CN103616414A - 一种产气菌种类的快速鉴别方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种产气菌种类的快速鉴别方法，包括以下步骤：步骤一，已知种类产气菌的培养；步骤二，已知种类产气菌的气体传感器信号获取；步骤三，产气菌种类鉴别模型的建立；步骤四，待测产气菌种类的鉴别。本发明具有如下有益效果：气体传感器是根据传感器与气体接触后，传感器产生物理或化学的变化来定量定性分析气体。气体传感器技术已广泛应用于环境、食品、医药等多个领域，但在国内还没用将气体传感器技术用于微生物检测和鉴别的相关专利。本发明提供一种利用气体传感器技术快速鉴别产气菌的方法，可以实现产气菌的快速鉴别，这能够为工农业生产提供指导。

Description

一种产气菌种类的快速鉴别方法

技术领域

本发明涉及一种产气菌快速鉴别方法，尤其涉及一种基于气体传感器技术的产气菌快速鉴别方法。

背景技术

产气菌是指在其生长、繁殖过程中能够产生挥发性成分的一类微生物，对人和动物健康，以及食品、制药工程等有一定的影响。如产气菌的繁殖会导致真空包装食品的涨袋，引起酱油等调味品生产过程中涨罐渗漏等问题；在固态发酵过程中，不同的发酵阶段产气菌会产生不同的挥发性成分，因此及时快速的发现和鉴别产气菌显得尤为重要。

目前常用的检测和鉴别微生物种类的方法主要是将菌液涂布于培养基上，再挑选单菌落到新的培养基上，然后再一一鉴别，相关的专利有“酱油等调味品中产气菌检测方法”（申请号200810210886.7）等，这种鉴别方法的缺陷是操作程序复杂、时间长。另外，还有利用微生物分子生物学的方法检测微生物菌群，相关专利有“一种快捷有效的窖泥古菌群分析方法”(申请号：201210435362.4)等，该类方法主要利用分子生物学技术获取微生物菌群的DNA信息，利用不同种属的微生物对应的DNA信息不同的特点，对微生物的菌群进行检测。这种方法能够准确鉴别微生物种属，但是检测过程复杂、所需仪器设备和试剂都比较昂贵。由于不同种类的产气菌在繁殖过程中能够产生不同的挥发性成分，因此可以根据挥发性成分的不同实现产气菌种类的快速鉴别。相关发明专利有“一种用于鉴定及定位产气菌的培养皿”（申请号：201120316042.8），利用产气菌产生气体与培养皿内滤纸上的指示剂发生反应，指示剂产生的颜色变化来判断产气菌的种类，该方法能快速鉴别产气菌种类，但是产气菌在生长繁殖过程中，产生的挥发性气体可能会不断变化，而该方法不能观察指示剂的连续变化，因此会产生一定误差。

不同的产气菌会产生特异性的挥发性成分，因此可以通过检测挥发性成分的特异性来区分不同的产气菌。本发明提供一种利用气体传感器技术快速鉴别产气菌的方法，可以实现产气菌的快速鉴别，这能够为工农业生产提供指导。

发明内容

本发明的目的在于提供一种产气菌种类的快速鉴别方法，实现对产气菌种类的连续快速鉴别。

为了解决以上技术问题，本发明利用气体传感器检测产气菌特征性气体对应的响应信号，通过分析产气菌的响应信号差异对其进行快速鉴别，采用的具体技术方案如下：

一种产气菌种类的快速鉴别方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，已知种类产气菌的培养；

步骤二，已知种类产气菌的气体传感器信号获取；

步骤三，产气菌种类鉴别模型的建立；

步骤四，待测产气菌种类的鉴别。

步骤一中已知种类产气菌的培养过程为：选取一批已知种类的产气菌菌种，将特定培养基倒入特制的培养皿中，将已鉴定的产气菌接种至所述特定培养基上，每种菌至少做3次重复试验。

所述步骤二中已知种类产气菌的气体传感器信号获取包含以下过程

过程一：制备气体传感器，并用电位计获得气体传感器的初始电阻值R ₀；将至少两个气体传感器放入培养皿盖上的气体反应室中，并与导线相连，在产气菌生长过程中用数字电位计获取传感器的电阻值，得到R ₁，R ₂……R _n；所述过程一持续48小时；

过程二：将每种产气菌获得的气体传感器电阻变化的响应值记为S _ni ，S _ni =|R _n -R ₀|/R ₀；下标n为第n次采集，i为传感器标号；绘制出每种产气菌在48小时的过程中每个传感器响应值的变化趋势图。

