特定植物油安全筛查检测方法、设备和系统与流程

本发明属于食品检测技术领域，具体地，涉及一种特定植物油安全筛查检测方法、设备和系统。

背景技术：

植物油是居民使用最普遍的调味品，同时又是加热原料的介质，兼具调味和传热的作用。植物油作为人体所需的重要营养物质之一，是我们日常生活不可缺少的必需品。但是，近年来植物油质量问题不断威胁着人们的健康，甚至于地沟油重回餐桌的报道屡见不鲜：有一些不良商贩将重复使用的植物油经过简单处理又重新回到餐桌，而反复使用的植物油对于人体健康构成重大威胁。

目前鉴别劣质油的方法主要化学检测法、大型仪器法、荧光法、快速筛检法。化学检测的方法一般是需要加有机试剂进行萃取、分离等预处理步骤之后才能进行测试，前处理过程操作复杂并且会使用到有毒的有机试剂；现存的通过检测酸价和过氧化值的方法只能简单的判断植物油是否过期，而无法鉴别出植物油安全筛查，覆盖面窄。而市面上报道的一些精密仪器例如利用核磁共振、质谱等方法则需购置非常昂贵的大型仪器，并且对仪器的存放环境以及对操作人员的专业技术要求非常苛刻，无法实现现场实时检测；其中，采用荧光检测技术来鉴别劣质油的方法，同样需要用到化学提取前处理，所用的仪器也比较昂贵如岛津公司的荧光分光光度计，且有些使用到三维荧光的方法还需要大量的后续数据处理。目前市面上快速鉴别劣质油的方法如德国德图的电导率检测极性组分的方法，是目前与本发明最接近的技术方案，但其只能判定煎炸油的品质，并且检测温度需要控制在40-200℃之间，另外还要定期对仪器进行校正，程序比较麻烦。而且，运用电导率原理的快筛方法只能检测极性组分一个指标，所以仅能检测出极性组分超标的劣质油，对于橄榄油掺假、芝麻油掺假、过保质期的劣质油等，这类快速筛选是无法检测出来的。

目前，对橄榄油的鉴别多采用理化方法、气相色谱法和液相色谱法。这三种方法都需要进行化学前处理，操作复杂，检测单次成本很高。而核磁共振技术因价格昂贵，难以普及，多限于研究工作。

此外，在植物油脂流通领域中,芝麻油掺假现象时有发生且有日益严重之势,迫切需要建立科学、快速、准确、有效的检测方法,进行芝麻油掺假的检测。我国粮油卫生检测标准中没有芝麻油定量方法的公布。现在对芝麻油检测常用的方法有威勒迈克法和波多因法，这两种方法测定原理相同,即利用芝麻油中的芝麻酚和显色剂反应,产生红色产物并进行测定。这两种方法都需要进行化学前处理，操作复杂。

所以，需要开发一种较为简单易用的方法及其设备、系统用于检测包括橄榄油和芝麻油在内的特定植物油的品质。理想地，希望提供一种快速、简单、便捷的特定植物油现场实时检测方法，其可用于监管执法、餐馆及油企自查，甚至家庭油品定期自检。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种特定植物油安全筛查检测方法，该方法包括：确定所述特定植物油的健康因子y；以及根据所确定的所述特定植物油的健康因子y，确定所述特定植物油的品质。

本发明的另一个目的是提供特定植物油安全筛查检测设备，该设备包括：激发光源，用于向所述特定植物油发出特定波长的光；荧光信号接收部，用于接收所述特定植物油在所述特定波长的光的激发下发出的荧光信号；以及信号处理部，用于对所述接收的荧光信号进行处理，以获得表征所述荧光信号的强度的数字信号。。

本发明的又一个目的是提供一种特定植物油安全筛查的检测系统，该系统包括：前述的设备，作为检测感应端；以及通过无线通信方式与所述检测感应端进行通信的数据控制终端；其中，所述数据控制终端通过无线通信方式从所述检测感应端接收表征特定植物油在特定波长的激发光照射下产生的荧光信号的强度的数字信号，并根据前述的方法来确定所述特定植物油的品质。

