CN103412013A - 一种基于电子舌的鱼粉新鲜度检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于电子舌的鱼粉新鲜度检测装置，针对现有传统方法中样品检测试剂配制、样品处理等环节复杂、测定时间长、试剂不易保存、滴定终点判断易受操作者主观因素影响等问题而发明。该检测装置包括：电子舌激励采集模块、电子舌分析识别模块和显示模块。其中，电子舌激励采集模块用于采集鱼粉溶液电流响应信号；电子舌分析识别模块用于识别不同新鲜度的鱼粉和检测鱼粉新鲜度评价指标含量；显示模块用于显示分析结果。本发明可有效对鱼粉进行新鲜度区分和定量检测，具有传感器阵列灵活选择、激励信号智能调节、检测方便快捷等特点。

Description

一种基于电子舌的鱼粉新鲜度检测装置

技术领域

本发明涉及鱼粉品质检测领域，尤其应用于鱼粉新鲜度检测。本发明的检测方法还能用于其它液体样品整体特性辨识，常规营养物质的检测等方面。

背景技术

我国作为饲料生产大国，对鱼粉的需求量越来越大，越来越多的鱼粉需要进口。在鱼粉的加工、运输和储藏过程中，由于原料鱼的品质、运输方式和储藏方法等因素的影响，鱼粉的品质往往会发生变化，这将导致鱼粉的营养价值降低、适口性较差，同时也会影响动物的消化、免疫能力，降低动物的生长性能。只有保证原料的品质才能确保饲料品质和动物食品安全，因此需加强鱼粉品质的检测。目前关于鱼粉品质的检测还主要停留在常规营养物质的检测，对鱼粉新鲜度的检测还仅仅停留在研究阶段。

鱼粉是以经济价值较低的鱼类如鳀鱼等为原料，经过清洗、蒸煮、压榨、干燥、粉碎等加工过程而得到的粉状物。优质的鱼粉颜色呈淡黄或黄褐色，不结块、质地干燥膨松，镜检能够看到少量鱼刺和鱼骨，并且具有一定的鱼腥味，无异臭味及焦灼味，劣质和掺假鱼粉手感湿，有结块现象，具有较强异味。按照GB/T19164-2003，我国鱼粉分为4个等级，分级标准如下表所示。鱼粉的新鲜度是指鱼粉的新鲜程度，鱼粉新鲜度是鱼粉质量评价体系中的重要分支，常用的新鲜度评价指标为挥发性盐基氮、酸价、组胺及过氧化值等。

目前传统的检测方法存在样品检测试剂配制、样品处理等环节复杂、测定时间长、试剂不易保存、滴定终点判断易受操作者主观因素影响等问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的优选实施方案提供一种基于电子舌的鱼粉新鲜度检测装置。该检测装置包括：电子舌激励采集模块、电子舌分析识别模块和显示模块。其中，电子舌激励采集模块用于采集鱼粉溶液响应电流信号；电子舌分析识别模块用于识别不同新鲜度的鱼粉和检测鱼粉新鲜度评价指标含量；显示模块用于显示分析结果。

所述的电子舌为一种伏安型电子舌系统，其基本原理是将多传感器阵列置于待测溶液中，在工作电极上加入激励电势，通过检测不同待测溶液产生氧化还原反应的电流大小的不同来定性或定量分析样品的特性。

所述的电子舌激励采集模块进一步包括：多传感器阵列单元、激励电势信号产生单元、信号调理单元和电流响应信号采集单元。其中，多传感器阵列单元用于感知待测液体样品的整体特征；激励电势信号产生单元负责产生待测溶液所需的循环伏安扫描电势；信号调理单元包括恒电位电路、电流电压转换电路、信号放大电路、信号滤波电路；电流响应信号采集单元负责采集待测溶液电子舌响应的电压信号。

所述的多传感器阵列为三电极结构：工作电极、参比电极和辅助电极，优选地，所述的工作电极为铂、金、银、 钯、钛、钨盘电极的一种或几种组合，优选地，所述的参比电极为Ag/AgCl电极，优选地，所述的辅助电极为铂柱电极。

