一种基于可视嗅觉指纹技术的水产品新鲜度检测装置的制作方法

本实用新型涉及一种水产品新鲜度的快速表征检测装置，特指一种基于色敏材料技术的水产品储藏、销售、生产过程中新鲜度的实时检测装置，属于农产品检测领域。

背景技术：

我国是水产品生产和贸易大国，因其具有丰富的蛋白质和维生素，而含有的脂肪含量较低而深受广大消费者喜爱。然而，也正是由于水产品水分含量高、肌肉组织脆弱、内源蛋白酶活跃，极易导致腐败变质，影响其食用品质及安全性。

传统的水产品的新鲜度的检测方式主要有感官分析、物理检验、化学检验和微生物检验等。如GB 5009.228-2016中采用蒸馏法来测定水产品中的挥发性盐基氮，然而，这种方式步骤繁琐，耗时，很难用于现场快速检测；GB 4789-2016中采用培养样品中的菌落总数和大肠菌落总数来测量水产品的新鲜度，该装置需专业人员操作，且尤为耗时；SC/T 3048-2014中通过高效液相色谱法来测定鱼类的新鲜度指标K值，该装置前处理繁琐，仪器成本昂贵，且一般只适用于初期的水产品的新鲜度检测；此外还有前表面荧光光谱法、拉曼光谱法等，但这些仪器价格昂贵，且处于试验阶段，目前不能广泛用于生产实际中。

可视嗅觉指纹技术利用色敏传感器与待测气体反应前后的颜色差值对待测气体进行定性和定量分析，具有客观、简便、灵敏度高、可量化的优点。近年来，色敏传感器技术在食品及农产品检测领域得到了相关应用，专利“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)公开了一种嗅觉可视化检测鱼新鲜度的方法和装置，但该装置比较笨重，其图像获取装置是扫描仪，难以满足实时监测的要求；如利“一种鱼类新鲜度的快速无损在线检测方法和装置”(专利号：CN201210573719.5)尽管用相机代替了扫描仪，提高了图像采集效率，但装置仍然比较笨重，且均采用未经修饰过的原始商业化色敏材料构建的色敏传感器阵列，灵敏度还有待提高。本实用新型提出一种基于可视嗅觉指纹技术的水产品新鲜度快速表征的实时检测方法及装置，其色敏材料通过自组装法进行修饰，该装置体积小、易携带，被检测对象范围广、灵敏度高，可用于水产品收购、运销、加工、储藏中新鲜度的实时监测。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种基于可视嗅觉指纹技术的水产品新鲜度检测装置，以克服现有相关技术所存在的上述不足。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用了如下技术方案：

一种基于可视嗅觉指纹技术的水产品新鲜度检测装置，包括上位机、相机、圆柱形不锈钢仓、色敏传感器、色敏传感器放置板、反应室、泵、进气管路、出气管路、和电加热控温系统；

所述上位机与相机通过双向传输数据线连接，所述相机的镜头向下设置于圆柱形不锈钢仓顶部，用来获取反应前、后色敏传感器的红(R)、绿(G)、蓝(B)三个分量的图像，所述圆柱形不锈钢仓内部设有环形光源，所述圆柱形不锈钢仓底部与所述反应室顶部密封连接，所述反应室顶部开有通孔，所述通孔内设有色敏传感器放置板，用于放置色敏传感器；

本实用新型采用环形光源，图像采集室内壁涂有黑色漫反射涂层，使得光源均匀的照在色敏材料上，使整个图像的的照度十分均匀，方便图像的进一步处理，并且保证色敏材料的初始图像的一致性；图像采集室和反应室均为不锈钢材质，避免了气体吸附和残留，确保实验的稳定性，降低了系统背景噪声影响；

所述反应室侧面设有进气口，另一侧设有出气口，所述进气口分别通过进气管路与泵连接，所述出气口分别与出气管路连接，所述反应室底部与电加热控温系统相连，控制反应室温度为25℃恒温。

反应室为自然挥发，待测样本与色敏传感器的距离近，待测样本挥发性气体浓度无稀释，系统死体积小，系统稳定性和重复性更好；所述进气口可旋转，易于将反应室中的残存水产品挥发性气体置换为洁净空气；所述电加热控温系统可将反应室温度控制为25℃恒温，使得检测不受温度影响

