CN102590172B - 食用油脂与地沟油的分类检测方法及检测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种食用油脂与地沟油的分类检测方法及检测系统。该检测方法首先建立食用油脂与地沟油的拉曼指纹图谱数据库，然后通过比对得到食用油脂与地沟油在五段波数范围内，其特征峰的拉曼强度最大值均具有明显差异，以及差异的阈值；在实际检测中，通过提取被检测样品在这五段波数范围内的特征峰的拉曼强度最大值，将其与差异阈值比较，得出被检测样品的种类。本发明的分类检测系统包括光源系统、分光器、样品放置箱体、测量控制单元。本发明具有灵敏、特异性强的优点，可以有效鉴定所测的样品是纯地沟油，符合现行国家标准的纯食用油，还是掺入地沟油的食用油；同时操作简便，鉴定所需时间短，可以实现地沟油的现场检测。

Description

食用油脂与地沟油的分类检测方法及检测系统

技术领域

本发明涉及一种食用油脂与地沟油的分类检测方法及系统，属于油脂检测技术领域。

背景技术

地沟油是指将餐厅、酒楼的剩饭、剩菜（通称泔水）或者将城市下水道中的油腻漂浮物经过简单加工后提炼出来的油。此外还包括用于油炸食品的油使用次数超过一定次数后，再被重复使用或往其中添加一些新油后重新使用的油；以及从劣质肉、内脏等下脚料加工后提炼得到的动物油。由此可见，植物来源为主的地沟油与食用油脂的主要区别在于其经过了使用或反复使用（即经过反复加热），而动物油脂来源为主的地沟油的原料大多或部分已腐败变质。总之，与正常的食用油脂相比，二者的分子结构都会发生明显改变。

地沟油属于重大食品安全问题，严重危害人民健康。不仅很多非法加工窝点在生产和销售地沟油，甚至有些正规食用油企业会购买后掺入到合格食用油中。公安部通报地沟油已经被销售进入一些政府食堂和中小学餐厅等部门。但是地沟油本身来源于食用油脂，而且生产者还会将其精炼处理，使其符合食用油脂的目前国家标准要求。这就无法将地沟油和食用油脂有效区分。同时还需要快速检测，以便现场得到鉴定结果。因此目前国内外尚无有效的地沟油快速检测方法。

油脂的检测技术主要包括传统的化学分析法、同位素分析法、气相和液相色谱法（结合质谱）、以及光谱扫描法（如核磁共振、紫外-可见、红外、近红外和拉曼光谱等）。通过比较后发现，红外、近红外和拉曼光谱法可以实现地沟油的现场快速检测。三种光谱都可以提供油脂分子结构的变化信息，但是原理并不相同。红外和近红外属于吸收光谱，而拉曼属于散射光谱。油脂分子中的C-H弯曲振动和极性基团（如C=O 和O-H）的红外信号强度高，而不饱和基团（如C=C和=C-H键）等非极性结构的拉曼信号强度高。考虑到地沟油中可能含有很多种类的油脂，而且经过反复使用的油脂分子的非极性结构和不饱和程度变化最为显著，同时地沟油的存在状态复杂多变（固态或液态），因此采用拉曼光谱更适合地沟油的特异性检测。随着设备制造的进步，以前限制拉曼应用的荧光（信噪比低）、光解、波长矫正、以及无法获得高分辨率条带等问题都已得到有效解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对背景技术的缺陷，用基于拉曼原理发现的地沟油和食用油脂的特征指纹图谱的显著区别，实现灵敏、快速、特异性强的地沟油现场鉴定。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于特征指纹图谱的食用油脂与地沟油的分类检测方法，包括以下步骤：

步骤A)，从食用油脂的拉曼扫描图谱曲线中，筛选得到各种食用油脂的共性拉曼特征峰，将特征峰的波数和拉曼强度值作为参数，建立食用油脂的拉曼指纹图谱数据库；

步骤B)，从地沟油的拉曼扫描图谱曲线中，筛选得到各种地沟油的共性拉曼特征峰，将特征峰的波数和拉曼强度值作为参数，建立地沟油的拉曼指纹图谱数据库；

步骤C)，将步骤A得到的食用油脂拉曼指纹图谱数据库和步骤B得到的地沟油拉曼指纹图谱数据库进行对比和差异显著性分析；得到在以下五段波数范围内，地沟油和食用油脂特征峰的拉曼强度值均具有明显差异：