附图说明

图1为根据本发明一个实施方式的特定植物油安全筛查检测方法的流程图。

图2为根据本发明的一个实施方式的荧光检测器的示意图。

图3为根据本发明的一个实施方式的荧光信号处理的示意图。

图4示出了可用于根据本发明的一个实施方式的荧光检测器的一种激发光源模块。

图5示出了可用于根据本发明的一个实施方式的荧光检测器的一种光电转换、I/V转换模块。

图6示出了可用于根据本发明的一个实施方式的荧光检测器的一种电压跟随器。

图7示出了可用于根据本发明的一个实施方式的荧光检测器的一种放大器模块。

图8示出了可用于根据本发明的一个实施方式的荧光检测器的一种带通滤波器。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述。需要指出，在本发明中，特定植物油指橄榄油或芝麻油。

在本发明中，根据特定植物油在特定波长的激发光的激发下会产生荧光的原理，用特定波长的光激发该特定植物油，并采集该特定植物油在上述特定波长的光激发下发出的荧光信号。之后，获得表征上述荧光信号强度的数字信号。例如，通过一系列转换将荧光谱图曲线(其横轴为波长，纵轴为荧光信号强度)中前述荧光信号的峰面积(即其纵轴值大于基线的部分所覆盖的面积)转换为对应的数字信号，该数字信号即为表征该荧光信号的强度的数字信号。此外，本领域技术人员还可以通过一系列转换将荧光谱图曲线最高峰位置的纵轴值(荧光最高峰强度值)转换为对应的数字信号，该数字信号也可作为表征该荧光信号的强度的数字信号。

在本发明中，在获得上述数字信号后，利用表征这些数字信号与指示特定植物油安全筛查的量化值之间的线性关系的预定公式，求得该指示特定植物油安全筛查的量化值，并根据该量化值判断特定植物油的品质处于何种等级。

图1示出了根据本发明的一个实施方式的检测特定植物油安全筛查的方法的流程图。如图1所示，该方法包括，在步骤ST1中，确定特定植物油的健康因子(当该特定植物油为橄榄油时，该健康因子用于综合评测橄榄油中包含的亚麻酸、亚油酸、油酸、维生素E、黄酮类等营养成分的水平；当该特定植物油为芝麻油时，该健康因子用于综合评测芝麻油中包含的亚麻酸、亚油酸、油酸、等营养成分的水平)；之后，在步骤ST2中，根据所确定的特定植物油的健康因子，确定该特定植物油的品质。

其中，当该特定植物油为橄榄油时，确定橄榄油的健康因子y包括，使用以下预先确定的公式来计算橄榄油的健康因子：

y＝6.345x₁+2.635x₂-35.78(R²＝0.937)

其中：x₁为以480nm波长的激发光照射橄榄油时所获得的表征橄榄油此时所发出的荧光信号的强度的数字信号，x₂为以560nm波长的激发光照射橄榄油时所获得的表征橄榄油此时所发出的荧光信号的强度的数字信号，R为相关系数。更具体的，相关系数R表示实际用于拟合的健康因子数值(这里实际用于拟合的健康因子的数值是实际的亚麻酸、油酸、维生素类、黄酮类等含量总量，是通过其他实验手段如比色法、气相色谱法等得出的)与通过公式计算得出的健康因子的相关性，它并非是公式的一部分。也是就说，R²用于评估经过拟合所得的公式的优劣程度，R²越接近1，线性拟合得越好。

为了确定上述橄榄油健康因子计算公式，可使用480nm和560nm的激发光源激发含有不同浓度的亚麻酸、亚油酸、油酸、维生素E、黄酮类等成分的橄榄油，可得到480nm、和560nm激发光照射下所获得的数字信号。通过测量不同品牌的含有不同浓度的亚麻酸、亚油酸、油酸的橄榄油，得到的大量480nm和560nm激发光照射下所获得的数字信号，再通过比较大豆油、调和油等掺假橄榄油(掺假百分含量为：10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％和90％)的480nm、和560nm激发光照射下所获得的数字信号，然后通过数学建模(如线性拟合，例如，可以将大量不同的(y，x₁，x₂)的点输入excel或其他统计软件，即可调用其中的相关功能进行线性拟合)得到以上公式。

