基于嵌入式的便攜式地溝油檢測鑒別系統(tǒng)

高世平 吳黎明

（廣東工業(yè)大學(xué)信息工程學(xué)院）

1 地溝油勾兌現(xiàn)象

廣義的地溝油泛指各類廢棄的劣質(zhì)食用油，包括三大類：一是狹義的地溝油，即將下水道中的油膩漂浮物或者將賓館、酒樓的剩飯、剩菜(通稱泔水)經(jīng)過簡單加工、提煉出的油；二是劣質(zhì)豬肉、豬內(nèi)臟、豬皮加工以及提煉后產(chǎn)出的油；三是油炸食品的油使用次數(shù)超過規(guī)定要求后，再被重復(fù)使用或往其中添加一些新油后重新使用的油。

近年來，全國各地出現(xiàn)不法分子收集餐飲廢油脂，加工處理后，以極低價格賣給飲食店、油脂作坊牟取暴利的行為。目前我國每年返回餐桌的地溝油有200萬至300萬噸。而國人一年動物和植物油消費總量約2250萬噸。按此比例推算，每吃10頓飯就可能有1頓碰上地溝油。與食用油相比，地溝油中的重金屬、毒素（如丙烯醛、黃曲霉毒素）嚴(yán)重超標(biāo)，過氧化值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過國家標(biāo)準(zhǔn)0.15%，長期攝入會導(dǎo)致細(xì)胞功能衰竭等嚴(yán)重后果。潲水油中劇毒的黃曲霉素是目前發(fā)現(xiàn)的最強(qiáng)的化學(xué)致癌物質(zhì)，毒性是砒霜的100倍。動物長期低劑量攝入黃曲霉素，100%會患肝癌。黃曲霉素還可能引發(fā)胰腺癌、腎癌及乳腺、卵巢、小腸等部位癌腫；苯并芘同樣也是強(qiáng)致癌物質(zhì)，可導(dǎo)致胃癌、腸癌等。

地溝油正日益危害著國民的人身健康，要減少不法投機(jī)者將地溝油用在食品中，除提高違法者的違法成本和建立市場準(zhǔn)入制度外，還需要建立一套快速鑒別地溝油的檢測系統(tǒng)，為執(zhí)法人員提供技術(shù)支持，因此地溝油的鑒別和檢測是一項急需進(jìn)行的工作。

2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1 國外處理概況

國外對地溝油檢測方法報道較少，由于他們制訂了一系列法規(guī)，使地溝油難以進(jìn)入食用油市場。他們更關(guān)注的是廢棄油脂綜合利用、食用油摻偽和種類區(qū)分。地溝油與普通食用油相比，價格較低，以地溝油為原料生產(chǎn)生物柴油，更具有經(jīng)濟(jì)可行性，也可將地溝油用于制造涂料、肥皂原料及飼料用油，目前在國外已有一定規(guī)模。

美國嚴(yán)格控制地溝油來源，油分含量高的食物不能放入粉碎機(jī)，需要專門收集起來，倒入專用垃圾桶里，等待專門的公司前來回收。美國科研人員已將地溝油制成保暖材料，能根據(jù)環(huán)境變化，選擇反射或吸收能量。

日本主要采取政府補(bǔ)貼回收方式，高價回收地溝油，使之不能流入市場或餐桌，然后加工成生物柴油。

在歐洲也有嚴(yán)格的地溝油回收法律。德國的每一桶泔水都有“身份證”，從產(chǎn)出、回收到利用都嚴(yán)格記錄在案。任何一個環(huán)節(jié)出問題，很快就能查明。新西蘭政府規(guī)定，無論數(shù)量多少，無論在餐廳還是家里，烹調(diào)廢油不允許倒入水槽或是廁所，因為其中的油脂會阻塞管道、污染水源、破壞生態(tài)環(huán)境。