所述步骤三中产气菌种类鉴别模型的建立包括以下过程

过程一：提取气体传感器响应值的变化趋势图中的特征信息，并将特征信息与相应的产气菌相关联，运用模式识别方法构建产气菌种类的判别模型；以每种产气菌对应的气体传感器电阻变化的响应值S _ni 作为自变量，产气菌的种类作为因变量Y，得到产气菌种类的鉴别模型Y=F (S _ni )；

过程二：对所建模型判别效果进行评估时，选取已鉴定产气菌的2/3作为训练组，用于模型的建立，剩余的1/3作为验证组，用于模型预测结果的检验，比较判别率和误差分析，确定最佳判别模型。

步骤四中待测产气菌种类的鉴别包括以下过程

按照步骤一和步骤二的相同方法获取气体传感器与未知产气菌的反应过程中的响应值的变化趋势图，并对其进行特征信息提取，得到每种产气菌对应的气体传感器电阻变化的响应值S _ni ’，然后将响应值S _ni ’带入步骤（3）中预先建立的判别模型Y=F (S _ni )中，计算出待测产气菌种类为y’=F(S _ni ’)；

根据y’值判断产气菌的种类：y’值为1时表示该产气菌为Bacillus fusiformis J4，菌种编号为AF169537.1；y’值为2时，表示该产气菌为Brochothrix thermosphacta DSMZ 20171，菌种编号为AY543023.1；y’值为3时，表示该产气菌为Pseudomonas koreensis Ps 9-14NR，菌种编号为025228.1。

本发明具有有益效果。气体传感器是根据传感器与气体接触后，传感器产生物理或化学的变化来定量定性分析气体。气体传感器技术已广泛应用于环境、食品、医药等多个领域，但在国内还没用将气体传感器技术用于微生物检测和鉴别的相关专利。本发明提供一种利用气体传感器技术快速鉴别产气菌的方法，可以实现产气菌的快速鉴别，这能够为工农业生产提供指导。

附图说明

图1为本发明的流程图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

以鉴别Bacillus fusiformis J4菌种编号AF169537.1、Brochothrix thermosphacta DSMZ 20171菌种编号AY543023.1、Pseudomonas koreensis Ps 9-14NR菌种编号025228.1三种产气菌为例，详细阐述本发明的具体实施方式。

所述一种产气菌的快速鉴别方法包含4个步骤：

步骤（1）已知种类产气菌的培养；步骤（2）已知种类产气菌的气体传感器信号获取；步骤（3）产气菌种类鉴别模型的建立；步骤（4）运用该模型对待测产气菌种类的鉴别。

所述步骤（1）包含以下过程：

选取一批已知种类产气菌Bacillus fusiformis J4菌种编号AF169537.1、菌种编号AY543023.1、Pseudomonas koreensis Ps 9-14NR菌种编号025228.1，将特定培养基倒入特制的培养皿底中，将已鉴定的产气菌菌种至该培养基上，形成单个菌落，每种菌至少做3次重复实验。

所述步骤（2）已知种类产气菌的气体传感器信号获取包含以下过程：

过程一：以TiO₂气体传感器为例。制作TiO₂气体传感器（TiO₂气体传感器的制作方法参考发明专利“一种基于色素敏化TiO₂薄膜的气体传感器制作方法”，申请号： 201210188675.4）。用电位计获得5个TiO₂气体传感器的初始电阻值R ₀。将5个TiO₂气体传感器放入培养皿盖上的气体反应室中，并与导线相连，在产气菌生长过程中用数字电位计获取传感器的电阻值，得到R ₁，R ₂……R _n。该过程持续48小时。

过程二：将每种产气菌生长过程中获得的气体传感器电阻变化的响应值记为S _ni ，S _ni =|R _n -R ₀|/R ₀。下标n为第n次采集，i为传感器标号。绘制出每种产气菌在48小时的过程中每个传感器响应值的变化趋势图。

所述步骤（3）产气菌种类鉴别模型的建立包括以下过程：

过程一：提取气体传感器响应值的变化趋势图中的特征信息，并将特征信息与相应的产气菌相关联，运用模式识别方法构建产气菌种类的判别模型。以每种产气菌对应的气体传感器电阻变化的响应值S _ni 作为自变量，产气菌的种类作为因变量Y，得到产气菌种类的鉴别模型Y=F (S _ni )。其中Y的取值可以为1、2、3，Y值为1时代表Bacillus fusiformis J4 (AF169537.1)，Y值为2时代表Brochothrix thermosphacta DSMZ 20171(AY543023.1)，Y值为3时代表Pseudomonas koreensis Ps 9-14NR(025228.1)。

