植物油品質(zhì)檢測方法實驗室研究

（河南工業(yè)大學(xué)，鄭州 450001）

摘 要：當今社會，食品安全是一個重大問題，特別是在食用植物油方面。在食用植物油品質(zhì)的檢測研究中，已出現(xiàn)了一些方法，紅外線、紫外線、熒光等在其中也起到了很大的作用。本文利用植物油對光的吸附能力，設(shè)計了以32位Cortex-M0微控制器為主要處理核心的簡易光學(xué)檢測系統(tǒng)，包括激勵光源、CCD傳感器、MCU數(shù)據(jù)程序以及串行通信等部分，實現(xiàn)了植物油光學(xué)參數(shù)的檢測與采集。結(jié)合數(shù)學(xué)方法對采集的數(shù)據(jù)進行數(shù)學(xué)處理，從而試圖為植物油的品質(zhì)檢測分析提供一種新的技術(shù)手段。

關(guān)鍵詞：植物油;光學(xué)特性;微控制器;CCD傳感器;一階微分

1 引言

食品安全問題不僅關(guān)系到每個人的身體健康和生命安全等問題[1]，而且也在一定程度上反映可一個國家的公共衛(wèi)生與政治經(jīng)濟問題，并且會影響到國家、社會的長治久安。目前，對于食用油品質(zhì)檢測方法，無論從傳統(tǒng)方法還是新興的檢測方法，都有其自身的缺點和局限性。本文針對植物油光譜特性參數(shù)進行檢測，構(gòu)建了植物油光學(xué)特性檢測系統(tǒng)，并對采集得到的光譜數(shù)據(jù)利用數(shù)學(xué)的方法進行處理分析，更好的觀察油脂間的區(qū)別。

2 檢測系統(tǒng)原理與系統(tǒng)組成

植物油光學(xué)特性檢測原理：植物油是一種光可傳播介質(zhì)，不同的植物油其質(zhì)地是不同的，對光的吸附能力也是不同的。本文基于食用植物油光學(xué)特性，設(shè)計出一種植物油光學(xué)特性檢測系統(tǒng)。通過在外部激勵（電激勵、光源激勵）的作用下，對食用植物油光電特性進行分析研究。

植物油光學(xué)特性檢測系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：光激勵源模塊、信號采集模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、微控制器模塊和上位機通訊模塊。

2.1 光激勵源模塊

在光學(xué)特性檢測系統(tǒng)中，光激勵源的選取有著無可厚非的地位?？紤]到光激勵源的使用波段、輻射功率、穩(wěn)定性及壽命等因素，在本設(shè)計中選擇DH2000-BAL平衡氘-鹵鎢組合式光源。

2.2 信號采集模塊

本設(shè)計中信號采集模塊選用的傳感器是索尼公司生產(chǎn)的型號為ILX511的CCD傳感器。CCD傳感器的工作原理就是當光敏元件受到外界光線照射時，可以產(chǎn)生一些電荷，電荷的多少與光照的時間以及光照的強度理論上成正比關(guān)系，在外加一定時序電壓的驅(qū)動下，CCD儲存單元中的電荷會按照一定的次序向外移送輸出，因此，CCD傳感器的輸出端就會產(chǎn)生與儲存單元中的電荷成正比關(guān)系的輸出電壓。即把檢測到的光信號轉(zhuǎn)換成電荷信號，然后向外輸出[2]。

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

植物油光學(xué)特性檢測系統(tǒng)的軟件部分，主要包括光學(xué)特性檢測程序、數(shù)據(jù)處理程序、通訊、上位機程序等。其中植物油光學(xué)特性檢測程序主要實現(xiàn)微控制器與CCD傳感器之間的控制。CCD傳感器進行數(shù)據(jù)輸出的同時，微控制器STM32F051的ADC模塊時刻采集CCD傳感器輸出的電壓值并進行儲存。

3 試驗以及數(shù)學(xué)分析

3.1 試驗樣品制備

基于比例摻兌的方法，選用合格食用花生油與反復(fù)煎炸的老油按不同的的比例進行混合制備樣品，制備出含煎炸老油0%、30%、50%、70%以及90%的劣質(zhì)油樣品，分別標識為樣品1、2、3、4和5。

3.2 試驗結(jié)果與分析

通過光學(xué)特性檢測系統(tǒng)對五個植物油進樣品行光學(xué)試驗。五個樣品油在紫外光源（即氘燈）下的雙程反射光譜（如圖1）然后對反射光譜進行一階微分處理，分別得到五個植物油樣品的一階微分圖譜（如圖2）。

根據(jù)圖譜分析判斷：

（1）不同摻劣比例的樣品油在同一光源作用下出現(xiàn)最大峰值對應(yīng)的波長差別不大。

（2）五種樣品對兩種光源的吸光能力不同，樣品1gt;樣品2gt;樣品3gt;樣品4gt;樣品5，即摻劣濃度越大，反射光強越強，間接反映樣品的吸光度越弱。

（3）合格植物油與摻劣植物油的對比發(fā)現(xiàn)，在氘燈作用下，變化不明顯，而在鹵鎢燈作用下，雖然最大波峰對應(yīng)波長相差不大，可其一階微分的零點個數(shù)變化較明顯。

（4）本文基于光譜一階微分零點個數(shù)進行研究分析，該方法在運用較少。通過選定特定波長范圍，五種摻劣油樣品出現(xiàn)的波峰、波谷（即零點）個數(shù)有一定的差別，暫且也作為一種判別植物油種類的參量。

4 結(jié)論

食用植物油光學(xué)特性檢測系統(tǒng)，基于不同食用油在不同波段光源下的對光強吸收度的差異，應(yīng)用高性能的新型32位處理器STM32F051，采用高靈敏度、集成式線性CCD傳感器，設(shè)計了一套較新穎的植物油檢測研究方案?；究梢詫崿F(xiàn)在不同外部光源作用的情況下，獲取植物油原始光譜并對其進行一階微分數(shù)學(xué)方法處理。由于樣品數(shù)量的限制，在一定程度上不能完整反映植物油的光學(xué)特性，因此需要進一步測試與改進。

參考文獻：

[1]金霞，佘綱哲.食用油脂與人體健康[J].生物學(xué)通報，2000， 35（02）：13-15.

[2]馮利輝.食用植物油摻偽檢測與定量分析的紅外光譜研究[D].南昌：南昌大學(xué)碩士論文，2010.

[3]馬萌，趙小勇，盧玉芳.發(fā)動機振動信號調(diào)理電路設(shè)計與仿真[D].信息系統(tǒng)工程，2014（05）：26-27.

[4]張詠，程瑤，閆雨桐等.幾種常見食用油加熱后熒光光譜特性變化的研究[J].激光技術(shù)，2013（01）：109-113.

[5]羅香，劉波平，馮利輝等.近紅外光譜技術(shù)用于花生油中棕櫚油含量的測定[J].分析科學(xué)報，2010，26（06）：673-676.

作者簡介：王威（1957-），男，河南商丘人，教授，研究方向為嵌入式測控、自動化儀表、食品安全等。