CN101487792A - 现场用牛奶质量分析装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种现场用牛奶质量分析装置及方法，尤其涉及可以在非实验室的现场迅速简便地测定牛奶成分而分析其质量的现场用牛奶质量分析装置及方法。为此，本发明使用了单色器，该单色器采用具有互不相同的波段的多个干涉滤波器，并且本发明增加了一次可加入的牛奶样品量，从而可以同时测定牛奶的多种成分。并且，由于可以携带，因此不仅可以在现场简便、迅速、容易地直接判断牛奶的成分，而且价格低于现有产品而可增加生产性。

Description

现场用牛奶质量分析装置及方法
技术领域
本发明涉及一种现场用牛奶质量分析装置及方法，尤其涉及可以在非实验室的现场迅速简便地测定牛奶成分而分析其质量的现场用牛奶质量分析装置及方法。
背景技术
通常，管理牛奶质量时，利用各种测定设备来测定与质量检验相关的成分，此时得到的测定数据成为区分牛奶质量的基准。
为了检验牛奶质量而使用的用于检测乳蛋白和乳糖等成分的现有的牛奶质量分析装置通常为具有400～2500nm波段的设备，该设备由于具有扫描400～2500nm波段的光栅，因此存在测定时间过长、操作方法复杂的问题。
并且，现有的牛奶质量分析装置只适用于实验室，因此虽然能作为实验室用分析装置使用，但作为现场用分析装置时，由于仪器极其敏感，因此不能在现场使用，并且其样品池为1mm，因此样品池加样等测定方法非常严格。
并且，由于可加入的测定样品量甚少，因此若想测定牛奶的多种成分，则需要分为若干次测定。
并且，现有的牛奶质量分析装置为高价的实验室用设备，并且需要有用于设置该设备的实验室，因此作为现场用装置普及存在诸多问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而提出的，本发明的目的在于提供一种现场用牛奶质量分析装置及方法，根据本发明仪器操作简便容易并可维持精密度，在现场可以直接测定牛奶成分而迅速检验质量，并且增加一次可加入的样品量而可以同时检测多种成分，从而能够缩短检测时间。
为了实现上述目的，本发明提供一种现场用牛奶质量分析装置，该装置用于测定牛奶的特定成分而分析牛奶质量，并且所述装置包括：主体，其外部单另设有电源供给部，并且所述主体的外侧面设有用于输出所测定数据的显示器、用于开启/关闭电源的电源按钮、用于启动的工作按钮，而所述主体的上端形成有用于放入样品池的样品池放入孔；设在所述主体内部的灯电源，当按下所述工作按钮时便开始工作；设在所述主体内部的多个灯固定架，其安装有连接于所述灯电源而产生光束的卤素灯；样品固定部，以用于对应所述样品池放入孔的位置而安装固定所述样品池，所述样品固定部侧面安装有所述灯固定架；设在所述样品固定部的后面的单色器，其包括俩侧面形成有狭缝而用于通过一定量的光束的前面和后面滤波狭缝式管、设有多个干涉滤波器并设置在所述前面和后面滤波狭缝式管之间的旋转盘、连接于所述旋转盘的驱动电机；设在所述后面滤波狭缝式管的后面的检测器，其用于检测以一定量入射的单色光；连接于所述检测器的计算处理器，其对从该检测器输出的电信号进行数据化并传递到所述显示器。
并且，本发明还提供一种现场用牛奶质量分析方法，该方法用于测定牛奶的特定成分而分析牛奶质量，并且所述方法包括步骤：将牛奶样品放入样品池而固定于样品固定部，然后接通灯电源而向牛奶样品照射卤素灯的光束；透过牛奶样品的卤素灯的光束通过设置于可旋转的旋转盘上的干涉滤波器而被单色化；所述单色化的光束入射到检测器，并在计算处理器计算处理从所述检测器输出的单色化光束的信号；从所述计算处理器输出的数据传输到显示器。