2.2 國內(nèi)研究概況

目前國內(nèi)尚未制定地溝油檢測的國家標(biāo)準(zhǔn)方法，全世界也無特效的檢測技術(shù)。其主要原因是地溝油成分比較復(fù)雜，其檢測的特異性理化指標(biāo)還處于研討階段，準(zhǔn)確定性、定量比較困難。但這方面的探索在不斷進(jìn)行，各級政府也十分重視。2011年10月13日，國家食品安全風(fēng)險評估中心在北京掛牌成立，將加強(qiáng)地溝油等重大食品安全問題的風(fēng)險評估和檢測技術(shù)研究。

近10年涉及地溝油檢測技術(shù)的國家科研計劃有：國家自然科學(xué)基金項目、教育部長江學(xué)者團(tuán)隊項目、科技部支撐項目、國家“863”項目等。其中，上海市糧食科學(xué)研究所承擔(dān)的上海市重大應(yīng)用技術(shù)專項《食用植物油中餐廚廢油脂鑒別方法的研究》，項目承擔(dān)的主體是高等院校，科研院所、疾控中心也積極參與。武漢工業(yè)學(xué)院、暨南大學(xué)、南昌大學(xué)、國家糧食局科學(xué)研究院等也都在該領(lǐng)域開展了大量的探索性研究工作，取得了一定的成績，但他們的研究成果都在理論階段，尚未實際應(yīng)用。本文基于前人的研究成果，設(shè)計出一種基于嵌入式的多指標(biāo)高效、準(zhǔn)確的地溝油檢測鑒別系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)采用的理化指標(biāo)分析

由于地溝油成分復(fù)雜，且可通過精煉技術(shù)控制某些特征成分，使檢測鑒別工作更加困難，這也是有些公司的地溝油檢測鑒別儀器效率不高的原因。故本系統(tǒng)采用檢測地溝油多項特性指標(biāo)，通過采取多種檢測方法，提高系統(tǒng)的可靠性。

3.1 電導(dǎo)率法

電導(dǎo)是指電解質(zhì)溶液中離子在電場的影響下產(chǎn)生移動并傳遞電子。溶液導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱即電導(dǎo)率。餐廚廢油脂會混人大量的水溶性物質(zhì)，如食鹽等調(diào)味品和洗滌劑等。這類物質(zhì)會大幅度升高水的電導(dǎo)率，而正常的食用油脂中，水溶性物質(zhì)含量極低。根據(jù)王樂[1]的實驗研究，在溫度22℃～28℃范圍內(nèi)得到表1數(shù)據(jù)。

表1 餐飲業(yè)廢油和食用油樣品的電導(dǎo)率

電導(dǎo)率法通過直接檢測樣品電導(dǎo)率的方法來鑒別地溝油和合格食用油，操作簡單，對儀器與設(shè)備要求低，是一種快速檢測地溝油方法。

3.2 水分含量測定法

通常泔水油的水分含量高于1%，食用油水分含量則少于0.2%[3]。因此，根據(jù)水分含量的不同，可以對食用油中是否含有泔水油進(jìn)行鑒別。但是，水分含量不能作為深度油炸油的鑒別指標(biāo)。

3.3 酸價測定法

酸價是指中和每克油脂中游離脂肪酸所需的氫氧化鉀的毫克數(shù)。我國食用植物油脂的酸價通常都小于等于4；泔水油和深度油炸油中含有較高的油脂腐敗和氧化變質(zhì)產(chǎn)物——游離脂肪酸，所以泔水油和煎炸老油的酸價均遠(yuǎn)高于 4[3]，因而酸價的高低可作為鑒別廢油脂的重要特征指標(biāo)之一。

3.4 膽固醇含量測定法

地溝油通常是多種動、植物油脂的混合物，含有大量的動物油脂。由于動物油脂中普遍含有相對較高的膽固醇（豬油、豬板油和牛油中膽固醇含量分別為0.75mg/g、1.01mg/g和1.45mg/g）[5]，而植物油中一般不含或僅含極少量的膽固醇。因此，通過檢測膽固醇含量來判定植物油中是否含有動物油脂，從而推斷該植物油是否摻入地溝油。油脂中的膽固醇可以通過近紅外光譜掃描進(jìn)行快速檢測。近紅外光譜技術(shù)是近年來應(yīng)用于食品安全快速檢測的新技術(shù)，它是基于“成分及含量不同形成的光譜特征會有區(qū)別”的原理，可實現(xiàn)快速無損的定性或定量檢測。

