专利名称：一种基于嗅觉可视化技术快速鉴别畜肉优势腐败菌的方法
技术领域：
本发明涉及一种针对畜肉优势腐败菌快速鉴别的方法，特指一种基于嗅觉可视化技术快速鉴别冷却猪肉优势腐败菌的方法。
背景技术：
中国是猪肉生产和消费大国，猪肉卫生状况和品质安全一直是人们关注的焦点。由于冷却猪肉能最大程度地保持肉品风味和营养价值，在发达国家和我国大中城市已成为生鲜肉消费的主流。畜肉在加工过程中会受到微生物污染，这些微生物在畜肉低温运输、贮藏和销售过程中进一步繁殖导致畜肉腐败变质。变质畜肉不但营养价值下降，还会引起食物中毒危及食用者的生命安全。优势腐败菌是对畜肉腐败变质起主导作用的细菌。大量研究表明，假单胞菌属、肠杆菌科、不动杆菌属、乳酸菌和热杀索丝菌是引起冷却猪肉腐败变质的主要菌群。各种优势腐败菌竞争能力与代谢特征的差异会造成肉质腐败的时间和特征不同，因此有必要对冷却猪肉优势腐败菌进行鉴别和腐败特性研究。为进一步更有针对性地采用保鲜措施，延长冷却猪肉的货架期提供理论依据。传统的微生物分类鉴别方法是应用显微镜法、生理生化法、分子生物学法及其相结合的方法。这些方法虽然有效，但操作繁琐、费时费力、专业性强，有时结果的准确度也不十分理想，更重要的是这些方法难以实现自动化及计算机化。随着光谱技术和计算机的发展，红外光谱技术已开始用于对微生物进行判别、分类和鉴别。该技术结合化学计量学以微生物分类和鉴别上具有简便、快速、易操作等特点。但检测准确性仍有待提闻。嗅觉可视化技术是人工嗅觉技术的一个分支，嗅觉可视化技术是指利用化学显色剂与待检测气体反应前后，其颜色发生变化这一性质来对待检测气体进行定性和定量分析的可视化方法。近年来，利用该技术对食品和农产品品质无损检测方面已有所应用，但在微生物判别、分类和鉴别方面未见报道。经检索，目前国内外还没有授权的相关专利，公开的相关发明仅有一个“ 一种基于嗅觉可视化检测鱼新鲜度的方法及装置，申请号201010262347. 5”。从检索结果看，该项发明只利用嗅觉可视化技术检测鱼肉腐败变质过程中产生的异味气体，而对其中的腐败菌未作任何研究。畜肉所含优势腐败菌的不同，其作用会造成畜肉蛋白质、脂肪等营养物质的分解并产生特异的气体物质。因此,可以通过检测气体物质的特异性来区分鉴别畜肉优势腐败菌。本发明提供的一种基于嗅觉可视化技术快速鉴别冷却猪肉优势腐败菌的方法，可以实现畜肉不同优势腐败菌的快速鉴别，为进一步更有针对性地采用保鲜措施，延长冷却猪肉的货架期有着直接的现实意义。
发明内容
鉴于上述现有技术发展情况，本发明的目的就是要提供一种基于嗅觉可视化技术 快速鉴别冷却猪肉优势腐败菌的方法。利用扫描仪采集可视化阵列传感器检测畜肉优势腐败菌在特定培养基中培养时所产特征气体的特征响应信号，通过信号识别处理系统，将检测结果以图谱方式显示，根据图谱颜色变化与被测气体种类和浓度之间的相互关系判定被测畜肉优势腐败菌的种类。本发明通过以下方法实现。首先选取一批已鉴定的冷却猪肉优势腐败菌，分别接种至特定培养基的培养皿中涂布均匀，同时将可视化气体传感器阵列固定在涂有菌种的培养皿盖内表面并封边，置于一定温度下培养，每隔2h通过扫描仪采集可视化气体传感器阵列图像，对图像预处理并提取其RGB和HIS等颜色特征值，通过传感器阵列反应前后特征值的变化与相应的优势腐败菌相关联，运用模式识别方法构建冷却猪肉优势腐败菌判别模型。然后利用该模 型对待测腐败菌进行测定鉴别。本发明的技术方案如下所述。本发明所述的一种基于嗅觉可视化技术快速鉴别冷却猪肉优势腐败菌的方法，其特征在于，包括以下步骤。