基于嵌入式的便攜式地溝油檢測鑒別系統(tǒng)

高世平 吳黎明

（廣東工業(yè)大學信息工程學院）

1 地溝油勾兌現象

廣義的地溝油泛指各類廢棄的劣質食用油，包括三大類：一是狹義的地溝油，即將下水道中的油膩漂浮物或者將賓館、酒樓的剩飯、剩菜(通稱泔水)經過簡單加工、提煉出的油；二是劣質豬肉、豬內臟、豬皮加工以及提煉后產出的油；三是油炸食品的油使用次數超過規(guī)定要求后，再被重復使用或往其中添加一些新油后重新使用的油。

近年來，全國各地出現不法分子收集餐飲廢油脂，加工處理后，以極低價格賣給飲食店、油脂作坊牟取暴利的行為。目前我國每年返回餐桌的地溝油有200萬至300萬噸。而國人一年動物和植物油消費總量約2250萬噸。按此比例推算，每吃10頓飯就可能有1頓碰上地溝油。與食用油相比，地溝油中的重金屬、毒素（如丙烯醛、黃曲霉毒素）嚴重超標，過氧化值遠遠超過國家標準0.15%，長期攝入會導致細胞功能衰竭等嚴重后果。潲水油中劇毒的黃曲霉素是目前發(fā)現的最強的化學致癌物質，毒性是砒霜的100倍。動物長期低劑量攝入黃曲霉素，100%會患肝癌。黃曲霉素還可能引發(fā)胰腺癌、腎癌及乳腺、卵巢、小腸等部位癌腫；苯并芘同樣也是強致癌物質，可導致胃癌、腸癌等。

地溝油正日益危害著國民的人身健康，要減少不法投機者將地溝油用在食品中，除提高違法者的違法成本和建立市場準入制度外，還需要建立一套快速鑒別地溝油的檢測系統(tǒng)，為執(zhí)法人員提供技術支持，因此地溝油的鑒別和檢測是一項急需進行的工作。

2 國內外研究現狀

2.1 國外處理概況

國外對地溝油檢測方法報道較少，由于他們制訂了一系列法規(guī)，使地溝油難以進入食用油市場。他們更關注的是廢棄油脂綜合利用、食用油摻偽和種類區(qū)分。地溝油與普通食用油相比，價格較低，以地溝油為原料生產生物柴油，更具有經濟可行性，也可將地溝油用于制造涂料、肥皂原料及飼料用油，目前在國外已有一定規(guī)模。

美國嚴格控制地溝油來源，油分含量高的食物不能放入粉碎機，需要專門收集起來，倒入專用垃圾桶里，等待專門的公司前來回收。美國科研人員已將地溝油制成保暖材料，能根據環(huán)境變化，選擇反射或吸收能量。

日本主要采取政府補貼回收方式，高價回收地溝油，使之不能流入市場或餐桌，然后加工成生物柴油。

在歐洲也有嚴格的地溝油回收法律。德國的每一桶泔水都有“身份證”，從產出、回收到利用都嚴格記錄在案。任何一個環(huán)節(jié)出問題，很快就能查明。新西蘭政府規(guī)定，無論數量多少，無論在餐廳還是家里，烹調廢油不允許倒入水槽或是廁所，因為其中的油脂會阻塞管道、污染水源、破壞生態(tài)環(huán)境。

2.2 國內研究概況

目前國內尚未制定地溝油檢測的國家標準方法，全世界也無特效的檢測技術。其主要原因是地溝油成分比較復雜，其檢測的特異性理化指標還處于研討階段，準確定性、定量比較困難。但這方面的探索在不斷進行，各級政府也十分重視。2011年10月13日，國家食品安全風險評估中心在北京掛牌成立，將加強地溝油等重大食品安全問題的風險評估和檢測技術研究。

近10年涉及地溝油檢測技術的國家科研計劃有：國家自然科學基金項目、教育部長江學者團隊項目、科技部支撐項目、國家“863”項目等。其中，上海市糧食科學研究所承擔的上海市重大應用技術專項《食用植物油中餐廚廢油脂鑒別方法的研究》，項目承擔的主體是高等院校，科研院所、疾控中心也積極參與。武漢工業(yè)學院、暨南大學、南昌大學、國家糧食局科學研究院等也都在該領域開展了大量的探索性研究工作，取得了一定的成績，但他們的研究成果都在理論階段，尚未實際應用。本文基于前人的研究成果，設計出一種基于嵌入式的多指標高效、準確的地溝油檢測鑒別系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)采用的理化指標分析