而当该特定植物油为芝麻油时，检测芝麻油的健康因子y包括，使用以下预先确定的公式来计算该芝麻油的健康因子y：

y＝9.567x₁+4.367x₂-65.467(R²＝0.958)

其中：x₁为以400nm波长的激发光照射芝麻油时所获得的表征芝麻油此时所发出的荧光信号的强度的数字信号，x₂为以560nm波长的激发光照射芝麻油时所获得的表征芝麻油此时所发出的荧光信号的强度的数字信号，R为相关系数，其含义与上述橄榄油健康因子公式的相关系数的含义类似，即表示实际用于拟合的健康因子数值(这里实际用于拟合的健康因子的数值是实际的亚麻酸、油酸、维生素类、黄酮类等含量总量，是通过其他实验手段如比色法、气相色谱法等得出的)与通过公式计算得出的健康因子的相关性。

为了确定上述芝麻油健康因子计算公式，可使用400nm和560nm的激发光源激发含有不同浓度的亚麻酸、亚油酸、油酸的芝麻油，可得到400nm和560nm激发光照射下所获得的数字信号。通过测量不同品牌的含有不同浓度的亚麻酸、亚油酸、油酸的芝麻油，得到的大量400nm和560nm激发光照射下所获得的数字信号，通过数学建模(如线性拟合，例如，可以将大量不同的(y，x₁，x₂)的点输入excel或其他统计软件，即可调用其中的相关功能进行线性拟合)得到以上公式。

然后，可以根据按照以上公式计算得到的健康因子y，对相应特定植物油的品质进行评定。具体地，当该特定植物油为橄榄油时，可按照以下标准来评定橄榄油的品质：

1.如橄榄油的健康因子y落在区间[85,100]之中，认为该油品质为“优质”；

2.如橄榄油的健康因子y落在区间[65,85)之中，认为该油品质为“合格”；

3.如橄榄油的健康因子y落在区间[55,65)之中，认为该油品质为“异常”；

4.如橄榄油的健康因子y落在区间[0,55)之中，认为该油品质为“劣质”。

而当该特定植物油为芝麻油时，可按照以下标准来评定芝麻油的品质：

1.如芝麻油的健康因子y落在区间[85,100]之中，认为该油品质为“优质”；

2.如芝麻油的健康因子y落在区间[65,85)之中，认为该油品质为“合格”；

3.如芝麻油的健康因子y落在区间[55,65)之中，认为该油品质为“异常”；

4.如芝麻油的健康因子y落在区间[0,55)之中，认为该油品质为“劣质”。

荧光信号的检测

在以上的特定植物油安全筛查检测方法中，利用预先确定的表征荧光强度的数字信号与特定植物油健康因子之间的线性关系，来求得特定植物油的健康因子。然后，利用该健康因子，来确定特定植物油的品质。而要获得所述的数字信号，首先需要检测特定植物油在特定波长的激发光的激发下发出的荧光信号。

图2示出了根据本发明的一个实施方式的荧光检测器的示意图。如图2中所示，该荧光检测器主要包括USB接口盖1、上壳2、主电路板3、电池4、支架一5、支架二6、密封圈7、探头8、光电池支架9、光电池10、凸透镜11、平透镜12、灯板13、下盖14、M2*6自攻螺钉15、M2.3*6自攻螺钉16、触控开关17、导光柱一18、导光柱二19。

