CN107091838A - 一种现场快速检测食品中有害添加物的系统及检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种现场快速检测食品中有害添加物的系统及检测方法。所述系统包括检测有害添加物的检测卡，图像采集装置和安装有检测APP的移动设备；所述检测APP可采集检测卡显色图像并读取图像灰度值，检测APP采集检测卡显色图像的操作在图像采集装置中完成；所述检测APP中设定有检测卡显色图像灰度值与有害添加物标准含量之间的标准曲线。检测时，用检测卡检测目标待测物，待检测卡显色稳定后，利用图像采集装置，用检测APP采集检测卡的显色图像并转化为灰度值，从而分析出待测物含量，检测结果直接显示在移动设备屏幕上，从而实现现场快速检测食品中有害添加物。本发明成本低、操作简便、检测结果即时显现，具有较大的应用前景。
Description
技术领域
本发明属于食品安全技术领域。更具体地，涉及一种现场快速检测食品中有害添加物的系统及检测方法。
背景技术
近些年以来，食品安全问题尤其是食品有害添加物污染或中毒的事件层出不穷，这早已引起了人们的恐慌。食品有害添加物例如亚硝酸盐、甲醛、吊白块及过氧化氢经常被不法商贩为谋取非法暴利而添加在食品当中。这些食品有害添加物对人体的危害极大。亚硝酸盐毒性很强，具有极强的致癌性，对人体健康构成极其严重的危害。有研究表明，摄入0.2g～0.5g亚硝酸盐便可引发人体发生急性中毒，一次性摄入3g亚硝酸盐即可导致人死亡。甲醛对人体健康的危害是非常巨大的，它几乎能够导致人体的嗅觉异常、过敏现象、强烈刺激、肝功能异常、肺功能异常、免疫功能异常等症候。它可以直接作用于人体细胞中的氨基、巯基和羧基等小分子物质，生成次甲基衍生物，从而破坏机体蛋白质和酶，使组织细胞发生不可逆转的凝固与坏死。吊白块呈白色的粉末状，气味极大。食品中的吊白块会破坏食品的营养成分，还会引发人体过敏、肠道刺激及食物中毒的症状，长期低剂量食用会导致癌症的发生。过氧化氢是一种非常重要的化工原料，已经广泛应用在多个领域内，最早是在纺织工业中作为重要杀菌剂用来杀菌消毒。由于过氧化氢的分解产物为水分子和氧分子，对环境及人体没有毒害作用，而且其强氧化性使其杀菌效果高效，因此在各个领域中被应用到。目前很多食品生产加工企业为了达到提高产品的保藏期、防腐防臭、漂白食物和增加食品的色度等目的，在生产过程中经常非法添加过氧化氢。一些不法商贩甚至将已经发霉变质的食品经过氧化氢溶液浸泡漂白后重新出售，这种做法让人无法容忍。
传统检测食品有害添加物的方法有高效液相法、气相法、近红外光谱、电化学、化学发光法及分光光度法等。然而，这些方法存在成本高、仪器操作复杂、分析速度慢等许多缺点，无法满足简单快速检测的要求。鉴于此，许多研究者们开始着眼于比较便捷迅速的手机比色方法，例如有研究者将传统的胶体金法结合手机比色来检测饲料中的AFB1。这种利用纸片显色的手机比色方法成本低、操作步骤简单、检测速度快，确实要比传统检测方法优越许多。但是显色图片的采集需要固定的条件才能保证稳定和准确，因此便携式检测装置也在手机比色法的研究中被提出来。
近年来，智能手机功能化为检测工具使用越来越受欢迎，许多研究者们已成功将手机作为检测工具用于化学分析及医疗可视化诊断等领域。多数智能手机由于自带高像素摄像头、高端处理器、大内存、无线连接、实时定位、安全数据管理及云计算等硬件和功能，作为检测工具时，可以随时随地进行现场化学分析和医疗诊断工作。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服上述现有技术的的缺陷和不足，提供一种基于手机平台的快速检测食品中有害添加物的系统及检测方法。本发明通过将智能手机与传统的纸片显色过程结合作为检测工具运用到食品有害添加物的检测中，不仅成本低，简单方便，而且迅速准确，在现场就可以快速得到检测结果，具有十分广阔的应用前景。
