北邮传感器大作业

鱼类鲜度测量传感器设计

————低成本高灵敏度多功能酶电极鱼类鲜度传感器设计

学院：电子工程学院

专业：电子信息科学与技术

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日期：2013.6.8

目录

1 【社会需求】 (3)

2 【历史和现状】 (3)

2.1 感官评价 (4)

2.2 微生物检验 (4)

2.3 化学检验 (4)

2.4 僵硬指数 (5)

2.5 鲜度指示蛋白评价 (5)

3 【传感器原理】 (5)

3.1 酶电极工作原理 (5)

3.2 鲜度测量原理 (7)

4 【测量电路】 (9)

4.1直接采用高精度的安培表测量电流，测量电路如图所示： (9)

4.2 【误差来源】 (9)

5 【改进电路（有一定的温度补偿）】（更优化的补偿见参数说明，但是补偿条件麻烦，所以在改进电路中不采用） (11)

5.1采用反馈式皮安表，测量电路如图所示： (11)

6 【参数及温度补偿说明】 (12)

7 【传感器命名】 (12)

8 【应用前景】 (13)

9 【设计总结】 (13)

10 【参考文献】 (14)

1 【社会需求】

随着人们生活水平的提高，物质逐渐富裕，人们的注意力开始渐渐转向食品健康方面，尤其是食品质量以及安全问题越来越成为人们生活中的重点关注问题。近几年发生的食品安全问题：如三鹿的三聚氰胺、双汇瘦肉精等，更是把食品安全问题推到了分口浪尖上，这关乎民生的食品安全问题也成为了国家近年来不断大力监督，大力投资的方面。

我国是水产品生产和贸易大国，因此在食品质量问题中，水产品的质量问题是其中的关键一部分，由于水产品富含营养物质和水分, 肌肉组织脆弱, 内源性蛋白酶活跃, 自溶速度快, 水产品易在物理、化学、微生物等方面发生变化, 使产品失去鲜度, 最终导致腐败。鲜度对水产品的品质及原料的加工适性有着巨大的影响, 鲜度高低直接决定了产品的最终价值。随着生活水平的提高, 人们对于食用水产品的鲜度要求也越来越高, 因此其鲜度识别对水产食品安全、运输仓储及加工过程有着重要意义。

如何快速、客观评价水产品鲜度, 以满足水产品贸易的发展, 已成为水产品加工业急需解决的课题。

2 【历史和现状】

在传统的水厂品鲜度的评价方法中，主要有感官评价、微生物检验、化学检验、僵硬指数和鲜度指示蛋白评价这5种方法，各有各的优缺点。

2.1 感官评价

感官评价是通过视觉、嗅觉、味觉和听觉而感知到的食品及其他物质的特征或者性质的一种科学方法。感官鉴别水产品及其制品的质量优劣时, 主要是通过人的视觉、嗅觉和触觉对水产品的体表形态, 即鲜活程度、色泽、气味、肉质的弹性等感官指标来进行综合评价。

优点：该法快捷、方便、实用, 其结果接近消费者的判定标准, 可以有效分级和评价水产品鲜度。传统的感官评价法应用范围最广, 能及时提供鱼肉品质信息。

缺点：需要专业培训的测评小组, 易受测评人员身体和心理状况影响, 具有较强的主观性。

2.2 微生物检验

微生物是引起多数水产品腐败的主要因素, 细菌的菌落总数( TVC )可以有效地判定各类水产品的新鲜度。许多国家从细菌菌落总数的角度制定了水产品新鲜度标准, 可以较为准确的检测水产品新鲜度. 刚捕获的水产品含有许多微生物, TVC 初始值通常为102 ~ 104 cfu /g。在冷藏过程中, 耐冷的微生物可以选择性生长。这些适合生存和繁殖并产生腐败臭味和异味代谢产物的菌群, 就是该水产品的特定腐败菌( specific spoilage organ ism, SSO )。特定腐败菌在贮藏中生长比其他微生物快, 并且腐败活性强。

优点：微生物检验利用微生物数量可有效说明水产品新鲜程度。

缺点：存在耗时、需要专门的设备和专业人员来操作等缺点。

2.3 化学检验

挥发性物质是判定水产品鲜度的重要参数。水产品在腐败过程中, 由于各种微生物的污染和作用发生变质或者由于自身酶的分解作用引起酸臭性发酵, 都会产生含氮、胺、氨、醇类和含硫等挥发性物质。选取有效的挥发性化合物测定方法可以用来判别水产品的鲜度和腐败阶段. 根据水产品储藏过程中挥发性物质的来源可以将其分为3类：

（1)新鲜水产品的气味, 主要为C6 - C9的羟基和羰基化合物;

（2)微生物引起水产品腐败的气味, 通常为胺类、挥发性含硫化合物、挥发性低级脂肪酸等, 主要包括乙醇、3-甲基- 1-丁醇、乙酸乙酯、氨、三甲胺等挥发性物质;

（3)水产品氧化产生的气味, 如: 己醛、2, 4, 7-

癸三烯醛、2, 4- 庚二烯醛等。

这些挥发性的化合物可以作为水产品的鲜度指示物。

优点：检测准确，精确度高，判断方便。

缺点：需要通过复杂的技术和手段对以上化学物质进行提取和分离，耗费的人力物力和财力大。

2.4 僵硬指数

通过测定鱼体尾部下垂程度与开始的数值相比较, 所得到的鱼体僵硬指数测定方法, 可评价鱼类的鲜度。该法方便快捷,又具科学性。僵硬指数R 的测定方法先测出鱼体长的中点,将鱼体放在水平板上, 使鱼体长的前1 /2放在平板上, 后1 /2自然下垂. 测定水平板表面水平延长线至鱼尾根部(不包括尾鳍)的垂直距离L 和L’。L 是鱼体刚死后的垂下值, L’是鱼体各时间的垂下值。将L 和L’带入下式计算即得僵硬指数R = ( L – L’) *100% , 鱼体僵硬初期、僵硬期、解硬期, 均可用僵硬指数R 进行判定。僵硬指数作为判断鱼体新鲜度指标在僵硬初期、僵硬期和解僵期均适用。

优点：方便快捷,又具科学性，易于操作。

缺点：鱼种及保藏温度不同, 僵硬指数R 变化大不相同,难以有一个统一判定和划分新鲜度的标准。

2.5 鲜度指示蛋白评价

无论从细胞水平还是从组织水平, 蛋白质是水产品肌肉的基本组成成分。同时,水产品的腐败变质多是由于蛋白质的降解引起的。因此,水产品的鲜度等品质变化与蛋白质存在必然的关联

优点：灵敏度高，精确度高。

缺点：技术手段过于专业复杂，要对蛋白质进行提纯，费时费力，并且需要有专业的设备仪器。

现有鲜度检验方法虽有其优点, 但存在主观、片面、耗时等缺陷, 如何快速、客观评价水产品鲜度已成为水产品加工业亟待解决的课题。但随着电化学生物传感器的发展，现在，能够使用快速、准确客观地对鱼类的新鲜度进行评估和检测。

3 【传感器原理】

3.1 酶电极工作原理

酶电极是由固化酶和基础电极组成，由于本次实验是通过测量使用电化学生物传感器通过测量O2，间接测量鱼类的鲜度指标，所以采用的是电流型电极，产生氧依赖性电流。

电流型电极的基本构成包括铂阴极或金阴极和Ag/AgCl阳极。电极与电路整合以达到两个目的：○1在阳极和阴极间施加一定极化电压（0.6 –0.7 V）；○2测定通过阴极的电流。

本传感器使用的是Clark氧电极，结构如图所示：