在一些优选实施方式中，所述圆柱形不锈钢仓的内表面覆盖有黑色漫反射涂层。

在一些优选实施方式中，反应室包括前侧盖板和主体部分，所述反应室顶部通过合页铰接于反应室主体部分上，所述前侧盖板外侧设有把手，所述前侧盖板与反应室主体部分接触的位置设有密封垫扣。

在一些优选实施方式中，所述反应室采用不锈钢材质。

在一些优选实施方式中，所述色敏传感器放置板通过贯通其两侧中部的转轴安装于所述通孔内部，所述色敏传感器放置板可绕转轴旋转360°，所述转轴一端延伸至反应室外并与旋转手柄相连。

在一些优选实施方式中，所述通孔与所述色敏传感器放置板接触的位置设置有气密性密封胶圈。

在一些优选实施方式中，所述反应室内侧位于所述进气口的位置均连接有布风盒，所述布风盒内设有离心式扰流扇叶，所述布风盒周侧及侧面均开设有通风孔。

与现有技术相比，本实用新型的一种用于水产品新鲜度检测装置具有如下优点：

1、本实用新型的水产品新鲜度检测装置有很好的柔和性，可检测多种水产品对象，被检测样本可以为鱼、虾，也可以为蟹、贝，可定量检测水产品中的挥发性盐基氮；本实用新型相比起现有检测水产品新鲜度指标三甲胺、K值的气相色谱和液相色谱仪器分析法来说，无需前处理，对样品无损伤，检测效率大幅提高，可用于水产品收购、运销、加工、储藏中新鲜度的实时监测。

2、本实用新型装置轻便，操作简单，检测装置中的光源采用环形光源，图像采集室内壁涂有黑色漫反射涂层，使整个图像的的照度十分均匀，保证色敏材料的初始图像的一致性；图像采集室和反应室均为不锈钢材质，避免了气体吸附和残留，确保实验的稳定性，降低了系统背景噪声影响；反应室为自然挥发，待测样本挥发性气体浓度无稀释，系统死体积小，系统稳定性和重复性更好；所述进气口可旋转，易于将反应室中的残存水产品挥发性气体置换为洁净空气；所采集的图像的颜色变化并输送至采集卡中，上位机实时处理，可用于在线监测。

3、本实用新型通过表面活性剂结合沉淀法对水产品新鲜度特征挥发性气体敏感的色敏材料进行纳米化修饰，提高了色敏材料的灵敏度；这些色敏材料与水产品新鲜度特征挥发性气体反应后会反生相应的颜色变化。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明

图1是基于可视嗅觉指纹技术的水产品新鲜度快速检测装置系统示意图；

图中，1-上位机；2-相机；3-环形光源；4-圆柱形不锈钢仓；5-黑色漫反射涂层；6-底座；7-色敏传感器放置板；8-旋转手柄；9-反应室；10-密封垫扣；11-泵；12-泵；13-进气管路；14-进气管路；15-进气口；16-进气口；17-出气口；18-出气口；19-出气管路；20-出气管路；21-电加热控温系统；22-色敏传感器；23-前侧盖板。

图2是挥发性盐基氮实测值与BP-ANN模型预测值的相关关系图，其中，+：训练集，o：预测集。

具体实施方式

下将结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细描述。但这些实施方式并不限制本实用新型，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实用新型的保护范围内。

实施例1：一种基于可视嗅觉指纹技术的水产品新鲜度检测装置

如图1所示，一种基于可视嗅觉指纹技术的水产品新鲜度检测装置，包括上位机1、相机2、圆柱形不锈钢仓4、色敏传感器22、色敏传感器放置板7、反应室9、泵11、12、进气管路13、14、出气管路19、20、和电加热控温系统21；

所述上位机1与相机2通过双向传输数据线连接，所述相机2的镜头向下设置于圆柱形不锈钢仓4顶部，用来获取反应前、后色敏传感器的红R、绿G、蓝B三个分量的图像，所述圆柱形不锈钢仓4内部设有环形光源3，所述圆柱形不锈钢仓4底部与所述反应室9顶部密封连接，所述反应室9顶部开有通孔，所述通孔内设有色敏传感器放置板7，用于放置色敏传感器22；

