計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用

朱亞東

（江蘇聯(lián)合職業(yè)技術(shù)學(xué)院南京工程分院，江蘇南京 210000）

食品安全一直是全社會普遍關(guān)注的問題，如何保證和提升食品安全是食品行業(yè)積極探索的一大問題，而計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的廣泛應(yīng)用為保障食品安全提供了思路與方向。目前來看，計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在食品工業(yè)中，如天然酶存在催化活性低、穩(wěn)定差的問題，在食品工業(yè)中的應(yīng)用有很大的局限性，而借助計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)可以獲取到品質(zhì)優(yōu)良的酶；又如包裝機(jī)器人可以憑借計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)和人工智能技術(shù)完成食品的快速打包和移動完成貨物裝卸。可以看出，這些新型計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的廣泛應(yīng)用對食品工業(yè)的發(fā)展有十分重要的作用，為進(jìn)一步推動這些計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的深入應(yīng)用，必須進(jìn)一步明確和掌握這些計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用要點(diǎn)。本文重點(diǎn)從以下3個方面進(jìn)行分析探討。

1 計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)在食品工業(yè)用酶改造中的應(yīng)用

酶是一種有著高效催化活性的蛋白質(zhì)，其催化活性與其三維結(jié)構(gòu)有著十分密切的聯(lián)系，當(dāng)酶處于高溫、高壓、極端pH值、高滲透壓的環(huán)境中時，其三維結(jié)構(gòu)會發(fā)生很大的變化，導(dǎo)致在食品工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用效果大打折扣。為此，改造酶的結(jié)構(gòu)與提升催化性能一直都是食品行業(yè)研究的重點(diǎn)問題。

目前，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)可以很好地實(shí)現(xiàn)對酶分子的改造。酶分子設(shè)計(jì)中常用的工具有五類，即分子對接、同源建模、分子動力學(xué)模擬、在線網(wǎng)絡(luò)預(yù)測服務(wù)和自由能計(jì)算。食品工業(yè)用酶改造的優(yōu)勢集中體現(xiàn)在3個方面，即提升酶的熱穩(wěn)定性、提升酶的酸堿穩(wěn)定性、提升酶的催化活性。以提升酶的酸堿穩(wěn)定性為例，常規(guī)的α-淀粉酶在低pH值的條件下經(jīng)常會發(fā)生失活的問題，必須考慮通過多種方式來提升其耐酸性[1]。目前的研究發(fā)現(xiàn)，通過堿性氨基酸替代酸性氨基酸時，可以很好地提升酶在堿性環(huán)境中的穩(wěn)定性。再比如，利用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)可以精準(zhǔn)地模擬酶的催化機(jī)理，而后再有針對性地增加底物與活性位點(diǎn)之間的親和力，即可以有效提升酶的催化性能。近年來，隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)、人工智能技術(shù)和計(jì)算機(jī)硬件方法的發(fā)展，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)在食品工業(yè)用酶改造中的應(yīng)用已經(jīng)越來越廣泛，所能取得的效果也越來越好，今后要進(jìn)一步發(fā)揮計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的優(yōu)勢，促使食品工業(yè)朝著高效與智能的方向發(fā)展。

2 嵌入式計(jì)算機(jī)包裝機(jī)器人在食品快速打包中的應(yīng)用

近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提升，人們對食品的要求越來越高，這使食品行業(yè)獲得了很好的發(fā)展，也相應(yīng)地推動了食品口味和包裝工藝的全面升級。以食品包裝工藝為例，食品工藝通過應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)，大大提升了食品打包的效率與質(zhì)量，為食品加工企業(yè)創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益。

