專利名稱：食品微生物含量快速檢測方法及其檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種食品微生物含量快速檢測方法和設(shè)備。
背景技術(shù)：
本發(fā)明提出的方法和設(shè)備主要用于食品有害微生物含量的快速檢測。食用被微生物污染的食品而導(dǎo)致的疾病，稱為食源性疾病。隨著環(huán)境的變遷和抗生素的濫用，雖然人們的居住和衛(wèi)生條件不斷改善，但對(duì)病菌的抵抗力卻在不斷下降，食源性疾病一直呈上升趨勢。因此，對(duì)食品中致病菌的檢測和檢驗(yàn)也就越顯出其重要性。但常規(guī)的檢測大多依靠培養(yǎng)目標(biāo)微生物的方法來確定食品是否已受到污染，培養(yǎng)時(shí)間少則2-3天，多至數(shù)周，且由于通過目視計(jì)算菌落數(shù)量，不僅費(fèi)力耗時(shí)，誤差也較大。同時(shí)，這些檢測必須有專門的實(shí)驗(yàn)室，由專業(yè)技術(shù)人員在無菌條件下操作才能完成。這對(duì)于具有數(shù)以萬計(jì)的中小型食品生產(chǎn)和加工企業(yè)而言，也很難適應(yīng)。
目前，國內(nèi)外關(guān)于食品微生物含量快速檢測技術(shù)的研究主要在兩個(gè)方向進(jìn)行。第一類是傳統(tǒng)活細(xì)胞計(jì)數(shù)方法的改進(jìn)。主要工作集中在操作規(guī)程的簡化上。比如開發(fā)新一代樣品制備系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)設(shè)備(培養(yǎng)基，實(shí)驗(yàn)器具等)，改善培養(yǎng)條件和計(jì)數(shù)過程自動(dòng)化等。在國外，有一些研究已經(jīng)商業(yè)化。如在美國被廣泛采用的旋轉(zhuǎn)平皿計(jì)數(shù)法(Spiral Planting Method)，它可使含菌懸液在瓊脂表面呈阿基米德螺線狀分布，有利于菌落計(jì)數(shù)。另一種改進(jìn)方法稱作疏水格柵濾膜法(HGMF)，它是用特制的疏水格柵濾膜過濾樣品，再放入培養(yǎng)基中培養(yǎng)，以保證所有菌落都是正方型，以方便人工或機(jī)械計(jì)數(shù)。又如直接外熒光過濾技術(shù)(DEFT)，它是先用特殊濾膜過濾樣品，再經(jīng)吖啶橙染色后在紫外光顯微鏡下計(jì)數(shù)。總的來說，這類方法可使傳統(tǒng)方法的檢測速度和效率得到提高，但提高程度有限，大多仍需人工計(jì)數(shù)，有的還需專用的材料或配件。
第二類研究方向則是通過測量微生物在生長和代謝過程中發(fā)生的變化，尤其是物理或化學(xué)變化來估測微生物的數(shù)量。國外在這方面已經(jīng)成功開發(fā)出了一些商用系統(tǒng)，某些已被引入中國，在政府部門，大型食品企業(yè)和科研部門中得到應(yīng)用。按照檢測原理的不同，這類技術(shù)可大致分為以下幾種。
阻抗法(impedence measurement)其原理是通過測量因微生物生長而造成的培養(yǎng)基阻抗變化來間接顯示微生物含量。具體的測量系統(tǒng)如法國的Bactometer，它是通過測量細(xì)菌產(chǎn)生的離子濃度達(dá)到比培養(yǎng)基初始離子濃度低某一值時(shí)的歷經(jīng)時(shí)間，也稱檢出時(shí)間(DT)來標(biāo)志樣品細(xì)菌數(shù)量。是可利用電阻，電容或總阻抗來測量離子濃度的三參數(shù)系統(tǒng)。能檢測出的細(xì)菌門欄值是106-107個(gè)/毫升。另一產(chǎn)品是Malthus微生物快速分析儀，它是利用細(xì)菌將培養(yǎng)基中的大分子代謝為帶電荷更多的小分子，從而造成電導(dǎo)增加的物理原理來檢測細(xì)菌數(shù)量。即活體微生物量與電導(dǎo)產(chǎn)生可檢測出的改變的時(shí)間成反比。所以，污染越嚴(yán)重，檢出時(shí)間(DT)越短。國內(nèi)天津大學(xué)最近提出利用細(xì)菌代謝產(chǎn)生的二氧化碳使培養(yǎng)基電導(dǎo)變化的原理來檢測微生物含量的技術(shù)，不過尚未有正式產(chǎn)品問世。
ATP生物發(fā)光技術(shù)(bioluminescence，BL)所有活體生物都含有ATP，當(dāng)由熒火蟲等生物制備的熒光素酶和ATP接觸時(shí)就產(chǎn)生發(fā)光現(xiàn)象，檢測發(fā)光強(qiáng)度就能間接得到活體微生物含量。利用此原理的檢測儀器有十多種，如日本的AF-100，杜邦公司的生物光測量儀。
微量量熱法(microcalorimetry)它是通過測量細(xì)菌生長和代謝過程中產(chǎn)生的代謝熱來間接估算微生物含量，這種方法需要預(yù)先繪制熱曲線圖和特別的微小溫度傳感器。
溶氧-電流法最近日本DAIKIN公司開發(fā)出一種通過檢測因微生物消耗培養(yǎng)基中溶解氧導(dǎo)致的電流變化來間接計(jì)算樣品所含微生物含量的儀器。
放射測量法(radio metric)是將微量的放射性標(biāo)記引入葡萄糖或其它糖類分子中，細(xì)菌生長時(shí)糖被利用并放出標(biāo)記的二氧化碳，從培養(yǎng)裝置中導(dǎo)出后，用美國Johnston公司的放射測量儀檢測，其放射量與細(xì)菌數(shù)量成正比關(guān)系。
申請(qǐng)?zhí)枮?3158838的中國專利，提出一種應(yīng)用檢測二氧化碳變化來控制微生物的發(fā)明。它涉及一種控制盛放在具有頂部空間的容器中的水基聚合乳液的微生物污染的改進(jìn)方法。改進(jìn)包括使用直接讀取二氧化碳探針監(jiān)測容器頂部空間中二氧化碳的濃度；當(dāng)二氧化碳濃度達(dá)到一個(gè)比大氣中二氧化碳濃度高的預(yù)定值時(shí)，添加抗微生物的藥劑。
申請(qǐng)?zhí)枮?00410023232的中國專利公開了一種利用壓電石英晶體傳感器檢測微生物的方法及裝置。該方法將微生物代謝產(chǎn)物CO2從培養(yǎng)池中引入裝有堿性溶液的檢測池中，與堿液發(fā)生反應(yīng)引起溶液的電導(dǎo)變化，壓電石英晶體傳感器檢測電導(dǎo)的變化，并以振蕩頻率的形式反應(yīng)出來，其振蕩頻率由頻率計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，并送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。通過測定不同濃度微生物的響應(yīng)曲線，得出頻率時(shí)間(FDT)與微生物濃度之間的線性關(guān)系，可對(duì)微生物進(jìn)行定量的檢測。
一般的非散射紅外線二氧化碳檢測儀，如美國TSI Incoporated公司的CompuFlow Model8610型二氧化碳檢測儀，是采用擴(kuò)散檢測模式，即讓空氣中的二氧化碳分子自己擴(kuò)散進(jìn)入探頭后再進(jìn)行檢測。美國專利(5,155,019)和中國申請(qǐng)?zhí)?3158838中就是采用的這種模式。美國專利(5,155,019)公布了一種通過檢測密閉容器里二氧化碳含量來表征容器內(nèi)樣品所含微生物的活動(dòng)性的方法和設(shè)備。在該方法中，材料樣本放于一密閉容器內(nèi)，容器中還放有微生物生長所需碳源材料，通過新陳代謝，這些碳源材料可能轉(zhuǎn)化成二氧化碳。這些出現(xiàn)在容器上部空氣中的二氧化碳能被通過容器中空氣的紅外光束所探測，通過二氧化碳對(duì)紅外線的吸收特性，檢測出二氧化碳的濃度，以此表征樣本中微生物的活動(dòng)性。但是，這種方法采用密閉的容器來檢測，操作人員呼吸造成容器空氣中二氧化碳濃度的變化也要遠(yuǎn)大于樣品中微生物產(chǎn)生的二氧化碳增值。所以，要正確快速地檢測出真正由于微生物代謝產(chǎn)生的二氧化碳并非易事。實(shí)際上，由于密閉容器上空二氧化碳濃度的釋放量是十分微小、且增長速度極慢、分布又不均，要想使原整個(gè)空間中二氧化碳的濃度有能被檢測出的變化，必須等待很長時(shí)間。因此檢測樣品中微生物的活動(dòng)性將非常耗時(shí)而又不夠準(zhǔn)確，不能達(dá)到快速檢測的目的。