本发明的目的是提供一种现场快速检测食品中有害添加物的系统。
本发明另一目的是提供利用上述检测系统现场快速检测食品中有害添加物的方法。
本发明的上述目的是通过以下技术方案给予实现的：
一种现场快速检测食品中有害添加物的检测系统，其特征在于，包括检测有害添加物的检测卡，图像采集装置和安装有检测APP的移动设备；所述检测APP具有图像采集并读取图像灰度值的功能；所述检测APP中设定有检测卡显色图像灰度值与有害添加物标准含量之间的标准曲线。
所述标准曲线的构建方法为：首先用检测卡检测不同浓度的有害添加物标准品，并用检测APP读取灰度值，建立灰度值与有害添加物标准含量之间的标准曲线。然后将建立的标准曲线写入上述检测APP中，建立得到有害添加物定量检测APP。
实际工作中，可针对不同的检测对象，提前建立好上述标准曲线并导入写入上述检测APP中，即可用于实际待测样本的检测。
检测应用时，用检测卡检测目标待测物，待检测卡显色稳定后，利用图像采集装置，用检测APP采集检测卡的显色图像并转化为灰度值，从而分析出待测物含量，检测结果可直接显示在移动设备屏幕上，从而实现现场快速检测食品中有害添加物。
优选地，所述图像采集装置为暗箱装置，可避免户外光线强弱对拍照产生影响，保证拍照环境的一致性。
更具体优选地，所述图像采集装置由箱体1和顶盖2组成；所述箱体1内侧底部设置有若干个孔槽11，所述顶盖2的中部设置有孔洞21，顶盖2的内侧面上设置有均匀分布的白色光源22。
优选地，所述顶盖2上设置有拍照辅助装置23；手机侧边可靠在辅助装置上，不易滑动，使成像质量更加稳定。
优选地，所述箱体1底部设置有供电部件，供电部件通过线路与白色光源22连接；所述图像采集装置由ABS韧性树脂材料经过3D打印制成，且内部用喷漆全部喷黑。
另外，优选地，所述移动设备包括智能手机。
优选地，所述智能手机为安卓系统。
更优选地，所述智能手机的后置摄像头像素为不低于1600万。
优选地，所述检测有害添加物的检测卡为可通过检测卡的颜色变化反映待测物含量的试纸或胶体金检测卡。
优选地，所述有害添加物检测卡的制备方法为配制检测卡浸泡液，用等体积的乙醇进行混合后，将药片载体在浸泡液中浸泡一段时间后，取出干燥，再切条成型，即为有害添加物检测卡。
优选地，所述有害添加物为亚硝酸盐、甲醛、吊白块或过氧化氢中的一种或几种。
其中，亚硝酸盐浸泡液的配制方法为：往400～600mL去离子水中加入适量酒石酸，边加热边搅拌，待酒石酸完全溶解后加入盐酸萘乙二胺和无水对氨基苯磺酸，继续搅拌，直到溶液颜色变澄清。将配制好的检测液冷却至室温，放置于4℃保存，作为制作试纸条的储备液。制作试纸条前取保存好的检测液用等体积的无水乙醇进行稀释。
甲醛和吊白块浸泡液的配制方法为：往100mL去离子水中加入28g氢氧化钾，搅拌溶解；再加入10g乙二胺四乙酸二钠和1.50g碘酸钾，继续搅拌溶解后放置于4℃保存，作为制作甲醛检测卡的储备液。制作检测卡前取保存好的检测液用等体积的无水乙醇进行稀释。
过氧化氢浸泡液的配制方法为：往90mL去离子水加入碘化钾10g，搅拌溶解；再往另外100mL去离子水中加入1g淀粉，搅拌加热使其逐渐溶解。待淀粉溶解、冷却后，取10mL淀粉溶液加入到碘化钾溶液中，混合均匀，得到淀粉碘化钾溶液，避光保存在4℃，制作检测卡前取保存好的检测液用等体积的无水乙醇进行稀释。
优选地，所述干燥为35～38℃条件下晾干。
优选地，所述建立灰度值与有害添加物标含量之间的标准曲线为建立亚硝酸盐、甲醛、吊白块或过氧化氢的标准曲线。
优选地，所述灰度值为待测物检测卡显色图像的灰度值与空白样品检测卡显色图像的灰度值间的灰度值差⊿I。
