生物传感器在水产品新鲜度检测中的应用与研究进展

新鲜度是判断水产品品质的一项重要指标。传统新鲜度检测方法大多繁琐、费时费力,建立快速便捷的检测方法具有重要的现实意义和学术价值。生物传感器操作简单、检测快速、成本低,近年来被广泛研究应用于水产品新鲜度的检测。本文在简要阐述传统和新型新鲜度检测方法的基础上,综述了生物传感器在水产品新鲜度检测上的应用,着重介绍了酶固定载体和纳米传感器方面的最新进展,并概述用于水产品新鲜度检测的生物传感器技术当前存在的问题及发展趋势,旨在为该光传感器的后续研发提供参考。     

便携式茶鲜叶品质光谱检测装置研制

品质监测对茶鲜叶适时采摘和茶叶加工品控具有重要意义。该研究基于可见/近红外光谱技术,研发了便携式茶鲜叶品质无损检测装置。该装置分为主机和手柄2部分,主机大小约240 mm×250 mm×240 mm,包括光谱仪、光源、可充电锂电池、稳压板和散热风扇;手柄大小约130 mm×100 mm×30 mm,包括光纤探头、金属灯杯、白参考板和外触发按钮。基于该设备,采集了茶鲜叶500～900 nm范围内可见/近红外漫反射光谱,对比了归一化（Normalize,NOR）、一阶导数（First Derivative,FD）、标准正态变量变换（Standard Normal Variable Transformation,SNV）和概率商归一化（Probabilistic Quotient Normalization,PQNOR）等不同光谱预处理方法对茶叶光谱的处理结果,建立了茶鲜叶干物质含量、水浸出物含量、茶多酚含量的偏最小二乘定量预测模型。结果表明,PQNOR预处理后建立的偏最小二乘预测模型精度最好,干物质、水浸出物和茶多酚含量预测模型在验证集的相关系数分别为0.905、0.896和0.747,均方根误差分别为0.860%、0.559%和0.549%。在茶园对装置的精度进行了现场测试,单片茶鲜叶检测时间约为1 s,干物质、水浸出物和茶多酚含量预测值与测量值的均方根误差分别为0.903%、0.634%和0.551%。该装置可以实现茶鲜叶光谱原位采集和干物质含量、水浸出物、茶多酚的定量分析,对及时掌握茶树生长情况、辅助决策采茶方案和保障茶叶品质具有重要作用。     

脉冲式蒸发器水面蒸发量手机在线检测装置研制

为提高水面蒸发量的智能检测水平,研制了一种可以通过手机进行水面蒸发量在线检测的装置。该装置主要由整体结构稳定装置、传感器位置固定装置、调节装置、检测和脉冲控制模块、电源模块及上位机控制计算显示存储软件、物联网服务器、数据传输模块组成。采用水位检测传感器探头接触水面后,通过传感器探头的电平状态变化,对单片机所发出的脉冲进行计数,推算水面蒸发量,进行灌溉区间的动态计算,实现了水面蒸发量的在线检测。结果表明:1)装置运行可靠:水位传感器回到初始位置的成功率和单片机开发板接收到检测指令的成功率均为100%;2)装置运行稳定,检测精度较高:试验测定的脉冲数的最大极差为3,与人工测量值相比,该装置测定值最大相对误差为2.04%;3)单片机所发出的脉冲数和水位高度呈现线性关系,决定系数R2达到1;4)田间试验结果表明,该装置适应性较好,性能良好,最小相对误差为0.85%,最大相对误差为2.68%。可见,该装置运行稳定可靠,测量精度较高,不仅通过手机实时查看数据,而且通过手机远程控制检测过程,提高了水面蒸发量在线检测的智能化水平,研究可为智能化节水灌溉的灌溉定额提供依据。     

我国猪粪中四环素类抗生素残留及好氧堆肥消减研究进展

我国是世界生猪养殖第一大国,四环素类抗生素在生猪养殖中普遍使用,其中大量以原体或代谢物形式排出体外,对生态环境和人体健康产生极大风险.通过梳理国内相关研究结果,综述了猪粪中四环素类抗生素残留水平及其对土壤和作物的污染风险,分析了好氧堆肥技术对猪粪中四环素类抗生素的消减效率及其影响因素,提出了未来需要重点研究的方向.结果...     

