| 标题 | 一款自带亚硝酸盐含量分析仪的分格智能健康泡菜罐 |
| 范文 | 黄熠焘 摘要：在泡菜制作过程中常出现，时间过短亚硝酸盐超标，过长容易产生霉菌，过咸过淡影响味道，温度过高影响口感等问题。笔者着力于研究一款智能健康泡菜罐，能够自带亚硝酸盐含量分析仪，罐体安装减压电磁阀释放罐体内产生的发酵气体，安装有二氧化碳充气系统，从而使空气从位于较高处的减压阀排出，保证罐内的厌氧状态，提高泡菜的保鲜度，罐体采用分格装置，方便不同蔬菜进行分类腌制，有利于制作健康的、美味的、多样化的泡菜美食。 关键词：泡菜罐;控制变量;智能控温;亚硝酸盐分析 一、研究背景 酸菜鱼、酸汤肥牛、水煮活鱼……这些美食每一道都离不开可口美味的泡菜，每个地区的泡菜口味风格各不相同，但这些泡菜的制作过程中，时间过短亚硝酸盐超标，过长容易产生霉菌，过咸过淡影响味道，温度过高影响口感等问题。如何能健康地拥有这款美食，促使我决定研究一款智能健康泡菜罐。 二、项目创新点 （一）泡菜发酵罐自带亚硝酸盐含量分析仪 利用蠕动泵吸取0.5ml泡菜液，测定初始泡菜液的可见光吸收率，然后加入4滴亚硝酸分析液，震荡均匀后再次测定其可见光吸收率，根据可见光吸收的变化，查表（单片机里保存校准后的光强度变化率和亚硝酸盐浓度的对应表）得出泡菜液内亚硝酸盐的含量。 （二）罐体安装减压电磁阀 减压电磁阀每隔一定时间工作一次，用于释放罐体内产生的发酵气体，防止罐体内气压过大。 （三）罐体安装有二氧化碳充气系统 二氧化碳充气系统包括钢瓶，减压阀，电磁阀，管路系统。钢瓶上连接有减压阀降低钢瓶的输出压力，使管路压力可以运行在安全状态下，电磁阀控制二氧化碳的释放。充气系统通过管道连接到罐体。当开启过泡菜坛后，电磁阀将会开启，向罐内释放二氧化碳，二氧化碳比空氣重，会下沉积累在底部，从而使空气从位于较高处的减压阀排出，保证罐内的厌氧状态，提高泡菜的保鲜度。 （四）泡菜发酵罐的智能化控温控时测盐度设计 通过控制变量法物理实验获取最佳口感及咸度的泡菜方案，利用温度传感器，盐度传感器实现罐体智能化控温、控时，测量盐度，以便观察控制泡制过程。 （五）罐体分格装置 罐体被分成多个格子，每个格子都能共享泡菜水，但是分格设计方便不同蔬菜进行分类腌制。 三、研究过程 （一）泡菜腌制过程中的亚硝酸盐含量变化研究 通过测量泡菜制作过程中亚硝酸盐含量的变化，得到泡菜制作过程中影响亚硝酸盐含量变化的因素及变化规律，从而为制作智能健康泡菜罐提供依据。 1.泡菜中亚硝酸盐含量受不同食盐浓度溶液的影响 通过浓度不同的食盐溶液对泡菜过程亚硝酸盐含量影响的实验数据表明，泡菜过程亚硝酸盐的含量变化及高峰出现的快慢与泡菜用水的食盐浓度有关。从实验中可以发现，食盐浓度越低，亚硝酸盐就越快产生，高峰期越快出现;相反，食盐浓度越高，亚硝酸盐就生成越慢，高峰期出现越迟。 2.泡菜制作过程中亚硝酸盐含量与泡菜水酸度的关系 在此次实验中，连续12天每天检测泡菜水的酸度，通过绘制不同浓度食盐水对泡菜水酸度的变化曲线图可知，泡菜水的酸度越高，亚硝酸盐的含量就越低。而此次实验中，6%浓度的食盐水制作的泡菜水的总酸随着腌制时间的延长，酸度的增加速度会比10%浓度的要快。因为较大的酸度使得有害微生物无法生长，阻止硝酸还原降低亚硝酸盐含量，同时酸度也会对亚硝酸盐起到一定的分解作用。亚硝酸不稳定，容易进一步分解为NO。 3.泡菜中亚硝酸含量受环境温度的影响 泡菜中亚硝酸含量受温度影响的实验数据表明，泡菜在30℃环境下发酵出现的亚硝酸高峰比较早，峰值最低，相反10℃环境下发酵出现的亚硝酸高峰比较迟，且峰值最大。因为乳酸菌比较喜欢温暖的环境，当乳酸菌迅猛繁殖势必提高泡菜水的酸度从而就减少了硝酸盐的还原所以出现的亚硝峰高峰早且小。但是实验也发现，30℃环境下发酵的泡菜口感较软，而20℃环境下发酵的泡菜口感最好。 （二）降低亚硝酸盐的智能健康泡菜罐的设计 综上实验，可以得出泡菜在20℃，盐度6%，发酵时间为7天以上的泡菜最为健康，口感最佳。因此，本项目决定通过调节以上这三个物理量作为智能泡菜罐用来调控泡菜制作过程中亚硝酸盐产生的条件。