具体地，所述亚硝酸盐的标准浓度为20.0、10.0、5.0、2.0、1.0、0.5μg/mL，分别用相应检测卡检测，测得标准样与空白样的图像灰度值差⊿I，即可得到相应的标准曲线。
所述甲醛的标准浓度为40.0、20.0、10.0、5.0、2.0、1.0μg/mL，分别用相应检测卡检测，测得标准样与空白样的图像灰度值差⊿I，即可得到相应的标准曲线。
所述吊白块的标准浓度为100.0、75.0、50.0、25.0、15.0和10.0μg/mL，分用相应检测卡检测，测得标准样与空白样的图像灰度值差⊿I，即可得到相应的标准曲线。
所述过氧化氢的标准浓度为50.0、20.0、10.0、5.0、2.0和1.0μg/mL，分用相应检测卡检测，测得标准样与空白样的图像灰度值差⊿I，即可得到相应的标准曲线。
优选地，所述灰度值I为检测图像特定区域的R、G、B值，然后根据公式I＝0.30R+0.59G+0.11B计算得出的；所述灰度值差⊿I为分别检测空白对照与待测样品图像特定区域的R、G、B值，然后根据公式I＝0.30R+0.59G+0.11B计算出相对应的灰度值I0、In，根据⊿I＝I0-In计算得出。
本发明还提供一种使用上述检测系统现场快速检测食品中有害添加物的方法，先用有害添加物检测卡检测待测样品，待检测卡显色稳定后，利用图像采集装置，用检测APP采集检测卡的显色图像并转化为灰度值，检测APP再根据读取的灰度值计算待测物的浓度含量，将检测结果及时显示在移动设备屏幕上，从而实现现场快速检测食品中有害添加物。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明首次建立了基于手机平台与纸片显色的快速检测食品中有害添加物的系统，在用于现场实际样品的检测中，与传统检测食品有害添加物的方法相比，具有成本低、简单方便和可直接出检测结果等优点。
(2)本发明与其他手机比色法相比，可以实现同时对四个样品进行检测，本发明的图片采集装置有四个插卡孔槽，可以同时允许插入四种检测卡，并采集四张卡的图片显色信息。
(3)本发明所述检测系统可直接检测食品有害添加物的含量并定量计算结果，同时集采集图像、读取图片灰度值、计算检测结果等众多功能于一体；本发明为避免户外光线强弱对拍照产生影响，采用暗箱装置来保证拍照环境的一致性。与大型检测仪器相比，不仅大大降低了实验成本，而且手机非常便携，操作简单，非常适合用于现场测量。
附图说明
图1为本发明有害添加物检测卡显色示意图；a为亚硝酸盐检测卡；b为甲醛检测卡；c为吊白块检测卡；d为过氧化氢检测卡。
图2为本发明检测系统流程示意图。
图3为本发明四种食品有害添加物检测卡的标准曲线；a为亚硝酸盐的标准曲线；b为甲醛的标准曲线；c为吊白块的标准曲线；d为过氧化氢的标准曲线。
图4为本发明图像采集装置的示意图。
图5为本发明图像采集装置的立体示意图；a为侧视图；b为俯视图；c为仰视图；d为底部俯视图；e为左侧视图；g为右侧视图。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体实施例来进一步说明本发明，但实施例并不对本发明做任何形式的限定。除非特别说明，本发明采用的试剂、方法和设备为本技术领域常规试剂、方法和设备。
除非特别说明，以下实施例所用试剂和材料均为市购。
实施例1
一种现场快速检测食品中亚硝酸盐的系统，所述检测系统的构建方法，按照如下步骤进行：
(1)制备亚硝酸盐检测卡
先配制亚硝酸盐纸片浸泡液，称取适量的酒石酸加入到500mL去离子水的烧杯中，一边加热一边搅拌，待酒石酸完全溶解后加入盐酸萘乙二胺和无水对氨基苯磺酸，继续搅拌，直到溶液颜色变澄清，最后停止加热和搅拌。配制好的检测液冷却至室温，放置于4℃保存，作为制作试纸条的储备液。制作试纸条前取保存好的检测液用等体积的无水乙醇进行稀释。