便携式猪肉阻抗谱检测系统研制

基于生物阻抗谱检测原理,设计并实现了一个非破坏性的便携式肉品阻抗谱检测系统,主要包括信号发生单元和检测单元,信号源能够在0.1～250 kHz范围内自动扫频,检测单元由检测电极和增益、相位检测器构成。探讨了检测电极设计方案,比较分析了六钢针电极和四针石墨电极的性能,同时通过试验证明了系统的稳定性,1 kHz以上系统的变异系数CV＜6%;以组内相关系数ICC来评定在不同温度下系统的可靠性,系统模型中Ri、Re、C的ICC均大于65%,系统稳定可靠。选取猪肉样品进行了新鲜度指标与阻抗谱关系的初步研究,结果表明随着猪肉新鲜程度改变,猪肉复阻抗值、复阻抗实部值、复阻抗虚部值以及特征频率都表现出减小的趋势。     

南京典型设施菜地有机肥和土壤中四环素类抗生素的污染特征调查

在南京市范围内采集谷里村、锁石村和东庐村3个地区的典型设施菜地有机肥及土壤样品,并利用超声波提取,固相萃取-高效液相色谱-串联质谱分析的方法测定了其中的四环素、土霉素、金霉素和强力霉素等4环素类抗生素。结果表明,采集的有机肥和土壤样品中四环素类抗生素均被检测出,其浓度以土霉素为最高,四环素和强力霉素其次,金霉素浓度较低。在调查的3个地区中,谷里村的有机肥中四环素类抗生素浓度最高,锁石村其次,东庐村则相对较低,各地区抗生素总量范围分别在126~8 071、266~3 326和339~373μg/kg,平均浓度分别为2 152、1 188和356μg/kg;不同种类的有机肥中抗生素的浓度差异很大,其中人畜粪便的抗生素总量为371~7 820μg/kg;而对3个地区土壤中四环素类抗生素浓度的分析结果表明,谷里村仍为最高,总量范围为18.4~483μg/kg。由此可见,施用含有四环素类抗生素的有机肥已对土壤环境造成一定的威胁,有机肥农用的潜在问题应当引起关注。     

粮库温湿度检测系统的研制

为了解决目前粮库温湿度检测中存在的问题，该文研究设计了用MCS-51系列单片机实现的粮库温湿度自动检测系统，该系统性能价格比较高。在该系统中，几十个温度传感器都是用灵敏度比较高价格低廉的热敏电阻完成，并用软件克服了这种传感器的线性度和稳定性差的缺点。通过一定的计算和数据处理工作，将对湿度的检测转化为对温度的检测，从而简化了电路，进一步降低了成本。本系统采取了一系列软件抗干扰措施，故运行可靠。     

水产品中甲醛含量及其健康风险评估

选取常州市4类生产流通渠道的3个品种共56个水产品为监测对象,分析其中甲醛含量,计算常州市居民水产品甲醛平均摄入量,评估其健康风险。结果表明,3种水产品中的甲醛含量C平均为3.8mg·kg-1,C内梅罗为38.0mg·kg-1。水产品中甲醛的污染程度,从品种上来看,银鱼>鱿鱼>虾仁;从流通渠道上来看,农贸市场>超市>批发市场=加工场。常州市人均甲醛摄入量相当于每日1.52×10-4mg·kg-1;从人体健康风险来看,目前常州市市场流通的水产品基本上是安全的。     

