一种用于猪肉含氮挥发物特异性检测的纳米仿生传感器及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种用于猪肉含氮挥发物特异性检测的纳米仿生传感器及其应用，合成含氮挥发物多种特异性纳米显色材料，将硝酸纤维素作为柔性衬底薄膜，将6种不同形态的特异性纳米显色材料沉积于衬底薄膜表面，构建纳米仿生柔性平面式传感器。基于纳米仿生柔性平面式传感器对猪肉样本进行检测，获取纳米仿生柔性平面式传感器上不同存放时间的猪肉样本反应前后RGB图像数据；对RGB图像数据进行特征信息提取；基于特征信息构建猪肉含氮挥发物的定量评价模型；本发明专利技术利用不同形态的特异性纳米复合显色材料，融合数据信息提取、算法深度挖掘，将气体信息以图像颜色呈现出来，便于信息智能化处理，克服现有检测方法的局限性。克服现有检测方法的局限性。克服现有检测方法的局限性。

【技术实现步骤摘要】
一种用于猪肉含氮挥发物特异性检测的纳米仿生传感器及其应用


[0001]本专利技术属于纳米特异性显色
，具体涉及一种用于猪肉含氮挥发物特异性检测的纳米仿生传感器及其应用。

技术介绍

[0002]猪肉具有较高的生物利用度、膳食蛋白质以及某些维生素和矿物质，长期以来，一直被认为是人体有益营养素的重要来源。目前，猪肉需求的快速增长，带动了肉类行业的长足发展，肉类消费者对优质肉类的选择意识和兴趣也日益增强。除了外观和嫩度外，挥发物的变化是消费者感知肉类品质的重要特征，直接影响消费者的选择和偏好。猪肉富含蛋白质脂肪，在贮藏的过程中极易被微生物侵染而出现异味甚至变质。这不仅会造成巨大的经济损失，还会导致肉类安全问题。仅在美国，由于肉类工业中的猪肉腐败而造成的损失估计高达每年10亿美元。因此，迫切需要建立一种猪肉贮藏过程中气味检测方法来预测猪肉肉品质及新鲜度。猪肉在腐败过程中，由于微生物的作用，分解蛋白质脂肪为小分子的多肽以及游离氨基酸以及醛类、酮类等次生代谢物，其中对于猪肉异味产生主要影响作用的是氨类以及硫化合物，因此，只有不断发展猪肉贮藏过程中氨类化合物快速、准确、高灵敏度的检测方法，才能满足日趋严峻的肉制品安全现状。
[0003]常规的含氮挥发物检测法主要有：理化检验法、显色法、仪器分析法。其中，挥发性演技总氮是动物性食品在贮藏过程中由于酶和细菌作用，蛋白质分解产生的氨及胺类等碱性含氮物质，其含量与肉品腐败程度成正比，是测量新鲜度的主要指标，目前主要参照GB/T5009.44
‑
2003《肉与肉制品卫生标准分析方法》进行测量，该方法虽然，但是成本高、检测周期长，敏感性差，易受其他实验操作干扰，因此不能满足微量检测的要求；氨气的测定有显色法，利用氨及氨类化合物的纳氏试剂反应生成黄色沉淀—碘化汞铵，通过观察试剂消耗量、颜色变化来判断新鲜度。检测结果灵敏度差，操作复杂，容易带来实验操作误差；仪器分析法主要是利用挥发物分子中特定基团所具有的特殊性质来进行定量测定，包括色谱法和色谱
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质谱联用法。该方法可以实现高灵敏检测，但存在检测程序复杂、所需仪器设备昂贵并且需要专业人员操作等不足。因此，目前只用于实验室样品测定，难以大规模推广。因此，迫切要建立一种灵敏度高、稳定性好、抗干扰能力强的猪肉贮藏过程中含氮化合物检测方法，进一步改善检测体系的灵敏度和特异性。
[0004]近年来，基于纳米材料的色敏仿生传感器技术，以其特有的操作简单、检测速度快且易实现现场检测等优势，已成为当前农产品加工领域研究的热点，利用纳米材料结合嗅觉可视化技术构建生物传感平台也取得了很大的进展和发展。传统的显色检验主要包括薄层色谱法、分光光度法尚存在灵敏度较低、抗干扰能力差等缺陷，如今基于检测界面上的酶催化放大纳米复合材料探针标记等技术成为了目前研究的重点。与此同时，纳米复合材料相较于传统卟啉显色材料具有较高的比表面积、特殊的光学特性、独特的特异性响应能力等显著性优势。