所述的循环伏安扫描电势基本波形为等腰三角形，一个测试周期内扫描电压范围为-2-2V，扫描速率变化范围50mV/s-500mV/s。

所述的电子舌分析识别模块进一步包括：不同新鲜度的鱼粉区分识别单元和鱼粉新鲜度评价指标含量检测单元。不同新鲜度的鱼粉区分识别单元采用多种数据分析方法定性区分识别不同新鲜度的鱼粉样本；鱼粉新鲜度评价指标含量检测单元用于建立所述电子舌响应电流信号与评价指标含量的预测模型，采用所建立的预测模型计算得到所述响应电流信号对应的评价指标含量。

采用本发明的装置，可以通过简单的参数设置和硬件连接，有效地对鱼粉进行新鲜度区分和评价指标含量定量检测，具有传感器阵列灵活选择、激励信号智能调节、检测方便快捷等特点。

从以下参考附图以及优选的具体实施方式的详细描述，将更加清楚地理解本发明的目的、其他要素和特征。

附图说明

图1是本发明的检测装置示意图。

图2是本发明提供的一种具体实施结构示意图。

图3是本发明提供的一种电子舌激励采集模块结构关系图。

图4是不同新鲜度的进口秘鲁蒸汽干燥红鱼粉区分辨识结果图。

具体实施方式

本发明的基本思想：通过一种伏安型电子舌系统采集待测鱼粉溶液在循环伏安扫描电势激励下产生的响应电流信号；对所述电流信号进行分析、处理和识别，得到不同新鲜度的鱼粉区分识别图或鱼粉新鲜度评价指标含量，并输出显示。

本发明采用挥发性盐基氮含量（TVB-N）测定方法即为：准确称取5g标准新鲜度鱼粉试样置于锥形瓶中，加入30 mL加蒸馏水，不时震荡浸泡30 min后用滤纸过滤，并用10 mL蒸馏水将滤渣再淋洗一遍后用蒸馏水稀释至50 mL（V总）备用。移取5.0 mL（V分）滤液置于蒸馏器反应室并入加5 mL氧化镁悬浮液，迅速盖塞并加水防漏气。将20 mL 2%硼酸吸收液置于锥形瓶中并滴加2-3滴混合指示剂，将蒸馏器冷凝管伸入锥形瓶液面以下。通蒸汽蒸馏，蒸馏至硼酸吸收液颜色不再变化，取下锥形瓶，用pH试纸在冷凝管口检测一下，为酸性即停止。将锥形瓶拿到检测台对吸收液用0.01 mol/L盐酸标准溶液进行滴定，滴定至蓝绿色转为灰红色半分钟内无颜色变化即为滴定终点，计算鱼粉中挥发性盐基氮的含量。

鱼粉中挥发性盐基氮的含量为：X=（V1-V2）×C×14×100/m×（V分/V总），式中：

X为挥发性盐基氮含量（mg/100 g）；

V1为消耗盐酸标准液体积（mL）；

C为盐酸标准液浓度（mol/L）；

V2为空白消耗盐酸体积（mL）；

m为试样质量（g）。

图1是本发明的检测装置示意图。该检测装置包括：电子舌激励采集模块、电子舌分析识别模块和显示模块。其中，电子舌激励采集模块用于采集鱼粉溶液电流响应信号；电子舌分析识别模块用于识别不同新鲜度的鱼粉和检测鱼粉新鲜度评价指标含量；显示模块用于显示分析结果。

其中，所述的鱼粉溶液为待测的样品溶液。所述的样品溶液的制备方法可以为：准确称取5 g标准新鲜度鱼粉试样置于锥形瓶中，加入30 mL加蒸馏水，不时震荡浸泡30 min后用滤纸过滤，并用10 mL蒸馏水将滤渣再淋洗一遍后用蒸馏水稀释至50 mL（V总）备用。移取30 mL（V分）滤液用于电子舌系统的检测。

其中，电子舌激励采集模块、电子舌分析识别模块和显示模块由电路板、NI PXI6251机箱等硬件和基于 LabVIEW8.6 虚拟仪器平台开发的激励电势产生、数据采集、传感器优化、分析处理、显示等软件组成，将电子舌的多传感器阵列置于鱼粉溶液之中，检测装置开始工作。