3.5 近紅外光譜法

泔水油或深度油炸油中的油脂在加工過程中會發(fā)生高度的氧化、酸敗反應(yīng)，產(chǎn)生比普通植物油脂更多的氧化產(chǎn)物[8]。由于氧化產(chǎn)物在近紅外光譜中會出現(xiàn)不同的特征峰，因而通過這些特征峰，判斷出食用油脂中是否含有泔水油或深度油炸油。

近紅外光譜技術(shù)目前已成功應(yīng)用于乳品成分檢測、蜂蜜成分檢測、飲料中糖分檢測、谷物淀粉含量檢測等等。鑒于近紅外光譜技術(shù)的快速檢測特點，基于該技術(shù)進(jìn)行的方法與儀器開發(fā)可能成為今后地溝油快速檢測領(lǐng)域的新方向。

通過以上方法完全能把廢油脂和食用油區(qū)分開。

4 ARM地溝油檢測鑒別系統(tǒng)總體設(shè)計

ARM (Advanced RISC Machines，高級RISC微處理器)地溝油檢測鑒別系統(tǒng)分為硬件、軟件兩部分，由硬件設(shè)計搭建出地溝油檢測鑒別平臺；軟件設(shè)計部分完成地溝油鑒別算法的運算、系統(tǒng)的控制及對其它模塊進(jìn)行控制和監(jiān)測。

4.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計

一個完整的地溝油檢測鑒別系統(tǒng)應(yīng)具備檢測與鑒別兩個基本功能。檢測功能即量化地檢測出樣品的各項特征指標(biāo)，如電導(dǎo)率、酸價等；鑒別功能即根據(jù)檢測采集的各項指標(biāo)判定是否符合食用油的標(biāo)準(zhǔn)。

為了實現(xiàn)檢測和鑒別功能，系統(tǒng)分為以下幾個模塊：數(shù)據(jù)采集模塊、鑒別處理模塊、輸入輸出模塊和外部存儲模塊。系統(tǒng)硬件架構(gòu)圖如圖1所示。其中，鑒別處理模塊是整個系統(tǒng)的核心，它既要完成地溝油鑒別算法的運算，還要對其它模塊進(jìn)行控制和監(jiān)測。

圖1 系統(tǒng)硬件架構(gòu)圖

鑒別處理模塊采用的處理器選用 SAMSUNG公司的S3C2440，最高可運行400MHz，其性能、主頻均能滿足本系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和處理的速度要求。外接32MB的靜態(tài)隨機(jī)存取存儲器（Static Random Access Memory，SRAM）及64M的NAND Flash，F(xiàn)lash上固化了嵌入式操作系統(tǒng)Linux及必要的應(yīng)用軟件，如近紅外光譜掃描設(shè)備驅(qū)動和相關(guān)的圖像處理軟件；同步動態(tài)隨機(jī)存儲器（Synchronous Dynamic Random Access Memory，SDRAM）則用于運行操作系統(tǒng)及應(yīng)用軟件。輸入輸出模塊包括觸摸顯示屏，用來控制系統(tǒng)運行并提示用戶操作和顯示系統(tǒng)相關(guān)信息。

NAND Flash采用64M的K9F1208UOM，當(dāng)系統(tǒng)上電啟動時，由bootloader從Flash裝載操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序文件至內(nèi)存，并運行操作系統(tǒng)。SDRAM采用了32M的SDRAM芯片HY57v561620BT-H供系統(tǒng)使用。

