Electronic Nose (E-Nose): Hidung Tiruan Dalam Teknologi Sensori

Penilaian sensori merupakan
salah satu cabang dalam bidang sains makanan yang berfungsi untuk merangsang,
mengukur, menganalisis dan menginterpretasi tindakbalas di antara ciri-ciri
pada sesuatu makanan serta bahan-bahannya apabila ia dinilai menggunakan lima
deria asas. Di antara kelima-lima deria asas tersebut, deria olfaktori atau
deria bau merupakan antara komponen terpenting dalam penilaian sensori selain
daripada deria rasa. Ciri-ciri bagi kualiti sistem olfaktori sebagai satu
kaedah dalam kawalan jaminan mutu telah memberikan satu pengaruh yang besar
dalam industri makanan.

Perkembangan dalam
bidang sensori ini seterusnya telah mendorong para penyelidik dan saintis untuk
menghasilkan satu aplikasi baru dalam teknologi sensori yang berasaskan sistem
olfaktori. Teknologi sensori sebagai satu bidang yang semakin pesat berkembang,
telah berjaya membangunkan teknologi baru dalam kaedah penilaian sensori yang
mana ia bukan sahaja dapat diaplikasikan dalam bidang makanan, bahkan juga
dalam bidang perubatan dan alam sekitar.

Penyelidikan telah
membuktikan bahawa terdapat beberapa aspek pada prinsip-prinsip serta fisiologi
sistem olfaktori manusia yang masih kabur dan tidak difahami. Justeru itu,
banyak kajian serta penyelidikan yang telah dijalankan dalam mengkaji
kemungkinan penghasilan satu sistem olfaktori tiruan yang boleh diaplikasikan
dalam pelbagai kaedah penilaian makanan. Hasil daripada penyelidikan tersebut,
maka terciptalah satu teknologi baru yang dinamakan Electronic Nose.

Sejarah
penghasilan E-Nose

Berdasarkan
sejarah, penyelidikan yang telah dijalankan terhadap penghasilan E-Nose
ini telah bermula sejak sekitar tahun 80-an lagi di mana para saintis telah
membayangkan kewujudan suatu teknologi yang menyerupai sistem olfaktori manusia
dengan menggunakan sistem pengesanan (sensor) yang tertentu. Istilah Electronic
Nose
ini muncul apabila ia digunakan secara rasmi sewaktu persidangan
teknologi pada tahun 1987. Malah, tiga tahun selepas itu, iaitu pada tahun
1990, persidangan pertama yang memfokuskan terhadap topik Electronic nose
ini telah diadakan. Pada tahun 1994, istilah Electronic Nose ini
mendapat definisinya yang tersendiri, iaitu ‘suatu instrumen yang mengandungi
suatu jujukan/aturan pengesan (sensor) kimia elektronik dengan sistem
pengesanan bentuk yang mampu untuk mengenalpasti bau-bauan biasa dan kompleks’.

Secara rasminya, Electronic
nose
yang pertama telah dibangunkan oleh syarikat Cyrano Sciences, yang
berpangkalan di Pasadena, California pada tahun 2000. Electronic nose
ini yang dinamakan sebagai Cyranose 320, merupakan sebuah alat pengesan bau
yang menyerupai sebuah walkie-talkie. Penghasilan Cyaranose 320 ini adalah
hasil daripada penyelidikan terhadap sensor yang dijalankan oleh Profesor
Nathan Lewis daripada California Institute of Technology.

Konsep Electronic
Nose

Secara umumnya, Electronic
nose
terdiri daripada sistem pengesan kimia serta sistem pemprosesan data.
Kombinasi kedua-dua bahagian ini membolehkan Electronic nose memproses
serta mengenalpasti bau yang baru berdasarkan corak-corak aroma yang telah
dihasilkan sebelum itu, di mana ia berfungsi seperti sistem olfaktori manusia.

Hidung manusia
sebenarnya menggunakan satu sistem yang kompleks yang menghubungkan
reseptor-reseptor dan neuron-neuron yang mana ia menghasilkan isyarat terus ke
sistem limbik otak (brain limbic system). Fungsi inilah yang telah
diaplikasikan dalam penghasilan hidung tiruan (E-nose) di mana setiap
pengesannya (sensors) dicipta untuk bertindakbalas terhadap bau dan
aroma yang berbeza. Seperti sistem sensori manusia, sistem pengenalpastian bau
elektronik ini menggabungkan dua bahagian utama iaitu bahagian pengesan yang
menyerupai reseptor olfaktori manusia dan bahagian pemprosesan data (data
processing
) yang menyamai saraf otak manusia.

