电子鼻的食用醋品质识别研究
电子鼻的食用醋品质识别研究[20200102175409]
食用醋具有较高的食用和药用价值，它在人们日常生活中也占有重要的地位，因此对于食用醋的品质评价也变得非常重要。而当前所用的检测食用醋品质的方法虽然能够准确地提取信息，但其分析过程比较复杂、周期长和成本高，并且不能实现现场实时检测。采用电子鼻技术检测可以弥补传统仪器分析方法的不足，而且这种检测方法易操作，并且可以实现实时评价。电子鼻系统一般由检测对象、传感器阵列、信号调理电路以及数据预处理和模式识别等部分组成。 本课题主要是利用前期设计的电子鼻系统采集陈醋、香醋、白醋、米醋和苹果醋五种不同的食用醋的气味信息，将得到的实验样本数据先经过归一化预处理后，利用MATLAB完成主成分分析（PCA）、神经网络等模式识别算法对食醋种类和原料关系进行相关分析并食醋品质的进行预评价。 *查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:食用醋,电子鼻,PCA,神经网络
目 录
1 绪论 1
1.1 课题的研究背景 1
1.2 电子鼻研究的发展状况 2
1.3 主要研究内容 5
1.4 本章小结 6
2 电子鼻的基本原理 7
2.1 系统的总体结构 7
2.2 电子鼻软件系统模块 9
2.3 本章小结 10
3 数据预处理及特征提取10
3.1 数据预处理11
3.2 特征提取方法 12
3.3 本章小结 18
4 电子鼻系统对食用醋品质评价的实验研究18
4.1 实验材料 18
4.2 电子鼻系统对食用醋的特征处理 19
4.3 本章小结 25
结论 26
致谢 27
参考文献28
1 绪论
1.1 课题的研究背景
中国古代把“醋”称作为“苦酒”，“酒”字在记录在册的甲骨文中体现为“酉”。这证明了一点，“酒”是“醋”起源的。中国汉族人发明了醋，制作成传统的调味品运用在各民族菜系中。根据现有文字记载，酿醋在中国流传的历史已经达到了3000年以上，中国的醋主要是发酵出来的。在中国，很多地方有自产的特有醋，山西特有老陈醋，独流老醋 最著名的在天津，镇江的香醋 最为著名，其他较为有名的有保宁醋 、红曲米醋等等。经常喝醋能够起到消除疲劳等作用。
醋不仅可以作为人们生活中常用的调味品，在日常生活中有很大的食用价值，而且还可以入药。食用醋按照现行的中国行业标准可以分成调配醋和酿造醋两种，酿造醋又分成酒醋、果醋、米醋、陈醋和香醋等，这里是根据醋的原料的不同和发酵方式的不同来分的[1]。所以说食用醋的产品质量检测十分的重要，因为它直接关系人的身体健康状况。人们在平时的生活中也有选择好醋的方法：
（1）查看清单上醋产品中总酸度的含量。如果酸度味很浓，则表明总酸度含量一定很高。总酸度含量是评价醋的特性指标之一，一般醋的总酸含量≥3.5g/100ml。另外，我们要看好食用醋的生产日期，已经过期的醋一定不要购买。
（2）观察醋的形态、观察醋的颜色。我们生活中一般使用的是酿造醋，酿造醋的颜色一般都是棕色偏红，如果有一定的色泽是做好的。好一点的醋能让人一眼看上去是澄清的，摇晃后，没有悬浮物杂质沉淀。
（3）品尝醋的味道，闻醋特有的香气。好一点的醋闻起来应该有其特有的香味，如果有其他的异味，则可以判断该醋的质量不好。品尝醋的时候应该有柔和的醇香，细细尝过之后，余味依旧存在，感到很爽口。
这些方法的优点是能很快的识别出自己认为合格的产品，但缺点显而易见，在当今这个丝毫不缺乏科技的时代，很多产品已经蒙骗了我们的眼睛，这些方法的科学含量太低。