根据本发明的现场用牛奶质量分析装置及方法使用了单色器，该单色器采用具有互不相同的波段的多个干涉滤波器，并且本发明增加了一次可加入的牛奶样品量，从而可以同时测定牛奶的多种成分，如乳蛋白、乳糖、体细胞、乳脂、MUN(尿素氮)、总固形物、抗生素、三聚氰胺等成分。
并且，根据本发明的现场用牛奶质量分析装置由于可以携带，因此不仅可以在现场简便、迅速、容易地直接检验牛奶的成分，而且价格低于现有产品而可增加生产性。
因此，根据本发明的现场用牛奶质量分析装置及方法可以提供比从前更为新鲜的牛奶，因此可以充分满足消费者的需求，从而可以促进消费，并且若将本发明应用于奶牛饲养，则可以低价生产功能性牛奶。
附图说明
图1为示出根据本发明实施例的现场用牛奶质量分析装置的构成的框图；
图2为示出根据本发明实施例的现场用牛奶质量分析装置的外部立体图；
图3为示出根据本发明实施例的使用单色器(滤波器方式)的现场用牛奶质量分析装置的主体内部的结构图；
图4为放大示出根据本发明实施例的样品固定部的立体图；
图5为分解示出根据本发明实施例的单色器的立体图；
图6为表示根据本发明实施例的牛奶乳蛋白测定结果的曲线图；
图7为表示根据本发明实施例的牛奶乳糖测定结果的曲线图；
图8为表示根据本发明实施例的牛奶体细胞测定结果的曲线图；
图9为表示根据本发明实施例的牛奶乳脂测定结果的曲线图；
图10为表示根据本发明实施例的牛奶MUN测定结果的曲线图；
图11为表示根据本发明实施例的牛奶总固形物测定结果的曲线图；
图12为表示根据本发明实施例的牛奶抗生素测定结果的曲线图；
图13为表示根据本发明实施例的牛奶三聚氰胺测定结果的曲线图。
主要符号说明：100为电源供给部，200为主体，201为样品池放入孔，202为显示器，203为电源按钮，204为工作按钮，205为打印按钮，206为样品池，210为卤素灯，211为灯电源，212为灯固定架，213为样品固定部，220为单色器，221为滤波狭缝式管，222为旋转盘，223为干涉滤波器，224为驱动电机，230为检测器，240为放大器，250为计算处理器。
具体实施方式
本发明可以有多个实施例，以下详细说明优选实施例。并且，对于附图中与现有技术相同的部分省略其详细说明。
图1为示出根据本发明实施例的现场用牛奶质量分析装置的构成的框图，图2为示出根据本发明实施例的现场用牛奶质量分析装置的外部立体图，图3为示出根据本发明实施例的现场用牛奶质量分析装置的内部的立体图，图4为放大示出根据本发明实施例的部分部件的立体图，图5为分解示出根据本发明实施例的部分部件的立体图。
根据本发明的现场用牛奶质量分析装置使用了单色器220，而该单色器220采用具有互不相同的波段的多个干涉滤波器223，从而根据各干涉滤波器223的固有波段而测定牛奶的成分，从而可同时测定多种成分。
根据本发明的优选的牛奶质量分析装置大体包括电源供给部100和主体200。本实施例中，在主体200外部单另设置电源供给部100，由此最大程度地减少电源供给部100对主体200产生的影响，从而最大程度实现电稳定性。
如图2所示，主体200的外侧设有由LCD显示屏构成的显示器202，以用于输出最终结果。并且，主体200的外侧面设有调节按钮，该调节按钮包括用于开启/关闭(on/off)装置的电源按钮203、用于启动(run)的工作按钮204、打印输出在所述显示器202上显示的数据结果时所使用的打印按钮205。
并且如图3所示，主体200的内侧包含有卤素灯210、单色器220、检测器230、放大器240、计算处理器250等。