(I)选取一批已鉴定的冷却猪肉优势腐败菌，分别接种至特定培养基中涂布均匀，每种菌至少3个重复。(2)将卟啉类化合物、pH指示剂化合物和变色染料分别点样在硅胶板上组成可视化阵列传感器，并将此传感器阵列固定在涂有菌种的培养皿盖内表面并封边。(3)将此培养皿置于一定温度下培养，每隔2h通过扫描仪采集可视化气体传感器阵列图像，直至24小时完成图像采集。(4)图像预处理和特征信息提取，首先对图像进行中值滤波去噪、去背景和剪裁，找到反应前后图像中的每个显色剂印迹的中心，再以每个显色剂印迹的中心为圆心，R为半径，分别提取反应前后图像中的化学显色剂像素的平均值并提取其RGB和HIS等颜色特征值。(5)判别模型建立，通过传感器阵列反应前后颜色特征值的变化与相应的优势腐败菌相关联，运用模式识别方法构建冷却猪肉优势腐败菌判别模型。对所建模型判别效果进行评估时，选取已鉴定冷却畜肉优势腐败菌的3/4作为训练组，用于模型的建立，剩余的1/4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。本发明提供的一种基于嗅觉可视化技术快速鉴别冷却猪肉优势腐败菌的方法，在无需对腐败菌进行复杂的形态、生理生化及分子生物学实验的前提下，实现对畜肉优势腐败菌的快速鉴别。本发明与常规的细菌鉴别方法相比，检测速度快、操作简单方便、费用低。本发明可以实现畜肉不同优势腐败菌的快速鉴别，为进一步更有针对性地采用保鲜措施，延长冷却猪肉的货架期有着直接的现实意义。
图I冷却猪肉优势腐败菌检测装置图。图2为图I中可视化气体传感器阵列2的结构示意图。图3冷却猪肉优势腐败菌判别模型构建流程图。图中I被检测腐败菌，2可视化气体传感器阵列，3扫描仪，4特定培养基，5培养皿，6计算机，7硅胶板，8酸性指示剂传感器，9碱性指示剂传感器，10卟啉类化合物传感器，11变色染料传感器
具体实施例方式本发明对畜肉腐败菌快速鉴别具有通用性，但由于畜肉腐败菌种类较多，因此本发明只以5种已鉴定的冷却猪肉优势腐败菌鉴别为实施实例，其它畜肉腐败菌测定鉴别可参照该实施实例的方法，具体针对所测畜肉腐败菌，建立一个新的畜肉腐败菌判别模型，即可以对该畜肉未知腐败菌进行测定鉴别。实例实施步骤结合附图进行详细描述。如图1，本发明装置由硬件和软件两部分组成，硬件部分包括扫描仪3、培养皿5和特定培养基4，特定培养基4可以选用改良的PCA琼脂培养基，培养基成分为胰蛋白胨2%、酵母浸膏O. 5%、葡萄糖O. 5%、琼脂I. 5% ;将特定培养基4倒入灭菌培养皿5后，接种试验优势腐败菌I并涂布均匀，将可视化气体传感器阵列2置于培养皿内盖中，并置于扫描仪3中获取可视化气体传感器阵列2的图像，扫描仪3连接计算机6。软件部分由扫描仪3的驱动控制程序、计算机6的图像处理程序和模式识别系统组成。计算机器6连接扫描仪3以控制扫描程序。如图2所示的可视化气体传感器阵列2，由硅胶板7和酸性指示剂传感器8、碱性指示剂传感器9、卟啉类化合物传感器10和变色染料传感器11组成。其中，酸性指示剂传感器8的色敏材料主要是酸性指示剂，用于强酸性气体检测；碱性指示剂传感器9的色敏材料主要是碱性指示剂，用于强碱性气体检测；卟啉类化合物传感器10的色敏材料主要是四苯基金属卟啉或自由基卟啉，用于检测路易斯碱(如胺)；变色染料传感器11的色敏材料主要是变色染料，主要用于酮、醇、芳烃和硫化氢等气体的识别。