图2是本发明提供的一种具体实施结构示意图。

如图2所示，该装置包括电子舌激励采集模块、电子舌分析识别模块和显示模块。所述的电子舌激励采集模块进一步包括：多传感器阵列单元、激励电势信号产生单元、信号调理单元和响应电流信号采集单元。其中，多传感器阵列单元用于感知待测鱼粉溶液的整体特征；激励电势信号产生单元用于产生待测鱼粉溶液所需的循环伏安扫描电势；信号调理单元用于对响应电流信号进行处理，转换成合适的电压信号；响应电流信号采集单元负责采集待测鱼粉溶液电子舌响应的电压信号。

所述的多传感器阵列为三电极结构：工作电极、参比电极和辅助电极。工作电极为

2mm铂、金、银、 钯、钛、钨盘电极的一种或几种组合，参比电极为

6mm Ag/AgCl电极，辅助电极为15mm铂柱电极。各工作电极圆周均匀分布，辅助电极与各工作电极等距离。

多传感器阵列的工作模式有以下几种：

a、 循环伏安扫描电势下单工作电极工作；

b、循环伏安扫描电势下多工作电极选择性工作。

所述的循环伏安扫描电势基本波形为等腰三角形，一个测试周期内扫描电压范围为-2-2V，扫描速率可调，变化范围50mV/s-500mV/s。

所述的电子舌分析识别模块进一步包括：不同新鲜度的鱼粉区分识别单元和鱼粉新鲜度评价指标含量检测单元。不同新鲜度的鱼粉区分识别单元采用多种数据分析方法定性区分识别不同新鲜度的鱼粉样本；鱼粉新鲜度评价指标含量检测单元用于建立所述电子舌响应电流信号与评价指标含量的预测模型，采用所建立的预测模型计算得到所述响应电流信号对应的评价指标含量。

数据分析方法主要为模式识别或多元统计算法，包括主成分分析（PCA）、判别因子分析（DFA）、聚类分析（CA）等；预测模型建立方法主要包括主成分分析（PCA）、多元线性回归（MLR）、神经网络、支持向量回归( SVR）等模型。

图3是本发明提供的一种电子舌激励采集模块结构关系图。

基于 LabVIEW 虚拟仪器平台产生激励电势，经NI PXI机箱数据接口施加于多传感器阵列单元，多传感器阵列单元输出的响应电流信号经信号调理单元调理后送入基于 LabVIEW 虚拟仪器平台实现的响应电流信号采集单元。

信号调理单元包括恒电位电路、电流电压转换电路、信号放大电路、信号滤波电路等硬件电路；恒电位电路主要由集成运算放大器组成，为多传感器阵列单元提供参考电位，多传感器阵列单元输出的响应电流信号经电流电压转换电路、信号放大电路、信号滤波电路等硬件电路，送入响应电流信号采集单元，完成响应电流信号采集工作。

图4为本实施例中，不同新鲜度的进口秘鲁蒸汽干燥红鱼粉区分辨识结果图。

取进口秘鲁蒸汽干燥红鱼粉均匀放置于温度30℃、湿度60%的恒温恒湿培养箱中恒温恒湿储藏，每天监测温度和湿度，保证实验条件。每隔7天取出2份试样，一份用于电子舌系统检测，一份用于化学方法分析，对试样的各新鲜度指标进行检测并记录实验结果，整个实验周期35天。实验结束后，对实验结果进行分析识别。

连接多传感器阵列，置于鱼粉溶液中。工作电极为六种金属工作电极（铂、金、银、 钯、钛、钨），参比电极为Ag/AgCl电极，辅助电极为铂柱电极。电子舌系统的参数设置：激励电势扫描电压范围-2-2V；扫描速率为100mV/s；数据采样频率为100HZ。电子舌对编号为D1-D6的不同新鲜度鱼粉样本进行检测，每个编号的鱼粉样本重复测取5次合格数据，异常数据剔除。每一个鱼粉样本的电子舌信息由六种金属工作电极（铂、金、银、 钯、钛、钨）的响应电流来表征，提取特征变量，用PCA进行分析处理。使用本发明的鱼粉新鲜度检测装置的检测结果由得分图显示，图中每个点代表测取的合格数据，每个区域代表同一样品的样品内差异，区域之间代表不同样品之间的整体差异，不同储藏期的鱼粉具有不同的分布区域，除前14天区分较弱外，鱼粉样本的主成分得分图能够展示不同储藏时间对鱼粉新鲜度的影响，区分效果显著。

