國內(nèi)的茅臺和國外的一些高端威士忌都售價不菲，但也是被造假的重要目標。在沒有鑒酒師的情況下，普通人怎么快速判別出酒的品質(zhì)和真?zhèn)危?/p>
最近，就有這么一群工程師研發(fā)出了一種名為 NOS.E 的“電子鼻”，專門用來聞酒的那種。它能在不到 4 分鐘的時間內(nèi)，“聞 ”出不同的威士忌風格、品牌和產(chǎn)地，為鑒酒打開了新思路。
為什么是靠“聞”而不是“品嘗”？
實際上，威士忌的味道、氣味、質(zhì)地和顏色等特征，都能對其評估提供有效信息。其中，氣味是影響酒味道的主要因素，研究者以此為主要突破口展開設(shè)計出 NOS.E。
在 2019 年澳大利亞 CEBIT 貿(mào)易展上，他們用 NOS.E 對六種威士忌進行了測試：其中，地區(qū)準確率達 100%，品牌名稱準確率為 96.15%，風格準確率為 92.31%。
雖然它叫“電子鼻”，但并不是真的長得像鼻子哦！
今年 4 月，研究成果論文發(fā)表在 IEEE 旗下的 IEEE Sensors 期刊上。
看到這個消息，有網(wǎng)友激動地表示：終于可以鑒別假酒了！
還有網(wǎng)友調(diào)侃，應(yīng)該給茅臺也開發(fā)一款。
所以，這個精巧實用的鑒酒工具是怎么工作的？它真的靠譜嗎？
測試前的樣品預(yù)處理
此前在 CeBIT 的貿(mào)易展上，NOS.E 的開發(fā)者就現(xiàn)場測試過這只“電子鼻”的效果。
在正式測試前，為了控制變量、降低無關(guān)變量對結(jié)果的干擾，研究者對樣品進行了預(yù)處理：
他們選擇了 6 種威士忌樣品作為實驗對象：3 種混合麥芽威士忌和 3 種單一麥芽威士忌，并將等量的樣品分別放在各個固相微萃?。⊿PME）小瓶中。
將樣品都加熱到 30°C；并用 SPME 纖維取樣氯苯-D5，作為氣相色譜的參照物。
然后，將各個采集了氯苯-D5 的 SPME 纖維分別放置在每個威士忌樣品的上方（不接觸液體），靜置 5 分鐘。
接著，將這些 SPME 纖維依次放入 GC×GC-TOFMS 儀器中，對采集的信息進行處理分析。為了模仿人類的嗅覺系統(tǒng)，研究者們?yōu)?NOS.E 共配置了 8 個氣味傳感器。
正式測試開始 ——
往裝有樣品的 SPME 小瓶中注入空氣，促使酒中的揮發(fā)性有機化合物更快地排出到電子鼻處。
為了模仿人類的嗅覺系統(tǒng)，研究者為 NOS.E 設(shè)計了八個氣體傳感器。
電子鼻評估分子檢測到的每個氣味，然后將數(shù)據(jù)輸入計算機：將采集到的數(shù)據(jù)進行歸一化，和非參數(shù)化內(nèi)核建模（nonparametric kernel-based modelling）預(yù)處理。
其中，建模過程是在 MATLAB 上進行的。
為了減少傳感器偏差帶來的影響，采用了如下的歸一化公式：
其中，y (t) 和?y (t) 分別代表歸一化前后，傳感器的響應(yīng)。
然后，NOS.E 的系統(tǒng)從氣體傳感器的響應(yīng)中提取出 9 個特征：包括傳感器響應(yīng)的最大一階導(dǎo)數(shù)，最小二階導(dǎo)數(shù)，最大二階導(dǎo)數(shù)，輸入和響應(yīng)峰值的時間間隔等。
在特征提取后，對數(shù)據(jù)進行分類：將每一種威士忌的數(shù)據(jù)集隨機洗牌，再進行 80:20 的分割，構(gòu)建訓練集和測試集。
對于訓練集，用十倍交叉驗證（10-CV）方法，將其分成 10 個子集，來學習威士忌的分類模型：其中 9 個子集用于訓練，剩余的 1 個用來驗證。
利用線性判別法（LD）、支持向量機（SVM）和子空間判別法（SUBD）* 等訓練分類器，并產(chǎn)生一個成分分類器的集合，用于構(gòu)建新的組合分類器。
最終的分析結(jié)果，由新的分類器發(fā)送給終端并呈現(xiàn)給用戶。
為了減少偶然誤差，研究者對每種威士忌樣品進行了多次實驗；并且在對每個樣品測試 10 次后，換上新的同種威士忌，以減少酒精揮發(fā)對實驗的影響。
研究者前后共計測試了 396 次。
NOS.E 在判斷威士忌產(chǎn)地和風格方面表現(xiàn)出色
為了檢測 NOS.E 收集，并處理的數(shù)據(jù)的準確性，研究者還使用最先進的二維氣相色譜-飛行時間質(zhì)譜（GC×GC-ToFMS）分析了威士忌樣品，作為對照。
他們對 NOS.E 測試結(jié)果進行了 3 個維度的檢測。
第一個方面是：各個威士忌樣品是否都能相互分離。NOS.E 的現(xiàn)場測試結(jié)果準確率如下：
第二個方面是：判斷各種威士忌樣品的原產(chǎn)地，NOS.E 測試結(jié)果的準確率最高竟達到 100%。
第三方面是：判斷各種威士忌樣品的風格，NOS.E 測試結(jié)果的準確率約在 82% 至 94% 之間。
作者簡介
Wentian Zhang，研究論文的第一作者，在山東第一醫(yī)科大學和澳大利亞悉尼科技大學任教；主要研究方向是控制工程計算和醫(yī)學計算等。
來自西安電子科技大學的 Taoping Liu 也參與研發(fā)了 NOS.E，他博士畢業(yè)于澳大利亞悉尼科技大學，主要研究方向是控制工程計算和醫(yī)學計算等。
據(jù)悉尼科技大學的報告，除了鑒別威士忌，在未來，NOS.E 還可能用于檢測白蘭地和香水等。
如果這項研究能夠得到推廣應(yīng)用，或許不久的將來也能用于更多酒類。消費者只需拿一個小小的電子產(chǎn)品，就能輕松判斷一款酒的品類和真假。
嗯，到時候，中國的酒友們應(yīng)該不用再擔心買到假茅臺了吧~（手動狗頭）
論文地址：
https://ieeexplore.ieee.org/document/9701291
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