專利名稱：一種基于嗅覺可視化技術(shù)快速鑒別畜肉優(yōu)勢腐敗菌的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種針對畜肉優(yōu)勢腐敗菌快速鑒別的方法，特指一種基于嗅覺可視化技術(shù)快速鑒別冷卻豬肉優(yōu)勢腐敗菌的方法。
背景技術(shù)：
中國是豬肉生產(chǎn)和消費大國，豬肉衛(wèi)生狀況和品質(zhì)安全一直是人們關(guān)注的焦點。由于冷卻豬肉能最大程度地保持肉品風(fēng)味和營養(yǎng)價值，在發(fā)達(dá)國家和我國大中城市已成為生鮮肉消費的主流。畜肉在加工過程中會受到微生物污染，這些微生物在畜肉低溫運(yùn)輸、貯藏和銷售過程中進(jìn)一步繁殖導(dǎo)致畜肉腐敗變質(zhì)。變質(zhì)畜肉不但營養(yǎng)價值下降，還會引起食物中毒危及食用者的生命安全。優(yōu)勢腐敗菌是對畜肉腐敗變質(zhì)起主導(dǎo)作用的細(xì)菌。大量研究表明，假單胞菌屬、腸桿菌科、不動桿菌屬、乳酸菌和熱殺索絲菌是引起冷卻豬肉腐敗變質(zhì)的主要菌群。各種優(yōu)勢腐敗菌競爭能力與代謝特征的差異會造成肉質(zhì)腐敗的時間和特征不同，因此有必要對冷卻豬肉優(yōu)勢腐敗菌進(jìn)行鑒別和腐敗特性研究。為進(jìn)一步更有針對性地采用保鮮措施，延長冷卻豬肉的貨架期提供理論依據(jù)。傳統(tǒng)的微生物分類鑒別方法是應(yīng)用顯微鏡法、生理生化法、分子生物學(xué)法及其相結(jié)合的方法。這些方法雖然有效，但操作繁瑣、費時費力、專業(yè)性強(qiáng)，有時結(jié)果的準(zhǔn)確度也不十分理想，更重要的是這些方法難以實現(xiàn)自動化及計算機(jī)化。隨著光譜技術(shù)和計算機(jī)的發(fā)展，紅外光譜技術(shù)已開始用于對微生物進(jìn)行判別、分類和鑒別。該技術(shù)結(jié)合化學(xué)計量學(xué)以微生物分類和鑒別上具有簡便、快速、易操作等特點。但檢測準(zhǔn)確性仍有待提聞。嗅覺可視化技術(shù)是人工嗅覺技術(shù)的一個分支，嗅覺可視化技術(shù)是指利用化學(xué)顯色劑與待檢測氣體反應(yīng)前后，其顏色發(fā)生變化這一性質(zhì)來對待檢測氣體進(jìn)行定性和定量分析的可視化方法。近年來，利用該技術(shù)對食品和農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)無損檢測方面已有所應(yīng)用，但在微生物判別、分類和鑒別方面未見報道。經(jīng)檢索，目前國內(nèi)外還沒有授權(quán)的相關(guān)專利，公開的相關(guān)發(fā)明僅有一個“ 一種基于嗅覺可視化檢測魚新鮮度的方法及裝置，申請?zhí)?01010262347. 5”。從檢索結(jié)果看，該項發(fā)明只利用嗅覺可視化技術(shù)檢測魚肉腐敗變質(zhì)過程中產(chǎn)生的異味氣體，而對其中的腐敗菌未作任何研究。畜肉所含優(yōu)勢腐敗菌的不同，其作用會造成畜肉蛋白質(zhì)、脂肪等營養(yǎng)物質(zhì)的分解并產(chǎn)生特異的氣體物質(zhì)。因此,可以通過檢測氣體物質(zhì)的特異性來區(qū)分鑒別畜肉優(yōu)勢腐敗菌。本發(fā)明提供的一種基于嗅覺可視化技術(shù)快速鑒別冷卻豬肉優(yōu)勢腐敗菌的方法，可以實現(xiàn)畜肉不同優(yōu)勢腐敗菌的快速鑒別，為進(jìn)一步更有針對性地采用保鮮措施，延長冷卻豬肉的貨架期有著直接的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)發(fā)展情況，本發(fā)明的目的就是要提供一種基于嗅覺可視化技術(shù) 快速鑒別冷卻豬肉優(yōu)勢腐敗菌的方法。