①1855cm^-1-1950cm^-1，②2200cm^-1-2300cm^-1，③2853cm^-1-2856cm^-1，④2884cm^-1-2886cm^-1，⑤2892cm^-1-2905cm^-1；

步骤D)，在步骤C差异显著性分析的基础上，得到地沟油在上述第③、第④和第⑤波数范围内特征峰的拉曼强度最大值均低于9，而食用油脂在上述第③、第④和第⑤波数范围内特征峰的拉曼强度最大值均高于9，因此在上述第③、第④和第⑤波数范围内，将其特征峰的拉曼强度最大值均为9作为判断地沟油和食用油脂的阈值； 

同时，在步骤C差异显著性分析的基础上，得到食用油脂在上述第①、第②波数范围内特征峰的拉曼强度最大值均低于1.2，而地沟油在上述第①、第②波数范围内特征峰的拉曼强度最大值均高于1.2，因此在上述第①、第②波数范围内，将其特征峰的拉曼强度最大值均为1.2作为判断待检测样品是否符合现行国标的食用油脂的阈值； 

步骤E)，地沟油现场检测步骤：

（1）将待检测的油脂样品装入样品槽中；

（2）采用光源照射样品槽中的样品，然后采用光纤探头传感器采集油脂样品的拉曼信号，得到拉曼扫描图谱曲线；

（3）将拉曼扫描图谱曲线进行基线调平、噪声去除、过滤平滑处理，然后根据其总体均值进行归一化，得到标准数据；

（4）检测拉曼扫描图谱曲线中的特征峰，提取步骤C中所述的五段波数范围内特征峰的拉曼强度最大值；

（5）将第③、第④和第⑤波数范围内特征峰的拉曼强度最大值与阈值9进行比较，如果这三个值都低于9，说明是纯的地沟油，否则，进入下一步骤；

（6）将第①、第②波数范围内特征峰的拉曼强度最大值与阈值1.2进行比较，如果这两个值都等于或高于1.2，说明该油脂为掺入地沟油的食用油；如果这两个值都低于1.2，说明样品为符合现行国标的食用油脂。

本发明还提供一种食用油脂与地沟油的分类检测系统，包括光源系统、分光器、样品放置箱体、测量控制单元；其中：光源系统用于产生激发波长为300nm-1100nm的激光；所述样品放置箱体四周闭光，在其底部设置有一个样品槽，光源系统产生的光源经分光器处理后通过一个垂直设置于样品放置箱体上方的管道对样品槽进行照射；

所述测量控制单元包括光纤探头传感器、A/D转换模块、数据缓存模块、MCU微控制器、显示器；其中光纤探头传感器设置于样品放置箱体内，负责采集拉曼散射光谱信号；A/D转换模块用于将光纤探头传感器采集的光学信号转换成数字信号，然后发送至数据缓存模块，所述MCU微控制器从数据缓存模块中提取缓存的数据，将数据转换成指纹图谱后与自身存储的阈值进行比对，最后将处理结果输出在显示器上显示。

作为上述一种食用油脂与地沟油的分类检测系统的进一步优化方案，所述分光器采用傅立叶变换型或声光可调滤光器型分光器。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

A）灵敏、特异性强：可以有效鉴定所测的样品是纯地沟油，符合现行国家标准的纯食用油，还是掺入地沟油的食用油；

B）快速、方便：操作简便，鉴定所需时间短，可以实现地沟油的现场检测。

附图说明

图1是本发明的检测方法的整体流程图。

图2是本发明的检测系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：

结合图1所示，本发明检测方法的整体流程如下：

第一步，首先从食用油脂的拉曼扫描图谱曲线中，筛选得到各种食用油脂的共性拉曼特征峰，将特征峰的波数和拉曼强度值作为参数，建立食用油脂的拉曼指纹图谱数据库。

食用油脂既有共性拉曼特征条带，也有个性特征条带；表1为共性特征拉曼条带，所有食用油脂都会分别在1260cm^-1-1275cm^-1、1299cm^-1-1305cm^-1、1435cm^-1-1450cm^-1、1654 cm^-1-1659cm^-1、2853cm^-1-2856cm^-1、2884cm^-1-2905cm^-1、3006cm^-1-3015cm^-1范围出现明显的拉曼峰。

