[发明专利]一种基于阵列传感器芯片的便携式多光谱成像装置及其应用

说明书

本发明涉及一种基于阵列传感器芯片的便携式多光谱成像装置及应用；所述装置包括多光谱相机、暗箱、暗箱通孔、照明光源、照明光源开关、阵列传感器芯片、样品台和计算机；阵列传感器芯片置于样品台上表面，样品台位于暗箱内的底部，暗箱两侧设置暗箱通孔；多光谱相机嵌入暗箱上表面，与计算机电性连接；通过阵列传感器芯片识别醋醅发酵过程中的理化指标，同时多光谱相机采集阵列传感器芯片的几何图像及光谱图像，处理后输入计算机，建立相应定量或定性模型；最后，通过采集样品的光谱信号，利用建立相应定量或定性模型获知待测样品的信息；本发明可同时读取样品中多个不同信号分子，响应快、灵敏度高，具备统一化、系统化、满足现场快速检测要求。

技术领域

本发明属于光谱成像技术领域，具体涉及一种基于阵列传感器芯片的便携式多光谱成像装置及检测方法应用。

背景技术

香醋的酿制主要以传统的固态分层发酵为主，发酵过程主要包括淀粉糖化、酒精发酵、醋酸发酵、后熟与陈酿等，通常在18-20天内即可完成；其本质是在特定发酵条件下利用微生物对发酵基质中有机物的分解、代谢、积累的过程，是多菌种混合发酵工艺的典型代表之一

固态发酵主要是固、液、气三相并存的发酵，从而有利于微生物生长代谢，发酵过程中不仅需要适宜的温度和水分，还需要充足的氧气以及养分。总酸、pH、水分、温度、氧气等参数均是固态分层发酵的关键，其在一定程度上是影响生物发酵、醋醅品质的重要指标，从而决定了香醋的品质。随着发酵时间和环境条件的变化，在以醋酸菌为主的多种微生物共同作用下生成多种代谢产物，如有机酸、多种挥发性物质等，以至于在不同程度上也会影响发酵各阶段醋醅的酸度、pH、水分等含量。因而随着发酵环境条件(pH、水分、温度、氧气等)以及相关代谢产物的浓度(总酸、不挥发性酸等)的变化，均会对固态发酵过程中微生物繁殖、代谢产生显著性影响。

醋醅中水分、氧气含量过高或过低都将影响微生物的生长代谢，不仅影响产物产量，对物料的理化性质也有负面影响；同时醋醅中主要微生物的生长代谢均需依靠各种酶的催化作用，而pH、温度等因素是影响酶活性、微生物生长的重要因素之一。总酸和不挥发性酸作为微生物在醋醅中的代谢产物，是发酵产品品质的评价指标之一。因而动态识别理化指标(总酸、pH、水分、温度、氧气等)在固态发酵过程中的变化规律，为监测发酵过程、智能翻醅提供科学依据，可以尽量避免板结或减少坏醅等情况。

长期以来国内外研究人员多依赖积累经验，采用人眼、手触等传统方式对醋醅发酵的各个阶段以及陈酿的好败坏进行判断，学习周期长、判别结果受人为因素影响较大。而常规的理化检测方法主要有pH电位法、指示剂法、酸碱滴定法等，但这些方法均操作繁琐、耗时长、消耗量大且设备不易携带，难以实现全面检测，妨碍数据的及时获取，检测结果常常滞后生产过程，限制其在工厂中的推广应用。

目前光谱技术、机器视觉等快速无损检测方法因其快速、无损样品、无需前处理等优点获得大家的广泛关注，已将其应用于醋醅发酵过程中相应理化指标的快速预测。申请号为201510642049.1的专利文献公开了一种高光谱图像技术定量检测固态发酵水分分布均匀性方法，申请公布号CN 108072627的专利文献公开了一种用中红外光谱快速检测酱油中氨基酸态氮和总酸含量的方法，然而这些检测设备价格昂贵、设备笨重，不能直接用于现场快速检测。因此，建立一种简单、快速而又有效的醋醅理化指标检测方法成为当下研究热点。

近年来由于生物医学、食品安全检测等领域的发展，将嵌入式等技术与光谱技术相结合，可以有效地实现仪器的小型化与便携化。该类技术的快速发展及高度普及，大大推动了各类便携式应用设备及仪器的开发研究。将移动应用开发技术与光谱技术相结合，既迎合市场检测结果同步生产过程需求，又在一定程度上可以实时客观地判别发酵过程中醋醅的各理化指标的变化情况，达到辅助监控醋醅发酵进程和辨别陈酿的好败坏的效果，对香醋的生产具有重要意义。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺陷，提供一种基于阵列传感器芯片的便携式多光谱成像装置及检测方法，用于实现醋醅在固态发酵过程中的相关理化指标检测。