利用掃描儀采集可視化陣列傳感器檢測畜肉優(yōu)勢腐敗菌在特定培養(yǎng)基中培養(yǎng)時所產(chǎn)特征氣體的特征響應(yīng)信號，通過信號識別處理系統(tǒng)，將檢測結(jié)果以圖譜方式顯示，根據(jù)圖譜顏色變化與被測氣體種類和濃度之間的相互關(guān)系判定被測畜肉優(yōu)勢腐敗菌的種類。本發(fā)明通過以下方法實現(xiàn)。首先選取一批已鑒定的冷卻豬肉優(yōu)勢腐敗菌，分別接種至特定培養(yǎng)基的培養(yǎng)皿中涂布均勻，同時將可視化氣體傳感器陣列固定在涂有菌種的培養(yǎng)皿蓋內(nèi)表面并封邊，置于一定溫度下培養(yǎng)，每隔2h通過掃描儀采集可視化氣體傳感器陣列圖像，對圖像預(yù)處理并提取其RGB和HIS等顏色特征值，通過傳感器陣列反應(yīng)前后特征值的變化與相應(yīng)的優(yōu)勢腐敗菌相關(guān)聯(lián)，運(yùn)用模式識別方法構(gòu)建冷卻豬肉優(yōu)勢腐敗菌判別模型。然后利用該模 型對待測腐敗菌進(jìn)行測定鑒別。本發(fā)明的技術(shù)方案如下所述。本發(fā)明所述的一種基于嗅覺可視化技術(shù)快速鑒別冷卻豬肉優(yōu)勢腐敗菌的方法，其特征在于，包括以下步驟。(I)選取一批已鑒定的冷卻豬肉優(yōu)勢腐敗菌，分別接種至特定培養(yǎng)基中涂布均勻，每種菌至少3個重復(fù)。(2)將卟啉類化合物、pH指示劑化合物和變色染料分別點樣在硅膠板上組成可視化陣列傳感器，并將此傳感器陣列固定在涂有菌種的培養(yǎng)皿蓋內(nèi)表面并封邊。(3)將此培養(yǎng)皿置于一定溫度下培養(yǎng)，每隔2h通過掃描儀采集可視化氣體傳感器陣列圖像，直至24小時完成圖像采集。(4)圖像預(yù)處理和特征信息提取，首先對圖像進(jìn)行中值濾波去噪、去背景和剪裁，找到反應(yīng)前后圖像中的每個顯色劑印跡的中心，再以每個顯色劑印跡的中心為圓心，R為半徑，分別提取反應(yīng)前后圖像中的化學(xué)顯色劑像素的平均值并提取其RGB和HIS等顏色特征值。(5)判別模型建立，通過傳感器陣列反應(yīng)前后顏色特征值的變化與相應(yīng)的優(yōu)勢腐敗菌相關(guān)聯(lián)，運(yùn)用模式識別方法構(gòu)建冷卻豬肉優(yōu)勢腐敗菌判別模型。對所建模型判別效果進(jìn)行評估時，選取已鑒定冷卻畜肉優(yōu)勢腐敗菌的3/4作為訓(xùn)練組，用于模型的建立，剩余的1/4作為驗證組，用于模型預(yù)測結(jié)果的檢驗，比較判別率和誤差分析，確定最佳判別模型。本發(fā)明提供的一種基于嗅覺可視化技術(shù)快速鑒別冷卻豬肉優(yōu)勢腐敗菌的方法，在無需對腐敗菌進(jìn)行復(fù)雜的形態(tài)、生理生化及分子生物學(xué)實驗的前提下，實現(xiàn)對畜肉優(yōu)勢腐敗菌的快速鑒別。本發(fā)明與常規(guī)的細(xì)菌鑒別方法相比，檢測速度快、操作簡單方便、費用低。本發(fā)明可以實現(xiàn)畜肉不同優(yōu)勢腐敗菌的快速鑒別，為進(jìn)一步更有針對性地采用保鮮措施，延長冷卻豬肉的貨架期有著直接的現(xiàn)實意義。


圖I冷卻豬肉優(yōu)勢腐敗菌檢測裝置圖。圖2為圖I中可視化氣體傳感器陣列2的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3冷卻豬肉優(yōu)勢腐敗菌判別模型構(gòu)建流程圖。圖中I被檢測腐敗菌，2可視化氣體傳感器陣列，3掃描儀，4特定培養(yǎng)基，5培養(yǎng)皿，6計算機(jī)，7硅膠板，8酸性指示劑傳感器，9堿性指示劑傳感器，10卟啉類化合物傳感器，11變色染料傳感器