建立所述电子舌响应电流信号与评价指标含量的预测模型，采用所建立的预测模型计算得到所述响应电流信号对应的评价指标含量。在本实施例中，建立电子舌响应电流信号与挥发性盐基氮含量（TVB-N）的预测模型，由于数据维数较多，先经过主成分分析（PCA）对鱼粉的电子舌响应电流信号值进行降维处理。数据通过主成分分析降维，把多个指标转化为少数几个综合指标，而尽量不改变指标体系对因变量的解释程度。经过处理，PCA将原始数据压缩至5个主成分分量，即PC1－PC5，累积贡献率达到87.29％。以这5个主成分分量为自变量，鱼粉的TVB-N的含量为因变量，应用主成分回归建立预测模型。

主成分回归（PCR）的预测模型为：

TVB-N含量的主成分回归的预测值和其实测值线性拟合的相关系数为：

。

本发明可有效对鱼粉进行新鲜度区分和定量检测，具有传感器阵列灵活选择、激励信号智能调节、检测方便快捷等特点。

通过以上对本发明的具体描述，表现出基于电子舌的鱼粉新鲜度检测装置的特征以及优点。尽管以上描述了本发明的优选实施方案，但可以理解，本发明的技术人员可以在不脱离本发明的范围的前提下作出各种改型和变化。因此，本发明的范围由以下权利要求所限定。

Claims (9)

1.一种基于电子舌的鱼粉新鲜度检测装置，该检测装置包括：电子舌激励采集模块、电子舌分析识别模块和显示模块，其中，电子舌激励采集模块用于采集鱼粉溶液响应电流信号；电子舌分析识别模块用于识别不同新鲜度的鱼粉和检测鱼粉新鲜度评价指标含量；显示模块用于显示分析结果。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的电子舌激励采集模块进一步包括：多传感器阵列单元、激励电势信号产生单元、信号调理单元和响应电流信号采集单元，其中，多传感器阵列单元用于感知待测鱼粉溶液的整体特征；激励电势信号产生单元用于产生待测鱼粉溶液所需的循环伏安扫描电势；信号调理单元用于对响应电流信号进行处理，转换成合适的电压信号；响应电流信号采集单元负责采集待测鱼粉溶液电子舌响应的电压信号。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的电子舌分析识别模块进一步包括：不同新鲜度的鱼粉区分识别单元和鱼粉新鲜度评价指标含量检测单元，不同新鲜度的鱼粉区分识别单元采用多种数据分析方法定性区分识别不同新鲜度的鱼粉样本；鱼粉新鲜度评价指标含量检测单元用于建立所述电子舌响应电流信号与评价指标含量的预测模型，采用所建立的预测模型计算得到所述响应电流信号对应的评价指标含量。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述的显示模块用于显示分析结果，基于计算机且不限于此一种硬件平台。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于：基于虚拟仪器平台且不限于此一种硬件平台。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于：检测范围不仅限于说明书描述范围，还能对鱼粉溶液的酸价、组胺、过氧化值及粗蛋白质含量等品质指标、重金属含量等定量分析，进行不同品质鱼粉区分、混掺掺假鱼粉区分或质量控制等分析。

7.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的多传感器阵列单元为三电极结构：工作电极、参比电极和辅助电极，优选地，工作电极为铂、金、银、 钯、钛、钨盘电极的一种或几种组合成多传感器阵列，参比电极为Ag/AgCl电极，辅助电极为铂柱电极。

8.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述的循环伏安扫描电势可根据不同传感器响应特性，施加不同参数的扫描电势波形，均可根据实际测试随意调节、组合或不调节。

9.如权利要求3所述的电子舌分析识别模块，其特征在于：所述的数据分析方法和预测模型建立方法不仅限于说明书描述范围。

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