NPs核壳比的变化，暴露内部的AuNPs，导致银壳层吸光度降低，Au核吸光度增加，颜色从橙色变为粉红色变为红色，从而引起明显的光谱和颜色变化；用AgCl代替Ag的最外层，提高传感器的抗氧稳定性和灵敏度；采用经典柠檬酸盐法合成了金纳米粒子，并通过外延生长方法进一步沉积银壳层，然后加入FeCl3置换AgCl薄壳；合成的条件为：AgNO3浓度为150mmol/L，FeCl3浓度为120mmol/L,反应时间为10
‑
12min，反应pH值为8
‑
10；
[0014]所述PANI
‑
CeO2聚苯胺
‑
二氧化铈3D纳米复合物，采用原位自组装方法在聚苯胺PANI多孔配位聚合物上沉积二氧化铈CeO2纳米颗粒制备而来；聚苯胺PANI与CeO2二氧化铈体积比为：1ml：10mL，加热搅拌反应的温度为60
‑
70℃，搅拌时间8
‑
15min，干燥的温度为50
‑
60℃，干燥时间20
‑
24h。
[0015]一种用于猪肉含氮挥发物特异性检测的纳米仿生传感器的应用，包括如下步骤：
[0016]S1、获取上述方案中用于猪肉含氮挥发物特异性检测的纳米仿生传感器及其应用上不同存放时间的猪肉样本反应前后RGB图像数据；
[0017]S2、对RGB图像数据进行特征信息提取，具体地，对RGB图像数据中的RGB差值信息数据进行划分，得到具有重叠区域的P个波长子区间，其中，P为大于0的正整数；对所述P个波长子区间进行压缩，得到w个波长子区间，其中，w为小于P的正整数；对w个波长子区间进行筛选，得到最优的波长子区间；根据最优的波长子区间得到最优的波长子集；将最优的波长子集作为特征信息；
[0018]S3、基于特征信息，构建猪肉含氮挥发物的定量评价模型。
[0019]进一步，所述S2中对P个波长子区间进行压缩，得到ω个波长子区间的方法为：
[0020]1)对所述P个波长子区间进行采样，得到波长采样矩阵M，M是K
×
P形式的矩阵，其中，K为采样次数，P为从小到大依次排列的波长子区间个数，波长采样矩阵M中的值为某个波长子区间是否被采样选中，选中为“1”，未选中为“0”；
[0021]2)根据所述波长采样矩阵M，得到所述K个波长子区间的组合；
[0022]3)根据所述K个波长子区间的组合，建立K个波长子区间的组合各自对应的拟合结果；
[0023]4)根据所述K个拟合结果，得到所述K个拟合结果各自对应的第一评价参数；
[0024]5)在K个第一评价参数中从小到大选择σ*K个第一评价参数所对应的拟合结果，其中，σ为预设比例；
[0025]6)计算所述P个波长子区间在所述σ*K个拟合结果中出现的频率，得到所述P个波长子区间各自对应的频率；
[0026]7)在所述P个频率中删除频率低于阈值的波长子区间，得到ω个波长子区间，其中，ω为小于P的正整数。
[0027]进一步，对ω个波长子区间进行筛选，得到最优的波长子区间，过程如下：
[0028]1)对所述ω个波长子区间以穷举方式随机组合，得到2ω
‑
1个波长子区间的组合；
[0029]2)根据所述2ω
‑
1个波长子区间的组合，建立所述2ω
‑
1个波长子区间的组合各自对应的拟合结果；
[0030]3)根据所述2ω
‑
1个拟合结果，得到所述2ω
‑
1个拟合结果各自对应的第一评价参数；
[0031]4)在所述2ω
‑
1个第一评价参数中选择最小第一评价参数对应的波长子区间的组
合，作为最优的波长子区间；
[0032]根据所述最优的波长子区间，得到最优的波长子集，即特征信息的方法如下：