具體實施例方式本發(fā)明對畜肉腐敗菌快速鑒別具有通用性，但由于畜肉腐敗菌種類較多，因此本發(fā)明只以5種已鑒定的冷卻豬肉優(yōu)勢腐敗菌鑒別為實施實例，其它畜肉腐敗菌測定鑒別可參照該實施實例的方法，具體針對所測畜肉腐敗菌，建立一個新的畜肉腐敗菌判別模型，即可以對該畜肉未知腐敗菌進(jìn)行測定鑒別。實例實施步驟結(jié)合附圖進(jìn)行詳細(xì)描述。如圖1，本發(fā)明裝置由硬件和軟件兩部分組成，硬件部分包括掃描儀3、培養(yǎng)皿5和特定培養(yǎng)基4，特定培養(yǎng)基4可以選用改良的PCA瓊脂培養(yǎng)基，培養(yǎng)基成分為胰蛋白胨2%、酵母浸膏O. 5%、葡萄糖O. 5%、瓊脂I. 5% ;將特定培養(yǎng)基4倒入滅菌培養(yǎng)皿5后，接種試驗優(yōu)勢腐敗菌I并涂布均勻，將可視化氣體傳感器陣列2置于培養(yǎng)皿內(nèi)蓋中，并置于掃描儀3中獲取可視化氣體傳感器陣列2的圖像，掃描儀3連接計算機(jī)6。軟件部分由掃描儀3的驅(qū)動控制程序、計算機(jī)6的圖像處理程序和模式識別系統(tǒng)組成。計算機(jī)器6連接掃描儀3以控制掃描程序。如圖2所示的可視化氣體傳感器陣列2，由硅膠板7和酸性指示劑傳感器8、堿性指示劑傳感器9、卟啉類化合物傳感器10和變色染料傳感器11組成。其中，酸性指示劑傳感器8的色敏材料主要是酸性指示劑，用于強(qiáng)酸性氣體檢測；堿性指示劑傳感器9的色敏材料主要是堿性指示劑，用于強(qiáng)堿性氣體檢測；卟啉類化合物傳感器10的色敏材料主要是四苯基金屬卟啉或自由基卟啉，用于檢測路易斯堿(如胺)；變色染料傳感器11的色敏材料主要是變色染料，主要用于酮、醇、芳烴和硫化氫等氣體的識別。將這四類傳感器色敏材料分別溶解，利用固相轉(zhuǎn)化法分別將其固定于硅膠板7上形成可視化氣體傳感器陣列2，酸性指示劑傳感器8、堿性指示劑傳感器9、卟啉類化合物傳感器10和變色染料傳感器11各分布一列，每列各具有4個，組成4X4陣列結(jié)構(gòu)，組成后于烘箱中50°C干燥I小時待用。本發(fā)明將被檢測腐敗菌I在特定培養(yǎng)基4培養(yǎng)過程中，散發(fā)的被測特征氣體與可視化傳感器陣列2相接觸，被測特征氣體可與可視化傳感器陣列2中的酸性指示劑傳感器8、堿性指示劑傳感器9、卟啉類化合物傳感器10或變色染料傳感器11反應(yīng)，從而產(chǎn)生顏色變化，其顏色變化大小與被測特征氣體的種類和嘗試有關(guān)?？梢暬瘋鞲衅麝嚵?所呈現(xiàn)的顏色變化通過掃描儀3采集圖像并存儲入計算機(jī)6中，然后利用圖像處理程序?qū)D像預(yù)處理并提取其RGB和HIS等顏色特征值，并將這些特征值的變化與相應(yīng)優(yōu)勢腐敗菌相關(guān)聯(lián)，運(yùn)用模式識別方法判別優(yōu)勢腐敗菌。本發(fā)明利用圖I所示裝置鑒別冷卻豬肉優(yōu)勢腐敗菌方法的具體流程如圖3進(jìn)行，具體步驟如下所述。(I)配制特定培養(yǎng)基4倒入滅菌培養(yǎng)皿5后，選取一批已鑒定的冷卻豬肉優(yōu)勢腐敗菌1，分別接種至特定培養(yǎng)基4中涂布均勻，每種菌至少3個重復(fù)；此處的已鑒定的冷卻豬肉優(yōu)勢腐敗菌可以是實驗室從變質(zhì)冷卻豬肉中自行分離保藏的IiMtohcterguillouiae Ρ3Λ Pseudomonas koreensi PSl, Bacillus fusiformis J4、Enterobactercloacae Vb 取 Brochothrix thermosphacta S5。
