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预测牛乳货架期的时间-温度指示器的研制
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      食品在流通过程中,其变质速率是温度、相对湿度(RH)和气体等因素的函数气体组成和相对湿度通常可以通过适当的包装,达到较好的控制;而食品的温度则取决于贮藏条件。引起食品腐烂变质主要是由于微生物作用和酶的催化作用;而这些作用的强弱均与温度紧密相关对冷藏链(coldchain)的温度要求,国外称之为“不高于规则”(TheNeverWarmerThanRule),即从生产者到消费者之间各环节的温度都不高于设定温度因此,从生产到分配、贮藏和消费整个过程,食品的品质和它的货架期在很大程度上取决于它的实际温度历程通常,货架期(shelflife)是指食品在最恰当的温度下能存放的时间但由于在整个储存-运输-销售阶段温度变化的不可预测性,使得对食品预测的货架期与食品真正可流通期限,很难达到一致仅标明食品使用期限是很难保证食品品质,或造成浪费。
  时间-温度指示器TTI(time-temperatureindica-tor),提供了一种解决方法。它不仅能够监测记录产品温度历程,即温度-时间的关系,而且还应根据温度历程来估计剩余货架期。冷藏链中的现有电子装置,例如温度记录仪等,可以记录冷藏链的温度时间变化,但不能预测剩余货架规国外也有一些根据物理化学原理设计能反映食品变化程度的标签指示器,如临界型,积分型,扩散型,聚合反应型,酶反应型等。这些指示器的温度变化过程通常以颜色显影或颜色变化移动等基金项目:上海市教委重点学科(P05020);国家自然科学基金项目(50376040);上海市重大科技攻关课题(05DZ19102-02)品安全与检测方面的研究上海市军工路516号上海理工大学食可视反应来显示,但不能记录温度时间的变化情况虽然这些标签指示器只能一次性使用,但在乳制品、冷藏食品等领域已经得到广泛地应用关于既能记录温度时间变化又能预测食品剩余货架期的电子装置尚鲜见报道牛乳是一种仅次于人乳的营养成分最全营养价值最高的液体食品。牛乳在保存的过程中受温度的影响比较大根据TTT(time-temperature-tolerance,时间-温度-货架期)原则,食品质量是随时间累积的,而且为不可逆的变化因此,预测牛乳货架期的时间-温度指示器的研制具有实际意义1材料与方法1.1材料和仪器材料:杯装巴氏消毒乳,产品标注的保质期为2~下5d表明,存放过程中,菌落总数随温度的升高而速度加快,随着存放时间的延长而增加菌落总数达到同一数量时,温度越高,需放置的天数越短;反之亦然在4C、10°c、15C、20°c、25C下,菌落总数超过30000个/mL的大约时间分别为5d4. 2.2新鲜度2可以看出,存放过程中,由于脂肪分解等原因,使牛乳的酸度发生变化由于通过测定牛乳的酸度即可确定牛乳的新鲜度,所以牛乳的新鲜度随着温度升高和时间延长而降低达到同一酸度值时,若使储存时间越长,需要放置的较低的温度。在4C10C、15C20C25C下,酸度分别在5d4.5d4.5d3d1d内超过20T2.3TTT曲线3参数计算指食品经过一段冷藏链后,在Ti(如4C)下所能存放的时间。时间-温度指示器的采集周期为1h,同时计算1次剩余货架期食品的剩余货架期可按下式计算剩余货架期,d;d温度时的货架期,d;D1-一TTT曲线中,温度T1下所对应的货架期,d假设TTT曲线中温度用T1,T2Tn-其温度所对应的货架期用D1,D.Dn-1,Dn表示在公式(1)中,对于某一种食品D1是确定的,本研究中D1为4C下的货架期5dd是按照下列依据进行确定。当4硬件电路设计预测牛乳货架期的时间-温度指示器的硬件电路主要由单片机、温度传感器电压检测电路、键盘电路、时钟电路、串行非易失性FRAMRS-232串口电平转换及14位双行8段带提示符液晶显示模块组成,系统硬件结构框图如所示硬件电路的特点采用模块化设计,简化了接口电路设计。


  系统的单片机采用了P89LPC922高性能的微处理器,内部Flash程序存储器可实现在应用中编程;温度传感器采用的是DSl8B20,为美国DALLAS公司生产的可编程单总线数字温度传感器,它测温范围-55C~ +125C,误差小于0. 5C;电压检测芯片采用了HT7136,是采用COMS技术的三端口低电压检测器,设计了切换键、设定修改键、串行通讯按键以及复位键等4个按键;时钟芯片PCF8563,是PLILIPS公司的低功耗的CMOS实时时钟日历芯片,所有的地址和数据通过fC总线接口串行传递每次读写数据后,内嵌的字地址寄存器会自动产生增量PCF8563定时准确,误差为±5min/a;FM24C16是美国Ramtron公司以铁电晶体为材料生产的铁电存储器(FRAM),存储容量为2048<8b;LCM141是北京青云创新科技发展有限公司生产的一种新型的测量仪表的专用液晶显示模块,该模块可显示5种字符,14个状态条以及2行共14位数码。可以将温度和剩余货架期同时显示出来5系统软件设计系统软件采用模块化结构设计,由温度采集模块、8563中断采样服务模块、键盘中断服务模块及报警显示模块等结构其子程序与CPU的通讯主要采取中断方式进行主程序完成系统上电自检系统初始化设置中断功能及调用液晶显示数据子程序和温度采样子程序。系统软件的其它功能均在中断程序中完成剩余货架期的计算及采样温度和剩余货架期等存储功能,都可以在8563中断采样服务程序中完成;键盘中断程序可以完成日期时间、TTT曲线中的温度和相应的货架期的设定以及时间-温度指示器与上位机的数据传输,键盘中断服务程序如所示6应用,图中的字母A~F点的数值,表示对应0(0h)~F(72h)时刻显示的剩余货架期;字母A’F’点的数值,表示对应0(0h)~F(72h)时刻,生物化学方法实际测量的剩余货架期放时间的变化趋势基本一致从A(12h)~F(72h)节点处六组数据(AA’)~(FF’)进行比较,时间-温度指示器记录的实验结果与生化实验实际测量值相差少于0.5d所以,用预测牛乳货架期的时间-温度指示器基本能正确指示牛乳的剩余货架期7结论菌落总数随温度的升高而速度加快,随着存放时间的增长而增加新鲜度随温度的升高和时间的延长而降低。
  根据菌落总数和新鲜度作为判据,牛乳在4C、15C、20C、25C下能安全存放的时间,分别为5d4. 1d从而得到了TTT曲线。
  研制出能实测和记录冷藏链时间-温度变化的指示器。该指示器具有实测牛乳剩余货架期和报警等功能。
  对于经历了不同温度-时间的牛乳,TTI实测的剩余货架期和生物化学实验的剩余货架期相比,偏差在0.5d以内,可满足实际应用需要华泽钊,李云飞,刘宝林。食品冷冻冷藏原理与设备。北京:机械工业出版社,1999.

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