另一個(gè)美國專利(4,889,992)公開了一種用紅外線自動(dòng)檢測微生物的設(shè)備。它通過檢測細(xì)菌新陳代謝產(chǎn)生的氣體來確定微生物的狀態(tài)。紅外線通過一個(gè)小瓶的壁，檢測出瓶中氣體對(duì)紅外線的吸收，瓶中裝有液-氣分離系統(tǒng)以方便氣體的檢測。
總的來說，第二類方法可以大幅度提高檢測速度，增加檢測精度和減輕檢測工作量，是今后的發(fā)展方向。但一般需要專門的檢測儀器和消耗特殊的檢測材料，價(jià)格也較昂貴，有些還需預(yù)先制定圖譜和曲線，使普及推廣受到一定限制。必須指出，上述方法的檢測時(shí)間最快一般也需數(shù)小時(shí)，這仍然不能滿足實(shí)際生產(chǎn)的需要，所以研制開發(fā)新的更快捷的檢測技術(shù)和設(shè)備是勢在必行的趨勢。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提供一種食品微生物含量快速檢測方法及其檢測儀，第一個(gè)目的是提出一種能快速而準(zhǔn)確地檢測出樣品中微生物活動(dòng)性的方法和步驟。第二個(gè)目的是根據(jù)此方法和步驟，設(shè)計(jì)出具體的快速檢測設(shè)備。解決更快捷的檢測食品中有害微生物污染程度的技術(shù)問題。
本發(fā)明的技術(shù)方案這種食品微生物含量快速檢測方法，其特征在于采用兩套并聯(lián)的樣品檢測系統(tǒng)，一套用于食品樣品檢測，另一套用于對(duì)比；兩套系統(tǒng)處于相同的環(huán)境條件，包括初始溫度，初始二氧化碳濃度，采用相同的加熱元件進(jìn)行加熱，將兩套系統(tǒng)產(chǎn)生的二氧化碳分別經(jīng)引導(dǎo)管向下輸至兩套同樣的二氧化碳檢測裝置中進(jìn)行檢測，經(jīng)檢測數(shù)據(jù)分析處理，比較兩套系統(tǒng)的檢測結(jié)果，其差值與食品樣品中微生物含量有正相關(guān)關(guān)系；根據(jù)事先得到的二氧化碳變化特征與微生物菌落總數(shù)之間的換算關(guān)系得出食品樣品中的微生物菌落總數(shù)。
該食品微生物含量快速檢測方法有以下步驟(1)、按常規(guī)方法進(jìn)行食品的采樣和保存，在無菌條件下進(jìn)行樣品制備；(2)、用紫外線燈對(duì)樣品容器、對(duì)比容器以及并聯(lián)容置空腔進(jìn)行消毒滅菌處理，并用加熱元件同時(shí)將樣品容器、對(duì)比容器和并聯(lián)容置空腔預(yù)熱；(3)、將待檢食品樣品勻漿裝入樣品容器，將空白對(duì)比葡萄糖溶液裝入對(duì)比容器，并將樣品容器和對(duì)比容器分別密閉在并聯(lián)容置空腔中；(4)、排出滯留在樣品容器、對(duì)比容器、引導(dǎo)管和二氧化碳檢測裝置內(nèi)的二氧化碳；(5)、將食品樣品和空白對(duì)比溶液產(chǎn)生的二氧化碳分別經(jīng)引導(dǎo)管和水蒸氣過濾器向下輸入兩套二氧化碳檢測裝置內(nèi)；(6)、由設(shè)置在并聯(lián)容置空腔的溫度探頭實(shí)時(shí)監(jiān)測樣品溫度，并輸入中央控制單元，保持樣品恒溫不低于0℃，不高于65℃，同時(shí)，兩套處于完全相同的環(huán)境條件的二氧化碳檢測裝置將檢測到的兩組二氧化碳含量數(shù)據(jù)輸入中央控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析比較處理得出差值，并根據(jù)事先得到的二氧化碳變化特征與微生物菌落總數(shù)之間的換算關(guān)系導(dǎo)出樣品中的微生物菌落總數(shù)。
上述加熱的方式可為傳導(dǎo)換熱方式，對(duì)流換熱方式或/和輻射傳熱方式。
上述二氧化碳變化特征與微生物菌落總數(shù)之間的換算關(guān)系用傳統(tǒng)的檢測方法進(jìn)行標(biāo)定，即對(duì)同一待檢樣品，同時(shí)采用本發(fā)明和傳統(tǒng)的方法，傳統(tǒng)的方法如國際法或TTC顯色法，進(jìn)行檢測，將結(jié)果對(duì)照，從而導(dǎo)出前者二氧化碳變化特征與后者微生物菌落總數(shù)之間的換算關(guān)系。
這種食品微生物含量快速檢測儀，在機(jī)箱上設(shè)有連接中央控制單元的電源插座、電源開關(guān)和連接外部計(jì)算機(jī)的接口，其特征在于在機(jī)箱內(nèi)頂部置有紫外線燈，紫外線燈下面置有并聯(lián)容置空腔，并聯(lián)容置空腔內(nèi)放入樣品容器和對(duì)比容器；在并聯(lián)容置空腔周圍置有加熱元件和溫度探頭，上述溫度探頭和加熱元件分別經(jīng)控制信號(hào)線與中央控制單元的信號(hào)輸入端連接；樣品容器和對(duì)比容器分別經(jīng)上引導(dǎo)管與水蒸氣過濾器連通，水蒸氣過濾器再經(jīng)下引導(dǎo)管與二氧化碳檢測裝置連接；二氧化碳檢測裝置包括位于進(jìn)氣口的檢測管和二氧化碳探頭、能將二氧化碳檢測信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷夯螂娏餍盘?hào)的轉(zhuǎn)換電路和出氣口，出氣口經(jīng)管道連接換氣裝置，換氣裝置的出氣口設(shè)于機(jī)箱上；上述轉(zhuǎn)換電路的數(shù)據(jù)輸出端與中央控制單元的數(shù)據(jù)輸入端連接，中央控制單元的數(shù)據(jù)輸出端與顯示屏連接。
上述二氧化碳探頭是非散射紅外線型探頭或電化學(xué)型探頭。
上述水蒸氣過濾器是在管體內(nèi)充填干燥劑，管體一端有進(jìn)氣口，另一端有出氣口，在管體蓋的進(jìn)氣口和出氣口處設(shè)有隔網(wǎng)。
上述加熱元件與由電源電路、溫度檢測放大電路、控制電路和觸發(fā)器電路連接組成的恒溫控制電路連接。
上述樣品容器可以是帶密封蓋的密閉容器，密封蓋內(nèi)的出氣口經(jīng)引導(dǎo)管和水蒸氣過濾器與下方的二氧化碳檢測裝置連通。
上述樣品容器也可以是帶透氣小孔的敞口容器，并聯(lián)容置空腔有密封蓋，每個(gè)并聯(lián)容置空腔底部開有出氣口，出氣口經(jīng)引導(dǎo)管和水蒸氣過濾器與下方的二氧化碳檢測裝置連通。
本發(fā)明提出的食品中微生物含量的檢測原理在一定溫度和氧氣存在的條件下，樣品中活的微生物總會(huì)有新陳代謝活動(dòng)。所以微生物在代謝含碳的營養(yǎng)物質(zhì)(如葡萄糖或其它糖類碳水化合物分子)時(shí)，必然伴隨有二氧化碳的放出。食品污染越嚴(yán)重，所含活體微生物含量越大，單位時(shí)間內(nèi)二氧化碳濃度的增量就越大。其釋放速率取決于樣品的重量、樣品中微生物的種類和數(shù)量、樣品和環(huán)境的溫度、空氣壓力和含氧量、空氣中已有二氧化碳的濃度等因素。本發(fā)明提出一種通過檢測樣品中微生物代謝二氧化碳的特征來表征食品中微生物含量的方法，并由此設(shè)計(jì)出相關(guān)設(shè)備。在此方法中，微生物產(chǎn)生的微量二氧化碳通過專門的引導(dǎo)，在特別設(shè)計(jì)的濃度梯度，溫度梯度和位置梯度的作用下，順暢地進(jìn)入二氧化碳檢測裝置內(nèi)部的狹小空間，以實(shí)現(xiàn)快速檢測的目的，直接快速地檢測出食物樣品中微生物生長和代謝過程產(chǎn)生的二氧化碳濃度的微小變化，檢測時(shí)間縮短到15-30分鐘，解決了快捷檢測食品中有害微生物污染程度的技術(shù)問題。