本实用新型采用环形光源，图像采集室内壁涂有黑色漫反射涂层，使得光源均匀的照在色敏材料上，使整个图像的的照度十分均匀，方便图像的进一步处理，并且保证色敏材料的初始图像的一致性；图像采集室和反应室均为不锈钢材质，避免了气体吸附和残留，确保实验的稳定性，降低了系统背景噪声影响；

所述反应室9侧面设有进气口15、16，另一侧设有出气口17、18，所述进气口15、16分别通过进气管路13、14与泵11、12连接，所述出气口17、18分别与出气管路19、20连接，所述反应室9底部与电加热控温系统21相连，控制反应室温度为25℃恒温。

反应室为自然挥发，待测样本与色敏传感器的距离近，待测样本挥发性气体浓度无稀释，系统死体积小，系统稳定性和重复性更好；所述进气口可旋转，易于将反应室中的残存水产品挥发性气体置换为洁净空气；所述电加热控温系统可将反应室温度控制为25℃恒温，使得检测不受温度影响

在一些优选实施方式中，所述圆柱形不锈钢仓4的内表面覆盖有黑色漫反射涂层5。

在一些优选实施方式中，反应室9包括前侧盖板23和主体部分，所述反应室9顶部通过合页铰接于反应室主体部分上，所述前侧盖板23外侧设有把手，所述前侧盖板23与反应室9主体部分接触的位置设有密封垫扣10。

在一些优选实施方式中，所述反应室9采用不锈钢材质。

在一些优选实施方式中，所述色敏传感器放置板7通过贯通其两侧中部的转轴6安装于所述通孔内部，所述色敏传感器放置板7可绕转轴6旋转360°，所述转轴6一端延伸至反应室9外并与旋转手柄8相连。

在一些优选实施方式中，所述通孔与所述色敏传感器放置板7接触的位置设置有气密性密封胶圈。

在一些优选实施方式中，所述反应室9内侧位于所述进气口15、16的位置均连接有布风盒，所述布风盒内设有离心式扰流扇叶，所述布风盒周侧及侧面均开设有通风孔。

实施例2：一种基于可视嗅觉指纹技术的梭子蟹新鲜度快速检测

(1)本实施例的样本均购于南通市新城菜市场，共50个样本。

(2)利用蒸馏法检测不同样本的挥发性盐基氮含量。

(3)将溴甲酚绿、中性红、甲基红、甲酚红4种pH指示剂和ZnTPP、N-ZnTPP-12h、N-ZnTPP-24h、N-ZnTPP-48h、N-ZnTPP-72h，5种卟啉类化合物分别溶于二氯甲烷溶剂中，浓度均为1mg/mL，通过微量点样毛细管将其印染在聚偏二氟乙烯膜上，在氮气环境下待溶剂挥发制成色敏材料传感器阵列。

(4)将制得的气体传感器阵列置于图像采集室中色敏传感器放置板上，操作旋转手柄使色敏传感器放置板朝向所述圆柱形不锈钢仓内，相机获取反应前传感器阵列的图像；

(5)电加热控温系统控制反应室的温度，将待测样本置于反应室中，操作旋转手柄使色敏传感器放置板朝向所述反应室内，色敏传感器阵列与待测样本的挥发性气体反应；

(6)气味信息的获取：相机获取反应后传感器阵列的R、G、B图像传输给上位机，上位机处理反应前后的传感器阵列图像；

(7)取出样本并通过进气口向反应室吹风，将残余样本气体除去；

(8)将反应前后的颜色变化值前5个主成分的特征变量作为误差反向传播人工神经网络模型(BP-ANN)的输入变量，以蒸馏法测得的挥发性盐基氮含量作为输出变量，对该装置进行验证(其中训练集样本数为34，预测集样本数为16)，模型用交互验证均方根误差作为网络训练的评估标准，预测均方根误差值评价模型的预测效果，用训练集相关系数Rc和预测集相关系数Rp来评价预测值和实测值之间的相关性。

图2是梭子蟹中挥发性盐基氮的实测值与误差反向传播人工神经网络模型(BP-ANN)预测值的相关关系，结果表明基于可视嗅觉指纹技术检测得到的梭子蟹中的气味信息蒸馏法测得的挥发性盐基氮的含量相关性较好，Rc＝0.9995，Rp＝0.9954，因此该装置可以用来定量检测水产品收购、运销、加工、储藏中的新鲜度。