鸡舍内有害气体含量自动控制装置的研制

为了限制鸡舍内有害气体的含量,避免因有害气体含量过多而造成鸡的上呼吸道损伤,继发其它疾病,研制了鸡舍内有害气体含量自动控制装置。该装置利用传感器、单片微机技术进行实时控制,使鸡舍内有害气体含量限制在最低范围内。     

振流式精密播种装置种层厚度检测及控制系统研制

为提高振流式精密播种装置的播种合格率和播种稳定性,减少种子流动性的不同对播种合格率的影响,研制了基于超声波传感器的种层厚度检测和控制系统,对播种过程中的播种量实现全程监控和自动控制。试验表明:自动控制系统能有效检测出匀种装置筛分板上种层厚度的变化,并根据播种时种子流动性的不同,调整供种装置的振动幅度和频率,使种层厚度保持在设定的范围之内,调整时间约为4.32s;且当种子流动差异性过大时能有效报警;采用检测和控制系统后振流式精密播种装置杂交稻2～5粒/穴或取秧面积的播种合格率由80.1%提升到87.3%。该研究为杂交稻精密育秧播种装置的研究奠定了基础。     

比率电化学传感技术在农产品真菌毒素检测中的研究进展

真菌毒素广泛存在于霉变农产品中,具有致癌、致畸、致突变等危害,受其污染的农产品已被世界卫生组织列为食源性疾病的主要来源,但农产品中真菌毒素检测存在基质复杂、灵敏度要求高等难题。电化学传感技术操作简单、成本低、灵敏度高以及分析速度快,在农产品真菌毒素检测中应用广泛,而将比率策略与电化学传感结合发展的比率电化学传感技术可以进一步提高传感器在复杂环境中的分析准确度和可靠性。该研究主要从直接传感、免疫传感、DNA传感及适配体传感等4个方面综述了近3年来（2018－2021年）比率电化学传感技术的研究进展,系统讨论了它们的信号产生策略、传感机理及其在农产品真菌毒素检测方面的应用,总结了不同传感模式中所用识别元件、传感材料、实际样品及检测真菌毒素的分析性能,并讨论了不同传感模式的优缺点。最后,分析了比率电化学传感技术在农业传感领域的瓶颈问题,如识别元件的开发,多种真菌毒素的同时检测,农产品的现场、实时检测等,指出开发便携式设备实现不同真菌毒素的现场、同时、快速检测是本领域的重要发展方向,以期为农产品中真菌毒素高效检测技术提供参考。     

小型活体水产运输箱电解水增氧装置设计与试验

水产长距离运输保证鲜活需要保持水产原生存环境的压力、水质、溶氧度等条件,其中溶氧度直接关系水产的存活,因此增氧装置的设计成为活体水产运输的关键技术之一。为了解决电解水增氧方式能耗大、难以小型化的问题,该研究设计了适用于小型水产运输箱的电解水增氧装置。首先根据计算流体力学软件仿真计算结果设计了装置中可在正负电极间产生恒稳均匀流场的整流结构参数;然后通过试验探索水溶氧和装置总能耗在电解电压与水交换流量影响下的关系。试验结果表明:在容积为8×10^-3 m³的箱体内,采用直流电解,当电解电压为37V、水交换流量为6.97×10^-5m³/s时,总能耗最低为39.39 kJ。该装置设计和试验结果可为电解水增氧方法在水产运输和养殖中的实际应用提供了依据。     

红外靶标自动探测器的研制及试验

当前红外靶标自动探测器对绿色作物喷药时,存在对作物和非作物(土壤、枯枝等)都施药的缺陷,造成了药液的浪费和环境的污染。该文探讨用红外探测技术实现对靶标的自动探测,同时以颜色传感器为辅助对绿色靶标进行识别,实现红外靶标自动探测器仅对绿色靶标进行喷雾的目的,试验结果表明:所建立的红外靶标自动探测器可对绿色作物靶标进行自动探测,探测的最远距离为85～88cm;探测距离的远近受叶片覆盖率与照度2因素的影响,植物冠层叶片覆盖率越大时,探测距离越远;叶片表面的照度越高时,探测距离越远;叶片覆盖率越大且照度越大时,探测距离越远且工作越稳定,为绿色作物精准施药提供了一种控制思路及方法。     