由于地溝油成分復雜，且可通過精煉技術控制某些特征成分，使檢測鑒別工作更加困難，這也是有些公司的地溝油檢測鑒別儀器效率不高的原因。故本系統(tǒng)采用檢測地溝油多項特性指標，通過采取多種檢測方法，提高系統(tǒng)的可靠性。

3.1 電導率法

電導是指電解質溶液中離子在電場的影響下產生移動并傳遞電子。溶液導電能力的強弱即電導率。餐廚廢油脂會混人大量的水溶性物質，如食鹽等調味品和洗滌劑等。這類物質會大幅度升高水的電導率，而正常的食用油脂中，水溶性物質含量極低。根據王樂[1]的實驗研究，在溫度22℃～28℃范圍內得到表1數據。

表1 餐飲業(yè)廢油和食用油樣品的電導率

電導率法通過直接檢測樣品電導率的方法來鑒別地溝油和合格食用油，操作簡單，對儀器與設備要求低，是一種快速檢測地溝油方法。

3.2 水分含量測定法

通常泔水油的水分含量高于1%，食用油水分含量則少于0.2%[3]。因此，根據水分含量的不同，可以對食用油中是否含有泔水油進行鑒別。但是，水分含量不能作為深度油炸油的鑒別指標。

3.3 酸價測定法

酸價是指中和每克油脂中游離脂肪酸所需的氫氧化鉀的毫克數。我國食用植物油脂的酸價通常都小于等于4；泔水油和深度油炸油中含有較高的油脂腐敗和氧化變質產物——游離脂肪酸，所以泔水油和煎炸老油的酸價均遠高于 4[3]，因而酸價的高低可作為鑒別廢油脂的重要特征指標之一。

3.4 膽固醇含量測定法

地溝油通常是多種動、植物油脂的混合物，含有大量的動物油脂。由于動物油脂中普遍含有相對較高的膽固醇（豬油、豬板油和牛油中膽固醇含量分別為0.75mg/g、1.01mg/g和1.45mg/g）[5]，而植物油中一般不含或僅含極少量的膽固醇。因此，通過檢測膽固醇含量來判定植物油中是否含有動物油脂，從而推斷該植物油是否摻入地溝油。油脂中的膽固醇可以通過近紅外光譜掃描進行快速檢測。近紅外光譜技術是近年來應用于食品安全快速檢測的新技術，它是基于“成分及含量不同形成的光譜特征會有區(qū)別”的原理，可實現快速無損的定性或定量檢測。

3.5 近紅外光譜法

泔水油或深度油炸油中的油脂在加工過程中會發(fā)生高度的氧化、酸敗反應，產生比普通植物油脂更多的氧化產物[8]。由于氧化產物在近紅外光譜中會出現不同的特征峰，因而通過這些特征峰，判斷出食用油脂中是否含有泔水油或深度油炸油。

近紅外光譜技術目前已成功應用于乳品成分檢測、蜂蜜成分檢測、飲料中糖分檢測、谷物淀粉含量檢測等等。鑒于近紅外光譜技術的快速檢測特點，基于該技術進行的方法與儀器開發(fā)可能成為今后地溝油快速檢測領域的新方向。

通過以上方法完全能把廢油脂和食用油區(qū)分開。

4 ARM地溝油檢測鑒別系統(tǒng)總體設計

ARM (Advanced RISC Machines，高級RISC微處理器)地溝油檢測鑒別系統(tǒng)分為硬件、軟件兩部分，由硬件設計搭建出地溝油檢測鑒別平臺；軟件設計部分完成地溝油鑒別算法的運算、系統(tǒng)的控制及對其它模塊進行控制和監(jiān)測。

4.1 系統(tǒng)硬件設計

一個完整的地溝油檢測鑒別系統(tǒng)應具備檢測與鑒別兩個基本功能。檢測功能即量化地檢測出樣品的各項特征指標，如電導率、酸價等；鑒別功能即根據檢測采集的各項指標判定是否符合食用油的標準。

為了實現檢測和鑒別功能，系統(tǒng)分為以下幾個模塊：數據采集模塊、鑒別處理模塊、輸入輸出模塊和外部存儲模塊。系統(tǒng)硬件架構圖如圖1所示。其中，鑒別處理模塊是整個系統(tǒng)的核心，它既要完成地溝油鑒別算法的運算，還要對其它模塊進行控制和監(jiān)測。