图4为放大示出使用单色器(滤波器方式)的现场用牛奶质量分析装置的主体内部的部分部件的示意图，如图所示，主体200内部具有为了得到稳定数据而设置的6个卤素灯210，这些卤素灯210安装在灯固定架212上并设置在样品固定部213的侧面。
用于盛放牛奶样品的试管(test tube)状的样品池206安装固定于样品固定部213，如图所示，样品固定部213形成为切割成五棱柱形的形态，所述卤素灯210中的4个位于所述单色器220的干涉滤波器223的前方，另外2个位于相对干涉滤波器223旋转约90°的位置。即，样品固定部213安装在灯固定架212与单色器220之间并位于灯固定架212的内侧。
并且，在所述主体200的外侧上端并对应于所述样品固定部213的位置形成用于放入所述样品池206的样品池放入孔201。
根据本发明的实施例，由于所述样品池206制作成20mm，从而一次可以加入较多的牛奶样品，据此如上所述具备多个卤素灯210而从多个方向整体照射样品池206。
另外，所述主体200内部设有开启(on)所述卤素灯210的灯电源211，当开启(on)工作按钮204时，卤素灯210通过该灯电源211被启动。
所述单色器220设有：前面和后面形成有滤波狭缝的滤波狭缝式管221a、221b；设置在滤波狭缝式管之间的旋转盘222；用于旋转该旋转盘222的驱动电机224。在所述旋转盘222上沿圆周方向排列安装用于过滤互不相同的波段的6个干涉滤波器223。
所述干涉滤波器223设定为分析牛奶质量时所需的与乳蛋白、乳糖、体细胞、乳脂、MUN(尿素氮)、总固形物、抗生素、三聚氰胺等成分密切相关的830nm、850nm、880nm、930nm、1200(长波通滤波器)nm、1100nm(短波通滤波器)特定波长，由此测定整个成分。
即，所述干涉滤波器223应用于分析牛奶质量时所需的各成分，并且各成分设定有针对6个特定波长的加权值，该加权值根据各成分被定义为常数。
另外，所述滤波狭缝式管221b的后侧设有检测器230，从而经过干涉滤波器223单色化的光束(beam)通过所述检测器230转换为电信号。
该电信号通过连接于所述检测器230内的放大器240而被放大一定程度，然后通过与放大器240连接的计算处理器250被处理，并由显示器202将数据输出到主体200外部。
由此构成的本发明向样品池206盛放牛奶样品并将样品池206固定于样品固定部213，然后通过按压电源按钮203及工作按钮204的简单操作就能同时测定分析牛奶的各种成分，并且可以立即应用，因此奶牛饲养户、乳制品加工企业及超市等涉及牛奶的地方均能简便快速地分析牛奶质量。
以下，说明如上构成的根据本发明的实施例的工作状态。
测定牛奶成分之前测定作为参比物的水的成分而设定为标准值。
选择待分析质量的牛奶并加入到样品池206中，然后通过所述主体200的样品池放入孔201将该样品池206放入到样品固定部213并固定。
接着，通过所述电源供给部100向主体200供给电源，然后按下电源按钮203启动所述主体200，并且按下工作按钮204。
这样所述灯电源211被开启(on)，据此电源被供给到卤素灯210，从而所述卤素灯210产生光束。
产生的光束透过盛放在所述样品池206的牛奶样品，并有一定量的光通过所述前面滤波狭缝式管221a的狭缝入射，据此最大程度地减少杂散光，随之最大程度地减少杂散光的影响，而通过所述前面狭缝的光束经过所述旋转盘222的干涉滤波器223被单色化。
此时，所述旋转盘222根据驱动电机224旋转一周，则所述干涉滤波器223根据各波段单色化入射的光束，从而以光谱表示牛奶样品的特定成分。