下面為部分檢測結(jié)果(一)、檢測食品新鮮程度不同的牛奶(二)、檢測參數(shù)并聯(lián)容置空腔溫度37+/-1℃；檢測時(shí)間15分鐘；樣品葡萄糖濃度20％(重量比)對(duì)比培養(yǎng)液無菌葡萄糖水溶液(20％重量比)；二氧化碳變化特征參數(shù)15分鐘內(nèi)最大差值；標(biāo)定方法國際法(三)、檢測結(jié)果(cfu/ml)
袋裝滅菌液態(tài)奶(剛開封)＜70袋裝滅菌液態(tài)奶(倒入樣品杯后，在非生產(chǎn)性室內(nèi)環(huán)境放置2小時(shí))550袋裝滅菌液態(tài)奶(倒入樣品杯后，在非生產(chǎn)性室內(nèi)環(huán)境放置24小時(shí))1,150鮮奶(來自個(gè)體養(yǎng)牛戶，未加熱滅菌)1,370鮮奶(來自個(gè)體養(yǎng)牛戶，煮沸后冷卻)85。
從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看，本發(fā)明與目前國內(nèi)外同類技術(shù)相比，具有以下技術(shù)效果1、本發(fā)明檢測時(shí)間短，在15-30分鐘就能顯示出二氧化碳濃度的改變。以日本DAIKIN公司的食品細(xì)菌自動(dòng)檢查系統(tǒng)DOX為例，其檢測結(jié)果最快也要6小時(shí)才能得到。
2、實(shí)驗(yàn)表明，細(xì)菌數(shù)低于105個(gè)/毫升的情況也能很快檢測出，這一結(jié)果大大優(yōu)于一般采用阻抗法的系統(tǒng)(如法國的Bactometer和Malthus微生物快速分析儀)的門欄值。
3、不需要任何耗材，可永久性使用。這一點(diǎn)明顯優(yōu)于需不斷使用昂貴熒光酶的ATP生物發(fā)光技術(shù)，也優(yōu)于需大量一次性電極細(xì)胞的日本DOX系統(tǒng)。
4、不需要特別的材料和高端的傳感器，所以優(yōu)于基于微量量熱法和放射測量法的系統(tǒng)。
5、結(jié)構(gòu)簡單，設(shè)計(jì)巧妙合理，成本低廉，體積和重量也較小。
6、從價(jià)格和操作方面看，適合于不同類型用戶的現(xiàn)場快速檢測系統(tǒng)。
為提高檢測效率，方便操作和儀器維修及校準(zhǔn)。本發(fā)明采取了以下措施。、采用抽氣泵或換氣扇，加強(qiáng)前一次檢測后累計(jì)在探頭內(nèi)的二氧化碳的逸出，使下一次檢測能盡快開始。由于探頭出口孔小，如讓二氧化碳自己擴(kuò)散出來，需太長的時(shí)間。從而降低了檢測效率。、將樣品容器和并聯(lián)容置空腔分開，不僅方便操作，也有利于每次檢測后的清潔和消毒。如果配備多個(gè)備用樣品容器，前一次檢測時(shí)，備用樣品容器同時(shí)進(jìn)行消毒和盛裝樣品，檢測間隔時(shí)間就可縮短。、將樣品容器和檢測探頭分開，能防止樣品污染探頭。探頭的校準(zhǔn)，維修和保養(yǎng)也容易進(jìn)行。、采用紫外線燈在檢測前對(duì)樣品容器、并聯(lián)容置空腔等部件進(jìn)行消毒，防止操作過程的微生物污染。將消毒設(shè)施與樣品容器和并聯(lián)容置空腔分開，不僅使檢測操作方便，也避免了安全方面的問題。
本發(fā)明并不局限于只能用紅外線方式來探測二氧化碳的變化。同時(shí)，本發(fā)明還采用空白對(duì)比，溫度補(bǔ)償，環(huán)境二氧化碳干擾排除，按食品分類標(biāo)定等措施來保證高的檢測精度。本發(fā)明提出的方法和設(shè)備不僅可用于食品檢測，也能用于其它材料或物質(zhì)(如土壤，生物組織)的生化檢測。


圖1是本發(fā)明食品微生物含量快速檢測儀實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明食品微生物含量快速檢測儀實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是采用螺紋口方式密封的樣品容器；圖4是采用橡膠塞密封的樣品容器。
圖5是水蒸氣過濾器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6是一種恒溫控制電路的原理圖。
圖中1-機(jī)箱、2-上蓋、3-密封蓋、4-紫外線燈、5-并聯(lián)容置空腔、6-樣品容器、7-對(duì)比容器、8-上引導(dǎo)管、9-加熱元件、10-水蒸氣過濾器、11-二氧化碳檢測裝置、12-中央控制單元、13-顯示屏、14-溫度探頭、15-密封圈、16-電源插座、17-電源開關(guān)、18-計(jì)算機(jī)接口、19-換氣裝置、20-換氣裝置進(jìn)氣口管道、21-出氣口、22-機(jī)箱的支撐腳、23-下引導(dǎo)管。61-樣品容器壁、62-容器密封蓋、63-橡膠密封圈、64-出氣口、65-連接頭、66-通氣管。10-水蒸氣過濾器、101-進(jìn)氣口、102-過濾器的管體、103-隔網(wǎng)、104-過濾器出氣口、105-干燥劑、106-過濾器管體蓋。
201-制冷或制熱部件(常用的半導(dǎo)體型元件，當(dāng)變換電流方向時(shí)，其發(fā)熱面可立即轉(zhuǎn)換為冷卻面，其冷熱溫差可達(dá)30℃。代表產(chǎn)品如美國Kitsrus公司的KIT66型元件，由127個(gè)P-N結(jié)組成，最大功率可達(dá)40W)。202-元件開關(guān)、203-線路交流電源開關(guān)、204-電阻、205-電容、206-整流二極管、207-穩(wěn)壓二極管、208-電解電容。203，204，205，206，207和208組成了電源電路，它為后面的溫度檢測放大電路，控制電路和RS觸發(fā)器提供直流12V的電壓。
209-二極管、210-繼電器、211-電阻、212-發(fā)光二極管、213-晶體管(三極管)、214-電阻、215-功能轉(zhuǎn)換開關(guān)。209、210、211、212、213、214和215組成了控制電路。
216-和217-是與非門集成電路；218-電阻、219-和220-發(fā)光二極管。216、217、218、219和220組成了觸發(fā)器電路。
221-和222-運(yùn)算放大器集成電路；223-電阻；224-溫度傳感器集成電路；225，227和228-電位器；226，229，230和232-是電阻；231-是精密穩(wěn)壓集成電路。從221到232共同組成了溫度檢測放大電路。
具體實(shí)施方式
根據(jù)本發(fā)明提出的檢測原理和技術(shù)，可以設(shè)計(jì)出具體的檢測設(shè)備。
本發(fā)明的檢測儀實(shí)施例一參見圖1，機(jī)箱1的下面有支撐腳22。機(jī)箱上蓋2內(nèi)裝有紫外線燈4，其功能是在正式檢測前對(duì)并聯(lián)容置空腔5進(jìn)行滅菌消毒。紫外線燈4下面有兩個(gè)相同的并聯(lián)容置空腔5，并聯(lián)容置空腔上有密封蓋3，密封蓋邊緣有密封橡膠圈15，其作用是強(qiáng)化密封。每個(gè)并聯(lián)容置空腔底部開有出氣口，出氣口分別經(jīng)上引導(dǎo)管8與水蒸氣過濾器10連通，水蒸氣過濾器再經(jīng)下引導(dǎo)管23與二氧化碳檢測裝置11連接。
并聯(lián)容置空腔5中可分別放入一個(gè)樣品容器6和對(duì)比容器7。樣品容器6用來盛待檢樣品，是帶透氣小孔的敞口容器，對(duì)比容器7用來盛無菌培養(yǎng)液作對(duì)比。在其它一些實(shí)施例中，并聯(lián)容置空腔5可為兩個(gè)以上。樣品容器可采用市售的燒杯，也可讓廠家批量定制。