目前主要利用热分解质谱法、顶空固相提取气相色谱法和原子吸收光谱法等这些科学方法来检测食醋品质[2]。这些方法基本都是通过测定一些成分或某种特定成分的含量或特征谱进行区分和鉴别的，优点是能较准确地提取信息，但分析的过程比较繁琐、周期较长、成本也很高，且无法实现实时在线的测量。表1-1列出了各种气体检测方法的特征分析，这样我们可以引用一种有效的解决方法，采用电子鼻技术[3]。使用电子鼻检测较为简便，设计一个电子鼻的成本低廉，样本的用量比较少，电子鼻可以把采集到的信息建立成数据库，对不确定的样品做出定性定量的分析，而不是单单对气体信息做出比较简单的评价[4]，电子鼻能识别气味主要是依靠它的气敏传感器阵列，所以可以在一段较长时间内对某个固定的地点的气味实时检测。电子鼻有很好的工业应用前景。
表1-1 各种气体检测方法的特征分析
检验方法 特性 灵敏度 可靠性 选择性 稳定性 采样系统 简单程度 维修 经济性 是否需要辅助气体
电化学方法 1 溶液导电法 2 隔膜电极法 好 好 好 好 需要 简单 经常 中等 需要
光电方法 3 红外线吸收法 4 光干涉法 5 化学发光法 稍好 好 好 好 好 好 很好 好 好 好 好 好 需要 需要 需要 复杂 复杂 简单 经常 经常 经常 中等 中等 中等 不需 需要 不需
电学方法 6 热传导法 7 半导体气敏器件 好 很好 好 很好 稍好 不好 稍好 好 需要 不需 好 稍好 经常 很少 中等 好 需要 不需
其他方法 8 气体色谱法 很好 很好 很好 很好 需要 很复杂 经常 不好 需要
1.2 电子鼻研究的发展状况
1.2.1 电子鼻的提出
在科学还没有完全弄清楚嗅觉过程时，人们为了可以模拟动物闻气味的过程，开发了一种高科技产品——电子鼻[5]，随着科技的迅速发展，有很多地方已经开发出了自己的电子鼻系统，并运用在各个领域，德国的汉堡大学拥有传感器领域不可推翻的地位，在现代传感器具有绝对权威。1964年，Wilkens等人发现了当气体触及到电极时，可以在电极上发出化学反应，把现实的嗅觉过程用电子的氧化还原反应模拟了出来，这就标志了第一个电子鼻的诞生。1982年，英国某大学学者设计了由三个二氧化锡传感器组成的传感器阵列来构成的电子鼻系统，这是人们开始对电子鼻的研究进行初探的标志。1987年，在英国沃里克大学里举行一直被誉为电子鼻研究的转机会议，这就是被称为第八届欧洲化学传感器组织会。在这次会议中，以Gardner为首的研究会小组研究了关于把传感器运用到检测应用方面的文献，重点的提出了模式识别这一重大概念。这引起了学术界广泛关注。随后关于电子鼻的研究越来越深入，人们开始集中的研究电子鼻，电子鼻在气体传感器领域备受关注，电子鼻研究从这以后得到快速的发展。
1.2.2 电子鼻在国内外研究现状
目前，国内外对于电子鼻响应信号的预处理方法基本一样，均是对传感器的瞬态响应信号进行采样、滤波然后提取其特征向量。英国一家公司研制成功了一种电子鼻系统，当你把该系统靠近伤口糜烂的皮肤时，它可以检测到伤口的细菌，提醒医生该用什么办法来处理伤口。在国外，人们对电子鼻的研究兴趣十分热情，慢慢的开始设计出商品化的电子鼻，运用于人们的生活中，这使电子鼻设计开始走向实用化、普遍化；德国GmbH 公司生产dePEN2（10个MOS传感器阵列）可以对食品以及环境做测量；德国Ubingen 大学研究的MOSES II主要测量橄榄油、塑料、咖啡等，它主要是由24个CP、MOS传感器阵列组成；1993年，Pierce等人利用12个导电的聚合物设计了一种传感器，他们一开始是用来检测啤酒的浓度，然后他们在传感器中连接了其他功能的模块，组成了一种新型的传感器，并把这种设计运用到检测3种葡萄酒类似商品上，有两种啤酒是酝酿之后贮存的，另一个是比较清淡的[6]，结果显示：3种啤酒不仅容易被识别，而且还能很快鉴别出是否被人为感染的啤酒。在科学研究方面，据局部完全统计，目前有欧洲17家，美国和加拿大有9家研究机构正在对电子鼻开发做研究，表1-2显示，国外已开发的电子鼻系统[12]。