当旋转盘222旋转一周时，利用6个干涉滤波器223可以检测需要检测的所有成分。因此所述旋转盘222根据按压所述工作按钮204而旋转一周。
即，当所述旋转盘222旋转一周时，通过所述滤波狭缝式管221a的光束被6个干涉滤波器223单色化，从而出现对应各波段的牛奶成分的光谱。
这样由各干涉滤波器223单色化的光束分别通过形成在所述单色器220后面的滤波狭缝式管221b而入射到检测器230，所述检测器230利用入射的单色光(单色化的光束)检测牛奶的特定成分。
此时，通过所述滤波狭缝式管221a和滤波狭缝式管221b最大程度减少杂散光，从而只出现对应于入射到所述检测器230的单色光(即对应于干涉滤波器223的波段)的光谱。
然后所述检测器230将检测的特定成分转换成电信号而传递到放大器240，被传递的电信号通过所述放大器240被放大一定程度，然后传递到计算处理器250。
这样所述计算处理器250收集并处理被放大的信号，然后向所述显示器202输出数据。
此时，可以根据需要按压打印按钮205而打印出所输出的数据。
在此，将通过各干涉滤波器223被单色化而测定的牛奶成分的测定值与标准值(作为参比物的水的测定值)之间的相关关系由采用回归分析的校准曲线(利用回归分析的直线关系式)来表示。
作为用于表示牛奶测定值与水标准值的相关关系的好坏的尺度则利用校准曲线的相关系数R2(表示是否接近直线的尺度)，数据的标准偏差则利用SEC(Standard error of calibration，校正标准差)和SEP(Standard error ofprediction，预测标准差)来表示。
当R2、SEC、SEP将牛奶测定值和水标准值表示成任一直线时，可以认为这些值的数据越接近直线，则相关性越好。
即，R2接近1，SEC、SEP接近0时可以视为相关性好。
牛奶的测定值和水的标准值的关系可以使用校准曲线中的多元线性回归(Multiple linear regression，MLR)而表示其相关性。
并且，利用由牛奶测定值形成的校准曲线来进行常规分析，该常规分析值的可信度的显著性由RMSEP(Root mean of standard error prediction，预测均方根误差)值来表示。
确认这种可信度的显著性，从而可推测由通过干涉滤波器223的信号测定的各牛奶成分值和牛奶中实际含有的成分值具有多大的可信度。
图6为表示根据本发明实施例的牛奶乳蛋白测定结果的曲线图，图中R2为0.93而非常接近直线，因此乳蛋白测定值具有较高的可信度，从而可以通过该曲线图估计牛奶的乳蛋白数值。
图7为表示根据本发明实施例的牛奶乳糖测定结果的曲线图，图中R2为0.94而非常接近直线，因此乳糖测定值具有较高的可信度，从而可以通过该曲线图估计牛奶的乳糖数值。
图8为表示根据本发明实施例的牛奶体细胞测定结果的曲线图，图中R2为0.94而非常接近直线，因此体细胞测定值具有较高的可信度，从而可以通过该曲线图估计牛奶的体细胞数值。
图9为表示根据本发明实施例的牛奶乳脂测定结果的曲线图，图中R2为0.94而非常接近直线，因此乳脂测定值具有较高的可信度，从而可以通过该曲线图估计牛奶的乳脂数值。
图10为表示根据本发明实施例的牛奶MUN测定结果的曲线图，图中R2为0.91而非常接近直线，因此MUN测定值具有较高的可信度，从而可以通过该曲线图估计牛奶的MUN数值。
图11为表示根据本发明实施例的牛奶总固形物测定结果的曲线图，图中R2为0.94而非常接近直线，因此总固形物测定值具有较高的可信度，从而可以通过该曲线图估计牛奶的总固形物数值。