Pada hari ini,
pengesan (sensor) yang biasa didapati pada Electronic nose
terdiri daripada metal oxide semiconductor (MOS), conducting polymer, dan
surface acoustic wave
(transducers). Kebanyakan E-nose yang
dihasilkan tidak akan memberikan maklumat mengenai komposisi bagi sesuatu
sampel yang diujinya, tetapi memberikan data dalam bentuk cap jari digital
melalui pengesanan bentuk. Teknologi ini merupakan satu konsep baru yang
mengaplikasikan penggunaan alat pengesan yang mampu menghasilkan cap jari
digital terhadap bau serta aroma tertentu. Electronic nose amat
berpotensi kerana ia bukan sahaja mampu menjamin kualiti sesuatu produk, malah
turut membantu untuk menghalang pengeluaran produk secara berlebihan serta
pembaziran dalam penghasilan produk.

Kebanyakan
instrumen Electronic nose ini menggunakan banyak pengesan bagi mengesan
wap dan bau yang dibebaskan bagi sesuatu sampel. Terdapat satu jenis instrumen E-nose
yang dinamakan sebagai Deferential e-nose (Den-nose) yang mana instrumen
ini menggunakan dua jujukan chemosensor bagi membezakan jenis-jenis bau
yang terhasil. Berbeza dengan manusia yang tidak perlu mengenalpasti setiap
unsur yang berlainan dalam sesuatu jenis bau, hidung tiruan ini pula bertindak
sebaliknya dengan mengenalpasti corak bagi setiap komponen bau.

Aplikasi Electronic
Nose

Umumnya, teknologi
hidung tiruan ini dapat diaplikasikan secara meluas dalam industri makanan
serta bidang-bidang lain seperti industri kosmetik, tembakau, automatif dan
alam sekitar (kualiti udara dan bahan cemar). Hidung tiruan ini dianggap
sebagai satu teknologi baru dimana ia telah menjadi satu kaedah yang berguna
bagi penilaian organoleptik khusus untuk paramater makanan dimana ini
berhubungkait dengan deria dan bau. Selain itu, ia juga amat berpotensi dalam
menjaga kawalan kualiti sesuatu produk yang memerlukan penilaian aroma secara
objektif, cepat dan sistematik. Teknologi E-nose ini membolehkan
pengenalpastian sebarang kecacatan bagi sesuatu proses atau dalam sesuatu
produk yang berlainan.

Kini, teknologi E-nose
dilihat mampu untuk berfungsi sebagai pengesan bau yang paling berkesan dan
lebih tepat berbanding instrumen-instrumen lain seperti kromatografi gas dan
analisis sensori. Pengawalan terhadap rasa dan aroma komponen sesuatu makanan
merupakan antara aplikasi E-nose yang paling meluas digunakan. Antara
penggunaan E-nose yang terawal dilaporkan adalah untuk mengesan kompleks
wap udara iaitu kajian yang dijalankan oleh para penyelidik di Syarikat Neotronics,
Cambridge, United Kingdom. Terdapat beberapa jenis produk yang menggunakan
aplikasi E-nose bagi mengawal rasa serta aromanya.

Dalam pembuatan
wain, penghasilan aroma yang berlaku semasa fermentasi wain merupakan salah
satu daripada contoh pengawalan terhadap rasa dan aroma yang menggunakan
aplikasi E-nose. Melalui proses ini, aroma tersebut terhasil daripada
metabolisma yis dan terdiri daripada beberapa komponen tertentu. Setiap
komponen tersebut adalah berbeza di antara satu sama lain sama ada dari segi
kepekatan, sifat kimia dan sifat organoleptiknya. 

Selain daripada
itu, hidung tiruan ini turut diaplikasikan dalam membezakan jenis-jenis minyak
zaitun yang dikeluarkan dengan mengenalpasti ciri-ciri tertentu pada setiap
produk tersebut. Dalam kes ini, E-nose terdiri daripada 6 semikonduktor metal
oxide
yang bertindak sebagai pengesan dan berfungsi untuk menghasilkan
corak bagi komponen-komponen yang terdapat dalam sampel minyak tersebut. Dalam
industri pula, Alan Galperin daripada Bell Laboratories telah mengadaptasi
penggunaan sistem hidung tiruan untuk membezakan produk-produk yang berlainan
di pasaraya seperti pengkelasan untuk epal dan oren.

