CN102706837B - 光致超弱发光成像技术鉴定地沟油的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种光致超弱发光成像技术鉴定地沟油的方法及系统，其特征在于，油品在光源的激励后，会有光致超弱发光，油品的成分、激励光源的波长、强度与激励时间都会影响油品的光致超弱发光，在相同检测条件下，通过分析待测样品油与合格食用油的光致超弱发光的差异，以判别待测样品油是否合格。本发明的方法适用性好，灵敏度高，其检测精度在光子水平，由于各种油品的污染物都有强度各异的光致超弱发光，所以不管来源与成分多么复杂，地沟油的光致超弱发光都将异于合格食用油。

Description

光致超弱发光成像技术鉴定地沟油的方法

技术领域

本发明涉及一种光致超弱发光成像技术鉴定地沟油的方法及系统，属于食用油鉴定及食品安全技术领域。

背景技术

地沟油是一个泛指的概念，是人们在生活中对于各类劣质油的统称。其具体可分为三类：一是狭义的地沟油，即将下水道中的油腻漂浮物或者将宾馆、酒楼的剩饭、剩菜（通称泔水）经过简单加工、提炼出的油。二是劣质猪肉、猪内脏、猪皮加工以及提炼后产出的油。三是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。与正常食用油相比，地沟油中的重金属、毒素（如丙烯醛、黄曲霉毒素）、油脂氧化物等等有害物质严重超标，营养价值严重降低。如果人体摄入，严重威胁机体健康。单纯的第二类、第三类劣质油是可以可靠的鉴别出的。

对于地沟油的鉴定，目前最大的困难在于鉴别精加工地沟油与正常的食用植物调和油。因为从加工工艺看，地沟油在精加工过程中脱水比较彻底，去离子化程度比较高，直接加碳酸氢钙中和酸，并且用230摄氏度低真空的技术将不同凝固点的或不同汽化点的物质去掉。因此，地沟油的精加工实际上把我们已知的一些指标性物质和有毒有害物质都已经去掉。面对按照严格的精炼程序生产出来的地沟油，电导率、凝固点等等检测方法就会失效。

专利申请号为201010540281.1的一种地沟油快速检测方法，提供一种简单的利用散射光强弱检测地沟油的方法，然而该方法的缺点是精度不高、准确性不高，无法对精加工地沟油进行检测。

光致发光是指物质（原子）经外界光源（包括紫外光、可见光、红外光等）照射后获得能量，产生激发发光的现象，这是一个普遍的物理现象，它大致经过吸收、能量传递及光发射三个主要阶段，如磷光与荧光。物质受光源照射后可发射包括红外线、紫外线和可见光。当照射停止后，发光仍能持续一段时间，叫光衰减，又称为余辉。余辉的持续时间决定于发光物质的成分，通常在10-10秒以上。余辉在10-8秒以上的称磷光，余辉在10-8秒以下的称荧光。由于光致发光的强度、光谱、衰减速度和衰减模式随物质的分子结构和组分的不同而不同，利用此现象，已开发出了荧光分析法和磷光分析法，用于对物质组分和结构的定性与定量分析，但这些分析方法需要的物质剂量大，甚至需要对样品作特殊的预处理，以增加样品的光致发光强度，如室温流体介质磷光分析的除氧和添加重原子微扰剂，但同时也改变了样品的原来特征，引入了新的污染。又由于以前光检测仪器和方法的灵敏度的限制，传统观点认为只有少数几类物质能产生有分析价值的诱发光信号，限制了这类技术的应用范围。

综上所述，地沟油严重威胁广大消费者的身体健康，而当前对地沟油的鉴定方法虽然很多，但在简便性、准确性、适用性等方面还有不足，急需开发新的鉴定方法。同时，利用荧光鉴定地沟油的方法已出现，但国内外并没有利用物质的光致超弱发光现象来鉴定地沟油的文献报道。

发明内容

本发明的目的是：基于此，本发明提供一种光致超弱发光成像技术鉴定地沟油的方法及系统，从而提供一种简便、准确、适用性强的鉴定方法及系统，为鉴别地沟油与合格食用油提供一个崭新的方法，并可扩展到鉴定其他食品安全的技术领域。

本发明所采用的技术方案是：一种光致超弱发光成像技术鉴定地沟油的方法，其特征在于，油品在光源的激励后，会有光致超弱发光，油品的成分、激励光源的波长、强度与激励时间都会影响油品的光致超弱发光，在相同检测条件下，通过分析待测样品油与合格食用油的光致超弱发光的差异，以判别待测样品油是否合格。