4.2 系統(tǒng)軟件設(shè)計

本系統(tǒng)軟件是在Linux操作系統(tǒng)上用Qt/Embeded開發(fā)環(huán)境開發(fā)的。圖2 為該系統(tǒng)的主界面設(shè)計，圖2 （a）為用戶輸入界面、圖2 （b）為檢測鑒別結(jié)果顯示界面。

圖2 主界面設(shè)計

本系統(tǒng)進(jìn)行地溝油檢測鑒別時，先啟動操作系統(tǒng)，用戶從可視化界面進(jìn)行操作，點擊“開始檢測”按鍵后，系統(tǒng)進(jìn)入檢測界面，開始檢測樣品的各項指標(biāo)，包括電導(dǎo)率、水分含量、酸價、膽固醇含量、氧化產(chǎn)物含量。圖3 為地溝油檢測鑒別過程示意圖。

一般食用油的電導(dǎo)率比較低，通過電導(dǎo)率檢測法可以檢測出樣品是否為二次用油。酸價、水分含量等

指標(biāo)可以檢測樣品是否符合泔水油特性。樣品組成成分及含量的不同在近紅外光譜掃描下，會呈現(xiàn)出不同的色譜特性，如氧化產(chǎn)物會出現(xiàn)不同的特征峰，通過這些特征峰，判斷食用油脂中是否含有泔水油或深度油炸油。近紅外光譜技術(shù)同時可以檢測樣品的膽固醇含量，這也正是本系統(tǒng)采用近紅外光譜技術(shù)的主要原因之一。

5 結(jié)論

本系統(tǒng)在鑒別食用油是否摻入地溝油的過程中，將酸價、過氧化值、電導(dǎo)率與樣品的其它各種性質(zhì)結(jié)合起來綜合判斷，對其品質(zhì)優(yōu)劣進(jìn)行評價是可行的，完全能把廢油脂和食用油區(qū)分開來。另外，按照現(xiàn)有科技水平，地溝油完全可以變廢為寶。其中，最有發(fā)展前途的是用于生產(chǎn)生物柴油，不僅提煉工藝簡單，而且產(chǎn)業(yè)化后的市場前景廣闊。顯然，通過市場化機(jī)制，不僅能讓“邪油”走上正路，還符合現(xiàn)代綠色產(chǎn)業(yè)理念。

[1]王樂.餐飲業(yè)廢油脂摻偽可食用油的檢測鑒別研究[D].湖北:武漢工業(yè)學(xué)院,2008.

[2]胡小泓,劉志金,鄭雪玉,等.應(yīng)用電導(dǎo)率檢潮游水油方法的研究[J].食品科學(xué),2007,28(11):482-484.

[3]潘劍宇,尹平河.潲水油、煎炸老油與合格食用植物油的鑒別研究[J].食品科學(xué),2003,24(8):27-29.

[4]姚亞光,紀(jì)威,張傳龍,等.餐飲業(yè)廢油脂的再生利用和回收管理[J].可再生能源,2006(2):62-64.

[5]張蕊,祖麗亞,樊鐵,等.測定膽周醇含量鑒別地溝油的研究[J].中國油脂,2006,31(5):65-67.

[6]Demirbas A Biodiesel from waste cooking oil via base catalytic and supercritical methanol transesterification[J].2009(04).

[7]張強(qiáng),陳秋生,劉燁潼,等.地溝油識別與檢測方法研究現(xiàn)狀[J].糧食與油脂,2010(9).

[8]朱加虹.淺談油脂酸敗及其過氧化值測定[J].食品工業(yè),2003,13:44-46.

[9]毛新斌,賈煦,胡國媛,等.潲水油等廢棄食用油脂檢測指標(biāo)的建立研究[J].中國衛(wèi)生檢驗雜志,2007,17(2):258-260.

[10]徐中海,柳一鳴,劉劭鋼,等.泔水油的 4項理化指標(biāo)分析[J].中國公共衛(wèi)生,2002,18(5):613.

[11]俞露.基于 ARM 的嵌入式系統(tǒng)硬件設(shè)計[D].浙江:浙江大學(xué),2003.