广西水产产业化的现状及财政对策

水产业是广西的优势产业,大力发展水产业对于建设广西特色的农业强省及培植地方税源具有重要的现实意义。产业化经营是保持水产业持续、健康发展的有效途径。本文在分析水产产业化经营现状的基础上,着重针对目前主要存在的缺乏带动能力强的龙头企业,水产品加工环节薄弱,水产品市场体系不健全,投入不足,社会化服务体系不完善等问题,提出财政支持水产产业化经营的对策,主要有四条：一、加大财政投入;二、建立多元化的投入机制     

便携式番茄多品质参数可见/近红外检测装置研发

该文针对番茄独特的囊室结构及整体成熟度不均等问题,基于可见/近红外全透射光谱,研发了便携式番茄内外品质快速无损实时检测装置.该装置的硬件系统主要包括光源模块、信号采集模块、信号处理模块、电源模块、散热模块和打印模块,基于该硬件系统,采集了番茄630~1100 nm范围内可见/近红外透射光谱,选取650~1100 nm范围的光谱进行SG卷积平滑(savitzky-Golay smooth,SG-smooth)、标准正态变量变换(standard normal variable transformation,SNV)和多元散射校正(muliplication scattering correction,MSC)等预处理,建立了番茄颜色、硬度、总酸、总糖含量的偏最小二乘预测模型.基于QT开发框架编写了番茄多品质无损检测实时分析控制软件,植入番茄多品质参数预测模型,实现了番茄多品质参数检测一键式操作.为了测试该装置的检测精度和稳定性,选取与建模无关的20个同品种样品对每个样品的内外品质重复检测8次,结果表明:番茄颜色预测值与实测值相关系数为0.9528,均方根误差为2.7038,硬度预测值与实测值相关系数为0.9405,均方根误差为0.4486 kg/cm2,总酸含量的预测值与实测值相关系数为0.9537,均方根误差为0.3263%,总糖含量预测值与实测值相关系数为0.9610,均方根误差为0.1974%.番茄样品颜色、硬度、总酸和总糖重复检测最大相对误差分别为2.9%、1.9%、2.0%和1.6%.该便携式检测装置基于可见近红外全透射光谱,实现了番茄颜色、硬度、总酸、总糖含量的同时快速无损实时检测,预测精度及稳定性较好,可以满足实时评价番茄品质的市场需求.     

便携式生鲜猪肉多品质参数同时检测装置研发

针对农畜产品检测现场的需求,基于可见/近红外光谱检测技术和嵌入式系统,开发了灵活方便的猪肉品质无损检测装置。该装置利用卤素灯作为光源,新型光导探头和微型光谱仪采集肉样光谱信息,通过ARM(advanced RISC machines)控制处理器进行集中控制和数据的处理;在内嵌linux操作系统上,采用Qt开发工具,设计出人性化的交互界面,并将猪肉品质的检测结果输出到装置触摸屏上。为了建立多品质无损检测数学模型,获取了猪肉里脊在400~1 000 nm波长范围内的光谱数据,通过国标方法测得猪肉里脊主要品质参数颜色(L*、a*、b*)和p H值,采用标准正态变量变换(standard normalized variate,SNV)和Savitzky-Golay(S-G)平滑对光谱数据进行预处理,并结合理化数据建立偏最小二乘(partial least squares regression,PLSR)模型。用全交叉验证法选取PLSR建模的主成分数。p H值、L*、a*和b*的预测相关系数为0.88、0.90、0.97和0.97,预测标准差为0.19、1.77、1.17和0.63。通过现场试验表明,轻便式多品质无损检测装置具有较高的检测精度,满足于猪肉的颜色和p H值等品质参数检测的要求。     