[0033]1)根据mRMR准则，对所述最优的波长子区间中的波长按照重要性进本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于猪肉含氮挥发物特异性检测的纳米仿生传感器，其特征在于，首先可控合成对猪肉贮藏过程中含氮挥发物特异性响应的6种纳米显色材料，该纳米显色材料分别是CH3NH3PbI3钙钛矿、茚三酮@二氧化钛、三氧化钨、尖晶石型NiCo2O4纳米花、Ce
0.94
Zr
0.06
O2多孔纳米片和Au@RGOH网状纳米笼；所述钙钛矿选用CH3NH3PbI3；选取硝酸纤维素作为柔性衬底薄膜，将6种纳米显色材料沉积于衬底薄膜表面构成一个3*2的传感器阵列；由柔性衬底薄膜及柔性衬底薄膜上的传感器阵列构建纳米仿生柔性平面式传感器。2.一种用于猪肉含氮挥发物特异性检测的纳米仿生传感器，其特征在于，所述CH3NH3PbI3钙钛矿的合成条件为：油酸C
18
H
34
O2,甲基碘化胺MAI,碘化铅PbI2用量比为100mmol：0.063mmol：0.05mmol；十八烯C
18
H
36
，N,N
‑
二甲基甲酰胺DMF，氯仿CHCl3用量比为2mL：400mL：5mL；混合液搅拌时间为8
‑
12min。3.根据权利要求1所述一种用于猪肉含氮挥发物特异性检测的纳米仿生传感器，其特征在于，所述Ce
0.94
Zr
0.06
O2多孔纳米片的合成条件为：Ce(NO3)
3 6H2O,ZrO(NO3)
2 2H2O,NaNO3用量比优选为10mmol：1mmol：5mmol，氨水与过氧化氢体积比为20mL：2mL，优选高压反应釜温度为90
‑
120℃，反应时间为20
‑
24h；干燥温度为50
‑
80℃，干燥时间8
‑
12h。4.根据权利要求2所述一种用于猪肉含氮挥发物特异性检测的纳米仿生传感器，其特征在于，所述Au@RGOH网状纳米笼，通过一步水热合成法将金纳米颗粒镶嵌到氧化石墨烯表面，然后经过水热处理形成3D多孔纳米网状结构制备而来；AuNPs和GO体积比为1mL:10mL,超声处理时间为8
‑
15min,聚四氟乙烯衬里高压釜反应温度为150
‑
200℃，反应时间为7
‑
10h。5.根据权利要求1
‑
3中任意一项权利要求所述一种用于猪肉含氮挥发物特异性检测的纳米仿生传感器，其特征在于，所述硝酸纤维素衬底薄膜，作为柔性平面式纸基界面，纳米显色材料在毛细管的驱动下，快速负载在衬底薄膜表面，构建一个具有较好吸附与分离能力的显色反应界面。6.一种用于猪肉含氮挥发物特异性检测的纳米仿生传感器，其特征在于，基于权利要求5所述的纳米仿生传感器，增加2种纳米显色材料，分别是Au@Ag@AgCl双壳体和PANI
‑
CeO2聚苯胺
‑
二氧化铈3D纳米复合物；取硝酸纤维素作为柔性衬底薄膜，将8种纳米显色材料沉积于衬底薄膜表面构成一个4*2的传感器阵列；由柔性衬底薄膜及柔性衬底薄膜上的传感器阵列构建纳米仿生柔性平面式传感器；所述Au@Ag@AgCl双壳体，基于含氮挥发物在AgCl和Ag壳上的腐蚀导致Au@Ag@AgCl NPs核壳比的变化，暴露内部的AuNPs，导致银壳层吸光度降低，Au核吸光度增加，颜色从橙色变为粉红色变为红色，从而引起明显的光谱和颜色变化；用AgCl代替Ag的最外层，提高传感器的抗氧稳定性和灵敏度；所述Au@Ag@AgCl双壳体合成条件为：HAuCl4，AgNO3，FeCl3用量比为40:5:4，反应时间为10
‑
12min，反应pH值为8
‑
10；所述PANI
‑
CeO2聚苯胺
‑
二氧化铈3D纳米复合物，采用原位自组装方法在聚苯胺PANI多孔配位聚合物上沉积二氧化铈CeO2纳米颗粒制备而来；聚苯胺,CeO2二氧化铈,过硫酸铵(...

【专利技术属性】
技术研发人员：李欢欢，耿文慧，陈全胜，贝琦逸，骆小凤，欧阳琴，郭志明，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：