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鱼在加工、储存和运输过程中容易发生腐败变质现象,严重影响鱼的风味、质量和消费者健康。新鲜度是包括鱼在内的农产品质量评价的一个关键指标。目前常用的新鲜度检测方法,如感官分析、理化分析和现有的检测设备分别存在易破坏样品、主观性强、步骤繁琐、耗时长、需要大型仪器设备且需专业人员操作等局限,无法满足客观、可靠、普适、快速检测的要求。随着农业经济的发展及科学技术的进步,智能化检测已成为未来食用性农产品检测行业的发展趋势,因此,需要开发快速有效的新技术来检测和评估鱼新鲜度。气体传感器在高蛋白食品(包括鱼)的定性和定量评估中发挥着重要作用。其中,金属氧化物半导体电阻式(MOSR)传感器具有成本低、体积小、易于集成、灵敏度高等优点,逐渐显示出广阔的实际应用前景,但该项技术在鱼新鲜度检测方面仍存在着工作温度高、检测限不足、性能漂移和重复性较低等问题。针对上述关键问题,本文分析了鱼肉腐败过程中产生的挥发性气体并从中选取了三种气体作为鱼新鲜度的生物标志物;设计开发了三种新型室温半导体气体传感器,阐明了其工作机理并验证了其实用性;搭建了基于半导体气体传感器的室温阵列系统,以市场常见的海鱼(三文鱼、鳕鱼和金枪鱼)和淡水鱼(巴沙鱼)为研究对象,结合感官分析、鱼体pH特性获取了鱼新鲜度变化与电阻信号之间的变化规律,建立了基于主成分分析、线性判别分析的鱼新鲜度识别方法,验证了室温半导体气体传感器阵列对不同鱼新鲜度的有效检测。本研究为鱼新鲜度的气体传感器检测技术提供了重要的概念验证和科学依据,对开发实时在线检测装备、促进鱼类行业的发展具有指导意义和应用价值。具体研究内容和结果如下:(1)鱼贮藏过程中的不同新鲜度阶段的腐败变质机理与特征气味信息提取。从鱼自身构造与环境因素简述了鱼腐败变质的主要原因。总结了鱼由新鲜至腐败变质阶段时可探测到的气体和易挥发性有机化合物的种类及其生化机制,明确了硫化氢(H2S)、氨气(NH3)和三甲胺(TMA)为表征鱼新鲜度的关键指标。此外,通过传统感官分析和理化指标(鱼体pH值)研究了鱼腐败过程中的新鲜度变化规律,为后续新鲜度检测用室温半导体气体传感器阵列的评价结果提供辅助验证。(2)设计制造了新型室温半导体H2S气体传感器。通过水热合成和涂覆技术制备了基于Bi2WO6纳米片和WO3-Bi2WO6微花的H2S气体传感器。结果表明,20 WO3-Bi2WO6(WO3含量为20%)显示出最佳的室温传感性能:对50ppb H2S的响应值高达4.4,响应/恢复时间为52/119 s,检测限达到2 ppb,对低浓度H2S表现出高选择性,具有良好的抗湿度干扰性和长期运行稳定性。增强的气敏性能由WO3纳米粒子的催化作用、具有大比表面积的改性分级结构和n-n异质结结构组成的协同策略解释。此外,20 WO3-Bi2WO6气体传感器对鱼新鲜度检测的应用研究表明,传感器的响应值随着20℃条件下巴沙鱼储存时间的延长呈线性增长(R2=0.9922),并表现出良好瞬态响应特性。证实了该传感器对鱼腐败过程中含巯基氨基酸分解产生H2S可进行有效检测。(3)设计制造了新型室温半导体NH3气体传感器。通过微波辅助溶剂热和涂覆技术开发制造了一系列Ce掺杂的TiO2纳米晶体气体传感器,用于在室温下检测低浓度NH3。结果表明,0.43 at%Ce-TiO2纳米晶体在室温下表现出良好的NH3传感性能:对1-20 ppm NH3的响应值达到了 1.2-23.99、对10 ppm NH3的响应/恢复时间为55/192 s、检测限低至140 ppb、具有优良的NH3选择性、可循环性和操作稳定性。增强的传感机制可以通过诱导高能面生长、氧空位和高比表面积的协同策略来解释,同时提高了表面活性和电荷转移效率,获取优异的气敏性能。此外,该气体传感器被用于检测25 g巴沙鱼在常温(23℃)贮藏过程中释放的NH3,随着贮藏时间变长,响应值从1.66增加到7.98,结果表明0.43 at%Ce-TiO2气体传感器可用于室温低浓度NH3的检测。(4)设计制造了新型室温半导体TMA气体传感器。采用溶剂热合成与涂覆工艺开发了一系列g-C3N4/Bi2MoO6异质复合气敏材料,用于在室温下检测TMA(一种鱼新鲜度的主要挥发性生物标志物)。结果表明,在二维/三维微纳米结构、晶体缺陷和n-n异质结的协同作用下,1 wt%E-g-C3N4/Bi2MoO6在22℃条件下获得了良好的TMA传感性能,包括最佳响应(Ra/Rg=10.6@20 ppm)和更快的响应/恢复速度(42/209 s)、高选择性、长期工作稳定性和低检测限(1.3 ppm),满足了新鲜度检测理论标准(新鲜:<10 ppm TMA)。实际应用研究结果表明,鳕鱼样本在室温条件下储存期间,1wt%E-g-C3N4/Bi2MoO6气体传感器的响应值随着储存时间的推移从1.25增加到11.71。此外,该气体传感器的响应值与储存时间呈线性比例关系(R2=0.975);表明1 wt%E-g-C3N4/Bi2MoO6气体传感器在鱼新鲜度检测领域具有应用潜力。(5)新型室温半导体气体传感器阵列的构建与实际应用研究。设计并构建了基于室温半导体气体传感器的阵列,研究并验证了其在不同种类鱼新鲜度检测中的实用性和重复性,包括其对挥发性标志物气体的响应特性、持续检测的性能稳定和可靠性等。基于鱼的颜色和组织状态、传感特性、主成分分析(PCA)、线性判别分析(LDA)和pH值测试的综合评估结果,建立了有效的气体传感器阵列可视化物理电信号-鱼新鲜度品质二维关联模型,其中各类鱼肉样本的PCA中的总贡献率均高于97%,LDA中的总贡献率均高于98.8%,表明了新型MOSR室温气体传感器阵列在鱼新鲜度检测中的应用可行性与可靠性。