基于嵌入式的便携式地沟油检测鉴别系统

高世平 吴黎明

（广东工业大学信息工程学院）

1 地沟油勾兑现象

广义的地沟油泛指各类废弃的劣质食用油，包括三大类：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；三是油炸食品的油使用次数超过规定要求后，再被重复使用或往其中添加一些新油后重新使用的油。

近年来，全国各地出现不法分子收集餐饮废油脂，加工处理后，以极低价格卖给饮食店、油脂作坊牟取暴利的行为。目前我国每年返回餐桌的地沟油有200万至300万吨。而国人一年动物和植物油消费总量约2250万吨。按此比例推算，每吃10顿饭就可能有1顿碰上地沟油。与食用油相比，地沟油中的重金属、毒素（如丙烯醛、黄曲霉毒素）严重超标，过氧化值远远超过国家标准0.15%，长期摄入会导致细胞功能衰竭等严重后果。潲水油中剧毒的黄曲霉素是目前发现的最强的化学致癌物质，毒性是砒霜的100倍。动物长期低剂量摄入黄曲霉素，100%会患肝癌。黄曲霉素还可能引发胰腺癌、肾癌及乳腺、卵巢、小肠等部位癌肿；苯并芘同样也是强致癌物质，可导致胃癌、肠癌等。

地沟油正日益危害着国民的人身健康，要减少不法投机者将地沟油用在食品中，除提高违法者的违法成本和建立市场准入制度外，还需要建立一套快速鉴别地沟油的检测系统，为执法人员提供技术支持，因此地沟油的鉴别和检测是一项急需进行的工作。

2 国内外研究现状

2.1 国外处理概况

国外对地沟油检测方法报道较少，由于他们制订了一系列法规，使地沟油难以进入食用油市场。他们更关注的是废弃油脂综合利用、食用油掺伪和种类区分。地沟油与普通食用油相比，价格较低，以地沟油为原料生产生物柴油，更具有经济可行性，也可将地沟油用于制造涂料、肥皂原料及饲料用油，目前在国外已有一定规模。

美国严格控制地沟油来源，油分含量高的食物不能放入粉碎机，需要专门收集起来，倒入专用垃圾桶里，等待专门的公司前来回收。美国科研人员已将地沟油制成保暖材料，能根据环境变化，选择反射或吸收能量。

日本主要采取政府补贴回收方式，高价回收地沟油，使之不能流入市场或餐桌，然后加工成生物柴油。

在欧洲也有严格的地沟油回收法律。德国的每一桶泔水都有“身份证”，从产出、回收到利用都严格记录在案。任何一个环节出问题，很快就能查明。新西兰政府规定，无论数量多少，无论在餐厅还是家里，烹调废油不允许倒入水槽或是厕所，因为其中的油脂会阻塞管道、污染水源、破坏生态环境。

2.2 国内研究概况

目前国内尚未制定地沟油检测的国家标准方法，全世界也无特效的检测技术。其主要原因是地沟油成分比较复杂，其检测的特异性理化指标还处于研讨阶段，准确定性、定量比较困难。但这方面的探索在不断进行，各级政府也十分重视。2011年10月13日，国家食品安全风险评估中心在北京挂牌成立，将加强地沟油等重大食品安全问题的风险评估和检测技术研究。

近10年涉及地沟油检测技术的国家科研计划有：国家自然科学基金项目、教育部长江学者团队项目、科技部支撑项目、国家“863”项目等。其中，上海市粮食科学研究所承担的上海市重大应用技术专项《食用植物油中餐厨废油脂鉴别方法的研究》，项目承担的主体是高等院校，科研院所、疾控中心也积极参与。武汉工业学院、暨南大学、南昌大学、国家粮食局科学研究院等也都在该领域开展了大量的探索性研究工作，取得了一定的成绩，但他们的研究成果都在理论阶段，尚未实际应用。本文基于前人的研究成果，设计出一种基于嵌入式的多指标高效、准确的地沟油检测鉴别系统。