过程二：对所建模型判别效果进行评估时，选取已鉴定产气菌的2/3作为训练组，用于模型的建立，剩余的1/3作为验证组，用于模型预测结果的检验，比较判别率和误差分析，确定最佳判别模型。

所述步骤（4）运用该模型对待测产气菌种类的鉴别包括以下过程：

按照步骤相同（1）、（2）的相同方法获取气体传感器与未知产气菌的反应过程中的响应值的变化趋势图，并对其进行特征信息提取，得到每种产气菌对应的气体传感器电阻变化的响应值S _ni ’，然后将响应值S _ni ’带入步骤（3）中预先建立的判别模型Y=F (S _ni )中，计算出待测产气菌种类为y’=F(S _ni ’)，当y’值为1时表示该产气菌为Bacillus fusiformis J4 (AF169537.1)，y’值为2时表示该产气菌为Brochothrix thermosphacta DSMZ 20171(AY543023.1)，y’值为3时表示该产气菌为Pseudomonas koreensis Ps 9-14NR(025228.1)。

Claims (5)

1.一种产气菌种类的快速鉴别方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一，已知种类产气菌的培养；

步骤二，已知种类产气菌的气体传感器信号获取；

步骤三，产气菌种类鉴别模型的建立；

步骤四，待测产气菌种类的鉴别。

2.如权利要求1所述的一种产气菌种类的快速鉴别方法，其特征在于所述步骤一中已知种类产气菌的培养过程为：选取一批已知种类的产气菌菌种，将特定培养基倒入特制的培养皿中，将已鉴定的产气菌接种至所述特定培养基上，每种菌至少做3次重复试验。

3.如权利要求1所述的一种产气菌种类的快速鉴别方法，其特征在于所述步骤二中已知种类产气菌的气体传感器信号获取包含以下过程

过程一：制备气体传感器，并用电位计获得气体传感器的初始电阻值R ₀；将至少两个气体传感器放入培养皿盖上的气体反应室中，并与导线相连，在产气菌生长过程中用数字电位计获取传感器的电阻值，得到R ₁，R ₂……R _n；所述过程一持续48小时；

过程二：将每种产气菌获得的气体传感器电阻变化的响应值记为S _ni ，S _ni =|R _n -R ₀|/R ₀；下标n为第n次采集，i为传感器标号；绘制出每种产气菌在48小时的过程中每个传感器响应值的变化趋势图。

4.如权利要求1所述的一种产气菌种类的快速鉴别方法，其特征在于所述步骤三中产气菌种类鉴别模型的建立包括以下过程

过程一：提取气体传感器响应值的变化趋势图中的特征信息，并将特征信息与相应的产气菌相关联，运用模式识别方法构建产气菌种类的判别模型；以每种产气菌对应的气体传感器电阻变化的响应值S _ni 作为自变量，产气菌的种类作为因变量Y，得到产气菌种类的鉴别模型Y=F (S _ni )；

过程二：对所建模型判别效果进行评估时，选取已鉴定产气菌的2/3作为训练组，用于模型的建立，剩余的1/3作为验证组，用于模型预测结果的检验，比较判别率和误差分析，确定最佳判别模型。

5.如权利要求1所述的一种产气菌种类的快速鉴别方法，其特征在于步骤四中待测产气菌种类的鉴别包括以下过程

按照步骤一和步骤二的相同方法获取气体传感器与未知产气菌的反应过程中的响应值的变化趋势图，并对其进行特征信息提取，得到每种产气菌对应的气体传感器电阻变化的响应值S _ni ’，然后将响应值S _ni ’带入步骤（3）中预先建立的判别模型Y=F (S _ni )中，计算出待测产气菌种类为y’=F(S _ni ’)；

根据y’值判断产气菌的种类：y’值为1时表示该产气菌为Bacillus fusiformis J4，菌种编号为AF169537.1；y’值为2时，表示该产气菌为Brochothrix thermosphacta DSMZ 20171，菌种编号为AY543023.1；y’值为3时，表示该产气菌为Pseudomonas koreensis Ps 9-14NR，菌种编号为025228.1。

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