(2)建立亚硝酸盐检测卡的标准曲线
将配制好的不同浓度的亚硝酸钠标准溶液与空白对照分别用制备的相应检测卡来检测，待检测卡显色稳定后运用图片采集装置采集照片，根据手机APP检测到的灰度值⊿I与有害添加物浓度的关系建立标准曲线。
所述亚硝酸盐的标准浓度为20.0、10.0、5.0、2.0、1.0、0.5μg/mL，分别测得灰度值⊿I，即可得到相应的标准曲线。
(3)将亚硝酸钠的标准曲线写入到手机APP程序中
将上述利用图片采集装置与手机APP，结合检测卡显色后读取的灰度值数据，写入到具体的有害物计算的程序中。
所述暗箱由箱体1和顶盖2组成；所述箱体1下部设置有4个绕箱体一周均匀分布的孔槽11，所述顶盖2上设置有孔洞21，顶盖2的内侧面上设置有均匀分布的LED灯22；所述顶盖2上设置有拍照辅助装置23；所述箱体1的底部设置有电池，通过设置在箱体1内壁中的电线与LED灯相连；采用智能手机2自带的照相机采集检测卡显色反应的图像，利用开发的安装在手机中的“天眼测”软件对图片进行数字化处理，即可准确检测食品样品中亚硝酸盐的含量。
其中所述智能手机为安卓系统；
所述智能手机的后置摄像头像素为大于等于1600万；
所述手机“天眼测”软件主界面由5部分组成，五个部分依次为对照检测、样品检测、使用指南、项目查询和退出。点击“对照检测”或“样品检测”选项，就会进入待测对象的选择界面，软件设计了针对本论文研制的四种检测对象，可根据实际需要点击相应对象来进行选择，选择了具体的检测对象之后，手机系统就会调用智能手机后置摄像头而进入预览界面，在界面的左下角分别设置有“图片采集”和“分析”两个可供选择的选项，点击“图片采集”即可采集到待测物发生化学反应而显现出颜色的图像并保存到手机中，紧接着再点击“分析”选项，就会进入结果界面，待测对象的分析结果也将会显现在界面上。点击“使用指南”选项，软件即会进入帮助界面，主要显现出一些有关本软件的操作说明以及其他的帮助信息。点击“项目查询”选项，可进入记录界面，其内容主要是记录了各个项目的检测结果。点击“退出”选项，将会退出整个软件。
(4)图片颜色信号读取及转化的实现
采集了具体对象的化学反应显色图片之后，点击“分析”即可按照系统设定的程序先读取图片特定区域的R、G、B值，然后根据公式I＝0.30R+0.59G+0.11B计算出相对应的灰度值I，所有采集到的照片经过R、G、B值颜色信息读取后均经过此公式换算为统一的灰度值I。
每次检测实验均需进行空白对照试验，空白对照检测之后，系统会自动记录空白的灰度值I0，紧接着对相应对象检测的时候分别记录其灰度值In。针对每个检测样品，本论文采用灰度值差(⊿I)来表示检测卡显色后的颜色深浅信号的强弱，其计算公式为⊿I＝I0-In。
亚硝酸钠的标准曲线已经通过多次实验得到确认，曲线方程均是⊿I与待测物含量成正比例的一次线性方程，标准曲线可以写入计算程序中。
(5)添加回收实验
选取在检测范围内的三个浓度进行添加回收实验，经过样品前处理之后，并用本发明方法研制的检测卡对样品提取液进行检测。结果如表1所示，各类样品批内回收率为87.96％～118.54％，变异系数为6.06％～13.64％，批间回收率为92.54％～115.28％，变异系数为5.45％～13.98％。各个样品回收率的变异系数均小于15％，说明该方法具有较好的准确性。
表1不同种类样品添加回收实验结果(n＝6)
实施例2
一种现场快速检测食品中甲醛的系统，所述检测系统的构建方法，按照如下步骤进行：
(1)制备甲醛检测卡