食用醋具有较高的食用和药用价值，它在人们日常生活中也占有重要的地位，因此对于食用醋的品质评价也变得非常重要。而当前所用的检测食用醋品质的方法虽然能够准确地提取信息，但其分析过程比较复杂、周期长和成本高，并且不能实现现场实时检测。采用电子鼻技术检测可以弥补传统仪器分析方法的不足，而且这种检测方法易操作，并且可以实现实时评价。电子鼻系统一般由检测对象、传感器阵列、信号调理电路以及数据预处理和模式识别等部分组成。 本课题主要是利用前期设计的电子鼻系统采集陈醋、香醋、白醋、米醋和苹果醋五种不同的食用醋的气味信息，将得到的实验样本数据先经过归一化预处理后，利用MATLAB完成主成分分析（PCA）、神经网络等模式识别算法对食醋种类和原料关系进行相关分析并食醋品质的进行预评价。 *查看完整论文请+Q: 351916072
关键字:食用醋,电子鼻,PCA,神经网络
目 录
1 绪论 1
1.1 课题的研究背景 1
1.2 电子鼻研究的发展状况 2
1.3 主要研究内容 5
1.4 本章小结 6
2 电子鼻的基本原理 7
2.1 系统的总体结构 7
2.2 电子鼻软件系统模块 9
2.3 本章小结 10
3 数据预处理及特征提取10
3.1 数据预处理11
3.2 特征提取方法 12
3.3 本章小结 18
4 电子鼻系统对食用醋品质评价的实验研究18
4.1 实验材料 18
4.2 电子鼻系统对食用醋的特征处理 19
4.3 本章小结 25
结论 26
致谢 27
参考文献28
1 绪论
1.1 课题的研究背景
中国古代把“醋”称作为“苦酒”，“酒”字在记录在册的甲骨文中体现为“酉”。这证明了一点，“酒”是“醋”起源的。中国汉族人发明了醋，制作成传统的调味品运用在各民族菜系中。根据现有文字记载，酿醋在中国流传的历史已经达到了3000年以上，中国的醋主要是发酵出来的。在中国，很多地方有自产的特有醋，山西特有老陈醋
醋不仅可以作为人们生活中常用的调味品，在日常生活中有很大的食用价值，而且还可以入药。食用醋按照现行的中国行业标准可以分成调配醋和酿造醋两种，酿造醋又分成酒醋、果醋、米醋、陈醋和香醋等，这里是根据醋的原料的不同和发酵方式的不同来分的[1]。所以说食用醋的产品质量检测十分的重要，因为它直接关系人的身体健康状况。人们在平时的生活中也有选择好醋的方法：
（1）查看清单上醋产品中总酸度的含量。如果酸度味很浓，则表明总酸度含量一定很高。总酸度含量是评价醋的特性指标之一，一般醋的总酸含量≥3.5g/100ml。另外，我们要看好食用醋的生产日期，已经过期的醋一定不要购买。
（2）观察醋的形态、观察醋的颜色。我们生活中一般使用的是酿造
（3）品尝醋的味道，闻醋特有的香气。好一点的醋闻起来应该有其特有的香味，如果有其他的异味，则可以判断该醋的质量不好。品尝醋的时候应该有柔和的醇香，细细尝过之后，余味依旧存在，感到很爽口。
这些方法的优点是能很快的识别出自己认为合格的产品，但缺点显而易见，在当今这个丝毫不缺乏科技的时代，很多产品已经蒙骗了我们的眼睛，这些方法的科学含量太低。
目前主要利用热分解质谱法、顶空固相提取气相色谱法和原子吸收光谱法等这些科学方法来检测食醋品质[2]。这些方法基本都是通过测定一些成分或某种特定成分的含量或特征谱进行区分和鉴别的，优点是能较准确地提取信息，但分析的过程比较繁琐、周期较长、成本也很高，且无法实现实时在线的测量。表1-1列出了各种气体检测方法的特征分析，这样我们可以引用一种有效的解决方法，采用电子鼻技术[3]。使用电子鼻检测较为简便，设计一个电子鼻的成本低廉，样本的用量比较少，电子鼻可以把采集到的信息建立成数据库，对不确定的样品做出定性定量的分析，而不是单单对气体信息做出比较简单的评价[4]，电子鼻能识别气味主要是依靠它的气敏传感器阵列，所以可以在一段较长时间内对某个固定的地点的气味实时检测。电子鼻有很好的工业应用前景。
