیسی جداسازي و متمایز نمود. این طبقه بندي سویهها بر اساس تولید ترکیبات فرار با طبقه بندي بهدست آمده با استفاده از روش ملکولیREP-PCR2 مطابقت دارد.[4] گوتیرز- مندز و همکاران
(2008) با استفاده از بینی الکترونیکی به غربال تولید آروما توسط سویههاي لاکتوباسیلوي لاکتیس ایزوله شده از منابع لبنی، غیرلبنی و صنعتی پرداختند. هدف از این مطالعه، ارزیابی این سویهها و امکان استفاده از آنها بهعنوان استارتر کالچر پنیر است. نتایج نشان داد که چهار گروه نمونه بر اساس امتیاز شدت بو قابل تفکیک هستند اما بر اساس منبع جداسازي قابل تمایز نیستد.[5] زاندوان و همکاران (1999)
با استفاده از این دستگاه به طبقه بندي محصولات قالبی شیر بر اساس نوع فرایند حرارتی بهمنظور پیشبینی مطلوبترین روش حرارتی پرداختند.[6]
-2-2-2 تعیین عمر نگهداري
بینی الکترونیکی کاربرد فراوانی در مطالعه فرایند رسیدن و پیشبینی عمر نگهداري میوه، سبزیجات، شیر و لبنیات دارد. بندتی و همکاران
(2005) با استفاده از بینی الکترونی تجاري به بررسی عمر انبارداري پنیر نرم سنتی از آغاز عمر تجاري تا پایان تاریخ انقضاء پرداختند.
نتایج نشان داد که یک اختلاف واضح وشفاف بین نمونه هاي تازه، کهنه شده و بسیار کهنه شده وجود دارد.[7] ترکیب فناوري بینی الکترونیکی و پردازش تصویر توسط ریوا و مانیو (2005) جهت ارزیابی عمر نگهداري پنیر ایتالیایی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج حاکی از یک ارتباط خوب بین پارامترهاي میکروبیولوژیکی متداول و تغییرات رنگ است. همچنین یک همبستگی مناسب بین پارامترهاي پروتئولاتیکی معمول مورد استفاده جهت کنترل رسیدگی پنیر و پارامترهاي تصویري رشد حفرهها دیده شده است.[8] لابرانش و همکاران (2005) از بینی الکترونیکی براي تعیین عمر نگهداري شیر در دماي محیط و دماي 5 درجه سانتیگراد و رشد باکتریایی در شیر