先配制甲醛纸片浸泡液，准确称取28g氢氧化钾，加入100mL去离子水，搅拌溶解；再准确称取10g乙二胺四乙酸二钠和1.50g碘酸钾加入其中，继续搅拌溶解。配制好的检测液放置于4℃保存，作为制作甲醛检测卡的储备液。制作检测卡前取保存好的检测液用等体积的无水乙醇进行稀释。
(2)建立甲醛检测卡的标准曲线
将配制好的不同浓度的甲醛标准溶液与空白对照分别用制备的相应检测卡来检测，待检测卡显色稳定后运用图片采集装置及手机拍照采集照片，根据手机APP检测到的灰度值⊿I与有害添加物浓度的关系建立标准曲线。
所述甲醛的标准溶液浓度为40.0、20.0、10.0、5.0、2.0、1.0μg/mL，分别测得灰度值⊿I，即可得到相应的标准曲线。
(3)将甲醛的标准曲线写入到手机APP程序中
同实施例1
(4)图片颜色信号读取及转化的实现
同实施例1
(5)添加回收实验
选取在检测范围内的三个浓度进行添加回收实验，经过样品前处理之后，并用本发明方法研制的甲醛检测卡对样品提取液进行检测。结果如表2所示，各类样品批内回收率为94.53％～113.21％，变异系数为6.82％～11.86％，批间回收率为91.52％～113.54％，变异系数为7.41％～10.94％。各个样品回收率的变异系数均小于15％，说明该方法具有较好的准确性。
表2不同种类样品添加回收实验结果
实施例3
一种现场快速检测食品中吊白块的系统，所述检测系统的构建方法，按照如下步骤进行：
(1)制备吊白块检测卡
先配制吊白块纸片浸泡液，准确称取28g氢氧化钾，加入100mL去离子水，搅拌溶解；再准确称取10g乙二胺四乙酸二钠和1.50g碘酸钾加入其中，继续搅拌溶解。配制好的检测液放置于4℃保存，作为制作吊白块检测卡的储备液。制作检测卡前取保存好的检测液用等体积的无水乙醇进行稀释。
(2)建立吊白块检测卡的标准曲线
将配制好的不同浓度的吊白块标准溶液与空白对照分别用制备的相应检测卡来检测，待检测卡显色稳定后运用图片采集装置及手机拍照采集照片，根据手机APP检测到的灰度值⊿I与有害添加物浓度的关系建立标准曲线。
所述吊白块的标准溶液浓度为100.0、75.0、50.0、25.0、15.0和10.0μg/mL，分别测得灰度值⊿I，即可得到相应的标准曲线。
(3)将吊白块的标准曲线写入到手机APP程序中
同实施例1
(4)图片颜色信号读取及转化的实现
同实施例1
(5)添加回收实验
选取检测范围内的三个浓度在阴性的面条及米粉样品中进行添加回收实验，经过样品前处理之后，并用本发明方法研制的吊白块检测卡对样品提取液进行检测。结果如表3所示，各类样品批内回收率为83.10％～97.06％，变异系数为3.61％～9.03％，批间回收率为82.91％～92.30％，变异系数为3.86％～9.57％。两种样品回收率的变异系数均小于10％，说明该方法具有较好的准确性。
表3不同种类样品添加回收实验结果
实施例4
一种现场快速检测食品中过氧化氢的系统，所述检测系统的构建方法，按照如下步骤进行：
(1)制备过氧化氢检测卡
先配制过氧化氢纸片浸泡液，准确称取碘化钾10g，加入90mL去离子水，搅拌溶解；再另外准确称取1g淀粉加入到100mL去离子水，搅拌加热使其逐渐溶解。待淀粉溶解完毕后，等其冷却，取10mL淀粉溶液加入到碘化钾溶液中，混合均匀，得到淀粉碘化钾溶液，避光保存在4℃，制作检测卡前取保存好的检测液用等体积的无水乙醇进行稀释。
(2)建立过氧化氢检测卡的标准曲线
将配制好的不同浓度的过氧化氢标准溶液与空白对照分别用制备的相应检测卡来检测，待检测卡显色稳定后运用图片采集装置及手机拍照采集照片，根据手机APP检测到的灰度值⊿I与有害添加物浓度的关系建立标准曲线。
所述过氧化氢的标准溶液浓度为100.0、75.0、50.0、25.0、15.0和10.0μg/mL，分别测得灰度值⊿I，即可得到相应的标准曲线。
