基于嗅觉可视化技术的鱼类新鲜度评价方法及装置研究

摘要

我国是渔业大国，淡水鱼类资源极为丰富。随着人民生活水平的提高，人们对鱼类品质的要求也越来越高，新鲜度是衡量鱼品质的一个重要指标。目前，主要采用一些常规检测方法，如感官评定，理化检测和微生物检测法来评价鱼类的新鲜度。感官评定大多需专业人员，主观性强、重复性差;理化检测和微生物检测的操作方法繁琐，且费时费力，难以满足生产生活中快速检测的需求。本课题尝试采用嗅觉可视化技术来检测鳊鱼的新鲜度，并在此研究的基础上设计一套鱼类新鲜度在线检测装置。论文的主要研究内容如下:
　　 1.采用顶空固相微萃取气质联用(HS-SMPE-GC/MS)技术检测4℃恒温下不同储藏期的鳊鱼挥发性气体变化情况。研究鉴定出鳊鱼储藏期间的52种挥发性气体成分，主要可分为醇类、酮类、醚类、酯类、烃类、苯类、酸类、含硫化合物以及含氮化合物这9大类，这9类化合物中大多为一些含有羰基的饱和或者不饱和的醇类、酮类、醛类和脂类。同时，测定了不同储藏时期下鳊鱼的TVB-N含量和细菌总数，并对其划分了新鲜度等级。
　　 2.不同气敏材料对鱼类气味的敏感程度不相同。随着鱼新鲜度的下降，其挥发性气味成分的种类和含量也不断变化。研究根据GC/MS检测结果及预实验结果，进行气敏材料的筛选，优选出对鳊鱼气味信息敏感的10种卟啉类化合物以及6种pH指示剂气敏材料，制成4×4的可视化传感器阵列，并用此传感器来检测鱼的新鲜度。
　　 3.开发可视传感器阵列气味图像信息处理及特征提取软件，包括非实时及模拟实时检测两类。
　　 4.研究采用嗅觉可视化技术结合模式识别方法进行鳊鱼新鲜度的研究。对获取的传感器阵列原始图像数据进行PCA分析，优选出14个主成分数，建立基于BP神经网络的鳊鱼新鲜度的识别模型。模型对训练集样本识别率达到86.88％，对预测集样本的识别率达到86.25％，由此表明BP模型可以将不同新鲜度的鳊鱼识别出来，说明嗅觉可视化技术用于检测鱼类新鲜度是可行的。
　　 5.建立了嗅觉可视化传感器阵列响应信号与鳊鱼新鲜度的理化指标—挥发性盐基氮含量(TVB-N)、细菌总数含量(TM)的相关性模型:PLS和siPLS模型。对于TVB-N含量，siPLS模型的预测集的相关系数达到了0.8252，相比TVB-N的PLS模型，其Rc和Rp分别提高了1.67％，1.75％，RMSECV下降了1.3，RMSEP下降了2.0。对于细菌总数含量，siPLS模型的预测集的相关系数达到了0.8896，相比TM的PLS模型，其Rc和Rp分别提高了1.85％，0.06％，RMSECV下降了0.1。可见，与基于全变量的PLS模型相比，siPLS模型效果更优。
　　 6.在理论研究基础上，研究设计了一套基于嗅觉可视化技术的鱼类新鲜度在线检测装置，整体结构设计包括传送机构、检测机构和控制机构三大部分。
　　 研究表明嗅觉可视化技术可快速、无损地检测鳊鱼的新鲜度。研究设计的鱼类新鲜度的在线检测装置，为实现数据采集、数据跟踪以及数据处理一体化的鱼类新鲜度快速、无损、在线检测提供了依据，且对其他水产品的新鲜度检测有较高的参考价值。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的目的与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 物理检测方法

1．2．2 化学检测方法

1．2．3 微生物检测方法

1．2．4 传感器检测方法

1．2．5 其它检测方法

1．3 嗅觉可视化技术的研究与进展

1．4 本研究的主要内容

1．5 本章小结

第二章 鱼类新鲜度的气味检测及化学指标的测定

2．1 鱼类气味检测

2．1．1 材料和仪器

2．1．2 GC／MS检测

2．1．3 GC／MS结果及分析

2．2 鱼类新鲜度化学指标的测定

2．2．1 总挥发性盐基氮(TVB-N)的测定

2．2．2 细菌总数(TM)的测定

2．3 本章小结

第三章 鱼类新鲜度的嗅觉可视化检测

3．1 嗅觉可视化技术检测原理及装置

3．1．1 检测原理

3．1．2 检测装置

3．2 嗅觉可视化传感器筛选及阵列制备

3．2．1 传感器的筛选

3．2．2 传感器阵列的制备

3．3 传感器图像处理及软件开发

3．3．1 传感器图像处理

3．3．2 软件的界面

3．3．3 传感器阵列图像采集与特征提取算法

3．4 基于嗅觉可视化技术的鱼新鲜度检测

3．4．1 实验材料

3．4．2 新鲜度检测

3．5 检测结果及分析

3．6 本章小结

第四章 鱼类新鲜度的定性、定量模型研究

4．1 鱼新鲜度定性模型的建立

4．1．1 BP神经网络

4．1．2 鱼新鲜度的BP神经网络模型

4．2 鱼新鲜度定量模型的建立

4．2．1 偏最小二乘回归模型

4．2．2 联合区间偏最小二乘法模型

4．3 结果与讨论

4．4 本章小结

第五章 基于嗅觉可视化技术的鱼类新鲜度在线检测装置

5．1 鱼类新鲜度在线检测装置总体结构设计

5．2 传送机构

5．3 检测机构

5．4 控制机构

5．5 本章小结

第六章 结论和展望

6．1 研究的主要结论

6．2 展望

参考文献

致谢

附录

攻读硕士期间发表的学术论文