(2)將酸性指示劑傳感器8、堿性指示劑傳感器9、卟啉類化合物傳感器10和變色染料傳感器11分別固定在硅膠板7上組成可視化陣列傳感器陣列2，并將此傳感器陣列2固定在涂有菌種的培養(yǎng)皿5內(nèi)蓋中并封邊。(3)將此培養(yǎng)皿5置于一定溫度下培養(yǎng),每隔2h通過掃描儀3米集可視化氣體傳感器陣列2圖像，直至24小時完成圖像采集。( 4)圖像預(yù)處理和特征信息提取，首先對圖像進(jìn)行中值濾波去噪、去背景和剪裁，找到反應(yīng)前后圖像中的每個顯色劑印跡的中心，再以每個顯色劑印跡的中心為圓心，R為半徑，分別提取反應(yīng)前后圖像中的化學(xué)顯色劑像素的平均值并提取其RGB和HIS等顏色特征值。(5)判別模型建立，通過傳感器陣列2圖像反應(yīng)前后顏色特征值的變化與相應(yīng)的優(yōu)勢腐敗菌相關(guān)聯(lián)，運(yùn)用模式識別方法構(gòu)建冷卻豬肉優(yōu)勢腐敗菌判別模型。(6)未知優(yōu)勢腐敗菌快速測定鑒別，按照圖3所示流程圖將未知優(yōu)勢腐敗菌同樣采集傳感器陣列2圖像，并對其進(jìn)行圖像預(yù)處理和特征信息提取，然后將特征信息代入預(yù)先建立好的判別模型中就可以快速測定鑒別未知優(yōu)勢腐敗菌。
權(quán)利要求
1.一種基于嗅覺可視化技術(shù)快速鑒別畜肉優(yōu)勢腐敗菌的方法，按照以下步驟進(jìn)行 (1)配制特定培養(yǎng)基倒入滅菌培養(yǎng)皿后，選取一批已鑒定的冷卻豬肉優(yōu)勢腐敗菌，分別接種至特定培養(yǎng)基中涂布均勻，每種菌至少個重復(fù)； (2)將酸性指示劑傳感器、堿性指示劑傳感器、葉啉類化合物傳感器和變色染料傳感器分別固定在硅膠板上組成可視化氣體傳感器陣列，并將此傳感器陣列固定在涂有菌種的培養(yǎng)皿內(nèi)蓋中并封邊； (3)將此培養(yǎng)皿置于一定溫度下培養(yǎng)，每隔2h通過掃描儀采集可視化氣體傳感器陣列圖像，直至24小時完成圖像采集； (4)圖像預(yù)處理和特征信息提取，首先對圖像進(jìn)行中值濾波去噪、去背景和剪裁，找到反應(yīng)前后圖像中的每個顯色劑印跡的中心，再以每個顯色劑印跡的中心為圓心，R為半徑，分別提取反應(yīng)前后圖像中的化學(xué)顯色劑像素的平均值并提取其RGB和HIS等顏色特征值； (5)判別模型建立，通過傳感器陣列圖像反應(yīng)前后顏色特征值的變化與相應(yīng)的優(yōu)勢腐敗菌相關(guān)聯(lián)，運(yùn)用模式識別方法構(gòu)建冷卻豬肉優(yōu)勢腐敗菌判別模型； (6)未知優(yōu)勢腐敗菌快速測定鑒別，按照步驟(I)、(2)、(3)、(4)相同的方法采集與未知優(yōu)勢腐敗菌反應(yīng)前后的傳感器陣列圖像，并對其進(jìn)行圖像預(yù)處理和特征信息提取，然后將特征信息代入預(yù)先建立好的判別模型測定鑒別未知優(yōu)勢腐敗菌。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于嗅覺可視化技術(shù)快速鑒別畜肉優(yōu)勢腐敗菌的方法，，其特征在于，所述特定培養(yǎng)基是改良的PCA瓊脂培養(yǎng)基，培養(yǎng)基成分為胰蛋白胨2%、酵母浸膏0. 5%、葡萄糖0. 5%、瓊脂I. 5%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于嗅覺可視化技術(shù)快速鑒別畜肉優(yōu)勢腐敗菌的方法，其特征在于，所述已鑒定的冷卻豬肉優(yōu)勢腐敗菌是實驗室從變質(zhì)冷卻豬肉中自行分離保藏^lAcinetobacter guiIlouiae P3^Pseudomonas koreensi BaciIIus fusiformis J4、Enterobacter cloacae Yb 取 Brochothrix thermosphacta S5。