圖1 系統(tǒng)硬件架構圖

鑒別處理模塊采用的處理器選用 SAMSUNG公司的S3C2440，最高可運行400MHz，其性能、主頻均能滿足本系統(tǒng)對數據采集和處理的速度要求。外接32MB的靜態(tài)隨機存取存儲器（Static Random Access Memory，SRAM）及64M的NAND Flash，Flash上固化了嵌入式操作系統(tǒng)Linux及必要的應用軟件，如近紅外光譜掃描設備驅動和相關的圖像處理軟件；同步動態(tài)隨機存儲器（Synchronous Dynamic Random Access Memory，SDRAM）則用于運行操作系統(tǒng)及應用軟件。輸入輸出模塊包括觸摸顯示屏，用來控制系統(tǒng)運行并提示用戶操作和顯示系統(tǒng)相關信息。

NAND Flash采用64M的K9F1208UOM，當系統(tǒng)上電啟動時，由bootloader從Flash裝載操作系統(tǒng)和應用程序文件至內存，并運行操作系統(tǒng)。SDRAM采用了32M的SDRAM芯片HY57v561620BT-H供系統(tǒng)使用。

4.2 系統(tǒng)軟件設計

本系統(tǒng)軟件是在Linux操作系統(tǒng)上用Qt/Embeded開發(fā)環(huán)境開發(fā)的。圖2 為該系統(tǒng)的主界面設計，圖2 （a）為用戶輸入界面、圖2 （b）為檢測鑒別結果顯示界面。

圖2 主界面設計

本系統(tǒng)進行地溝油檢測鑒別時，先啟動操作系統(tǒng)，用戶從可視化界面進行操作，點擊“開始檢測”按鍵后，系統(tǒng)進入檢測界面，開始檢測樣品的各項指標，包括電導率、水分含量、酸價、膽固醇含量、氧化產物含量。圖3 為地溝油檢測鑒別過程示意圖。

一般食用油的電導率比較低，通過電導率檢測法可以檢測出樣品是否為二次用油。酸價、水分含量等

指標可以檢測樣品是否符合泔水油特性。樣品組成成分及含量的不同在近紅外光譜掃描下，會呈現出不同的色譜特性，如氧化產物會出現不同的特征峰，通過這些特征峰，判斷食用油脂中是否含有泔水油或深度油炸油。近紅外光譜技術同時可以檢測樣品的膽固醇含量，這也正是本系統(tǒng)采用近紅外光譜技術的主要原因之一。

5 結論

本系統(tǒng)在鑒別食用油是否摻入地溝油的過程中，將酸價、過氧化值、電導率與樣品的其它各種性質結合起來綜合判斷，對其品質優(yōu)劣進行評價是可行的，完全能把廢油脂和食用油區(qū)分開來。另外，按照現有科技水平，地溝油完全可以變廢為寶。其中，最有發(fā)展前途的是用于生產生物柴油，不僅提煉工藝簡單，而且產業(yè)化后的市場前景廣闊。顯然，通過市場化機制，不僅能讓“邪油”走上正路，還符合現代綠色產業(yè)理念。

[1]王樂.餐飲業(yè)廢油脂摻偽可食用油的檢測鑒別研究[D].湖北:武漢工業(yè)學院,2008.

[2]胡小泓,劉志金,鄭雪玉,等.應用電導率檢潮游水油方法的研究[J].食品科學,2007,28(11):482-484.

[3]潘劍宇,尹平河.潲水油、煎炸老油與合格食用植物油的鑒別研究[J].食品科學,2003,24(8):27-29.

[4]姚亞光,紀威,張傳龍,等.餐飲業(yè)廢油脂的再生利用和回收管理[J].可再生能源,2006(2):62-64.

[5]張蕊,祖麗亞,樊鐵,等.測定膽周醇含量鑒別地溝油的研究[J].中國油脂,2006,31(5):65-67.

[6]Demirbas A Biodiesel from waste cooking oil via base catalytic and supercritical methanol transesterification[J].2009(04).

[7]張強,陳秋生,劉燁潼,等.地溝油識別與檢測方法研究現狀[J].糧食與油脂,2010(9).

[8]朱加虹.淺談油脂酸敗及其過氧化值測定[J].食品工業(yè),2003,13:44-46.

[9]毛新斌,賈煦,胡國媛,等.潲水油等廢棄食用油脂檢測指標的建立研究[J].中國衛(wèi)生檢驗雜志,2007,17(2):258-260.

[10]徐中海,柳一鳴,劉劭鋼,等.泔水油的 4項理化指標分析[J].中國公共衛(wèi)生,2002,18(5):613.

[11]俞露.基于 ARM 的嵌入式系統(tǒng)硬件設計[D].浙江:浙江大學,2003.