另一種檢測儀的實(shí)施例二參見圖2，上述樣品容器6和對(duì)比容器7也可以是帶容器密封蓋62的密閉容器，容器密封蓋內(nèi)的出氣口分別經(jīng)上引導(dǎo)管8與水蒸氣過濾器10連通，水蒸氣過濾器再經(jīng)下引導(dǎo)管23與二氧化碳檢測裝置11連接。使樣品容器上部空間產(chǎn)生的二氧化碳可直接進(jìn)入探頭被檢測。這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)二氧化碳產(chǎn)生的量很小時(shí)，也能被檢測出來。當(dāng)采用帶密封蓋的樣品容器時(shí)，并聯(lián)容置空腔5就不用密封和在底部開口，只作為放置樣品容器的容器。
與圖1所示設(shè)計(jì)相比，唯一的區(qū)別就是樣品容器6和對(duì)比容器7采用帶容器密封蓋62的密閉容器，而不是將敞口的樣品容器放入密封的放置器。帶密封蓋的樣品容器可以自己制作或請(qǐng)有關(guān)廠家按要求定制。圖3、圖4是其中的兩種樣品容器實(shí)施例的設(shè)計(jì)方案。
圖3的設(shè)計(jì)是采用螺紋口方式密封的樣品容器。圖中61是樣品容器壁，材質(zhì)可以是塑料，玻璃或不銹鋼。容器密封蓋62帶有內(nèi)螺紋，可以由塑料，玻璃或不銹鋼制成。63是密封蓋內(nèi)設(shè)置的橡膠密封圈，其作用是在樣品容器和密封蓋相互旋緊后進(jìn)一步加強(qiáng)密封。64是密封蓋內(nèi)的出氣口。23是軟質(zhì)下引導(dǎo)管。65是連接頭，檢測完成后，很容易取開，換上新的樣品容器，開始新的檢測。
圖4是采用橡膠塞密封的樣品容器。其中61是樣品容器壁，材質(zhì)可以是玻璃，不銹鋼或較硬的厚壁塑料。容器密封蓋62是中空的橡膠塞，要求內(nèi)壁較厚，與樣品容器材質(zhì)有很好的密封性。66是塞中插入的通氣管，23是連接通氣管的軟質(zhì)下引導(dǎo)管，65是連接頭。
加熱元件9的功能是根據(jù)需要，對(duì)并聯(lián)容置空腔加熱，使待檢樣品和對(duì)比樣品在檢測過程中保持相對(duì)恒定的溫度，一般可設(shè)為37℃。加熱元件9很容易在電子市場上買到，即可以買零件自制，也可請(qǐng)專業(yè)廠家定制。
水蒸氣過濾器的實(shí)施例參見圖5，水蒸氣過濾器10內(nèi)裝干燥劑105，它通過上引導(dǎo)管8與并聯(lián)容置空腔連接，其功能是過濾來自樣品的水蒸氣，防止對(duì)檢測結(jié)果的干擾。水蒸氣過濾器通過下引導(dǎo)管23與二氧化碳檢測裝置11連接。水蒸氣過濾器只有在特別情況下(食品含水高，加熱溫度高)才需要。在檢測儀使用一段時(shí)間后，可直接打開機(jī)箱，替換掉舊的水蒸氣過濾器，而不必更換其中的干燥劑。該水蒸氣過濾器10是在管體102內(nèi)充填硅膠顆粒干燥劑105，管體一端有進(jìn)氣口101、另一端有出氣口104，在管體蓋106與進(jìn)氣口、出氣口之間設(shè)有隔網(wǎng)103。進(jìn)氣口102通過管道與樣品并聯(lián)容置空腔連接。硅膠是化工，環(huán)保部門和實(shí)驗(yàn)室里常用的干燥劑，很容易買到，而且可以加熱再生，重復(fù)使用。隔網(wǎng)3可防止硅膠漏出。出氣口104通過管道與二氧化碳檢測裝置內(nèi)的二氧化碳檢測裝置連接。管體蓋106是在管體中裝填好干燥劑之后蓋上此蓋，然后密封。
二氧化碳檢測裝置11包括位于進(jìn)氣口的檢測管和二氧化碳探頭、能將二氧化碳檢測信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷夯螂娏餍盘?hào)的轉(zhuǎn)換電路和出氣口，出氣口經(jīng)管道連接換氣裝置，換氣裝置的出氣口設(shè)于機(jī)箱上；上述轉(zhuǎn)換電路的數(shù)據(jù)輸出端與中央控制單元的數(shù)據(jù)輸入端連接，中央控制單元的數(shù)據(jù)輸出端與顯示屏連接?？芍苯酉蚨趸紮z測儀廠家購買。
上述并聯(lián)容置空腔壁上置有溫度探頭14，溫度探頭14經(jīng)信號(hào)線與中央控制單元12連接。溫度探頭14的功能是實(shí)時(shí)檢測樣品容器并聯(lián)容置空腔內(nèi)溫度，將數(shù)據(jù)傳回中央控制單元，由預(yù)設(shè)程序確定是否開動(dòng)加熱元件9。由此保證樣品容器并聯(lián)容置空腔內(nèi)的恒定溫度。如選用的二氧化碳檢測裝置有溫度自動(dòng)補(bǔ)償功能，就不需在二氧化碳檢測裝置附近加額外的溫度探頭，所以二氧化碳檢測裝置11可直接將得到的電信號(hào)輸入中央控制單元12。檢測數(shù)據(jù)經(jīng)中央控制單元處理后，送入液晶顯示屏13顯示，同時(shí)顯示的還有檢測時(shí)間和日期。
中央控制單元12可采用單板機(jī)。如采用型號(hào)為89S52的單片機(jī)作為該單元，其主頻是24兆，可以輸入8K的控制程序，A-D轉(zhuǎn)換也可省掉，因單片機(jī)已自帶此功能。
顯示屏13可采用128×128圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊，帶中英文字庫，可顯示8行漢字或英文，有內(nèi)置T6963C控制器，自帶負(fù)壓和LED背光。可由前述單片機(jī)提供的編程，讓液晶顯示屏自動(dòng)顯示所需的界面(如樣品菌落總數(shù)和檢測時(shí)間)。
連接中央控制單元12的電源插座16、電源開關(guān)17、可連接外部計(jì)算機(jī)的接口18設(shè)置在機(jī)箱上。通過接口可以實(shí)現(xiàn)檢測儀和外接計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)或信息交流。
換氣裝置19的功能是將上一次檢測后積累在二氧化碳檢測裝置內(nèi)的高濃度二氧化碳盡快抽出，以開始下一次檢測。從而縮短兩次檢測間的時(shí)間間隔。提高檢測效率。換氣裝置的進(jìn)氣口通過管道20連接到二氧化碳檢測裝置的出氣口。抽出的二氧化碳通過換氣裝置的出氣口21排出到機(jī)箱外。換氣裝置19可為換氣泵或換氣風(fēng)扇，可采用普通小型常規(guī)產(chǎn)品，其啟動(dòng)和關(guān)閉時(shí)間可編程后由中央控制單元(即單片機(jī))控制。
參見圖6，為實(shí)現(xiàn)并聯(lián)容置空腔溫度的自動(dòng)控制，可以直接購買成品的溫度控制芯片，也可組裝控制電路，將相關(guān)編程輸入單片機(jī)后可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的控制。加熱元件的功率調(diào)節(jié)有多種方式實(shí)現(xiàn)。最簡單的是用電阻控制輸入電流，即用可變電阻來實(shí)現(xiàn)。圖3顯示的是一種恒溫控制電路的實(shí)施例。
制冷或制熱部件201可采用常用的半導(dǎo)體型元件，當(dāng)變換電流方向時(shí)，其發(fā)熱面可立即轉(zhuǎn)換為冷卻面，其冷熱溫差可達(dá)30？。代表產(chǎn)品如美國Kitsrus公司的KIT66型元件，由127個(gè)P-N結(jié)組成，最大功率可達(dá)40W。
開關(guān)202、電源開關(guān)203、電阻204、電容205、整流二極管206、穩(wěn)壓二極管207、電解電容208組成了電源電路。它為后面的溫度檢測放大電路，控制電路和RS觸發(fā)器提供直流12V的電壓。
二極管209、繼電器210、電阻211、發(fā)光二極管212、晶體管(三極管)213、電阻214和功能轉(zhuǎn)換開關(guān)215組成了控制電路。
兩個(gè)與非門集成電路216、217、電阻218、兩個(gè)發(fā)光二極管219、220組成了觸發(fā)器電路。
兩個(gè)運(yùn)算放大器集成電路221、222、電阻223、溫度傳感器集成電路224、電位器225、227、228、電阻226、229、230、232、精密穩(wěn)壓集成電路231共同組成了溫度檢測放大電路。
本發(fā)明提出下列措施以保證微量的二氧化碳變化能被快速檢測出來。