如上所述的光致超弱发光成像技术鉴定地沟油的方法，其特征在于，本方法具体的实施步骤如下：

（1）分析指标的确定：在相同的检测条件和检测程序下，检测不同品质的油品其光致超弱发光信号，在最大发光强度、发光光谱、衰减速度和衰减模式指标下对已知样品进行分析，获得不同品质的食用油其各分析指标的特征值，找出油品品质与指标值之间的关系；

（2）指标有效性的确认：首先，在样品不变的情况下重复步骤（1），确认指标差异的稳定性，其次，改变各品质下的食用油样品，确认指标差异对不同样品的稳定性；

（3）数据库与检测标准的确定：获取不同来源、不同品质的合格食用油和地沟油，检测其光致超弱发光信号，建立数据库，并以此确定判断地沟油的指标标准；

（4）待测样品油的检测：在相同的检测条件和检测程序下，检测待测样品油的光致超弱发光，将所获得的数据指标与检测标准进行比对，确认样品油是否合格。

如上所述的光致超弱发光成像技术鉴定地沟油的方法，其特征在于，本方法所述步骤（1）中，相同的检测条件包括相同的避光时间、激励光源、光激励时间和光信号累积时间，由于光致超弱发光的光信号极其微弱，需要光子成像器件延长曝光时间，即信号累积时间，来提高信号的信噪比。

如上所述的光致超弱发光成像技术鉴定地沟油的方法，其特征在于，本方法所述步骤（1）中，可以对检测条件进行优化：首先是避光时间，在精度允许的范围内，避光时间越短，整个检测过程将越快完成；其次是激励条件，包括激励光源的强度、光谱和激励时间，优化原则是分析指标差异最大化，即对油品的不同品质，分析指标数值改变最大，这样精度就最大。

如上所述的光致超弱发光成像技术鉴定地沟油的方法，其特征在于，本方法所述步骤（1）中，相同的检测程序包括避光、光激励、光致超弱发光信号检测、数据分析、比对与判断。

本发明还提供一种光致超弱发光成像技术鉴定地沟油的系统，包括三个部分：检测子系统、状态维持子系统和光刺激子系统，其特征在于：

检测子系统直接用于采集和分析数据，主要包括具有CCD接口的显微镜，用于观察样品和作为支架；光子探测器，为具有光子探测能力的设备，用于采集样品的光子信息；计算机，用于设备控制和信息处理；其中光子探测器通过显微镜的CCD接口架设在显微镜上，并通过光子探测器的控制器连接到计算机上，显微镜和光子探测器置于暗箱中，通过暗箱上的开孔和计算机连接；

状态维持子系统包括低温冷却液循环泵，用于对光子探测设备进行制冷辅助；和暗箱，用于隔绝外界光线和宇宙射线，避免样本受到外界光的影响；其中低温冷却液循环泵通过循环液软管和光子探测设备连接；

光刺激子系统用于实验过程中对样品进行光刺激，包括光源支架、激励光源和光源控制器；光源支架用于固定光源，并使其光斑对准样品，光源控制器连接激励光源和计算机，用于控制激励光源的开关。

如上所述的光致超弱发光成像技术鉴定地沟油的系统，其特征在于，所述光子探测设备可以选用光电倍增管PMT、雪崩光电二极管APD、电子倍增CCD、像增强CCD、电子轰击EBCCD、多阳极微通道阵列器件MAMA。

如上所述的光致超弱发光成像技术鉴定地沟油的系统，其特征在于，所述激励光源可以为全光谱光源、发光二极管LED、激光器以及由光纤导入的光。

本发明的有益效果是：1、本发明是一种针对当前还无法可靠检测精炼地沟油的检测方法。实验结果表明，本发明可以明显区分市场散装色拉油和瓶装色拉油。2、本发明适用性好。由于各种油品的污染物都有强度各异的光致超弱发光，所以不管来源与成分多么复杂，地沟油的光致超弱发光都将异于合格食用油。3、本发明的灵敏度高。本发明构建的光子成像系统，其检测精度在光子水平，有能力鉴别合格食用油和混有小比例地沟油的食用油。4、本发明检测操作方便、速度快（30分钟以内）、样品油无需预处理且可重复使用。由于样品油无需任何预处理，就不会改变样品油原有的状态，不会引入新的外源污染，所以其检测结果的真实性更高。5、本发明的应用领域有拓展潜力。由于各种物质均有光致超弱发光现象，所以本发明可以拓展到食品安全检测甚至是其他检测领域。

附图说明

图1是本发明提供的光致超弱发光成像技术鉴定地沟油的系统的原理示意图。

图2是本发明提供的实施例1的试验结果分析示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样在本申请所列权利要求书限定范围之内。

