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「电子鼻」鉴别威士忌准确率高达96%,网友:给茅台也整一个

WBOY
WBOY转载
2023-04-08 19:11:011044浏览

国内的茅台和国外的一些高端威士忌都售价不菲,但也是被造假的重要目标。

在没有鉴酒师的情况下,普通人怎么快速判别出酒的品质和真伪?

最近,就有这么一群工程师研发出了一种名为NOS.E的“电子鼻”,专门用来闻酒的那种。

它能在不到4分钟的时间内,“闻 ”出不同的威士忌风格、品牌和产地,为鉴酒打开了新思路。

为什么是靠“闻”而不是“品尝”?

实际上,威士忌的味道、气味、质地和颜色等特征,都能对其评估提供有效信息。

其中,气味是影响酒味道的主要因素,研究者以此为主要突破口展开设计出NOS.E。

在2019年澳大利亚CEBIT贸易展上,他们用NOS.E对六种威士忌进行了测试:其中,地区准确率达100%,品牌名称准确率为96.15%,风格准确率为92.31%。

虽然它叫“电子鼻”,但并不是真的长得像鼻子哦!

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今年4月,研究成果论文发表在IEEE旗下的IEEE Sensors期刊上。

看到这个消息,有网友激动地表示:终于可以鉴别假酒了!

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还有网友调侃,应该给茅台也开发一款。

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所以,这个精巧实用的鉴酒工具是怎么工作的?它真的靠谱吗?

测试前的样品预处理

此前在CeBIT的贸易展上,NOS.E的开发者就现场测试过这只“电子鼻”的效果。

在正式测试前,为了控制变量、降低无关变量对结果的干扰,研究者对样品进行了预处理:

他们选择了6种威士忌样品作为实验对象:3种混合麦芽威士忌和3种单一麦芽威士忌,并将等量的样品分别放在各个固相微萃取(SPME)小瓶中。

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将样品都加热到30°C;并用SPME纤维取样氯苯-D5,作为气相色谱的参照物。

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然后,将各个采集了氯苯-D5的SPME纤维分别放置在每个威士忌样品的上方(不接触液体),静置5分钟。

接着,将这些SPME纤维依次放入GC×GC-TOFMS仪器中,对采集的信息进行处理分析。

电子鼻对6种样品进行了396次测试

为了模仿人类的嗅觉系统,研究者们为NOS.E共配置了8个气味传感器。

正式测试开始——

往装有样品的SPME小瓶中注入空气,促使酒中的挥发性有机化合物更快地排出到电子鼻处。

为了模仿人类的嗅觉系统,研究者为NOS.E设计了八个气体传感器。

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电子鼻评估分子检测到的每个气味,然后将数据输入计算机:将采集到的数据进行归一化,和非参数化内核建模(nonparametric kernel-based modelling)预处理。

其中,建模过程是在MATLAB上进行的。

为了减少传感器偏差带来的影响,采用了如下的归一化公式:

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其中,y(t)和ˆy(t)分别代表归一化前后,传感器的响应。

然后,NOS.E的系统从气体传感器的响应中提取出9个特征:包括传感器响应的最大一阶导数,最小二阶导数,最大二阶导数,输入和响应峰值的时间间隔等。

在特征提取后,对数据进行分类:将每一种威士忌的数据集随机洗牌,再进行80:20的分割,构建训练集和测试集。

对于训练集,用十倍交叉验证(10-CV)方法,将其分成10个子集,来学习威士忌的分类模型:其中9个子集用于训练,剩余的1个用来验证。

利用线性判别法(LD)、支持向量机(SVM)和子空间判别法(SUBD)*等训练分类器,并产生一个成分分类器的集合,用于构建新的组合分类器。

最终的分析结果,由新的分类器发送给终端并呈现给用户。

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为了减少偶然误差,研究者对每种威士忌样品进行了多次实验;并且在对每个样品测试10次后,换上新的同种威士忌,以减少酒精挥发对实验的影响。

研究者前后共计测试了396次。

NOS.E在判断威士忌产地和风格方面表现出色

为了检测NOS.E收集,并处理的数据的准确性,研究者还使用最先进的二维气相色谱-飞行时间质谱(GC×GC-ToFMS)分析了威士忌样品,作为对照。

他们对NOS.E测试结果进行了3个维度的检测。

第一个方面是:各个威士忌样品是否都能相互分离。NOS.E的现场测试结果准确率如下:

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第二个方面是:判断各种威士忌样品的原产地,NOS.E测试结果的准确率最高竟达到100%。

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第三方面是:判断各种威士忌样品的风格,NOS.E测试结果的准确率约在82%至94%之间。

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作者简介

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Wentian Zhang,研究论文的第一作者,在山东第一医科大学和澳大利亚悉尼科技大学任教;主要研究方向是控制工程计算和医学计算等。

来自西安电子科技大学的Taoping Liu也参与研发了NOS.E,他博士毕业于澳大利亚悉尼科技大学,主要研究方向是控制工程计算和医学计算等。

据悉尼科技大学的报告,除了鉴别威士忌,在未来,NOS.E还可能用于检测白兰地和香水等。

如果这项研究能够得到推广应用,或许不久的将来也能用于更多酒类。消费者只需拿一个小小的电子产品,就能轻松判断一款酒的品类和真假。

嗯,到时候,中国的酒友们应该不用再担心买到假茅台了吧~(手动狗头)

论文地址:https://ieeexplore.ieee.org/document/9701291

参考链接:[1]https://www.smithsonianmag.com/smart-news/a-new-electronic-nose-may-help-sniff-out-counterfeit-whiskey-180979931/

[2]https://en.wikipedia.org/wiki/Gas_chromatography

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