一、選擇正確的檢測方式本發(fā)明采用引導(dǎo)檢測模式，即采用引導(dǎo)管將微生物產(chǎn)生的含二氧化碳的氣流通過二氧化碳檢測裝置的進(jìn)口輸入二氧化碳檢測裝置的檢測管內(nèi)的狹小空間被檢測，而不是讓其擴(kuò)散到整個(gè)容器的空間里。
另一方面，本發(fā)明也可使用其它類型的二氧化碳檢測方法(如電化學(xué)方法)和相關(guān)設(shè)備(如北京卓安公司生產(chǎn)的MICRO-J系列的二氧化碳檢測裝置)，對(duì)引導(dǎo)出來的二氧化碳進(jìn)行檢測。為實(shí)現(xiàn)將微生物產(chǎn)生的微量二氧化碳直接引導(dǎo)流入二氧化碳檢測裝置中，本發(fā)明采用了下列方法{1}、專門設(shè)計(jì)的用于盛樣品的樣品容器對(duì)于較干的基本呈固態(tài)的樣品，樣品容器的頂端有開口，樣品由此放入，側(cè)面上有數(shù)量眾多的小孔或者整個(gè)側(cè)面直接由網(wǎng)狀材料構(gòu)成，孔的大小以樣品材料不掉出樣品容器為宜。這樣設(shè)計(jì)的目的是讓樣品中微生物產(chǎn)生的二氧化碳能直接通過樣品容器側(cè)壁逸出筒外。這是因?yàn)槎趸急戎剌^大，在空氣中總是傾向于沉到容器底部。所以如側(cè)壁無孔，筒內(nèi)下層微生物產(chǎn)生的二氧化碳就只能從頂端開口逸出，這就需要較長的時(shí)間，除非采取專門措施，如加熱或搖動(dòng)樣品容器。對(duì)于液態(tài)，漿狀或膠狀的樣品，樣品容器壁不能有孔，其大小應(yīng)設(shè)計(jì)得使規(guī)定量的樣品剛好能裝下，也就是說，裝入樣品后，樣品容器上部剩余的空間已很小。其目的是使筒中微生物產(chǎn)生的二氧化碳能很快溢出筒外。
{2}、專門設(shè)計(jì)的用于放置樣品容器的容器稱為并聯(lián)容置空腔并聯(lián)容置空腔的體積和形狀應(yīng)使樣品容器能方便放入并可密閉。此外，還有兩點(diǎn)需要注意。一是體積不能太大，最好剛大于樣品容器的體積。另外一點(diǎn)是并聯(lián)容置空腔中二氧化碳的出口應(yīng)盡可能開在并聯(lián)容置空腔的下部或底部，使從樣品容器溢出的因比重較大而沉于并聯(lián)容置空腔底部的二氧化碳能通過這樣的開口順利流出并聯(lián)容置空腔，然后經(jīng)管道進(jìn)入二氧化碳檢測裝置。這樣的設(shè)計(jì)能形成一個(gè)促進(jìn)二氧化碳流動(dòng)的濃度梯度，即當(dāng)二氧化碳從樣品中產(chǎn)生后，樣品附近就形成一個(gè)二氧化碳的局部高濃度區(qū)，它將向周圍區(qū)域擴(kuò)散，由于比重較大，所以這種擴(kuò)散是朝向并聯(lián)容置空腔的下方進(jìn)行的。由于并聯(lián)容置空腔的體積較小，所以并聯(lián)容置空腔中的二氧化碳濃度將會(huì)很快升高，較高濃度二氧化碳將通過連接并聯(lián)容置空腔出口的管道進(jìn)入二氧化碳檢測裝置被檢測。在檢測期間，探頭的出口和擴(kuò)散口都是關(guān)閉的。二氧化碳進(jìn)入探頭后將暫時(shí)留在其中。檢測完成后，滯留其中的二氧化碳需通過氣泵或?qū)ｉT設(shè)置的抽風(fēng)扇被抽出探頭，為下一次檢測作準(zhǔn)備。
{3}、專門設(shè)計(jì)的加熱和溫度控制方式美國專利(5,155,019)和美國專利(中國申請(qǐng)?zhí)?3158838)都沒有提出用加熱方式來加快檢測速度。實(shí)驗(yàn)表明，適當(dāng)加熱樣品，并將其溫度嚴(yán)格控制在一定范圍內(nèi)的方法，確能明顯提高檢測速度。這是因?yàn)樘岣邷囟饶苡行Т龠M(jìn)樣品中微生物的新陳代謝和繁殖速度，促進(jìn)二氧化碳的產(chǎn)生速率，縮短達(dá)到檢測儀所需的最低二氧化碳門 值的時(shí)間，從而提高檢測速度。另一方面，二氧化碳產(chǎn)生速率的增加，使流過檢測管的二氧化碳濃度提高，有利于排除環(huán)境氣氛中原二氧化碳濃度波動(dòng)造成的影響，提高了檢測數(shù)據(jù)的可靠性。但如加熱過度，樣品溫度太高，則將殺死樣品中的部分微生物，使排放二氧化碳的微生物含量明顯減少。所以使樣品溫度保持在一個(gè)合適的范圍十分重要。一般地說，這個(gè)范圍可從0℃到65℃，最好在20℃到50℃之間。加熱樣品的方式有多種，接觸式加熱是使樣品直接與發(fā)熱元件接觸而被加熱。非接觸式加熱又可分為幾類，一類以傳導(dǎo)換熱方式為主，即發(fā)熱元件從外面直接加熱樣品容器，熱流通過筒壁傳到筒內(nèi)樣品中。第二類以對(duì)流換熱為主，即發(fā)熱元件先加熱流體介質(zhì)，后者加熱樣品容器，最后筒中樣品被加熱。第三類以輻射傳熱為主，即用電磁波或超聲波，在不接觸樣品或樣品容器的情況下加熱樣品。從加熱均勻程度，升溫快慢的角度看，第三類方式最好。但必須指出，電磁波，尤其是頻率較高的電磁波(如微波)作用于樣品，除熱效應(yīng)外，還有非熱效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明，微生物在未達(dá)到加熱致死的溫度之前，比如34℃時(shí)，就可能由于微波的非熱效應(yīng)而停止分裂。所以，為保證檢測的準(zhǔn)確，采用電磁波加熱樣品必須嚴(yán)格控制加熱功率和作用時(shí)間。使樣品溫度最好不超過30℃。
由于樣品的加熱，必然形成一個(gè)從并聯(lián)容置空腔，引導(dǎo)管道到二氧化碳檢測裝置之間的溫度下降梯度。由于氣體的擴(kuò)散系數(shù)受溫度影響，溫度越高，擴(kuò)散越快。所以這就有利于二氧化碳從濃度和溫度均較高的并聯(lián)容置空腔快速進(jìn)入二氧化碳檢測器探頭。
{4}、專門設(shè)計(jì)的便于二氧化碳流動(dòng)的位置梯度。除了上述引導(dǎo)二氧化碳流動(dòng)的濃度梯度和溫度梯度外，在設(shè)計(jì)中考慮到二氧化碳的比重，還有意設(shè)置了位置梯度，即讓探頭檢測管的進(jìn)氣口位置低于樣品容器或放置器的出氣口位置，探頭檢測管的出氣口位置又低于或等于進(jìn)氣口位置，使得從樣品中生成的二氧化碳能一路順暢地進(jìn)入探頭。進(jìn)一步加快了檢測速度。
由于本發(fā)明提出的微生物檢測方法與傳統(tǒng)的微生物先培養(yǎng)后檢測的方式有較大區(qū)別。所以其樣品的準(zhǔn)備工作與常規(guī)方式有一定程度的不同。為實(shí)現(xiàn)快速而準(zhǔn)確的檢測，有必要建立適合于本方法的樣品標(biāo)準(zhǔn)。其內(nèi)容如下A、樣品的采集和保存可完全按國家有關(guān)食品檢測規(guī)定的采樣標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。
B、樣品的制備與前處理通常食品的理化檢測前處理技術(shù)很復(fù)雜，而微生物檢測的樣品前處理技術(shù)則比較簡單。常規(guī)的做法是按無菌操作，將采集得到的樣品與滅菌溶液(如生理鹽水，磷酸鹽緩沖液，營養(yǎng)肉湯等)充分混勻后，在研缽中研磨，其稀釋液即可供檢測。如果樣品為肉，魚等固體，應(yīng)先剪碎，再用均質(zhì)器制成勻漿稀釋樣液后再檢測。比如常規(guī)的菌落總數(shù)檢測國際法或TTC顯色法都是先稱量25克樣品，加稀釋液研磨成1∶10的均勻液，然后再次稀釋成1∶100及1∶1,000的均勻液。檢測時(shí)選擇2-3個(gè)適宜的稀釋度來進(jìn)行。這些常規(guī)的檢測方法都是先控溫培養(yǎng)，再用肉眼或放大鏡計(jì)算營養(yǎng)瓊脂板上的菌落數(shù)，最后乘上稀釋倍數(shù)，得到單位體積中的菌落數(shù)值。所以如不稀釋，由于細(xì)菌量太大，瓊脂板上的菌落數(shù)將多得難以計(jì)數(shù)。因而得不到正確的結(jié)果。而新的利用物理或化學(xué)效應(yīng)的檢測方式，由于不需進(jìn)行菌落計(jì)數(shù)，所以一般不必稀釋。比如法國梅里埃公司的電阻抗快速檢測法(Bactometer)中，先將無菌培養(yǎng)基GPM0.6毫升加入樣品池，再直接將0.1毫升的樣品勻液倒入，蓋上蓋即可放入檢測儀中檢測。
