电子鼻对假单胞菌生长状况的检测开题报告

1. 研究目的与意义、国内外研究现状（文献综述）

在上个世纪关于肉品研究的发现和创新已经可以引起肉类生产、加工、消售和消费的革命性变化。近年来，肉类是最具有价值的畜产并且对很多人而言已经成为他们动物蛋白的第一选择来源。肉品是绝好的膳食蛋白源，200g瘦肉即可提供一个人1d所需的蛋白质，是b族维生素、矿物质尤其是生物利用率高的铁的良好来源；同时也是细菌、酵母菌、霉菌绝好的培养基。鲜肉中葡萄糖、糖原、氨基酸及其它小分子化合物均极易被微生物利用，且肉制品营养含量丰富、潮湿度适中、ph值近中性，表面与深部比氧化还原作用大，是微生物的最佳培养基，每克鲜肉可以供给10⁹个菌群生长，每年肉品因微生物污染而引起的腐败变质令国家蒙受巨大的损失。造成肉品腐败的主要菌群有假单胞菌属、不动杆菌属、嗜冷杆菌属，其中，假单胞菌起作用最大。本课题就在此背景下对肉品中的经典腐败微生物铜绿假单胞菌进行研究，通过电子鼻对其培养过程中不同阶段气味的检测来观察假单胞菌的生长状况。

电子鼻是模拟动物嗅觉器官开发出的一种无损检测设备，可以获取样品挥发性物质的整体信息，并通过模式识别进行整体判断，响应时间短、检测速度快，不像其它仪器，如气相色谱传感器、高效液相色谱传感器需要复杂的预处理过程；其测定评估范围广，它可以检测各种不同种类的食品；并且能避免人为误差，重复性好；还能检测一些人鼻不能够检测的气体，如毒气或一些刺激性气体，它在许多领域尤其是食品行业发挥着非常重要的作用。

一个典型的电子鼻主要由三部分构成：进样系统，装有样品的密封瓶上方的气体通过顶空进样器被吸入到带有传感器阵列的主机中；待测样品的的气体作用于传感器阵列，使传感器某一物理特性发生变化；软件系统，包括信号预处理和模式识别两部分。其中，传感器阵列和模式识别系统是电子鼻的核心组成部分。传感器阵列的功能是把气体成分的变化转化为可以测量的物理信号。模式识别可以对输入的信号进行处理，从而获得待测样品挥发性物质的整体信息。pen3电子鼻自带的winmuster软件中包含主成分分析、线性判别两种模式识别方法。主成分分析是一种降维统计方法，通过原始变量的线性组合构建几个新变量，从而将原来相关性较强的多个指标转化为较少的几个综合指标，降维后的综合指标之间互不相关，却能代替原来较多的变量信息，若几个主成分的累计贡献率大于85%，则表示主成分可以代表原始变量的大部分信息，可以据此进行进一步分析。主成分分析结束后可以利用载荷分析图直观的看出各传感器在响应主成分上的贡献率，传感器的选择性越好对应的贡献率越大。线性判别是可以判别样品所属类别的一种分析方法，通过对已知类别的一批样品的观测数据进行的分析提取一定的分类准则，根据该准则建立判别函数，再将待检样本的测定值代入判别函数进行分类判别。利用电子鼻进行检测时，传感器阵列对气体进行吸附、解吸产生可测的电信号，然后信号预处理系统将信号放大、转换，最后由模式识别系统对经处理过的响应值进行分析，做出判断。

2. 研究的基本内容和问题

研究目标：

电子鼻是一种仿生检测设备，可以通过获得样品气味的整体信息，产生指纹图谱，提供样品的隐含性质。相对于气质等传统气体分析手段电子鼻技术具有操作简单、测定速度快等优点，可以实现实时监控的目的，且该技术无需样品前处理，不需要任何化学试剂从而避免了由此产生的环境污染。

在肉品质量检测过程中，气味是一个很重要的评价指标。气味是挥发性的风味物质刺激鼻腔嗅觉感受器而产生。在传统的肉品评价过程中，鼻子仍是判断气味的主要手段。但是，这种方法主观性强、重复性差，同时，人的鼻子对气味具有适应性，容易出现疲劳而影响分析结果。目前，人们开始使用常规的气体分析设备，如气相色谱质谱(gc/ms)来测定气体成份。这些设备可以测定气味的组成和浓度，但是无法建立它们与嗅觉效果之间的关系。电子鼻快速、准确、无损，在肉品检测中是一种非常具有前景的分析手段。而且，在肉品货架及流通过程中，实时检测肉品品质也具有重要意义。本研究利用pen3电子鼻获取铜绿假单胞菌不同生长阶段的气味响应值，结合气质联用确定区分假单胞菌的特征气体，以期有选择的屏蔽和选择合适传感器对不同浓度的假单胞菌对肉品的侵染进行识别。

3. 研究的方法与方案

实验方案、研究方法、技术路线及可行性分析：

1、不同浓度假单胞菌不同生长阶段气味的提取

通过血球计数法，分别吸取浓度为1102cells/ml和1104cells/ml的假单胞菌悬浮液在直径为90mm的平板上涂布，37℃下培养。提取培养第0h、12h、24h、36h、48h的电子鼻响应值，将平板样品放置于1000ml的烧杯中，并用锡箔纸封口，于30℃下置空 30min后进行电子鼻测定。实验参数为：流速300ml/min，测定时间60s，洗气时间110s，样品准备时间5s，自动调零时间5s。试验发现传感器响应值在55s左右趋于稳定，选择59s处的响应值用于数据分析。

4. 研究创新点

常见微生物检测方法有很多，传统意义上的方法主要依靠微生物形态上的生理生化鉴定，耗时长、敏感度低，很难及时检测出样品中的有害微生物。

免疫学检测方法利用抗原抗体的特异性反应，并结合一些生物化学或物理学方法来进行检测，特异性好、灵敏度高，但操作繁琐时间长，对实验技能要求较高。

分子生物学方法主要针对核酸进行检测，与免疫学方法一样，特异性好、灵敏度高，但需要进行细胞破壁提取核酸。

5. 研究计划与进展

2013.11培精读肉品腐败方面的相关文献，从优秀的研究成果中借鉴思路，并培养铜绿假单胞菌的纯培养物，进行活化。

2013.12-2014.1完成铜绿假单胞菌在生长过程中的气味提取。

2014.2-2014.3完成利用固相微萃取结合气相色谱质谱联用技术检测铜绿假单胞菌的气体成分和利用血球计数板对不同浓度的假单胞菌不同生长阶段浓度的检测。