Secara umumnya,
kawalan kualiti yang menggunakan sistem hidung tiruan banyak diaplikasikan
untuk produk buah-buahan serta sayur-sayuran. Menurut hasil kajian DiNatale
bersama pasukan penyelidiknya,  kualiti
buah oren dan epal selepas dipetik (post harvest) telah diperiksa dengan
menggunakan TSM quartz resonator yang berasaskan kepada E-nose.
Sistem ini mampu untuk mengesan sebarang kecacatan pada buah-buah tersebut sama
ada ia disebabkan oleh skin damage, jangkitan atau over-ripening yang
boleh membawa kepada perubahan dalam aroma. Di samping bahan makanan seperti
sayur-sayuran dan buah-buahan, sistem E-nose turut boleh digunakan dalam
mengenalpasti kesan penggunaan pelbagai agen pewarna (taints) ke atas
sifat-sifat sensori bahan pembungkusan. Melalui kaedah ini, hidung tiruan akan
mengesan setiap jenis bahan pembungkusan tersebut berdasarkan taints
atau lacquering yang digunakan.

Penggunaan E-nose
turut diaplikasikan dalam bidang perubatan dan melalui teknologi baru ini
diharap mampu untuk mengenalpasti masalah-masalah kesihatan tertentu dalam
jangkamasa yang lebih singkat. Pada masa akan datang, teknologi hidung tiruan
bakal digunakan untuk mengenalpasti bau badan daripada nafas, luka atau cecair
dalam badan yang berupaya untuk mengesan sebarang masalah kesihatan yang
mungkin timbul. Sebagai contoh, analisis yang dilakukan terhadap bau nafas
seseorang individu boleh mengesan masalah pada sistem gastrointestinal, sinus,
jangkitan, penyakit diabetes serta masalah hati.

Di samping bidang
perubatan, teknologi hidung tiruan juga berperanan penting dalam bidang
persekitaran. Kini, terdapat beberapa projek penyelidikan yang telah dijalankan
bagi mengaplikasikan sistem E-nose dalam pengenalpastian bahan buangan
toksik, kebocoran minyak, analisis campuran bahan bakar serta pengawalan
terhadap kualiti udara. David Walt daripada Universiti Tufts telah menghasilkan
E-nose yang menggunakan pengesan yang diperbuat daripada fiber optik
yang berfungsi untuk mengesan bahan letupan serta pengesanan terhadap asid
nukleik pada DNA dan sel biologi. Di NASA pula, para penyelidiknya giat
menjalankan pelbagai kajian terhadap penggunaan E-nose dalam mengesan
kehadiran bahan mudah terbakar seperti gasolin serta kebocoran gas pada
kelengkapan carigali minyak.

Electronic Nose telah dianggap sebagai satu permulaan dimensi baru
dalam analisis sensori dan penggunaannya bukan sahaja terhad dalam penilaian
sesuatu jenis makanan, malahan ia turut diaplikasikan dalam bidang-bidang lain
seperti perubatan, industri kosmetik serta persekitaran. Sifatnya yang menyamai
ciri-ciri yang terdapat pada sistem olfaktori manusia telah mendorong
sebahagian besar pakar serta saintis dalam sensori untuk memilih E-nose
sebagai kaedah utama dalam proses penilaian deria sesuatu jenis makanan.

Secara
keseluruhannya, E-nose adalah bukti hasil perkembangan pesat dalam
bidang teknologi sensori dengan menggabungkan prinsip pengesanan kimia serta
pemprosesan data menggunakan sistem komputer. Kesimpulannya, melalui
penghasilan teknologi hidung tiruan ini diharap mampu memenuhi kehendak serta
mencapai matlamat para saintis dan penyelidik sensori dalam meningkatkan lagi
perkembangan dalam bidang penilaian deria.

Rujukan

Ahluwalia, A., &
Rossi, D. De. (2001). Artificial Noses and Tongues. In Encyclopedia of
Materials: Science and Technology
(pp. 344–347). Elsevier Science Ltd.

Baldwin, E. A., Bai,
J., Plotto, A., & Dea, S. (2011). Electronic noses and tongues:
Applications for the food and pharmaceutical industries. Sensors, 11(5),
4744–4766.

Chilo, J.,
Pelegri-Sebastia, J., Cupane, M., & Sogorb, T. (2016, February). E-Nose
Application to Food Industry Production. IEEE Instrumentation &
Measurement Magazine
, 27–33.

Gardner, J. W., &
Bartlett, P. N. (1994). A brief history of electronic noses. Sensors and
Actuators
, 19, 211–220.

Shi, H., Zhang, M.,
& Adhikari, B. (2018). Advances of electronic nose and its application in
fresh foods: A review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 58(16),
1–40. h

The post Electronic Nose (E-Nose): Hidung Tiruan Dalam Teknologi Sensori appeared first on The Patriots.

Sumber : ThePatriots