将这四类传感器色敏材料分别溶解，利用固相转化法分别将其固定于硅胶板7上形成可视化气体传感器阵列2，酸性指示剂传感器8、碱性指示剂传感器9、卟啉类化合物传感器10和变色染料传感器11各分布一列，每列各具有4个，组成4X4阵列结构，组成后于烘箱中50°C干燥I小时待用。本发明将被检测腐败菌I在特定培养基4培养过程中，散发的被测特征气体与可视化传感器阵列2相接触，被测特征气体可与可视化传感器阵列2中的酸性指示剂传感器8、碱性指示剂传感器9、卟啉类化合物传感器10或变色染料传感器11反应，从而产生颜色变化，其颜色变化大小与被测特征气体的种类和尝试有关。可视化传感器阵列2所呈现的颜色变化通过扫描仪3采集图像并存储入计算机6中，然后利用图像处理程序对图像预处理并提取其RGB和HIS等颜色特征值，并将这些特征值的变化与相应优势腐败菌相关联，运用模式识别方法判别优势腐败菌。本发明利用图I所示装置鉴别冷却猪肉优势腐败菌方法的具体流程如图3进行，具体步骤如下所述。(I)配制特定培养基4倒入灭菌培养皿5后，选取一批已鉴定的冷却猪肉优势腐败菌1，分别接种至特定培养基4中涂布均匀，每种菌至少3个重复；此处的已鉴定的冷却猪肉优势腐败菌可以是实验室从变质冷却猪肉中自行分离保藏的IiMtohcterguillouiae Ρ3Λ Pseudomonas koreensi PSl, Bacillus fusiformis J4、Enterobactercloacae Vb 取 Brochothrix thermosphacta S5。
(2)将酸性指示剂传感器8、碱性指示剂传感器9、卟啉类化合物传感器10和变色染料传感器11分别固定在硅胶板7上组成可视化阵列传感器阵列2，并将此传感器阵列2固定在涂有菌种的培养皿5内盖中并封边。(3)将此培养皿5置于一定温度下培养,每隔2h通过扫描仪3米集可视化气体传感器阵列2图像，直至24小时完成图像采集。( 4)图像预处理和特征信息提取，首先对图像进行中值滤波去噪、去背景和剪裁，找到反应前后图像中的每个显色剂印迹的中心，再以每个显色剂印迹的中心为圆心，R为半径，分别提取反应前后图像中的化学显色剂像素的平均值并提取其RGB和HIS等颜色特征值。(5)判别模型建立，通过传感器阵列2图像反应前后颜色特征值的变化与相应的优势腐败菌相关联，运用模式识别方法构建冷却猪肉优势腐败菌判别模型。(6)未知优势腐败菌快速测定鉴别，按照图3所示流程图将未知优势腐败菌同样采集传感器阵列2图像，并对其进行图像预处理和特征信息提取，然后将特征信息代入预先建立好的判别模型中就可以快速测定鉴别未知优势腐败菌。
权利要求
1.一种基于嗅觉可视化技术快速鉴别畜肉优势腐败菌的方法，按照以下步骤进行 (1)配制特定培养基倒入灭菌培养皿后，选取一批已鉴定的冷却猪肉优势腐败菌，分别接种至特定培养基中涂布均匀，每种菌至少个重复； (2)将酸性指示剂传感器、碱性指示剂传感器、叶啉类化合物传感器和变色染料传感器分别固定在硅胶板上组成可视化气体传感器阵列，并将此传感器阵列固定在涂有菌种的培养皿内盖中并封边； (3)将此培养皿置于一定温度下培养，每隔2h通过扫描仪采集可视化气体传感器阵列图像，直至24小时完成图像采集； (4)图像预处理和特征信息提取，首先对图像进行中值滤波去噪、去背景和剪裁，找到反应前后图像中的每个显色剂印迹的中心，再以每个显色剂印迹的中心为圆心，R为半径，分别提取反应前后图像中的化学显色剂像素的平均值并提取其RGB和HIS等颜色特征值； (5)判别模型建立，通过传感器阵列图像反应前后颜色特征值的变化与相应的优势腐败菌相关联，运用模式识别方法构建冷却猪肉优势腐败菌判别模型； (6)未知优势腐败菌快速测定鉴别，按照步骤(I)、(2)、(3)、(4)相同的方法采集与未知优势腐败菌反应前后的传感器阵列图像，并对其进行图像预处理和特征信息提取，然后将特征信息代入预先建立好的判别模型测定鉴别未知优势腐败菌。