3 系统采用的理化指标分析

由于地沟油成分复杂，且可通过精炼技术控制某些特征成分，使检测鉴别工作更加困难，这也是有些公司的地沟油检测鉴别仪器效率不高的原因。故本系统采用检测地沟油多项特性指标，通过采取多种检测方法，提高系统的可靠性。

3.1 电导率法

电导是指电解质溶液中离子在电场的影响下产生移动并传递电子。溶液导电能力的强弱即电导率。餐厨废油脂会混人大量的水溶性物质，如食盐等调味品和洗涤剂等。这类物质会大幅度升高水的电导率，而正常的食用油脂中，水溶性物质含量极低。根据王乐[1]的实验研究，在温度22℃～28℃范围内得到表1数据。

表1 餐饮业废油和食用油样品的电导率

电导率法通过直接检测样品电导率的方法来鉴别地沟油和合格食用油，操作简单，对仪器与设备要求低，是一种快速检测地沟油方法。

3.2 水分含量测定法

通常泔水油的水分含量高于1%，食用油水分含量则少于0.2%[3]。因此，根据水分含量的不同，可以对食用油中是否含有泔水油进行鉴别。但是，水分含量不能作为深度油炸油的鉴别指标。

3.3 酸价测定法

酸价是指中和每克油脂中游离脂肪酸所需的氢氧化钾的毫克数。我国食用植物油脂的酸价通常都小于等于4；泔水油和深度油炸油中含有较高的油脂腐败和氧化变质产物——游离脂肪酸，所以泔水油和煎炸老油的酸价均远高于 4[3]，因而酸价的高低可作为鉴别废油脂的重要特征指标之一。

3.4 胆固醇含量测定法

地沟油通常是多种动、植物油脂的混合物，含有大量的动物油脂。由于动物油脂中普遍含有相对较高的胆固醇（猪油、猪板油和牛油中胆固醇含量分别为0.75mg/g、1.01mg/g和1.45mg/g）[5]，而植物油中一般不含或仅含极少量的胆固醇。因此，通过检测胆固醇含量来判定植物油中是否含有动物油脂，从而推断该植物油是否掺入地沟油。油脂中的胆固醇可以通过近红外光谱扫描进行快速检测。近红外光谱技术是近年来应用于食品安全快速检测的新技术，它是基于“成分及含量不同形成的光谱特征会有区别”的原理，可实现快速无损的定性或定量检测。

3.5 近红外光谱法

泔水油或深度油炸油中的油脂在加工过程中会发生高度的氧化、酸败反应，产生比普通植物油脂更多的氧化产物[8]。由于氧化产物在近红外光谱中会出现不同的特征峰，因而通过这些特征峰，判断出食用油脂中是否含有泔水油或深度油炸油。

近红外光谱技术目前已成功应用于乳品成分检测、蜂蜜成分检测、饮料中糖分检测、谷物淀粉含量检测等等。鉴于近红外光谱技术的快速检测特点，基于该技术进行的方法与仪器开发可能成为今后地沟油快速检测领域的新方向。

通过以上方法完全能把废油脂和食用油区分开。

4 ARM地沟油检测鉴别系统总体设计

ARM (Advanced RISC Machines，高级RISC微处理器)地沟油检测鉴别系统分为硬件、软件两部分，由硬件设计搭建出地沟油检测鉴别平台；软件设计部分完成地沟油鉴别算法的运算、系统的控制及对其它模块进行控制和监测。

4.1 系统硬件设计

一个完整的地沟油检测鉴别系统应具备检测与鉴别两个基本功能。检测功能即量化地检测出样品的各项特征指标，如电导率、酸价等；鉴别功能即根据检测采集的各项指标判定是否符合食用油的标准。

为了实现检测和鉴别功能，系统分为以下几个模块：数据采集模块、鉴别处理模块、输入输出模块和外部存储模块。系统硬件架构图如图1所示。其中，鉴别处理模块是整个系统的核心，它既要完成地沟油鉴别算法的运算，还要对其它模块进行控制和监测。