目前，食品打包過程中所使用的包裝機(jī)器人有很好的優(yōu)勢，主要由轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)械手、包裝機(jī)械手、智能檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和機(jī)器人碼垛系統(tǒng)組成，可以完全替代人工完成食品的分揀、包裝、運(yùn)輸和裝卸等多項(xiàng)工作，且執(zhí)行操作效率高，操作精準(zhǔn)性高，可以大大節(jié)約人力資源。目前所使用的包裝機(jī)器人主要依賴于計(jì)算機(jī)技術(shù)和人工智能技術(shù)，同時憑借于計(jì)算機(jī)硬件、伺服裝置等支配大量的運(yùn)動機(jī)械，可以快速且精準(zhǔn)地傳動生產(chǎn)線上的產(chǎn)品，還可以精準(zhǔn)掃描產(chǎn)品的相關(guān)信息，無論是應(yīng)用效率還是質(zhì)量均較高，符合食品包裝行業(yè)自動化、智能化發(fā)展的趨勢[2]。值得一提的是，鑒于包裝機(jī)器人擁有智能化和自動化的顯著優(yōu)勢，已經(jīng)在食品安全、食品加工中展現(xiàn)出十分顯著的優(yōu)勢，務(wù)必進(jìn)一步做好包裝機(jī)器人的推廣應(yīng)用工作。因此，今后要更加全面地挖掘包裝機(jī)器人的數(shù)字化、智能化和自動化技術(shù)，讓嵌入式計(jì)算機(jī)包裝機(jī)器人擁有更多的優(yōu)勢功能，可以憑借硬件支撐完成更高效率的打包工作，推動食品工業(yè)的健康發(fā)展。

3 電子舌技術(shù)在食品滋味評定中的應(yīng)用

食品安全問題一直受到社會的普遍關(guān)注，如何確保食品安全和質(zhì)量至關(guān)重要。味道是食品安全和質(zhì)量的顯著特征之一，人的味覺系統(tǒng)可以精準(zhǔn)檢測和識別不同的呈味物質(zhì)，但單純依靠人工無法完成批量化的食品質(zhì)量檢測。基于這一需求，近年來推出的電子舌技術(shù)可以很好地完成呈味食品的檢測與識別。目前廣泛使用的電子舌感官系統(tǒng)包括味覺傳感器陣列、樣品預(yù)處理器、信號處理及模式識別系統(tǒng)3部分[3]。樣品預(yù)處理器可以將食品的抽象特征轉(zhuǎn)變?yōu)殡娮有盘枺喈?dāng)于人體的味覺感受器；味覺傳感器陣列可以靈敏地獲取到處理器所發(fā)出的信號，并將接收到的信號傳輸至信號處理系統(tǒng)，相當(dāng)于人體大腦中的神經(jīng)感覺系統(tǒng)；信號處理及模式識別系統(tǒng)可以對所接收到的信息進(jìn)行算法處理，并完成響應(yīng)模式分類，相當(dāng)于人體大腦中的中樞神經(jīng)系統(tǒng)。

目前，電子舌技術(shù)在肉類產(chǎn)品、酒類與飲料、調(diào)味品、乳制品、果蔬的食品溯源、新鮮度、品質(zhì)分級和質(zhì)量安全監(jiān)控等方面均有廣泛的應(yīng)用。①在酒類與飲料中的應(yīng)用中，電子舌技術(shù)可以辨別出一些細(xì)微的變化，檢測出這類食品是否存在以次充好、以假亂真的情況，也可以應(yīng)用于葡萄酒、啤酒和白酒中[4]。②在果蔬的應(yīng)用中，如在檢測分析蘆筍的主成分和味覺中，可以準(zhǔn)確評定出蘆筍的甜味、酸味道、咸味道、苦味。近年來，電子舌技術(shù)還被廣泛應(yīng)用在不同成熟度果蔬的辨別中。③在肉類產(chǎn)品的應(yīng)用中，電子舌技術(shù)可以精準(zhǔn)且快速地區(qū)分出各種肉類晶種及產(chǎn)品品質(zhì)，同時可以完成對肉質(zhì)變化的分析[5]。可以預(yù)見的是，電子舌技術(shù)將會發(fā)展成為肉類產(chǎn)品質(zhì)量評價的一種重要手段。

4 結(jié)語

計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)在食品配方設(shè)計(jì)、質(zhì)量檢測、快速打包等方面均有著十分廣泛的應(yīng)用，在推動食品行業(yè)發(fā)展中發(fā)揮著十分關(guān)鍵的作用。計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用是有著十分廣闊的發(fā)展前景的，今后要進(jìn)一步加大對計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)的研究力度，以此掌握食品工業(yè)中更多的計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)，促進(jìn)食品工業(yè)的健康發(fā)展。