表1-1 各种气体检测方法的特征分析
检验方法 特性 灵敏度 可靠性 选择性 稳定性 采样系统 简单程度 维修 经济性 是否需要辅助气体
电化学方法 1 溶液导电法 2 隔膜电极法 好 好 好 好 需要 简单 经常 中等 需要
光电方法 3 红外线吸收法 4 光干涉法 5 化学发光法 稍好 好 好 好 好 好 很好 好 好 好 好 好 需要 需要 需要 复杂 复杂 简单 经常 经常 经常 中等 中等 中等 不需 需要 不需
电学方法 6 热传导法 7 半导体气敏器件 好 很好 好 很好 稍好 不好 稍好 好 需要 不需 好 稍好 经常 很少 中等 好 需要 不需
其他方法 8 气体色谱法 很好 很好 很好 很好 需要 很复杂 经常 不好 需要
1.2 电子鼻研究的发展状况
1.2.1 电子鼻的提出
在科学还没有完全弄清楚嗅觉过程时，人们为了可以模拟动物闻气味的过程，开发了一种高科技产品——电子鼻[5]，随着科技的迅速发展，有很多地方已经开发出了自己的电子鼻系统，并运用在各个领域，德国的汉堡大学拥有传感器领域不可推翻的地位，在现代传感器具有绝对权威。1964年，Wilkens等人发现了当气体触及到电极时，可以在电极上发出化学反应，把现实的嗅觉过程用电子的氧化还原反应模拟了出来，这就标志了第一个电子鼻的诞生。1982年，英国某大学学者设计了由三个二氧化锡传感器组成的传感器阵列来构成的电子鼻系统，这是人们开始对电子鼻的研究进行初探的标志。1987年，在英国沃里克大学里举行一直被誉为电子鼻研究的转机会议，这就是被称为第八届欧洲化学传感器组织会。在这次会议中，以Gardner为首的研究会小组研究了关于把传感器运用到检测应用方面的文献，重点的提出了模式识别这一重大概念。这引起了学术界广泛关注。随后关于电子鼻的研究越来越深入，人们开始集中的研究电子鼻，电子鼻在气体传感器领域备受关注，电子鼻研究从这以后得到快速的发展。
1.2.2 电子鼻在国内外研究现状
目前，国内外对于电子鼻响应信号的预处理方法基本一样，均是对传感器的瞬态响应信号进行采样、滤波然后提取其特征向量。英国一家公司研制成功了一种电子鼻系统，当你把该系统靠近伤口糜烂的皮肤时，它可以检测到伤口的细菌，提醒医生该用什么办法来处理伤口。在国外，人们对电子鼻的研究兴趣十分热情，慢慢的开始设计出商品化的电子鼻，运用于人们的生活中，这使电子鼻设计开始走向实用化、普遍化；德国GmbH 公司生产dePEN2（10个MOS传感器阵列）可以对食品以及环境做测量；德国Ubingen 大学研究的MOSES II主要测量橄榄油、塑料、咖啡等，它主要是由24个CP、MOS传感器阵列组成；1993年，Pierce等人利用12个导电的聚合物设计了一种传感器，他们一开始是用来检测啤酒的浓度，然后他们在传感器中连接了其他功能的模块，组成了一种新型的传感器，并把这种设计运用到检测3种葡萄酒类似商品上，有两种啤酒是酝酿之后贮存的，另一个是比较清淡的[6]，结果显示：3种啤酒不仅容易被识别，而且还能很快鉴别出是否被人为感染的啤酒。在科学研究方面，据局部完全统计，目前有欧洲17家，美国和加拿大有9家研究机构正在对电子鼻开发做研究，表1-2显示，国外已开发的电子鼻系统[12]。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/4825.html
