数据驱动型模型技术助力解读食品风味密码

数据驱动型模型技术助力解读食品风味密码

——北京工商大学食品与健康学院王蓓教授团队

近年来，风味多样化与健康功能化逐渐成为我国食品行业的主流发展趋势，对我国食品制造业发展提出了全新的要求。目前，我国的食品工业发展迅猛，但食品中关键风味组分及其作用不明晰、风味化合物形成途径及作用机制不清楚、产品风味品质稳态化评价技术缺乏等核心关键技术难题仍长期存在。立足国情，以风味为导向的新型食品品质判别技术开发是提升我国食品品质和推动我国各项食品特色化的有效途径。

数据驱动型模型技术是一种基于数据的决策支持系统，核心思想是通过挖掘和分析大量数据，发现数据背后的规律和关系，进而为科学研究提供有力支持。基于这一发展理念，北京工商大学食品与健康学院王蓓教授团队（以下简称“团队”）对不同种类奶酪、大宗粮油、板栗、牛奶、绿茶、咖啡等常见十几大类食品的特征风味物质进行了系统性分析与鉴定，解析其风味形成机理及代谢途径，建立了高精度食品风味品质判别、产品真伪判别等统计学模型，并自主研发了食品风味品质分析软件，在奶酪分级分析、煎炸油品质快速判别、特色地标产品品质评价等领域应用广泛，取得了良好的经济效益。

1　提出“风味感官组学”这一食品中风味组分研究新方法论

食品风味是食品质量的核心要素之一，直接影响着消费者的购买决策和食用体验。因此，深入研究食品风味，揭示其风味形成机制，有助于食品企业开发出更符合消费者口味需求的产品，提高产品的市场占有率和经济效益，也可以促进食品生产工艺的改进和优化，提高产品的风味品质和稳定性。

风味组学和感官组学是两种常用的食品风味成分分析方法。感官组学是将仪器分析与人类获得的嗅觉信号相结合，专注于风味活性化合物，目的是识别对感官有直接联系的挥发性化合物。风味组学能够处理大量的风味数据，基于数据驱动型模型的建立来识别与感官相关的挥发物。团队创新性地提出“感官风味组学”这一研究方法，将风味组学机器学习等数据驱动型模型建立中确定的ID化合物与感官组学技术中得到的感官活性化合物相结合，揭示食品风味的产生秘密，解决了很多行业实际问题。

2　建立常见食品香气组分特色数据库

针对食品中常见的关键风味组分信息缺乏以及其对应的感官特征数据缺失的问题，团队基于不同种类乳制品、大宗粮油、特色地标农产品等常见食品特征风味组分研究基础，得到食品中500种常见关键风味组分信息。在此基础上，他们进一步通过标准品确定了每一种香气组分的特征离子碎片信息、样品感官特征、化合物阈值、保留指数等关键数据，并且采用香气活性值、S型曲线模型、σ－τ图法、Feller加性模型、PDE模型等手段揭示了食品中风味物质间的协同作用关系。这一成果从分子层面阐明了食品风味形成的作用机制。研究发现，风味物质间的相互作用随浓度比例的变化而变化，且当浓度接近阈值浓度时，更容易发生风味协同作用。

该团队的研究首次从大规模食品中明确多种关键风味组分信息，建立了快速、准确判别乳制品、大宗粮油、特色地标农产品等常见十几大类食品特征风味物质的方法；明晰赋予各食品不同香韵属性的关键风味组分，特别是基于质谱多反应监测技术对微量风味化合物的准确鉴定；首次建立了食品中常见500种香气组分特色大型数据库，登记软件著作权3件，奶酪品质快速判别技术成果达到国际领先水平，弥补了现有国内食品香气数据库的缺失，相关研究成果已在专业分析仪器公司和乳制品公司开展推广应用。

3　创制基于身份标识性风味组分的食品感官品质判别技术

针对食品仪器分析得到的客观风味组分检测结果与感官评价专家小组感官评价主观结果之间缺乏相关性的问题，团队基于已有风味数据库信息，进一步结合感官评价结果和信息增益等统计学分析方法，确定并得到不同食品种类中预期关键感官属性相关的身份标识性特征风味组分。在此基础上，团队进一步构建训练集，用支持向量机等统计学建模方法建立判别模型，从而对食品感官品质判别、产品真伪判别等进行确定。模型准确率达85％以上，具有较高的商业价值，解决了客观风味组分检测结果与感官评价主观结果之间缺乏相关性的问题。

团队明确了奶酪、板栗、咖啡、绿茶、牛奶等食品的身份标识性特征风味组分，并且利用机器学习等先进统计学建模方法建立了精准的食品感官品质判别模型。此外，采用信息化手段分析、预测食品品质变化，展现了食品行业的现代化设计理念，解决了企业常出现的商品品质不均一、贮藏期某一批次产品出现质量问题等难题，同时可以优化人工成本，减轻企业用工难的问题，进而解决行业发展的瓶颈。

4　食品风味分析关键技术的创新与示范应用

在技术理念创新的同时，团队开发了食品风味分析软件，在岛津企业管理（中国）有限公司气质仪器上进行应用研发，并投入实际生产。目前，该分析软件已应用到牛奶感官品质快速判定、酸奶香气快速分型技术以及奶酪奶香味分级判别等方面。基于研发的成果数据库，团队已与相关软件分析公司、仪器公司对接，首次推出了一款应用范围广（涉及乳制品、大宗粮油、板栗、肉制品等10项产品）、针对性强（数据库可针对乳制品进行运用）、准确度高的食品风味分析软件。近两年，这一软件已经在各食品领域投入实际生产，岛津企业管理（中国）有限公司将该技术应用于食品感官品质判别相关领域，取得了良好的经济效益。

团队依托上述研究成果，近5年发表SCI期刊论文60余篇，参与制定地理标识性产品地方标准1项，登记软件著作权3件，获得上海市科学技术进步奖一等奖、全国市场监管科研成果奖一等奖、中国商业联合会科学技术奖特等奖、中国发明协会发明创新奖二等奖等多项奖励。这些技术成果在提升我国食品产业感官品质中发挥重要作用，创制的软件和技术已应用于乳品、粮食、板栗加工等行业，突破了我国食品产业风味组分研究方法准确度低、应用范围窄等技术难题。

5　结语

王蓓教授团队立足我国食品行业发展的基本境况，充分研究各类常见食品的关键风味组分，攻克了我国食品产业风味组分研究方法单一、准确度低、无法进行感官预测等关键问题。相关研究不仅深化了对食品风味本质的认识，还开发出多项实用技术，为食品加工企业带来了经济效益，同时也为食品相关产业的创新发展注入新的活力。同时，团队的创新技术成果直接应用于我国大型分析仪器公司和食品加工企业，实现了产学研紧密结合。此外，研发成果有力地推动了我国食品工业的现代化进程，为推广具有地理标识的产品和推动我国乳品产业进一步发展提供助力。