基本信息
- 项目名称：
- 基于光子辐射的禽蛋新鲜度检测方法和仪器开发
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 为了能够对禽蛋进行新鲜度无损检测与分级，基于生物超弱光子辐射的特性，提出一种采用延迟发光积分强度与自发发光积分强度之比作为评价禽蛋新鲜度的指标，设计了一种基于光子辐射的禽蛋新鲜度检测仪，通过采集禽蛋自发发光和延迟发光获得禽蛋新鲜度指标，实现了禽蛋新鲜度的无损、灵敏、快速、准确地检测。
- 详细介绍：
- 目前国内食品安全面临的形势非常严峻，与食品安全相关的事件频频发生，刺激大众的眼球。所谓“民以食为天”，食品安全问题正日益引起人们的重视。但是仅凭肉眼观察，很难判断食品的品质，为此，迫切的需要一批能够快速的检测食品质量的科学仪器。 禽蛋因其营养价值高，是人类最重要的食品之一。我国却至今缺乏禽蛋新鲜度的标准，没有相应的检测技术，不仅在国内消费市场上存在着严重的质量隐患，而且在禽蛋的进出口贸易中也严重受限，影响了禽蛋的市场开发，与发达国家相比呈现出强烈的反差。 本项目基于生物超弱光子辐射的特性，提出一种采用禽蛋光子辐射的延迟发光积分强度与自发发光积分强度之比作为评价禽蛋新鲜度的指标，设计了一种基于光子辐射的禽蛋新鲜度检测系统。在系统中采用在光电倍增管和暗室之间添加快门的方法，通过对禽蛋延迟发光的光子计数，实现了禽蛋新鲜度的无损、快速检测。本文分析了禽蛋新鲜度检测技术的现状和发展趋势，阐述了基于禽蛋光子辐射的新鲜度分类和测量方法，选择了产生禽蛋延迟发光的激励光源和光电倍增管，设计了暗室、光源和快门控制电路和脉冲计数器及串口通信电路，搭建了基于LED的禽蛋延迟发光检测系统。该系统能够精确控制激发光源的光照时间、光照强度、电子快门的开闭时间和采集禽蛋延迟发光信号，并能够保持样品室温度恒定，同时根据理论计算，基于Labview软件设计平台编写了相应的信号采集、处理与报表软件。实验结果表明，达到了项目设计目标。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明目的：基于生物超弱光子辐射特性，实现禽蛋新鲜度的无损、快速、灵敏检测目的。 基本思路：系统采用大功率高亮度的LED作为辐照光源，对禽蛋进行光子激发；中控模块精确控制辐照光强和时间，温控模块确保被测样品环境温度恒定；按被测要求，电子快门驱动模块能够在光源熄灭之后数微秒后开启快门；光电倍增管（PMT）在高压电源的驱动下进行光电转换输出脉冲序列；经脉冲放大、甄别和整形后送至计数器进行光子计数而后将信号经USB口送至计算机进行计算以获得禽蛋的新鲜度。 创新点： 1. 采用单光子检测技术实现禽蛋光子辐射检测； 2. 建立了基于光子辐射的禽蛋新鲜度的无损检测方法； 3. 提出基于光子辐射的禽蛋新鲜度表示和分级方法。 技术关键：单光子检测技术和延迟发光采集技术。 技术指标：短时间内完成禽蛋延迟发光光子计数，实现禽蛋新鲜度的无损、快速、灵敏、准确检测。
科学性、先进性
- 禽蛋是生物体，其离开母体后新鲜度越来越差，乃至衰败变质。由于禽蛋具有外壳，对未腐败的禽蛋新鲜度分级与检测一直是个难题。民间发展的眼看、手摸等经验方法和低科技含量的检测技术只能区分“好蛋”和“坏蛋”，无法进行准确分级和检测。目前，国际上通用的评价禽蛋新鲜度的方法是将禽蛋打破，测量禽蛋中蛋白高度等参数，计算出哈夫单位，按哈夫单位对禽蛋新鲜度作出区分。这种方法不能做到无损检测，对成批蛋品只能抽检，并且劳动强度大、效率低。国内有关检测禽蛋哈夫单位的仪器尚属空白，国外的有关仪器价格昂贵。 目前，利用鸡蛋对可见光和近红外光反射光强变化以及荧光光谱的变化、蛋品的声学性质和电学性质等各种高新技术实现禽蛋新鲜度检测正在研究中，但至今没有形成成熟的技术指标和测量方法。 本作品根据禽蛋光子辐射的生物和物理意义，建立了基于禽蛋光子辐射的新鲜度指标体系和检测方法，通过对禽蛋发出的生物光子的检测与分析实现了禽蛋新鲜度的无损检测，实验证明本作品开发的检测系统对鸡蛋新鲜度的测量结果与基于哈夫单位的测量结果吻合一致。
获奖情况及鉴定结果
