Введение к работе
Актуальность темы. Патогенные микроорганизмы широко распространены повсюду в природе и окружающей среде. Некоторые потенциально опасные микроорганизмы могут быть причиной различных инфекционных заболеваний. Микробиологические заболевания, вызванные патогенными бактериями, составляют главную причину смерти во многих странах мира.
Мясо сельскохозяйственных и диких промысловых животных, птицы, и продукты их переработки составляют значительную долю в рационе питания человека. Они служат источником биологически полноценных белков, жиров, витаминов и минеральных веществ, необходимых для нормального протекания жизненных процессов в организме. Однако продовольственное сырье и пищевые продукты животного происхождения могут представлять собой опасность, если они были получены или изготовлены с нарушением санитарно гигиенических правил.
Мясо и мясо продукты представляют собой благоприятную среду не только для сохранения жизнеспособности микроорганизмов, но и, в ряде случаев, для их размножения и накопления, что представляет собой опасность для жизни и здоровья человека. Мясные продукты могут играть значительную роль в распространении инфекционных заболеваний.
Важнейшим звеном в системе профилактических мероприятий по предупреждению заражения людей через потребляемое мясо и продукты их переработки, а также распространения инфекционных заболеваний среди животных является бактериологическое исследование, которое позволяет гарантировать санитарное благополучие продовольственного сырья и вырабатываемой из него продукции.
В мире и в нашей стране очень большое внимание, уделяется обнаружению микроорганизмов, вызывающих заболевания. Однако в продаже для бытового применения отсутствуют общедоступные средства диагностики бактериальных загрязнений пищевых продуктов, быстродействующие, достаточно надежные, простые в применении и доступные по цене. Известные методики оперативного обнаружения патогенных микроорганизмов базируются на различных физических принципах; большинство методов позволяет довольно точно обнаружить микроорганизмы при концентрации бактерий 104-106 клеток/мл, в некоторых случаях при концентрации 103 клеток/мл.
Недостатками существующих лабораторных методов бактериальной идентификации является то, что эти методы контактны, требуют сложного и дорогостоящего оборудования. Наиболее перспективными методами дистанционного обнаружения патогенных бактерий в быту являются прямые оптические методы, а именно, методы основанные на использовании эффекта люминесценции. Оптические методы являются основой для соз-
I ^национальная!
1 БИБЛИОТЕКА !
дания портативных приборов оперативного контроля уровня общей микробиологической загрязненности, несмотря на отдельные преимущества других методов, такие как чувствительность, возможность идентификации видов и родов бактерий и возможность количественного обнаружения бактерий.
Приведенные факты говорят об актуальности темы представляемой работы.
Цель и задачи диссертационной работы.
Целью работы является разработка структуры и алгоритмов функционирования фотолюминесцентной системы обнаружения общей микробиологической загрязненности пищевых продуктов, компактной, быстродействующей, надежной и эффективной.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
Провести обзор существующих методов бактериальной идентификации;
Провести экспериментальное исследование на стационарной аппаратуре с целью определения возможности детектирования спектров люминесценции образцов и построения статистической модели спектров люминесценции;
Разработать алгоритмы оценки информативных признаков в выбранном признаковом пространстве для бесконтактной методики обнаружения общего микробиологического загрязнения пищевых продуктов.
Разработать схему переносного компактного прибора обнаружения общего микробиологического загрязнения пищевых продуктов;
Дать оценку эффективности обнаружения микробиологического загрязнения на основе результатов компьютерного моделирования с использованием разработанной имитационной цифровой модели.
Основные результаты, выносимые на зашиту
Статистическая модель спектров фотолюминесценции пищевых продуктов в отсутствии и при наличии микробиологического загрязнения;
Алгоритмы обработки спектров люминесценции образцов;
Результаты оценки эффективности работы компактного прибора на основе компьютерного моделирования;
Структурная схема оптико-электронной системы контроля общего микробиологического загрязнения пищевых продуктов.
Научная новизна работы
Предложена статистическая модель спектров излучения люминесценции образцов сырого мяса, основанная на оценках параметров нестационарного случайного процесса;
Разработаны алгоритмы оценки информативных признаков для методики бесконтактного обнаружения общего микробиологического загрязнения пищевых продуктов, основанные на методе спектрального отношения, используемого для характеристики изменения формы спектров фотолюминесценции;
Проведена оценка эффективности методики дистанционного обнаружения общего микробиологического загрязнения пищевых продуктов;
Экспериментально обоснованы возможность и целесообразность обнаружения микробиологического загрязнения с помощью фотолюминесцентной методики.
Практическое значение результатов работы
Практическая ценность диссертационной работы определяется как результатами исследований на стационарном оборудовании, продемонстрировавших возможность определения наличия бактериального загрязнения пищевых продуктов, так и построением статистической цифровой модели прибора. Основные результаты работы, представляющие практическую ценность следующие:
Разработаны алгоритмы обработки спектров фотолюминесценции и сигналов, используемых для формирования информативных признаков;
Разработана схема портативного прибора бесконтактного обнаружения микробиологического загрязнения, определено необходимое число спектральных каналов;
Предложена статистическая цифровая модель прибора бесконтактного обнаружения загрязнения пищевых продуктов;
Дана оценка вероятностям ошибок обнаружения с помощью цифровой модели и их изменения в зависимости от параметров системы и приведена оценка параметров системы по заданным вероятностям обнаружения.
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:
второй международной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика2002» (г. Санкт-Петербург, 2002 г.);
третьей международной конференции молодых ученых и специалистов «Оптика2003» (г. Санкт-Петербург, 2003 г.);
32 научной и учебно-методичской конференции СПбГИТМО (ТУ), посвященной 300 - летию Санкт-Петербурга (4-7 февраля 2003 г.);
1-ой Научно-технической конференция молодых специалистов 2004 (3-8 февраля 2004 г.);
33 научной и учебно-методической конференции СПбГУИТМО: «Достижения ученых, аспирантов и студентов СПбГУИТМО в науке и образовании» (2-6 февраля 2004 г.).
Публикации
По материалам диссертации опубликовано 3 работы.
. Структура и объем диссертации.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка
литературы и приложения.. Материал изложен на стр., содержит
v рис., список литературы состоит из наименований.