(3)将过氧化氢的标准曲线写入到手机APP程序中
同实施例1
(4)图片颜色信号读取及转化的实现
同实施例1
(5)添加回收实验
选取检测范围内的三个浓度在阴性的大白菜及苹果样品中进行添加回收实验，经过样品前处理之后，并用本发明方法研制的过氧化氢检测卡对样品提取液进行检测。结果如表4所示，各类样品批内回收率为88.95％～105.50％，变异系数为6.62％～11.48％，批间回收率为84.40％～104.62％，变异系数为6.84％～11.73％。两种样品回收率的变异系数均小于15％，说明该方法具有较好的准确性。
表4不同种类样品添加回收实验结果
实施例5
为了评价上述实施例建立的智能手机数字比色法检测食品样品中有害添加物含量的实用性与准确性，本实施例分别采用所建立起来的手机数字比色检测方法和高效液相色谱(HPLC)对采集来的样品做了对比实验，其结果如表5所示：本发明建立的手机比色法的实际检测效果与HPLC结果相近，结果可信度高，可用于实际检测。
表5手机比色法与HPLC检测结果比较
注：ND表示未检出。
Claims (10)
1.一种现场快速检测食品中有害添加物的检测系统，其特征在于，包括检测有害添加物的检测卡，图像采集装置和安装有检测APP的移动设备；所述检测APP具有采集检测卡显色图像并读取图像灰度值的功能，检测APP采集检测卡显色图像的操作在图像采集装置中完成；所述检测APP中设定有检测卡显色图像灰度值与有害添加物标准含量之间的标准曲线。
2.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述标准曲线的构建方法为：首先用检测卡检测不同浓度的有害添加物标准品，并用检测APP读取灰度值，建立灰度值与有害添加物标准含量之间的标准曲线；然后将建立的标准曲线写入上述检测APP中后，即可用于待测样本的检测。
3.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述图像采集装置为暗箱装置。
4.根据权利要求3所述的检测系统，其特征在于，所述图像采集装置由箱体（1）和顶盖（2）组成；所述箱体（1）内侧底部设置有若干个孔槽（11），所述顶盖（2）的中部设置有孔洞（21），顶盖（2）的内侧面上设置有均匀分布的白色光源（22）。
5.根据权利要求4所述的检测系统，其特征在于，所述顶盖（2）上设置有拍照辅助装置（23）。
6.根据权利要求4所述的检测系统，其特征在于，所述箱体（1）底部设置有供电部件，供电部件通过线路与白色光源（22）连接；所述图像采集装置由ABS韧性树脂材料经过3D打印制成，且内部用喷漆全部喷黑。
7.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述检测有害添加物的检测卡为可通过颜色变化反映待测物含量的试纸或胶体金检测卡。
8.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述灰度值记为灰度值I，是先检测图像的R、G、B值，然后根据公式I=0.30R+0.59G+0.11B计算得出的。
9.根据权利要求1所述的检测系统，其特征在于，所述灰度值为待测样本检测卡显色图像的灰度值与空白样品检测卡显色图像的灰度值间的灰度值差。
10.一种使用权利要求1所述检测系统现场快速检测食品中有害添加物的方法，其特征在于，先用有害添加物检测卡检测待测样品，待检测卡显色稳定后，利用图像采集装置，用检测APP采集检测卡的显色图像并转化为灰度值，检测APP再根据读取的灰度值计算待测物的浓度含量，检测结果直接显示在移动设备屏幕上。
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