植物油品质检测方法实验室研究

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（河南工业大学，郑州 450001）

摘 要：当今社会，食品安全是一个重大问题，特别是在食用植物油方面。在食用植物油品质的检测研究中，已出现了一些方法，红外线、紫外线、荧光等在其中也起到了很大的作用。本文利用植物油对光的吸附能力，设计了以32位Cortex-M0微控制器为主要处理核心的简易光学检测系统，包括激励光源、CCD传感器、MCU数据程序以及串行通信等部分，实现了植物油光学参数的检测与采集。结合数学方法对采集的数据进行数学处理，从而试图为植物油的品质检测分析提供一种新的技术手段。

关键词：植物油;光学特性;微控制器;CCD传感器;一阶微分

1 引言

食品安全问题不仅关系到每个人的身体健康和生命安全等问题[1]，而且也在一定程度上反映可一个国家的公共卫生与政治经济问题，并且会影响到国家、社会的长治久安。目前，对于食用油品质检测方法，无论从传统方法还是新兴的检测方法，都有其自身的缺点和局限性。本文针对植物油光谱特性参数进行检测，构建了植物油光学特性检测系统，并对采集得到的光谱数据利用数学的方法进行处理分析，更好的观察油脂间的区别。

2 检测系统原理与系统组成

植物油光学特性检测原理：植物油是一种光可传播介质，不同的植物油其质地是不同的，对光的吸附能力也是不同的。本文基于食用植物油光学特性，设计出一种植物油光学特性检测系统。通过在外部激励（电激励、光源激励）的作用下，对食用植物油光电特性进行分析研究。

植物油光学特性检测系统主要由以下几部分组成：光激励源模块、信号采集模块、A/D转换模块、微控制器模块和上位机通讯模块。

2.1 光激励源模块

在光学特性检测系统中，光激励源的选取有着无可厚非的地位。考虑到光激励源的使用波段、辐射功率、稳定性及寿命等因素，在本设计中选择DH2000-BAL平衡氘-卤钨组合式光源。

2.2 信号采集模块

本设计中信号采集模块选用的传感器是索尼公司生产的型号为ILX511的CCD传感器。CCD传感器的工作原理就是当光敏元件受到外界光线照射时，可以产生一些电荷，电荷的多少与光照的时间以及光照的强度理论上成正比关系，在外加一定时序电压的驱动下，CCD储存单元中的电荷会按照一定的次序向外移送输出，因此，CCD传感器的输出端就会产生与储存单元中的电荷成正比关系的输出电压。即把检测到的光信号转换成电荷信号，然后向外输出[2]。

2.3 系统软件设计

植物油光学特性检测系统的软件部分，主要包括光学特性检测程序、数据处理程序、通讯、上位机程序等。其中植物油光学特性检测程序主要实现微控制器与CCD传感器之间的控制。CCD传感器进行数据输出的同时，微控制器STM32F051的ADC模块时刻采集CCD传感器输出的电压值并进行储存。

3 试验以及数学分析

3.1 试验样品制备

基于比例掺兑的方法，选用合格食用花生油与反复煎炸的老油按不同的的比例进行混合制备样品，制备出含煎炸老油0%、30%、50%、70%以及90%的劣质油样品，分别标识为样品1、2、3、4和5。

3.2 试验结果与分析

通过光学特性检测系统对五个植物油进样品行光学试验。五个样品油在紫外光源（即氘灯）下的双程反射光谱（如图1）然后对反射光谱进行一阶微分处理，分别得到五个植物油样品的一阶微分图谱（如图2）。

根据图谱分析判断：

（1）不同掺劣比例的样品油在同一光源作用下出现最大峰值对应的波长差别不大。

（2）五种样品对两种光源的吸光能力不同，样品1>样品2>样品3>样品4>样品5，即掺劣浓度越大，反射光强越强，间接反映样品的吸光度越弱。

（3）合格植物油与掺劣植物油的对比发现，在氘灯作用下，变化不明显，而在卤钨灯作用下，虽然最大波峰对应波长相差不大，可其一阶微分的零点个数变化较明显。

（4）本文基于光谱一阶微分零点个数进行研究分析，该方法在运用较少。通过选定特定波长范围，五种掺劣油样品出现的波峰、波谷（即零点）个数有一定的差别，暂且也作为一种判别植物油种类的参量。

4 结论

食用植物油光学特性检测系统，基于不同食用油在不同波段光源下的对光强吸收度的差异，应用高性能的新型32位处理器STM32F051，采用高灵敏度、集成式线性CCD传感器，设计了一套较新颖的植物油检测研究方案。基本可以实现在不同外部光源作用的情况下，获取植物油原始光谱并对其进行一阶微分数学方法处理。由于样品数量的限制，在一定程度上不能完整反映植物油的光学特性，因此需要进一步测试与改进。

参考文献：

[1]金霞，佘纲哲.食用油脂与人体健康[J].生物学通报，2000， 35（02）：13-15.

[2]冯利辉.食用植物油掺伪检测与定量分析的红外光谱研究[D].南昌：南昌大学硕士论文，2010.

[3]马萌，赵小勇，卢玉芳.发动机振动信号调理电路设计与仿真[D].信息系统工程，2014（05）：26-27.

[4]张咏，程瑶，闫雨桐等.几种常见食用油加热后荧光光谱特性变化的研究[J].激光技术，2013（01）：109-113.

[5]罗香，刘波平，冯利辉等.近红外光谱技术用于花生油中棕榈油含量的测定[J].分析科学报，2010，26（06）：673-676.

作者简介：王威（1957-），男，河南商丘人，教授，研究方向为嵌入式测控、自动化仪表、食品安全等。