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于嗅覺可視化技術(shù)快速鑒別畜肉優(yōu)勢腐敗菌的方法，其特征在于，所述的可視化氣體傳感器陣列中，酸性指示劑傳感器的色敏材料是酸性指示齊IJ，用于強(qiáng)酸性氣體檢測；堿性指示劑傳感器的色敏材料是堿性指示劑，用于強(qiáng)堿性氣體檢測；卟啉類化合物傳感器的色敏材料是四苯基金屬卟啉或自由基卟啉，用于檢測路易斯堿；變色染料傳感器的色敏材料是變色染料，主要用于酮、醇、芳烴和硫化氫等氣體的識別；每種傳感器各分布一列，每列各具有4個，組成4X 4陣列結(jié)構(gòu)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于嗅覺可視化技術(shù)快速鑒別畜肉優(yōu)勢腐敗菌的方法，其特征在于，所述的圖像預(yù)處理和特征信息提取，是先對圖像進(jìn)行中值濾波去噪、去背景和剪裁，找到反應(yīng)前后圖像中的每個顯色劑印跡的中心，再以每個顯色劑印跡的中心為圓心，R為半徑，分別提取反應(yīng)前后圖像中的化學(xué)顯色劑像素的平均值并提取其RGB和HIS等顏色特征值。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于嗅覺可視化技術(shù)快速鑒別畜肉優(yōu)勢腐敗菌的方法，其特征在于，所述的判別模型建立，是通過傳感器陣列反應(yīng)前后顏色特征值的變化與相應(yīng)的優(yōu)勢腐敗菌相關(guān)聯(lián)，運(yùn)用模式識別方法構(gòu)建冷卻豬肉優(yōu)勢腐敗菌判別模型。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種基于嗅覺可視化技術(shù)快速鑒別畜肉優(yōu)勢腐敗菌的方法，其特征在于，對所建模型判別效果進(jìn)行評估時，選取已鑒定冷卻畜肉優(yōu)勢腐敗菌的3/4作為訓(xùn)練組，用于模型的建立，剩余的1/4作為驗證組，用于模型預(yù)測結(jié)果的檢驗，比較判別 率和誤差分析，確定最佳判別模型。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種針對畜肉優(yōu)勢腐敗菌快速鑒別的方法。利用掃描儀采集可視化陣列傳感器檢測畜肉優(yōu)勢腐敗菌在特定培養(yǎng)基中培養(yǎng)時所產(chǎn)特征氣體的特征響應(yīng)信號，通過信號識別處理系統(tǒng)，將檢測結(jié)果以圖譜方式顯示，根據(jù)圖譜顏色變化與被測氣體種類和濃度之間的相互關(guān)系判定被測畜肉優(yōu)勢腐敗菌的種類。本發(fā)明在無需對腐敗菌進(jìn)行復(fù)雜的形態(tài)、生理生化及分子生物學(xué)實驗的前提下，實現(xiàn)對畜肉優(yōu)勢腐敗菌的快速鑒別。本發(fā)明可以實現(xiàn)畜肉不同優(yōu)勢腐敗菌的快速鑒別，為進(jìn)一步更有針對性地采用保鮮措施，延長冷卻豬肉的貨架期有著直接的現(xiàn)實意義。
文檔編號G06K9/46GK102660629SQ201210115768
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月19日
發(fā)明者林顥, 蔡健榮, 趙杰文, 鄒小波, 陳全勝, 黃星奕, 黃林 申請人:江蘇大學(xué)