- 1、发表论文1篇： Yongkui Xu; Yuanhe Tang, Xusan Yang, Xun Zhang, Huanhuan Zhang, Shuiwei Wang, Yao Liu, Gang Gao，Zhikai Yang and Tan Wang: Research on light amplification panel based on stimulated radiation. 2010 International Conference on Optical, Electronic and Electrical Materials (OEEM). Submit date: 2010.7.30. 2、 申请专利一项： 一种基于光子辐射检测禽蛋新鲜度的方法，专利申请号：201110003961.4 3、 获国家大学生创新性实验计划项目基金负责人：徐永奎，胡海龙项目名称：基于光子辐射的禽蛋新鲜度检测方法项目编号：No. 101070033 4、获第八届西安高新“挑战杯”陕西省大学生课外学术科技作品竞赛一等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 国家发明专利
作品可展示的形式
- 实物、产品图纸现场演示图片录像
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 使用说明：将鸡蛋放入暗室，开启快门；设定光照时间、光照强度、采样时间；依次检测禽蛋自发发光和延迟发光，根据Q值得出其哈夫单位等级。 技术优势：经验法和低科技含量的检测技术对未腐败的禽蛋新鲜度无法准确分级和检测。目前，国际上通用的评价禽蛋新鲜度的方法是哈夫单位法，其缺点是不能无损检测，对成批蛋品只能抽检，且劳动强度大、效率低。本作品依据禽蛋光子辐射与新鲜度之间的关系，通过对禽蛋光子辐射的采集与分析测量新鲜度，具有无损、快速、精确和灵敏的特点，具有明显的技术优势。 适用范围及推广前景：本系统可以在食品公司、海关、食品安全部门等场所用于对禽蛋、果蔬类、乳肉类等食品的新鲜度检测，也可用于细胞癌变分析、水体污染、种子活力、药物分析等许多领域的技术开发，应用前景十分广阔。 市场分析和经济效益预测：相比目前国际上已有的判断禽蛋新鲜度的方法和仪器本项目作品具有对禽蛋新鲜度无损和快速检测的技术优势以及价格优势。因此，在禽蛋集约化生产、出口贸易等领域可被广泛使用，其市场前景和社会经济价值被广泛看好。
同类课题研究水平概述
- 禽蛋新鲜度检测在禽蛋集约化生产、出口贸易、禽蛋食品安全检测、高端食品生产和大型超市分类销售等方面具有极为重要的意义。但是，禽蛋新鲜度分级与检测一直是个难题。经验法和低科技含量的检测技术只能区分“好蛋”和“坏蛋”，对未腐败的禽蛋新鲜度无法进行准确分级和检测。目前国内外通用的测量禽蛋新鲜度的方法是基于哈夫单位的新鲜度检测方法。哈夫单位是根据蛋白高度与禽蛋质量之间的回归关系计算出的一个指数，被美国农业部规定为蛋品新鲜度的衡量指标。但是，由于哈夫单位等生物学指标的获得需要人工操作，其检验结果受检验者实践经验等主观因素影响较大，不能从根本上保证禽蛋新鲜度分级质量，而且这种方法具有生产效率低、劳动强度大、测量周期长和破坏性测量等缺点，在成批蛋品只能进行抽样测量，容易造成漏检。在检测仪器的价格上，目前国内有关禽蛋新鲜度检测仪器尚属空白，国际市场上的有关仪器价格在10万RMB以上，高昂的价格使其难以推广。如何实现禽蛋新鲜度快速、无损、准确、灵敏地检测成为有关检测技术的发展方向。 当前，国内外正在尝试利用可见光和近红外光反射或透射光强变化、电子鼻、机器视觉系统、蛋品的声学性质、电学性质和微波传感器等等各种高新技术实现禽蛋内部的新鲜度无损检测，但是至今没有形成成熟的技术指标和测量方法。与上述各种研究方法不同，本作品的基本思路是利用禽蛋自身发出的超弱光子辐射所携带的生命信息，建立禽蛋超弱光子辐射与新鲜度之间的相互关系和指标体系，通过对禽蛋超弱光子辐射的采集和分析实现对禽蛋新鲜度的测量。本作品提出的思路和方法至今未见有人提出，作品开发的测量系统率先实现了禽蛋新鲜度的无损和精准测量，填补了空白。