表1 食用油（脂）共性的特征拉曼条带

特征条带

1

2

3

4

5

6

7

波数cm-1

1260-1275

1299-1305

1435-1450

1654-1659

2853-2856

2884-2905

3006-3015

花生油

1.920±0.586

2.986±0.881

4.674±0.918

5.664±1.071

19.561±4.427

18.651±3.942

4.118±0.769

大豆油

3.085±0.307

3.181±0.428

5.404±0.556

7.750±0.721

22.197±2.684

22.208±2.589

7.257±0.720

玉米油

2.984±0.283

3.521±0.185

5.872±0.348

7.452±0.524

22.474±1.663

22.328±1.412

6.693±0.408

菜籽油

2.172±0.221

2.122±0.381

4.022±0.347

3.884±0.798

13.877±2.929

13.163±3.019

3.055±1.188

橄榄油

2.107±0.280

3.159±0.344

5.332±0.524

5.362±0.594

22.525±2.358

21.583±2.244

4.634±0.670

调和油

2.431±0.193

2.768±0.253

4.381±0.368

6.180±0.599

19.057±1.315

18.922±0.829

5.310±0.372

猪油

1.869±0.478

3.829±0.587

5.085±0.355

3.247±0.276

22.065±1.655

21.991±1.721

3.046±0.570

表2为个性的特征条带，橄榄油和非转基因菜籽油在1156cm^-1-1158cm^-1和1520 cm^-1-1530 cm^-1出现明显的拉曼峰，相对强度值分别为4.304±0.864和5.259±0.846、14.592±5.581和18.989±6.418；其余油脂没有出现；猪油在2884cm^-1-2905cm^-1特征条带的波数低于2890cm^-1（位于2885cm^-1附近），而植物油的高于2890cm^-1（位于2895cm^-1附近）。

表2 食用油（脂）个性的特征拉曼条带

特征条带	1	2	3	4
					波数cm-1	1156-1158	1520-1530	2884-2886	2892-2905
花生油	0.765±0.684	2.453±0.398	16.499±3.701	18.651±3.942
					大豆油	-0.502±0.350	-0.082±0.240	19.663±2.260	22.208±2.589
玉米油	-0.442±0.366	0.106±0.387	19.536±1.398	22.328±1.412
					菜籽油	14.592±5.581***	18.989±6.418***	11.692±2.652	13.163±3.019
橄榄油	4.304±0.864**	5.259±0.846**	19.421±2.016	21.583±2.244
					调和油	-0.050±0.061	0.134±0.125	16.682±0.582	18.922±0.829
猪油	-0.008±0.182	0.205±0.411	21.991±1.721	19.612±1.409

在表1和表2中，菜籽油为非转基因，国标4级；猪油为新鲜猪背膘熬制；橄榄油为特级初榨；其余均为国标1级；所有食用油脂均测定了10组样品（每组测定3次），然后计算平均值；***表示最大值，而且与其余油脂的差异显著（P<0.05）；**表示次大值，与其余油脂差异显著（P<0.05）。

第二步，从地沟油的拉曼扫描图谱曲线中，筛选得到各种地沟油的共性拉曼特征峰，将特征峰的波数和拉曼强度值作为参数，建立地沟油的拉曼指纹图谱数据库。

表3列出了地沟油特征拉曼条带的相对强度值，并与食用油脂的进行了对比；地沟油在1855cm^-1-1950cm^-1和2200cm^-1-2300cm^-1出现新的特征条带，食用油脂没有出现；地沟油在2853cm^-1-2856cm^-1和2884cm^-1-2905cm^-1拉曼峰的相对强度值显著低于食用油脂。

