現實生活中，酒類、茶葉、卷煙等食品的質量是靠人類自身的嗅覺和味覺來進行判斷的。這類工作通常需要訓練有素、經驗豐富的專家來進行。人工鑒別帶有很大的主觀性，判斷結果隨著年齡、性別、識別能力及語言文字表達能力的不同存在相當大的個體差異。即使是同一人員，也隨其身體狀態、情緒變化的不同產生不同的結果。嗅覺鑒別是一種吸入的過程，而味覺鑒別是一品嚐過程，因此長期工作對身體健康有一定影響，某些難聞、難喝或令鑒別人員特別敏感的食品，往往得不到仔細的品聞而造成結果有誤。人工鑒別的時間不能太長，否則敏感度易減退，甚至喪失殆盡。而化學分析方法如色譜法等，得到的結果與人的感官感受如茉莉香、玫瑰香、酸、甜、苦、辣等之間還存在很大距離，其試樣前處理、實驗本身的耗時性又是許多場合所不允許的。因此要求有一種客觀準確的鑒別方法來代替人工品聞食品，是人們多年來的期望。隨著生命科學和人工智能的研究進展，人們試圖模仿動物及人類的嗅覺和味覺功能研製出人工嗅覺係統——電子鼻及人工味覺係統——電子舌的想法正在逐步變為現實。
人工嗅覺和人工味覺技術是近年來發展起來的新穎的食品分析、識別和檢測的技術。它們與普通化學分析方法(如色譜法、光譜法、毛細管電泳法)等不同，得到的不是被測樣品中某種或某幾種成分的定性與定量結果，而是樣品的整體信息，也稱“指紋”數據。它們模擬人和動物的鼻子和舌頭，得到的是目標的總體信息。它們不僅可以根據各種不同的食品測到不同的信號，而且可以將這些信號與經學習建立的數據庫中的信號加以比較，進行識別判斷。因而它們具有類似鼻子和舌頭的功能，可用於識別食品的氣味和味道，鑒別產品真偽，控製從原料到產品的整個生產過程的工藝，從而使產品質量得到保證。人工嗅覺和味覺是涉及傳感器融合技術、計算機技術和應用數學以及食品科學等的綜合性技術。人工嗅覺和味覺技術可為農產品、食品行業提供一種新的產品質量檢測方法與裝置。許多發達國家已把生物嗅覺和味覺的模仿技術——人工嗅覺和味覺技術列入優先發展的研究課題。
一、生物嗅覺與味覺
人工嗅覺和人工味覺又稱電子鼻和電子舌，其工作原理是建立在模擬生物的嗅覺和味覺形成過程基礎上的。化學物質引起的感覺不是化學物質本身固有的，而是化學物質與感覺器官反應後出現的。比如說，味覺可看成由味覺物質與味蕾感受膜的物理、化學反應引起的。人類有三種主要的化學感受，它們是味覺、嗅覺和三叉神經感覺。味覺通常用來辨別進入口中的不揮發的化學物質，嗅覺是用來辨別易揮發的物質，三叉神經的感受體分布在黏膜和皮膚上，它們對揮發與不揮發的化學物質都有反應，更重要的是能區別刺激及化學反應的種類。在香味感覺過程中，三個化學感受係統都參與其中，但嗅覺起的作用遠遠超過了其他兩種感覺。人工嗅覺和人工味覺的基本思想就包含了這些反應的人工再現，因此我們首先介紹一下生物嗅覺與生物味覺。
（一）生物嗅覺
嗅感是揮發性物質散發出的氣體分子與鼻腔內嗅覺神經反應所引起的刺激感，是一種生理反應，這種生理反應的傳導過程如圖3-1所示。這個過程大致可分為三個階段。首先是信號產生階段。比如芳香物分子經空氣擴散到達鼻腔後，被嗅覺小胞中的嗅細胞吸附到其表麵上，呈負電性的嗅細胞表麵的部分電荷發生改變，產生電流，使神經末梢接受刺激而興奮。其次是信號傳遞與預處理階段。興奮信號經嗅球中經進行一係列加工放大後輸入大腦。最後是大腦識別階段。大腦把輸入的信號與經驗進行比較後作出識別判斷：這是咖啡、玫瑰的香味，還是其他的氣味？大腦的判斷識別功能是由孩提時代起，在不斷與外界接觸的過程中學習、記憶、積累、總結而形成的。費裏曼通過對神經解剖學、神經生理學和神經行為各個水平的實驗研究，確證嗅覺神經網絡中的每個神經元都參與嗅覺感知，認為人和動物在吸氣期間，氣味會在鼻腔的嗅覺細胞陣列上形成特定的空間分布，隨後嗅覺係統以抽象的方式直接完成分類。當吸入熟悉的氣味時，腦電波比以前變得更為有序，形成一種特殊的空間模式。當不熟悉的氣味輸入時，嗅覺係統的腦電波就表現出低幅混沌狀態，低幅混沌狀態等價於一種“我不知道”的狀態。
人的嗅感產生過程框圖生理研究表明，人的一個鼻腔中約有5000萬個嗅細胞，單個嗅細胞的生存期一般隻有22d左右，其靈敏度並不很高，選擇性差，至今還沒有發現隻對一種化學成分有反應的嗅細胞。正是靠後繼的神經信號處理係統將整個嗅覺係統的選擇性、靈敏度、重複性等性能大大提高，並能除去信號漂移。這說明，人的嗅覺係統對氣味的識別能力是由大量性能彼此重疊的嗅細胞、嗅球中經和大腦共同作用的結果，大腦和嗅球中經在其中起到關鍵的作用。一般來講，從氣味分子被嗅細胞表麵吸附到產生嗅覺反應僅需0.2～0.3s。