USB接口盖1用于在USB接口不用时遮盖接口，起防水防尘的作用，同时也用于保持外观的一致美观。上壳2用于辅助固定主电路板3。主电路板3上设置有运算通讯电路，通过M2.3*6自攻螺钉16而固定在支架一5上。电池4给荧光检测器供电，其通过3M胶粘剂而粘接在主电路板3上。支架一5承托主电路板3和电池4，并起定位作用。支架二6为电镀件，起装饰作用，其上端通过超声波焊接技术与上壳2相连，且支架一5通过3个M2*6的自攻螺钉15与支架二6固定。这三个部件完成了上腔体的固定和密封。探头8通过螺纹与支架二6的下端连接。密封圈7起密封作用。光电池支架9用来固定灯板13、光电池10和凸透镜11。灯板13提供检测所需光源。凸透镜11收集检测光线。光电池10将光信号转换为电信号。平透镜12通过胶水粘结在探头8上，隔开被检测物与仪器内部元器件。下盖14可拔插，其于测试时拔下露出探头8，不用时则盖上保持美观并保护探头8。触控开关17起开关机作用。导光柱一18将环形指示灯准确地导引到上壳2相应的环形透光孔，并起固定触控开关17的作用；导光柱二19将点光源转换成面光源，并引导到上壳2的条形透光孔。

实际中，该荧光检测器用于按照如下方式来向植物油发出特定波长的光以及检测该植物油在特定波长的光照射下发出的荧光信号：

微处理器(例如STM32)产生一个特定频率的交流驱动信号，通过LED驱动电路驱动LED灯来产生激发光。该激发光照射特定植物油后，后者发出的荧光经凸透镜收集检测光线，光电池将光信号转换为电流信号。数字信号的获得在检测上述荧光信号之后，需要通过一系列处理来从这些荧光信号获得表征这些荧光信号强度的数字信号。

图3为根据本发明的一个具体实施方式的荧光信号处理的示意图。在如前所述经光电传感器如光电池获得电流信号后，I/V转换器把该电流信号转化为电压信号。该模拟的电压信号被放大器放大后，经过特定频率的带通滤波器，去除工频干扰和其他频率的噪声。之后，该交流信号经过交流/直流转换器而转化为直流信号，再经过A/D转换器采样后，转化为数字信号，从而达到屏蔽自然光对检测器接收荧光信号的干扰的目的。如图3所示，该数字信号被输送至上述微处理器。

根据本发明的一个具体实施方式，上述光电传感器、I/V转换器、放大器、带通滤波器、交流/直流转换器、A/D转换器、微处理器、LED驱动电路、LED灯均设置在前述的荧光检测器上，更具体地，除LED灯外，这些部件均设置在前述的荧光检测器的主电路板3上。也就是说，在本具体实施方式中，荧光检测器完成对植物油的荧光信号的采集和输出表征该荧光信号的强度的数字信号。

下面，将结合具体实例来说明构成荧光检测器的一些主要电路模块。

图4示出了可用于本发明的荧光检测器的一种激发光源模块。如图4中所示，该激发光源模块由恒流LED驱动芯片、可调电阻R1、以及例如发出所需波长的光的发光二极管D1组成；在该驱动芯片的使能引脚(EN)上加载脉宽调制信号，可以实现简单的亮度控制(调光功能)，即改变该脉宽调制信号的占空比可以调节输出电流的大小。每个LED的驱动电流最高可达100mA，其电流匹配精度达0.3％，与传统的通过串联电阻的电压驱动LED方法相比，其亮度更加稳定，效率更高。该光源具有低功耗、高效、稳定性高等特点。虽然图4中的实施方式是通过LED发出所需波长的光，但是，不限于此种实施方式，还可以采用其他形式的光源，例如氘灯、以及氙灯等，来发出所需波长的光。

图5示出了可用于本发明的荧光检测器的一种光电转换、I/V转换模块。如图5中所示，该模块由低偏置高输入阻抗、高增益的精密运放U3、光电二极管D2、电阻R2、R3、R4组成；在光电二极管D2完成荧光信号的光电转换后，所得的电流信号经过I/V转换模块(电流/电压转换器)转换为相应的电压信号，此电路对交流和直流信号具有不同的放大倍数，具体地，其直流放大倍数V_DC＝I_ind×(R2+R4)；而其交流放大倍数V_AC＝I_ina×R2(1+R4/R3)，其中I_ind表示直流输入电流，I_ina表示交流输入电流。