表3 地沟油的特征拉曼条带以及与食用油脂的差异

特征条带

1

2

3

4

5

6

波数cm-1

1260-1275

1855-1950

2200-2300

2853-2856

2884-2905

3006-3015

花生油

1.920±0.586

0.617±0.566

0.740±0.890

19.561±4.427

18.651±3.942

4.118±0.769

大豆油

3.085±0.307

0.321±0.307

0.125±0.309

22.197±2.684

22.208±2.589

7.257±0.720

玉米油

2.984±0.283

0.310±0.300

0.102±0.241

22.474±1.663

22.328±1.412

6.693±0.408

菜籽油

2.172±0.221

0.165±0.159

0.074±0.175

15.877±2.929

16.163±3.019

3.055±1.188

橄榄油

2.107±0.280

0.110±0.152

0.341±0.422

22.525±2.358

21.583±2.244

4.634±0.670

调和油

2.431±0.193

0.278±0.205

0.088±0.131

19.057±1.315

18.922±0.829

5.310±0.372

猪油

1.869±0.478

0.075±0.177

0.092±0.139

22.065±1.655

19.612±1.409

3.046±0.570

地沟油

1.108±1.889

2.294±1.461***

2.018±1.142***

4.490±3.938***

5.290±3.117***

1.292±1.402

其中，菜籽油为非转基因，国标4级；猪油为新鲜猪背膘熬制；橄榄油为特级初榨；其余食用油均为国标1级；地沟油来源于当地卫生部门采集的样品；所有油脂均测定了10组样品（每组测定3次），然后计算平均值；***表示地沟油的该条带与食用油脂的差异显著（P<0.05）。

第三步，将第一步得到的食用油脂拉曼指纹图谱数据库和第二步得到的地沟油拉曼指纹图谱数据库进行对比和差异显著性分析；得到在以下五段波数范围内，地沟油和食用油脂特征峰的拉曼强度值均具有明显差异：

①1855cm^-1-1950cm^-1，②2200cm^-1-2300cm^-1，③2853cm^-1-2856cm^-1，④2884cm^-1-2886cm^-1，⑤2892cm^-1-2905cm^-1。

在步骤C差异显著性分析的基础上，得到地沟油在上述第③、第④和第⑤波数范围内特征峰的拉曼强度最大值均低于9，而食用油脂在上述第③、第④和第⑤波数范围内特征峰的拉曼强度最大值均高于9，因此在上述第③、第④和第⑤波数范围内，将其特征峰的拉曼强度最大值均为9作为判断地沟油和食用油脂的阈值1。

同时，在差异显著性分析的基础上，得到食用油脂在上述第①、第②波数范围内特征峰的拉曼强度最大值均低于1.2，而地沟油在上述第①、第②波数范围内特征峰的拉曼强度最大值均高于1.2，因此在上述第①、第②波数范围内，将其特征峰的拉曼强度最大值均为1.2作为判断待检测样品是否符合现行国标的食用油脂的阈值2。

第四步，进行地沟油的现场检测：

（1）通过物理手段确定样品属于食用油脂、疑似地沟油或掺入地沟油的食用油中的一种；然后装入样品槽中进行检测；

（2）样品槽绕中轴旋转一定角度，每次收集一次拉曼信号，并将拉曼信号转化为数字形式；

（3）将得到的几组数据谱图进行基线调平、噪声去除、过滤（平滑）处理，然后根据其均值进行归一化，得到标准数据；

（4）检测特征条带：分别提取波数范围为：①1855cm^-1-1950cm^-1，②2200cm^-1-2300cm^-1，③2853cm^-1-2856cm^-1，④2884cm^-1-2886cm^-1，⑤2892cm^-1-2905cm^-1特征峰的拉曼强度最大值；将同一条带的数据按升序排列，剔除两个最大值和两个最小值，剩下的数据取平均值，分别命名为条带1、条带2、条带3、条带4、条带5；