图12为表示根据本发明实施例的牛奶抗生素测定结果的曲线图，4种典型的抗生素，即PPS注射液(青霉素G，β-内酰胺类，A)、tylocetin(商品名)(氯霉素，B)、土霉素(四环素，C)、磺胺类40(磺胺二甲氧哒嗪钠，D)的R2分别为1而非常接近直线，因此抗生素测定值具有较高的可信度，从而可以通过该曲线图估计牛奶的抗生素数值。
图13为表示根据本发明实施例的牛奶三聚氰胺测定结果的曲线图，图中R2为0.99而非常接近直线，因此三聚氰胺测定值具有较高的可信度，从而可以通过该曲线图估计牛奶的三聚氰胺数值。
以上，图示并说明了根据本发明的特定优选实施例，但是本发明不限定于这种实施例，在不脱离权利要求书所要求保护的本发明的技术思想的范围内，包括本发明所属技术领域的技术人员可以实施的各种形态的实施例。

Claims (8)

1、一种现场用牛奶质量分析装置，用于测定牛奶的特定成分而分析牛奶质量，其特征在于所述装置包括：
主体，其外部单另设有电源供给部，并且所述主体的外侧面设有用于输出所测定数据的显示器、用于开启/关闭电源的电源按钮、用于启动的工作按钮，而所述主体的上端形成有用于放入样品池的样品池放入孔；
设在所述主体内部的灯电源，当按下所述工作按钮时便开始工作；
设在所述主体内部的多个灯固定架，其安装有连接于所述灯电源而产生光束的卤素灯；
样品固定部，以用于对应所述样品池放入孔的位置而安装固定所述样品池，所述样品固定部侧面安装有所述灯固定架；
设在所述样品固定部的后面的单色器，其包括俩侧面形成有狭缝而用于通过一定量的光束的前面和后面滤波狭缝式管、设有多个干涉滤波器并设置在所述前面和后面滤波狭缝式管之间的旋转盘、连接于所述旋转盘的驱动电机；
设在所述后面滤波狭缝式管的后面的检测器，其用于检测以一定量入射的单色光；
连接于所述检测器的计算处理器，其对从该检测器输出的电信号进行数据化并传递到所述显示器。
2、根据权利要求1所述的现场用牛奶质量分析装置，其特征在于还包括介于所述检测器和所述计算处理器之间的放大器。
3、根据权利要求1所述的现场用牛奶质量分析装置，其特征在于所述主体的外侧面还包括打印按钮。
4、根据权利要求1所述的现场用牛奶质量分析装置，其特征在于所述旋转盘沿圆周方向排列有6个干涉滤波器，所述干涉滤波器分别具有作为乳蛋白、乳糖、体细胞、乳脂、MUN(尿素氮)、总固形物、抗生素、三聚氰胺成分的特定波长的830nm、850nm、880nm、930nm、1200nm、1100nm波段。
5、一种现场用牛奶质量分析方法，用于测定牛奶的特定成分而分析牛奶质量，其特征在于所述方法包括步骤：
将牛奶样品放入样品池而固定于样品固定部，然后接通灯电源而向牛奶样品照射卤素灯的光束；
透过牛奶样品的卤素灯的光束通过设置于可旋转的旋转盘上的干涉滤波器而被单色化；
所述单色化的光束入射到检测器，并在计算处理器计算处理从所述检测器输出的单色化光束的信号；
从所述计算处理器输出的数据传输到显示器。
6、根据权利要求5所述的现场用牛奶质量分析方法，其特征在于透过牛奶样品的所述卤素灯的光束根据滤波狭缝式管而被通过一定量，并且经过所述干涉滤波器被单色化的光束的一定量入射到所述检测器。
7、根据权利要求5所述的现场用牛奶质量分析方法，其特征在于从所述检测器输出的信号通过放大器而被放大一定程度，然后传递到所述计算处理器。
8、根据权利要求5所述的现场用牛奶质量分析方法，其特征在于所述干涉滤波器分别具有830nm、850nm、880nm、930nm、1200nm、1100nm波段。
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