图1 系统硬件架构图

鉴别处理模块采用的处理器选用 SAMSUNG公司的S3C2440，最高可运行400MHz，其性能、主频均能满足本系统对数据采集和处理的速度要求。外接32MB的静态随机存取存储器（Static Random Access Memory，SRAM）及64M的NAND Flash，Flash上固化了嵌入式操作系统Linux及必要的应用软件，如近红外光谱扫描设备驱动和相关的图像处理软件；同步动态随机存储器（Synchronous Dynamic Random Access Memory，SDRAM）则用于运行操作系统及应用软件。输入输出模块包括触摸显示屏，用来控制系统运行并提示用户操作和显示系统相关信息。

NAND Flash采用64M的K9F1208UOM，当系统上电启动时，由bootloader从Flash装载操作系统和应用程序文件至内存，并运行操作系统。SDRAM采用了32M的SDRAM芯片HY57v561620BT-H供系统使用。

4.2 系统软件设计

本系统软件是在Linux操作系统上用Qt/Embeded开发环境开发的。图2 为该系统的主界面设计，图2 （a）为用户输入界面、图2 （b）为检测鉴别结果显示界面。

图2 主界面设计

本系统进行地沟油检测鉴别时，先启动操作系统，用户从可视化界面进行操作，点击“开始检测”按键后，系统进入检测界面，开始检测样品的各项指标，包括电导率、水分含量、酸价、胆固醇含量、氧化产物含量。图3 为地沟油检测鉴别过程示意图。

一般食用油的电导率比较低，通过电导率检测法可以检测出样品是否为二次用油。酸价、水分含量等

指标可以检测样品是否符合泔水油特性。样品组成成分及含量的不同在近红外光谱扫描下，会呈现出不同的色谱特性，如氧化产物会出现不同的特征峰，通过这些特征峰，判断食用油脂中是否含有泔水油或深度油炸油。近红外光谱技术同时可以检测样品的胆固醇含量，这也正是本系统采用近红外光谱技术的主要原因之一。

5 结论

本系统在鉴别食用油是否掺入地沟油的过程中，将酸价、过氧化值、电导率与样品的其它各种性质结合起来综合判断，对其品质优劣进行评价是可行的，完全能把废油脂和食用油区分开来。另外，按照现有科技水平，地沟油完全可以变废为宝。其中，最有发展前途的是用于生产生物柴油，不仅提炼工艺简单，而且产业化后的市场前景广阔。显然，通过市场化机制，不仅能让“邪油”走上正路，还符合现代绿色产业理念。

[1]王乐.餐饮业废油脂掺伪可食用油的检测鉴别研究[D].湖北:武汉工业学院,2008.

[2]胡小泓,刘志金,郑雪玉,等.应用电导率检潮游水油方法的研究[J].食品科学,2007,28(11):482-484.

[3]潘剑宇,尹平河.潲水油、煎炸老油与合格食用植物油的鉴别研究[J].食品科学,2003,24(8):27-29.

[4]姚亚光,纪威,张传龙,等.餐饮业废油脂的再生利用和回收管理[J].可再生能源,2006(2):62-64.

[5]张蕊,祖丽亚,樊铁,等.测定胆周醇含量鉴别地沟油的研究[J].中国油脂,2006,31(5):65-67.

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

[7]张强,陈秋生,刘烨潼,等.地沟油识别与检测方法研究现状[J].粮食与油脂,2010(9).

[8]朱加虹.浅谈油脂酸败及其过氧化值测定[J].食品工业,2003,13:44-46.

[9]毛新斌,贾煦,胡国媛,等.潲水油等废弃食用油脂检测指标的建立研究[J].中国卫生检验杂志,2007,17(2):258-260.

[10]徐中海,柳一鸣,刘劭钢,等.泔水油的 4项理化指标分析[J].中国公共卫生,2002,18(5):613.

[11]俞露.基于 ARM 的嵌入式系统硬件设计[D].浙江:浙江大学,2003.