图6示出了可用于本发明的荧光检测器的一种电压跟随器。该电压跟随器由具有极低的输入失调电压、极低的失调电压、温漂非常低输入的高精度运算放大器组成。其具有输入阻抗高和输出阻抗低的特点，能够起缓冲、隔离、提高带载能力的作用(其常用作中间级，以隔离前后级之间的影响)。

图7示出了可用于本发明的荧光检测器的一种放大器模块。该放大器模块由具有高精度、低噪声、低偏置电压的运算放大器组成。除放大功能外，该放大器模块还具有一阶高通滤波和一阶低通滤波功能，使得有效信号被放大，而无效信号被抑制。交流调制可以有效地提高仪器对环境光的适应能力，从而仪器可以在自然光干扰条件下正常工作，使得其工作稳定性和抗干扰能力幅度得到了提高。该放大器模块的同相放大倍数Vout/Vin＝1+R7/R6。

图8示出了可用于本发明的荧光检测器的一种带通滤波器。如图8所示，该带通滤波器由低噪声、精密运算放大器U5与电阻R11、R12、R13、R14、R15、电容C15、C16组成。通过改变滤波器的元件参数，可设定该带通滤波器中心频率，从而实现传输特定频率范围内的信号，而阻断这个频率范围以外的信号的功能，以达到选择性传输的目的。经过滤波后，信号的低频和高频成分都已经被滤除，剩下的信号为一个比较光滑的正弦波信号。

根据本发明的特定植物油安全筛查检测系统

根据本发明的一个具体实施方式，特定植物油安全筛查检测系统由检测感应端和数据控制终端组成。此时，上述的荧光检测器作为该检测感应端，而手机或平板电脑作为该数据控制终端，且在该数据控制终端上安装有相应的植物油安全筛查检测app。如前所述，该系统的检测感应端采集特定植物油在特定波长的激发光照射下产生的荧光信号，获取表征这些荧光信号的强度的数字信号，并将这些数字信号以蓝牙的方式发送到数据控制终端上的植物油安全筛查检测app。该植物油安全筛查检测app基于预先确定的数字信号与植物油健康因子之间的线性关系，求得表征所述荧光信号的强度的数字信号对应的植物油健康因子。最终，根据健康因子确定特定植物油安全筛查落在下面四个等级中的哪一个等级：劣质、异常、合格、优质。所有检测结果在该app上呈现。

而且，可以通过该app实现对检测感应端的控制以及后续的数据存储、传输以及追踪。例如，客户可以将app通过例如蓝牙通信模块与诸如上述的荧光检测器的检测感应端进行连接。连接成功后的app就相当于一个中央控制台，使用者可以在app上点击检测、数据查询等功能按键来控制上述荧光检测器的操作。借助于该app，使用者还可完成检测以外的数据存储、数据传输、数据打印、数据编辑等额外的功能。例如，使用者可以将检测结果在微信朋友圈、微信好友、QQ好友中分享。此外，该app还可以具备历史数据查阅功能、查阅最新的食品安全新闻以及相关食品安全常识等功能。

检测植物油安全筛查的一般流程

根据本发明的一个实施方式，可以按照以下步骤来检测植物油安全筛查：第一步，将检测感应端(如荧光检测器)的探头插入特定植物油样品之中；第二步，在数据控制终端上安装的植物油安全筛查检测app的界面上选择样品的种类(如橄榄油、芝麻油等)；第三步，在数据控制终端上安装的植物油安全筛查检测app的界面上启动检测，则检测感应端从特定植物油样品获得有关数字信号，将该数字信号以蓝牙方式发送给数据控制终端上安装的植物油安全筛查检测app，后者通过如前所述的一系列计算，确定特定植物油安全筛查，并将最终确定的特定植物油安全筛查结果以直观的形式呈现在其界面上。

本发明具有以下特点：

1、无需任何化学试剂处理

2、检测时间仅为20s

3、仪器体积小，质量仅为84g，易于携带。

4、智能化，本产品采用荧光检测仪为检测感应端，智能手机、平板电脑上安装的植物油安全筛查检测app为信息处理端与检测结果输出端，操作简便。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为被包含在本发明的保护范围内。