发明人通过实验研究发现，食用油也有光致超弱发光现象。食用植物油实际上是混合物，其成分比较复杂。但由于地沟油来源更复杂，受到的污染多种多样，有化学性的，也有生物性的，导致地沟油中的杂质在种类和数量上都不同于食用油。而各种组分的光致超弱发光强度不同，进而食用油与地沟油的发光强度显著不同。特别的对于有机物，环状结构的光致超弱发光强度显著大于链状结构，而链状结构的改变也会影响其发光强度。同时，由于地沟油在初油使用和脏油精炼过程中都要经历高温，其链状脂肪酸遭到一定程度破坏，形成一定量的新的链状结构和环状结构，并显著影响油品的发光强度。

基于此，本发明人利用构建的极弱光探测系统，研究不同品种食用油、合格食用油与地沟油的光致超弱发光差异，以此来区分各种不同品种的食用油、区分合格食用油和地沟油，为鉴别地沟油与合格食用油提供一个崭新的方法。

本发明的目的是这样实现的：

依据食用油的光致超弱发光现象，利用极弱光探测系统（见图1），无需对油品作任何预处理,通过直接检测光激励后不同油品的超弱发光的强度、衰减速度和衰减波形，来鉴别各种食用油及地沟油。

本发明的技术方案是：光致超弱发光成像技术鉴别精加工地沟油和合格食用油的方法，其原理在于油品在光源的激励后，会有光致超弱发光，油品的成分、激励光源的波长、强度与激励时间都会影响油品的光致超弱发光。在相同检测条件下，通过分析待测样品油与合格食用油的光致超弱发光的差异，以判别待测样品油是否合格。

本发明方法具体的实施步骤如下：

（1）分析指标的确定：在相同的检测条件和检测程序下，检测不同品质的油品其光致超弱发光信号，在最大发光强度、发光光谱、衰减速度和衰减模式等指标下对已知样品进行分析，获得不同品质的食用油其各分析指标的特征值，找出油品品质与指标值之间的关系。

（2）指标有效性的确认：首先，在样品不变的情况下重复步骤1，确认指标差异的稳定性。其次，改变各品质下的食用油样品，确认指标差异对不同样品的稳定性。

（3）数据库与检测标准的确定：获取不同来源、不同品质的合格食用油和地沟油，检测其光致超弱发光信号，建立数据库，并以此确定判断地沟油的指标标准。

（4）待测样品油的检测：在相同的检测条件和检测程序下，检测待测样品油的光致超弱发光，将所获得的数据指标与检测标准进行比对，确认样品油是否合格。

本发明方法所述步骤（1）中，相同的检测条件包括相同的避光时间、激励光源、光激励时间和光信号累积时间。由于光致超弱发光的光信号极其微弱，需要光子成像器件延长曝光时间，即信号累积时间，来提高信号的信噪比。

本发明方法所述步骤（1）中，可以对检测条件进行优化。首先是避光时间，虽然避光时间越长越有利于排除避光前外界光线对油品光致超弱发光的影响，但在精度允许的范围内，避光时间越短，整个检测过程将越快完成。其次是激励条件，包括激励光源的强度、光谱和激励时间，它们都会影响油品的光致超弱发光，优化它们的原则是分析指标差异最大化，即对油品的不同品质，分析指标数值改变最大，这样精度就最大。

本发明方法所述步骤（1）中，相同的检测程序包括避光、光激励、光致超弱发光信号检测、数据分析、比对与判断。

本发明的极弱光探测系统包括三个部分：检测子系统、状态维持子系统和光刺激子系统。

检测子系统直接用于采集和分析数据，主要包括具有CCD接口的显微镜（可以通过光路转换开关将物镜光线转到目镜或CCD上），用于观察样品和其他设备支架；光子探测设备，为具有光子探测能力的设备，如光电倍增管（PMT）、雪崩光电二极管（APD）、电子倍增CCD(EM-CCD)、像增强CCD（ICCD）、电子轰击（EBCCD）、多阳极微通道阵列器件（MAMA）等等，用于采集样品的光子信息；计算机，用于设备控制和信息处理。其中光子探测器通过显微镜的CCD接口架设在显微镜上，并通过光子探测器的控制器连接到计算机上，显微镜和光子探测器至于暗箱中，通过暗箱上的开孔和计算机连接。

状态维持子系统包括低温冷却液循环泵（对光子探测设备进行制冷辅助）和暗箱（用于隔绝外界光线和宇宙射线，避免样本受到外界光的影响）。低温冷却液循环泵有循环液软管和光子探测设备连接。