硅藻土/玉米秸秆木质陶瓷制备及其对废水中四环素吸附动力学

为资源化利用农业废弃物,探求玉米秸秆的高效综合利用。以玉米秸秆和酚醛树脂为主要原料,通过硅藻土改性,制备了硅藻土/玉米秸秆木质陶瓷。结合SEM、XRD、FI-TR、压汞法现代测试手段对样品的结构及性能进行了表征。以四环素为目标污染物,研究了样品对四环素的吸附等温线和吸附动力学。结果表明:经硅藻土改性的木质陶瓷内部含有大量孔洞,以非晶质为主,含有少量石英晶相和结晶石墨。木质陶瓷的孔径范围主要在1 000～3 800 nm,孔隙率约为48.6%,比表面积达到7.83 m2/g。由相关系数R2可知,Langmiur等温吸附模型比Frendlich模型更好地描述了木质陶瓷对四环素(0.9990.975)的吸附过程;pH值为3、5、7、9条件下,以木质陶瓷对初始浓度为5 mg/L的四环素溶液进行吸附。动力学模型拟合结果表明,准二级动力学模型参数R20.98,能够更好地拟合材料对四环素的吸附过程。该研究实现了废弃材料的深度利用和对四环素废水的有效处理,为玉米秸秆的利用提供了新的途径。     

便携式鱼粉品质检测装置的设计与参数优化

为了快速检测鱼粉的品质,该文设计了一种便携式的鱼粉品质检测装置,该装置以微处理器树莓派为核心,主要由气路气体采集、电路数据获取和软件等部分组成,其中气路气体采集主要是采集零气和样品气体,电路数据获取主要是将传感器的电信号进行采集、放大和AD(analog-digital)转换,软件部分则设计了传感器数据采集和清洗等界面,并实时显示采集到的数据。为了研究该装置的检测性能,该文采用响应面法,选取了对检测结果影响较大的气体流量、采样时间、清洗时间作为试验因素,以离散比为试验指标,利用Design-Expert软件对该装置的参数进行优化,得到最优的参数组合,并在最优参数下,验证了检测装置对鱼粉品质检测的可行性和检测性能。试验结果表明:气体流量、采样时间、清洗时间均对离散比影响显著,且显著性影响程度为清洗时间采样时间气体流量,综合考虑各因素,得到最佳参数组合为气体流量2.2 L/min,采样时间39 s,清洗时间77 s,此时离散比实测值为0.579 9。在最优参数下,对不同储藏时间等级的鱼粉样品进行检测,得到不同储藏时间等级逐步判别的正确度为89.4%,可以实现对不同品质的鱼粉进行检测,可为鱼粉品质检测装置的研究提供相应参考和技术支撑。     

故障树分析在水产养殖监控系统可靠性设计中的应用

简单介绍了水产工厂化养殖计算机监控系统的组成及工作原理，该系统是一个由工业控制计算机作为上位计算机、单片机控制系统作为下位计算机的典型计算机集散控制系统。为保证系统工作的安全可靠性，增强系统的实用性，以鱼类因水体溶解含氧量严重超限而死亡作为顶事件为例，进行了故障树分析，得到了提高系统可靠性的基本思路：即利用单片机和上位机的软硬件冗余资源来构成容错系统，通过改变故障树的拓扑结构来减少低阶最小割集数，以降低顶事件发生的概率。通过对故障树的评价，提出了提高系统可靠性的基本方法，主要有：减少人为操作失误；单片机系统硬件进行可靠性设计；单片机和上位机的控制系统软件中增加和完善纠错程序和故障诊断程序。理论分析和试验结果表明，采用文中所述方法能有效消除系统中由于部分硬件故障、软件缺陷、人为失误、以及受外界电磁干扰等不良因素所带来的不利影响，保证水产养殖的正常进行。