基于蚕丝丝素纤维的气敏传感器开发及检测猪肉新鲜度研究

摘要

猪肉是我国城乡居民饮食生活中肉类消费的最重要来源。新鲜度是衡量其品质优劣的重要指标，也是消费大众最为关注的指标之一。研究快速准确测定猪肉新鲜度的传感技术具有现实意义和价值。猪肉在贮藏、运输和销售等过程中会受到外界和自身环境的影响导致新鲜度下降，并产生诸如氨气、三甲胺和硫化氢等多种具有刺激性气味的挥发性气体成分。本研究选取氨气为代表性挥发气体，利用所构建的氨气传感器获取猪肉储藏过程中新鲜度的相关信息，联合数据处理方法对其新鲜度进行定性判别，得到一种猪肉新鲜度的快速检测技术与方法。主要研究内容如下：
　　（1）猪肉储藏过程中新鲜度的感官评价和理化指标测定。于当地超市购买当天屠宰的猪肉瘦肉，通过感官检测和挥发性盐基氮（TVB-N）含量测定，将其分成三个等级，即新鲜肉、次新鲜肉和腐败肉。另外，利用气相色谱-质谱（GC-MS）对猪肉储藏过程中产生的挥发性气体成分进行了分析，猪肉挥发性气味成分复杂且含量不断变化。其中，氨气、三甲胺的含量会随储藏天数的增加而增加，二者具有相似的化学特性。因此，本研究选用氨气作为代表性气体，来研制测定猪肉新鲜度的传感器。
　　（2）基于蚕丝丝素纤维的氨气传感器制备。利用原位聚合的方法合成了聚苯胺（PANI）-二氧化钛（TiO2）/蚕丝丝素纤维（Silk）和聚苯胺（PANI）-银纳米线（Ag）/蚕丝丝素纤维（Silk）两种复合材料，并对反应时间、TiO2用量和银纳米线用量等重要参数进行了优化。结果表明，PANI-TiO2/Silk和PANI-Ag/Silk制备过程的最佳反应时间分别为2 h和4 h，TiO2最佳用量为0.025 g，银纳米线最佳用量为1.5 mL。采用扫描电子显微镜（SEM）、拉曼光谱（Raman）和能量散射图谱（EDS）对材料的构成元素和形貌结构进行表征。结果证明两种材料均已被成功合成。利用优化条件制备的PANI-TiO2/Silk和PANI-Ag/Silk两种材料所构建的传感器检测100μg/L NH3，其灵敏度分别可达到0.85和0.94，响应时间分别为20 s和8 s，回复时间分别为280 s和200 s。以上结果说明两种传感器均具备良好的气敏传感特性。
　　（3）基于两种蚕丝丝素纤维传感器的猪肉新鲜度快速检测研究。首先，研制了一套猪肉新鲜度检测系统，该系统分为硬件和软件两部分。硬件部分由数据采集卡、继电器、数字万用表、传感器和计算机等组成。软件部分是利用VB语言开发的程序，实现了检测信号的实时采集，气路通断，以及通道切换等功能。其次，利用检测系统对4℃下储藏1~7天的84个猪肉样本的新鲜度进行了快速检测。最后，综合两种传感器的响应信号，利用主成分分析（PCA）和K-最近邻法（KNN）两种模式识别方法对不同储藏天数的猪肉进行分类，并建立相应的判别模型。所建立的KNN识别模型的校正集和预测集识别率分别可达到91.14%和85.71%。结果表明，气敏传感器对猪肉新鲜度的分类结果与人工感官和TVB-N的分类结果一致。
　　本研究利用丝素纤维气敏传感器实现了猪肉新鲜度的快速检测，并利用两种传感器的响应信号建立了判别模型，研究成果为实际生产生活中的猪肉新鲜度判别和实时监控提供了技术支持。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 研究现状及进展

1.3 本文主要研究目的及内容

1.4 本章小结

第二章 猪肉新鲜度的感官评价和理化指标测定

2.1 引言

2.2 猪肉新鲜度的感官评定

2.3 TVB-N含量测定

2.4 GC-MS检测猪肉的挥发性成分

2.5 本章小结

第三章 基于蚕丝丝素纤维的两种氨气传感器的研制

3.1 引言

3.2 材料与方法

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 基于蚕丝丝素纤维气敏传感器的猪肉新鲜度检测

4.1 引言

4.2 检测装置硬件设计

4.3 软件开发

4.4 两种气敏传感器测定猪肉新鲜度

4.5 本章小结

第五章 结论与展望

5.1 研究的主要结论

5.2 研究展望

参考文献

在学期间发表的学术论文及其他科研成果

附录