2.根据权利要求I所述的一种基于嗅觉可视化技术快速鉴别畜肉优势腐败菌的方法，，其特征在于，所述特定培养基是改良的PCA琼脂培养基，培养基成分为胰蛋白胨2%、酵母浸膏0. 5%、葡萄糖0. 5%、琼脂I. 5%。
3.根据权利要求I所述的一种基于嗅觉可视化技术快速鉴别畜肉优势腐败菌的方法，其特征在于，所述已鉴定的冷却猪肉优势腐败菌是实验室从变质冷却猪肉中自行分离保藏^lAcinetobacter guiIlouiae P3^Pseudomonas koreensi BaciIIus fusiformis J4、Enterobacter cloacae Yb 取 Brochothrix thermosphacta S5。
4.根据权利要求I所述的一种基于嗅觉可视化技术快速鉴别畜肉优势腐败菌的方法，其特征在于，所述的可视化气体传感器阵列中，酸性指示剂传感器的色敏材料是酸性指示齐IJ，用于强酸性气体检测；碱性指示剂传感器的色敏材料是碱性指示剂，用于强碱性气体检测；卟啉类化合物传感器的色敏材料是四苯基金属卟啉或自由基卟啉，用于检测路易斯碱；变色染料传感器的色敏材料是变色染料，主要用于酮、醇、芳烃和硫化氢等气体的识别；每种传感器各分布一列，每列各具有4个，组成4X 4阵列结构。
5.根据权利要求I所述的一种基于嗅觉可视化技术快速鉴别畜肉优势腐败菌的方法，其特征在于，所述的图像预处理和特征信息提取，是先对图像进行中值滤波去噪、去背景和剪裁，找到反应前后图像中的每个显色剂印迹的中心，再以每个显色剂印迹的中心为圆心，R为半径，分别提取反应前后图像中的化学显色剂像素的平均值并提取其RGB和HIS等颜色特征值。
6.根据权利要求I所述的一种基于嗅觉可视化技术快速鉴别畜肉优势腐败菌的方法，其特征在于，所述的判别模型建立，是通过传感器阵列反应前后颜色特征值的变化与相应的优势腐败菌相关联，运用模式识别方法构建冷却猪肉优势腐败菌判别模型。
7.根据权利要求I所述的一种基于嗅觉可视化技术快速鉴别畜肉优势腐败菌的方法，其特征在于，对所建模型判别效果进行评估时，选取已鉴定冷却畜肉优势腐败菌的3/4作为训练组，用于模型的建立，剩余的1/4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。
全文摘要
本发明涉及一种针对畜肉优势腐败菌快速鉴别的方法。利用扫描仪采集可视化阵列传感器检测畜肉优势腐败菌在特定培养基中培养时所产特征气体的特征响应信号，通过信号识别处理系统，将检测结果以图谱方式显示，根据图谱颜色变化与被测气体种类和浓度之间的相互关系判定被测畜肉优势腐败菌的种类。本发明在无需对腐败菌进行复杂的形态、生理生化及分子生物学实验的前提下，实现对畜肉优势腐败菌的快速鉴别。本发明可以实现畜肉不同优势腐败菌的快速鉴别，为进一步更有针对性地采用保鲜措施，延长冷却猪肉的货架期有着直接的现实意义。
文档编号G06K9/46GK102660629SQ201210115768
公开日2012年9月12日 申请日期2012年4月19日 优先权日2012年4月19日
发明者林颢, 蔡健荣, 赵杰文, 邹小波, 陈全胜, 黄星奕, 黄林 申请人:江苏大学