本發(fā)明的樣品的制備與前處理類似于上述電阻抗快速檢測法，即將一定量的無菌培養(yǎng)液與一定量的樣品勻液混合后倒入樣品容器中，蓋上蓋后即可開始檢測。這里的無菌培養(yǎng)液可以是各種含有碳原子的有利于微生物生長的有機(jī)物溶液，膠體或混合物，比如一定濃度的葡萄糖溶液。
C、本發(fā)明采用的樣品標(biāo)準(zhǔn)*對(duì)于不易手工研磨均勻的固體食品(如鮮肉，肉制品，魚蝦類水產(chǎn)品，某些瓜果和蔬菜，塊莖類，海藻類及干果，堅(jiān)果等)，先將采集得到的樣品剪碎或切碎，再用8,000-20,000r/min的均質(zhì)機(jī)離心1-5分鐘，制成糊漿，再以每100克糊漿加入葡萄糖溶液10-120毫升的比例混合成為樣品勻漿。葡萄糖溶液的濃度為1-30％(重量比)。檢測一次的樣品勻漿用量為25-200克。
*對(duì)于不易手工研磨，也難以用勻質(zhì)機(jī)處理的固體食品(如干燥的糧食和豆類等)，需先用搗碎機(jī)磨成粉后，再與葡萄糖溶液混合成樣品勻漿。其混合比例，葡萄糖溶液濃度和勻漿檢測用量同上。
*對(duì)于容易手工研磨均勻的固體食品(如一般蔬菜，水果，糕點(diǎn)，豆腐及糧食制品)，可直接在無菌研缽中研磨后與葡萄糖溶液混合制成樣品勻漿。混合比例，葡萄糖溶液濃度和勻漿檢測用量同上。
*對(duì)于不含碳酸的液體食品或飲料(如乳類，茶，咖啡，果汁，礦泉水，純凈水等)，按每100克加入葡萄糖1-30克的比例混合成為樣品勻液，檢測一次的樣品勻液用量為25-200克。
*對(duì)于固體和液體混合而成的食品(如果醬，蕃茄醬，色拉醬等)，按不含碳酸的液體食品處理。
*對(duì)于蛋制品，鮮蛋去殼后按不含碳酸的液體食品處理。粉狀或固態(tài)蛋制品按上述固體食品處理。
*對(duì)于油脂類食品，常溫下呈液態(tài)的按不含碳酸的液體食品處理。常溫下呈固態(tài)的(如黃油，人造黃油)，溫?zé)彳浕蟀床缓妓岬囊后w食品處理。
*對(duì)于罐筒食品，開罐后分液體和固體分別按上述不含碳酸的液體和固體食品記進(jìn)行處理。
*對(duì)于糖類食品(如砂糖，紅糖，水果糖等)，按每10克加無菌純水20-300毫升的比例制成糖溶液后待檢。檢測一次的樣品用量為25-200克。
*對(duì)于冷凍狀態(tài)的固體食品(如凍肉，凍魚，凍水餃，凍豆類等)，一般先化凍，待溫度升到室溫后再按上述固體食品處理。
*對(duì)于冰凍成固體的液態(tài)食品(如冰棍，雪糕，冰淇淋等)，先溶化成液態(tài)后，再按不含碳酸的液體食品處理。
*對(duì)于含碳酸的飲料(如可口可樂，汽水等)，不在檢測范圍內(nèi)。
由于微生物的二氧化碳生成速率遠(yuǎn)小于檢測人員和環(huán)境造成的二氧化碳波動(dòng)，所以檢測精度是成敗的關(guān)鍵。
本發(fā)明采取以下措施保證檢測的準(zhǔn)確性和足夠的精度。
I、選擇高質(zhì)量的二氧化碳檢測裝置。首先是探頭的類型選擇。電化學(xué)型的探頭精度較好，但使用壽命一般只有數(shù)年。非散射紅外線型(NDIR)探頭工作穩(wěn)定可靠，壽命可達(dá)十年以上，一般檔次的這種二氧化碳檢測儀(如美國TSI公司的CompuFlow 8610型產(chǎn)品)的分辨率為0.1ppm，精度為+/-50ppm或檢測顯示數(shù)的+/-3％。高檔次分析用的檢測探頭，精度可達(dá)5ppm或更低。本發(fā)明涉及的檢測裝置最好采用高精度的電化學(xué)型或非散射紅外線型探頭。此外，當(dāng)采用兩個(gè)探頭同時(shí)檢測食物樣品和空白對(duì)照樣品(即只有無菌葡萄糖溶液，沒有食品的樣品)時(shí)，必須考慮兩個(gè)探頭的匹配問題。即二者的分辨率，精度，熱敏感性等應(yīng)盡可能一致。在同樣條件下顯示的數(shù)值應(yīng)相同。如有微小差別，至少也要保證這種差值在任何情況下都是常數(shù)，以便在檢測后進(jìn)行必要的補(bǔ)償。
II、溫度影響的控制和補(bǔ)償。溫度的影響表現(xiàn)在兩個(gè)方面一是樣品容器和并聯(lián)容置空腔的溫度變化會(huì)影響二氧化碳的擴(kuò)散速率，所以樣品的加熱必須準(zhǔn)確控制，使樣品容器和并聯(lián)容置空腔內(nèi)的溫度變化盡可能小。這需要在設(shè)計(jì)檢測儀，選擇加熱方式和元件時(shí)給予充分考慮。溫度的另一個(gè)影響是對(duì)非散射紅外線型(NDIR)檢測的干擾，一般溫度越高，得到的數(shù)據(jù)越比真實(shí)值小，所以必須進(jìn)行補(bǔ)償。具體的方法是在二氧化碳探測管內(nèi)或附近用高靈敏度溫度探頭檢測進(jìn)入管內(nèi)的二氧化碳?xì)饬鳒囟龋页雠c預(yù)定工作溫度(一般是20℃)的差值ΔT(℃)，按下列公式計(jì)算補(bǔ)償值δ(ppm)δ＝+/-0.003ρΔT(1)其中ρ是儀器顯示的二氧化碳濃度值(ppm)。需要指出的是，有些二氧化碳檢測裝置或變送器本身已帶有溫度補(bǔ)償功能。
III、環(huán)境和檢測過程累積的二氧化碳影響的消除。環(huán)境二氧化碳濃度的變化主要受測試人員呼吸的影響。呼吸可造成局部區(qū)域的濃度高達(dá)1,000-2,000ppm。此外，檢測過程可能會(huì)造成二氧化碳滯留在并聯(lián)容置空腔，引導(dǎo)管道和二氧化碳檢測裝置中，也會(huì)對(duì)下一次檢測造成干擾，所以必須消除。在儀器設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)給予充分考慮。最簡單的做法是，設(shè)置換氣泵或換氣扇，每一次檢測前，先將并聯(lián)容置空腔、引導(dǎo)管和二氧化碳檢測裝置內(nèi)殘存的二氧化碳抽走。使探頭內(nèi)的二氧化碳濃度稍低于環(huán)境濃度，并能在一段時(shí)間內(nèi)保持這一濃度基本不變。所以此時(shí)開始檢測，可將干擾減小到最小。
IV、檢測過程中，設(shè)備部件和連接處的嚴(yán)格密封。其目的是保證微生物產(chǎn)生的二氧化碳不外泄，外界空氣中的二氧化碳不進(jìn)入檢測探頭影響檢測精度。
V、水蒸氣干擾的消除。二氧化碳?xì)饬髦械乃魵鈺?huì)對(duì)檢測精度造成干擾。如果樣品加熱溫度較高，必然會(huì)有少量來自培養(yǎng)液和樣品中的水蒸氣隨二氧化碳?xì)饬鬟M(jìn)入檢測管內(nèi)?？朔姆椒ㄊ菄?yán)格控制加熱溫度，決不能過高，最好不超過50？。此外，可在二氧化碳檢測裝置的檢測管進(jìn)口前加設(shè)一水蒸氣過濾器，用干燥劑(如硅膠顆粒)充填。使經(jīng)過其中的水蒸氣被充分吸附，而二氧化碳則通過。
VI、采用各種電子濾波和抗電磁干擾措施，使檢測噪音和干擾下降到最低程度。
VII、相同條件下的空白對(duì)比。所謂空白對(duì)比是指采用兩套同樣的樣品檢測系統(tǒng)，一套用于正式的樣品檢測，另一套只用于對(duì)比，即在樣品容器中不是裝樣品勻漿，而是只裝無菌的葡萄糖溶液。兩套系統(tǒng)處于完全相同的環(huán)境條件(包括初始溫度，初始二氧化碳濃度等)，采用完全相同的設(shè)備進(jìn)行加熱，檢測和數(shù)據(jù)分析處理。最后比較結(jié)果，其差值就是樣品中微生物產(chǎn)生的二氧化碳效應(yīng)，它應(yīng)與微生物含量有正相關(guān)關(guān)系。采用這種方式可以更徹底的克服環(huán)境溫度和二氧化碳濃度等因素帶來的影響。