（5）检查条带3、条带4和条带5的值，如果这三个值都低于阈值1，说明是纯的地沟油；否则，进入下一步骤；

（6）检查条带1和条带2的值，如果这两个值都高于或等于阈值2，说明该油脂为掺入地沟油的食用油；如果这两个值都低于阈值2，说明样品为符合现行国标的食用油脂。

如图2所示，本发明还提供一种食用油脂与地沟油的分类检测系统，包括光源系统、分光器、样品放置箱体、测量控制单元；其中：光源系统用于产生激发波长为300nm-1100nm的激光；所述样品放置箱体四周闭光，在其底部设置有一个样品槽，光源系统产生的光源经分光器处理后通过一个垂直设置于样品放置箱体上方的管道对样品槽进行照射，分光器采用傅立叶变换型或声光可调滤光器型分光器。

所述测量控制单元包括光纤探头传感器、A/D转换模块、数据缓存模块、MCU微控制器、显示器；其中光纤探头传感器设置于样品放置箱体内，负责采集拉曼散射光谱信号；A/D转换模块用于将光纤探头传感器采集的光学信号转换成数字信号，然后发送至数据缓存模块，所述MCU微控制器从数据缓存模块中提取缓存的数据，将数据转换成指纹图谱后与自身存储的阈值进行比对，最后将处理结果输出在显示器上显示。

Claims (1)

1.一种基于特征指纹图谱的食用油脂与地沟油的分类检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤A)，从食用油脂的拉曼扫描图谱曲线中，筛选得到各种食用油脂的共性拉曼特征峰，将特征峰的波数和拉曼强度值作为参数，建立食用油脂的拉曼指纹图谱数据库；

步骤B)，从地沟油的拉曼扫描图谱曲线中，筛选得到各种地沟油的共性拉曼特征峰，将特征峰的波数和拉曼强度值作为参数，建立地沟油的拉曼指纹图谱数据库；

步骤C)，将步骤A得到的食用油脂拉曼指纹图谱数据库和步骤B得到的地沟油拉曼指纹图谱数据库进行对比和差异显著性分析；得到在以下五段波数范围内，地沟油和食用油脂特征峰的拉曼强度值均具有明显差异：

①1855cm^-1-1950cm^-1，②2200cm^-1-2300cm^-1，③2853cm^-1-2856cm^-1，④2884cm^-1-2886cm^-1，⑤2892cm^-1-2905cm^-1；

步骤D)，在步骤C差异显著性分析的基础上，得到地沟油在上述第③、第④和第⑤波数范围内特征峰的拉曼强度最大值均低于9，而食用油脂在上述第③、第④和第⑤波数范围内特征峰的拉曼强度最大值均高于9，因此在上述第③、第④和第⑤波数范围内，将其特征峰的拉曼强度最大值均为9作为判断地沟油和食用油脂的阈值； 

同时，在步骤C差异显著性分析的基础上，得到食用油脂在上述第①、第②波数范围内特征峰的拉曼强度最大值均低于1.2，而地沟油在上述第①、第②波数范围内特征峰的拉曼强度最大值均高于1.2，因此在上述第①、第②波数范围内，将其特征峰的拉曼强度最大值均为1.2作为判断待检测样品是否符合现行国标的食用油脂的阈值； 

步骤E)，地沟油现场检测步骤：

（1）将待检测的油脂样品装入样品槽中；

（2）采用光源照射样品槽中的样品，然后采用光纤探头传感器采集油脂样品的拉曼信号，得到拉曼扫描图谱曲线；

（3）将拉曼扫描图谱曲线进行基线调平、噪声去除、过滤平滑处理，然后根据其总体均值进行归一化，得到标准数据；

（4）检测拉曼扫描图谱曲线中的特征峰，提取步骤C中所述的五段波数范围内特征峰的拉曼强度最大值；

（5）将第③、第④和第⑤波数范围内特征峰的拉曼强度最大值与阈值9进行比较，如果这三个值都低于9，说明是纯的地沟油；否则，进入下一步骤；

（6）将第①、第②波数范围内特征峰的拉曼强度最大值与阈值1.2进行比较，如果这两个值都等于或高于1.2，说明该油脂为掺入地沟油的食用油；如果这两个值都低于1.2，说明样品为符合现行国标的食用油脂。

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