并且在泡菜罐上设计亚硝酸盐含量分析仪。 1.一款低亚硝酸盐生成的泡菜罐设计原理 这款泡菜罐采用Arduino Pro Micro单片机为主控，安装有减压阀，热电偶，盐度电极，显示屏等硬件。 2.一款低亚硝酸盐生成的泡菜罐硬件介绍 （1）减压阀。减压阀采用的是电磁阀，本项目中减压阀用于释放泡菜发酵初期需氧杂菌如酵母菌进行有氧呼吸产生的CO2等气体，及每次开坛后充入的多余的CO2。 （2）显示屏。显示屏安装在顶盖上，用于指示发酵时间、当前的发酵参数及亚硝酸含量。 （3）制冷装置。制冷片是一种贴片，一面用于吸热，一面用于散热，但自身并不会冷。在实验过程中，发现在发酵猛烈时泡菜罐内的温度上升会比较快，要保持20℃温度可以采用单片机主控控制制冷片用于发酵罐降温。 铝散热片设计放在泡菜坛体靠近单片机附近，用于将泡菜罐在发酵过程中产生的热量散发到周围空气中去。制冷片，铝散热片与风扇组成该泡菜罐的制冷装置。 （4）热电偶。热电偶是一种常用的测温元件，它能将测量的温度转成电信号。利用热电偶用于测量罐内温度，反馈给单片机主控。 （5）盐度计。盐度计（Salinometer）是用于快速测定含盐（氯化钠）溶液重量百分比浓度或折射率的一种仪器。本项目用于测量泡菜液的盐浓度，便于泡菜操作者控制盐度大小。 （6）亚硝酸盐含量分析仪。本项目的亚硝酸盐含量分析仪采用了如下解决方案： ①单片机里保存通过实验校准后得到的光强度变化率和亚硝酸盐浓度的对应表，然后通过光传感器检测全光谱的光强度。 ②利用蠕动泵吸取0.5ml泡菜液，通过光传感器测定初始泡菜液的可见光吸收率;蠕动泵是通过对泵管进行交替挤压和释放来泵送流体的，软管中的液体随着挤压在罐内形成负压，液体随之流动。使用LED作为光源，设计电流控制电路稳定LED发光强度。LED发出的红外光透过测试管，被经过反应后的试样部分吸收。然后通过滤光片去除各种环境干扰光，照射到光电接收管上换成电信号。 ③然后再利用蠕动泵加入4滴亚硝酸分析液，震荡均匀后再次测定其可见光吸收率，加了分析液以后的泡菜液有部分蓝光被反应产物吸收，造成透过的可见光减少，所以此时传感器测到光强度下降，通过检测可见光吸收的变化，单片机查表得出泡菜液内亚硝酸盐的含量。 （7）Arduino单片机。Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。它能通过各种各样的传感器来感知环境，控制各类传感器有序工作，本项目利用Arduino单片机来反馈、影响环境，并提供时钟功能。 整个项目罐体和顶盖采用全密封结构，防止空气进入。泡菜初始及制作好夾取泡菜后每次封坛都需要往泡菜罐内添加氮气，杜绝空气进入产生霉变。 3.一款低亚硝酸盐生成的泡菜罐的程序流程 在坛体内设置盐度刻度配合盐度计帮助控制坛体内泡菜液的盐度，热电偶将所测的温度反馈给单片机，单片机作为主控控制半导体制冷片工作，亚硝酸盐含量分析仪将测量到的亚硝酸含量反馈给单片机，单片机将测得的温度，盐度，发酵时间及亚硝酸盐含量显示在液晶显示屏上。 四、研究结果 使用制作好的低亚硝酸盐生成的泡菜罐进行实验，初步实验结果显示利用自带的亚硝酸盐分析仪分析得到的亚硝酸盐含量与人工测试误差不大，并且实验结果与人工测试的质量分数6%食盐溶液在20℃环境下得到的发酵结果相似。并且由于采用减压阀和隔绝空气的方法，能有效控制霉菌延长泡菜的保质期。实验结果初步证明这款低亚硝酸盐生成的泡菜罐能实现预期功能。 参考文献： [1]李晓慧，马超，彭莉.泡菜中硝酸盐与亚硝酸盐的含量分析[J].中国果菜，2016，36（4）：2729. [2]陈芸芸，李巧云.传统泡菜发酵过程中主要成分的动态分析[J].闽南师范大学学报（自然版），2009，33（2）：112117. [3]纪淑娟，孟宪军.大白菜发酵过程中亚硝酸盐消长规律的研究[J].食品与发酵工业，2000，27（2）：4246. |
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