VIII、嚴(yán)格的標(biāo)定程序。本發(fā)明提出的檢測方法得到的是間接的微生物含量表征，為轉(zhuǎn)化為真實(shí)的微生物含量，必須用傳統(tǒng)的檢測方法進(jìn)行標(biāo)定，即對(duì)同一待檢樣品，同時(shí)采用本方法和傳統(tǒng)的方法(如國際法或TTC顯色法)進(jìn)行檢測，將結(jié)果對(duì)照，從而導(dǎo)出前者二氧化碳變化特征與后者微生物菌落總數(shù)之間的換算關(guān)系。為使換算關(guān)系準(zhǔn)確可靠，這種標(biāo)定需注意下列幾點(diǎn)*最好按前述樣品標(biāo)準(zhǔn)中的方式將食品分類，分別對(duì)各類食品進(jìn)行標(biāo)定。至少固體和液體食品應(yīng)分別標(biāo)定。這樣做的好處是使標(biāo)定更合理而準(zhǔn)確。
*同一食品的標(biāo)定最好在不同條件下(如不同溫度時(shí))分別進(jìn)行多次，以得到最合理的結(jié)果。
*同一食品，同樣條件下的標(biāo)定實(shí)驗(yàn)，最好也多做幾次，以便通過數(shù)理統(tǒng)計(jì)得到更合理的換算關(guān)系。
*最好用兩種或兩種以上的傳統(tǒng)檢測方式與本方法進(jìn)行對(duì)比標(biāo)定，再將結(jié)果對(duì)照檢查，以消除只用一種傳統(tǒng)方法存在的不足。
IX、提高進(jìn)入檢測管氣流中的二氧化碳濃度。由于傳感器都存在一定的靈敏度問題，高的二氧化碳濃度有利于檢測精度的提高，而過低的濃度有可能達(dá)不到使傳感器工作的最低門 值，導(dǎo)致檢測信號(hào)為零。在本發(fā)明中，加大待檢樣品的量(如從25克增到100克)和對(duì)樣品進(jìn)行加熱，都將使進(jìn)入檢測管中的二氧化碳濃度提高。
X、操作過程中微生物污染的消除。除在樣品制備，裝卸，檢測等操作中遵守常規(guī)的無菌規(guī)程外每次檢測前，儀器各部件必須徹底消毒殺菌。消毒殺菌的方式有多種，最簡單的方法是采用紫外線燈照射，但需保證樣品容器和并聯(lián)容置空腔內(nèi)不會(huì)有照不到的死角。采用光催化滅菌也是一種可考慮的方式，它需要在并聯(lián)容置空腔和二氧化碳接納器內(nèi)表面涂抹一層納米級(jí)的二氧化鈦粒子，還需特定波長的紫外光照射。所以不如直接用紫外線殺菌方便。
本發(fā)明需對(duì)樣品中所含微生物產(chǎn)生的二氧化碳效應(yīng)進(jìn)行檢測，分析處理和存儲(chǔ)。比如(a)、將時(shí)刻0到時(shí)刻t之間分為若干時(shí)間間隔，記錄每個(gè)間隔點(diǎn)進(jìn)入檢測管中的二氧化碳濃度值，即r0，r1，r2，r3，r’i…r’t-1，和rt。時(shí)間間隔的長短與檢測探頭性能相關(guān)，可從數(shù)秒到數(shù)分鐘不等?？倷z測時(shí)間t可根據(jù)具體食品和所用樣品量，樣品加熱溫度而定。可從數(shù)分鐘到數(shù)小時(shí)不等。
(b)、記錄每個(gè)時(shí)間間隔點(diǎn)流過檢測管的的氣流溫度，T0，T2，T3，Ti…Tt-1，和Tt。
(c)、根據(jù)檢測得到的每個(gè)時(shí)間間隔點(diǎn)的溫度數(shù)據(jù)，按上述公式(1)，計(jì)算并存儲(chǔ)經(jīng)補(bǔ)償修正后的每個(gè)時(shí)間間隔點(diǎn)的二氧化碳數(shù)據(jù)r’0，r’1，r’2，r’3，r’i…r’t-1，和r’t。
(d)、計(jì)算并存儲(chǔ)二氧化碳濃度隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系曲線，即r’-t曲線。
(e)、計(jì)算并存儲(chǔ)二氧化碳濃度增長速率隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系曲線，即(dr’/dt)-t曲線。
(f)、記錄時(shí)刻ti時(shí)的二氧化碳增量r’I-r’0(g)、記錄時(shí)刻ti時(shí)的二氧化碳增長速率(r’I-r’0)/ti(h)、記錄時(shí)刻ti前二氧化碳濃度的最大值，最小值和它們之間的差值。
(i)、記錄時(shí)刻ti前二氧化碳濃度的均值(j)、對(duì)于空白對(duì)比系統(tǒng)，也完全按上述內(nèi)容進(jìn)行同樣的檢測，記錄，存儲(chǔ)和處理。
(k)、采用數(shù)字濾波技術(shù)，對(duì)檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，剔除不合理的數(shù)值，減小噪音干擾，以獲得最佳檢測結(jié)果。
(l)、比較，分析兩套系統(tǒng)得到的關(guān)系曲線和某些時(shí)刻的二氧化碳增量和增長速率，找出主要的差別，以此作為微生物導(dǎo)致的二氧化碳變化特征。
(m)、根據(jù)事先得到的二氧化碳變化特征與微生物菌落總數(shù)之間的換算關(guān)系導(dǎo)出樣品中微生物菌落總數(shù)，然后存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
本發(fā)明提出的檢測技術(shù)由以下主要步驟構(gòu)成(1)、按常規(guī)方法進(jìn)行食品的采樣和保存，在無菌條件下進(jìn)行樣品制備；(2)、用紫外線燈對(duì)樣品容器、對(duì)比容器以及并聯(lián)容置空腔進(jìn)行消毒滅菌處理，并用加熱元件同時(shí)將樣品容器、對(duì)比容器和并聯(lián)容置空腔預(yù)熱；
(3)、將待檢食品樣品勻漿裝入樣品容器，將空白對(duì)比葡萄糖溶液裝入對(duì)比容器，并將樣品容器和對(duì)比容器分別密閉在并聯(lián)容置空腔中；(4)、排出滯留在樣品容器、對(duì)比容器、引導(dǎo)管和二氧化碳檢測裝置內(nèi)的二氧化碳；(5)、將食品樣品和空白對(duì)比溶液產(chǎn)生的二氧化碳分別經(jīng)引導(dǎo)管和水蒸氣過濾器向下輸入兩套二氧化碳檢測裝置內(nèi)；(6)、由設(shè)置在并聯(lián)容置空腔的溫度探頭實(shí)時(shí)監(jiān)測樣品溫度，并輸入中央控制單元，保持樣品恒溫不低于0℃，不高于65℃，同時(shí)，兩套處于完全相同的環(huán)境條件的二氧化碳檢測裝置將檢測到的兩組二氧化碳含量數(shù)據(jù)輸入中央控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析比較處理得出差值，并根據(jù)事先得到的二氧化碳變化特征與微生物菌落總數(shù)之間的換算關(guān)系導(dǎo)出樣品中的微生物菌落總數(shù)。
按照上述設(shè)計(jì)，檢測儀的工作流程如下。
(1)、插上外接電源線，打開電源開關(guān)，檢測儀預(yù)熱和自檢。
(2)、打開樣品容器密封蓋，蓋上檢測儀上蓋，由中央控制單元發(fā)出指令，自動(dòng)開啟紫外線燈，對(duì)樣品容器和其并聯(lián)容置空腔消毒。同時(shí)由中央控制單元發(fā)出指令，自動(dòng)檢測并聯(lián)容置空腔內(nèi)溫度，決定是否啟動(dòng)加熱元件給并聯(lián)容置空腔加熱到預(yù)先設(shè)定的溫度。(與此同時(shí)，檢測員可進(jìn)行樣品制備和對(duì)比培養(yǎng)液的準(zhǔn)備工作)(3)、消毒和并聯(lián)容置空腔預(yù)熱完成后，根據(jù)顯示屏提示，打開上蓋，取出樣品容器，加入樣品和對(duì)比培養(yǎng)液。蓋上密封蓋和上蓋。由中央控制單元發(fā)出指令，自動(dòng)開啟換氣裝置，將前次檢測殘存在二氧化碳檢測裝置內(nèi)的二氧化碳排出。然后開始正式檢測。檢測數(shù)據(jù)由中央控制單元進(jìn)行分析，處理和記錄。與此同時(shí)，根據(jù)溫度探頭的檢測，通過隨時(shí)啟動(dòng)或停止加熱元件，使樣品在檢測過程中，基本保持恒定的溫度。