光刺激子系统用于实验过程中对样品进行光刺激。包括光源支架、激励光源和光源控制器。光源支架用于固定光源，并使其光斑对准样品；激励光源可以为全光谱光源、发光二极管（LED）、激光器（实验发现，由于LED或激光其光谱范围窄，效果更好）以及由光纤导入的光；光源控制器连接激励光源和计算机，用于控制激励光源的开关。

本检测方法的具体操作流程为：一，将盛有定量待测油品的玻璃皿放于显微镜物镜下，调整显微镜，关闭暗箱。二，避光一段时间（大于10分钟），打开激励光源（时间长短根据样品和光源进行优化选择），对样品进行光照。三，关闭激励光源，同时打开光子探测设备，采集样品的光致超弱发光信息。四，分析所获得的数据，得到油品光致超弱发光的最大强度、衰减速度和衰减波形。并与标准数据对比，判断油品合格与否。

实施例1：超市瓶装色拉油与市场散装色拉油的区分（光子探测器为EMCCD）

1、样品及来源

    超市瓶装色拉油为金龙鱼植物调和油，市场散装色拉油为购自菜市场的铁桶装散装色拉油，二者色泽和透明度基本一样。

2、实验操作 

取油7ml样品，放入小玻璃杯，置于暗箱中显微镜物镜下。关暗箱门，避光15分钟。设置EMCCD参数，并拍摄系统的背景光子图像，每分钟一张，共五张图像。用10mW的405nm激光器照射样品1min。拍样品的光致极弱磷光，每分钟一张图像，共10张图像。

3、实验结果及分析

利用EMCCD配套的软件，统计所获得的15张光子图像中目标区的像素平均灰度，获得样品油的光致超弱发光的最大强度、衰减速度和衰减波形，如图2所示。

在本例中，像素平均灰度值相差1点，表明样品一分钟内向一个方向辐射的光子数相差约190个光子。结果显示，散装色拉油的像素平均灰度值的最大值高出瓶装色拉油4个点，衰减速度（（最大值-尾值）/时间）为瓶装色拉油的2.1倍。

综上所述，通过实验研究，结果显示此技术对各种食用油及食用油与地沟油都有很好的鉴别能力。虽然在上面的实例1中显示出的检测系统的精度在190个光子。但如果运用光子图像的光子提取计数算法，本系统的精度实际上可达到10¹水平，故此方法及现有的检测系统完全可以胜任食用油与地沟油的鉴别。

本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (4)

1.一种光致超弱发光成像技术鉴定地沟油的方法，其特征在于，油品在光源的激励后，会有光致超弱发光，油品的成分、激励光源的波长、强度与激励时间都会影响油品的光致超弱发光，在相同检测条件下，通过分析待测样品油与合格食用油的光致超弱发光的差异，以判别待测样品油是否合格，本方法具体的实施步骤如下：

（1）分析指标的确定：在相同的检测条件和检测程序下，检测不同品质的油品其光致超弱发光信号，在最大发光强度、发光光谱、衰减速度和衰减模式指标下对已知样品进行分析，获得不同品质的食用油其各分析指标的特征值，找出油品品质与指标值之间的关系；

（2）指标有效性的确认：首先，在样品不变的情况下重复步骤（1），确认指标差异的稳定性，其次，改变各品质下的食用油样品，确认指标差异对不同样品的稳定性；

（3）数据库与检测标准的确定：获取不同来源、不同品质的合格食用油和地沟油，检测其光致超弱发光信号，建立数据库，并以此确定判断地沟油的指标标准；

（4）待测样品油的检测：在相同的检测条件和检测程序下，检测待测样品油的光致超弱发光，将所获得的数据指标与检测标准进行比对，确认样品油是否合格。

2.根据权利要求1所述的光致超弱发光成像技术鉴定地沟油的方法，其特征在于，本方法所述步骤（1）中，相同的检测条件包括相同的避光时间、激励光源、光激励时间和光信号累积时间，由于光致超弱发光的光信号极其微弱，需要光子成像器件延长曝光时间，即信号累积时间，来提高信号的信噪比。

3.根据权利要求1所述的光致超弱发光成像技术鉴定地沟油的方法，其特征在于，本方法所述步骤（1）中，可以对检测条件进行优化：首先是避光时间，在精度允许的范围内，避光时间越短，整个检测过程将越快完成；其次是激励条件，包括激励光源的强度、光谱和激励时间，优化原则是分析指标差异最大化，即对油品的不同品质，分析指标数值改变最大，这样精度就最大。

4.根据权利要求1所述的光致超弱发光成像技术鉴定地沟油的方法，其特征在于，本方法所述步骤（1）中，相同的检测程序包括避光、光激励、光致超弱发光信号检测、数据分析、比对与判断。