(4)、根據(jù)預(yù)先設(shè)定的檢測時(shí)間，停止檢測，由顯示屏顯示最終結(jié)果。數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)中保存或打印。
(5)、如接著進(jìn)行下一次檢測，不用關(guān)機(jī)，取出樣品容器后，放入新的空筒，重新開始消毒和預(yù)熱。
權(quán)利要求
1.一種食品微生物含量快速檢測方法，其特征在于采用兩套并聯(lián)的樣品檢測系統(tǒng)，一套用于食品樣品檢測，另一套用于對(duì)比；兩套系統(tǒng)處于相同的環(huán)境條件，包括初始溫度，初始二氧化碳濃度，采用相同的加熱元件進(jìn)行加熱，將兩套系統(tǒng)產(chǎn)生的二氧化碳分別經(jīng)引導(dǎo)管向下輸至兩套同樣的二氧化碳檢測裝置中進(jìn)行檢測，經(jīng)檢測數(shù)據(jù)分析處理，比較兩套系統(tǒng)的檢測結(jié)果，其差值與食品樣品中微生物含量有正相關(guān)關(guān)系；根據(jù)事先得到的二氧化碳變化特征與微生物菌落總數(shù)之間的換算關(guān)系得出食品樣品中的微生物菌落總數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的食品微生物含量快速檢測方法，其特征在于有以下步驟(1)、按常規(guī)方法進(jìn)行食品的采樣和保存，在無菌條件下進(jìn)行樣品制備；(2)、用紫外線燈對(duì)樣品容器、對(duì)比容器以及并聯(lián)容置空腔進(jìn)行消毒滅菌處理，并用加熱元件同時(shí)將樣品容器、對(duì)比容器和并聯(lián)容置空腔預(yù)熱；(3)、將待檢食品樣品勻漿裝入樣品容器，將空白對(duì)比葡萄糖溶液裝入對(duì)比容器，并將樣品容器和對(duì)比容器分別密閉在并聯(lián)容置空腔中；(4)、排出滯留在樣品容器、對(duì)比容器、引導(dǎo)管和二氧化碳檢測裝置內(nèi)的二氧化碳；(5)、將食品樣品和空白對(duì)比溶液產(chǎn)生的二氧化碳分別經(jīng)引導(dǎo)管和水蒸氣過濾器向下輸入兩套二氧化碳檢測裝置內(nèi)；(6)、由設(shè)置在并聯(lián)容置空腔的溫度探頭實(shí)時(shí)監(jiān)測樣品溫度，并輸入中央控制單元，保持樣品恒溫不低于0℃，不高于65℃，同時(shí)，兩套處于完全相同的環(huán)境條件的二氧化碳檢測裝置將檢測到的兩組二氧化碳含量數(shù)據(jù)輸入中央控制單元進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析比較處理得出差值，并根據(jù)事先得到的二氧化碳變化特征與微生物菌落總數(shù)之間的換算關(guān)系導(dǎo)出樣品中的微生物菌落總數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的食品微生物含量快速檢測方法，其特征在于上述加熱的方式可為傳導(dǎo)換熱方式，對(duì)流換熱方式或/和輻射傳熱方式。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的食品微生物含量快速檢測方法，其特征在于上述二氧化碳變化特征與微生物菌落總數(shù)之間的換算關(guān)系用傳統(tǒng)的檢測方法進(jìn)行標(biāo)定，即對(duì)同一待檢樣品，同時(shí)采用本發(fā)明和傳統(tǒng)的方法，傳統(tǒng)的方法如國際法或TTC顯色法，進(jìn)行檢測，將結(jié)果對(duì)照，從而導(dǎo)出前者二氧化碳變化特征與后者微生物菌落總數(shù)之間的換算關(guān)系。
5.一種食品微生物含量快速檢測儀，在機(jī)箱上設(shè)有連接中央控制單元的電源插座、電源開關(guān)和連接外部計(jì)算機(jī)的接口，其特征在于在機(jī)箱內(nèi)頂部置有紫外線燈，紫外線燈下面置有并聯(lián)容置空腔，并聯(lián)容置空腔內(nèi)放入樣品容器和對(duì)比容器；在并聯(lián)容置空腔周圍置有加熱元件和溫度探頭，上述溫度探頭和加熱元件分別經(jīng)控制信號(hào)線與中央控制單元的信號(hào)輸入端連接；樣品容器和對(duì)比容器分別經(jīng)引導(dǎo)管和水蒸氣過濾器與二氧化碳檢測裝置連接；二氧化碳檢測裝置包括位于進(jìn)氣口的檢測管和二氧化碳探頭、能將二氧化碳檢測信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷夯螂娏餍盘?hào)的轉(zhuǎn)換電路和出氣口，出氣口經(jīng)管道連接換氣裝置，換氣裝置的出氣口設(shè)于機(jī)箱上；上述轉(zhuǎn)換電路的數(shù)據(jù)輸出端與中央控制單元的數(shù)據(jù)輸入端連接，中央控制單元的數(shù)據(jù)輸出端與顯示屏連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的食品微生物含量快速檢測儀，其特征在于上述二氧化碳探頭是非散射紅外線型探頭或電化學(xué)型探頭。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的食品微生物含量快速檢測儀，其特征在于上述水蒸氣過濾器是在管體內(nèi)充填干燥劑，管體一端有進(jìn)氣口，另一端有出氣口，在管體蓋的進(jìn)氣口和出氣口處設(shè)有隔網(wǎng)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的食品微生物含量快速檢測儀，其特征在于上述加熱元件與由電源電路、溫度檢測放大電路、控制電路和觸發(fā)器電路連接組成的恒溫控制電路連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的食品微生物含量快速檢測儀，其特征在于上述樣品容器是帶密封蓋的密閉容器，密封蓋內(nèi)的出氣口經(jīng)引導(dǎo)管和水蒸氣過濾器與下方的二氧化碳檢測裝置連通。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的食品微生物含量快速檢測儀，其特征在于上述上述樣品容器是帶透氣小孔的敞口容器，并聯(lián)容置空腔有密封蓋，每個(gè)并聯(lián)容置空腔底部開有出氣口，出氣口經(jīng)引導(dǎo)管和水蒸氣過濾器與下方的二氧化碳檢測裝置連通。
全文摘要
一種食品微生物含量快速檢測方法及其檢測儀，采用兩套并聯(lián)的樣品檢測系統(tǒng)，一套用于食品樣品檢測，另一套用于對(duì)比；兩套系統(tǒng)處于相同的環(huán)境條件，包括初始溫度，初始二氧化碳濃度，采用相同的加熱元件進(jìn)行加熱，將兩套系統(tǒng)產(chǎn)生的二氧化碳分別經(jīng)引導(dǎo)管向下輸至兩套同樣的二氧化碳檢測裝置中進(jìn)行檢測，經(jīng)檢測數(shù)據(jù)分析處理，比較兩套系統(tǒng)的檢測結(jié)果，其差值與食品樣品中微生物含量有正相關(guān)關(guān)系；根據(jù)事先得到的二氧化碳變化特征與微生物菌落總數(shù)之間的換算關(guān)系得出食品樣品中的微生物菌落總數(shù)。本發(fā)明檢測時(shí)間短，結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，體積和重量也較小，不需要任何耗材，可永久性使用。適合于現(xiàn)場快速檢測系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G01N33/02GK1847405SQ20061020013
公開日2006年10月18日 申請(qǐng)日期2006年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月17日
發(fā)明者何宗彥 申請(qǐng)人:何宗彥