[发明专利]一种牛奶成分的检测装置和方法

说明书

技术领域

本发明涉及自动检测技术领域，特别是一种利用超声波和近红外光谱分析 技术检测牛奶成分的检测装置和方法。

背景技术

作为牛奶内部成分检测的国标方法主要是化学法。由于化学法分析牛奶成 分时间较长，成本较高，因此快速、非接触和自动检测方法被提出，目前主要 有中红外光谱法、近红外光谱分析法和超声波分析法。中红外光谱法和超声波 分析法都已经有相应的商业仪器面世，化学法作为国标方法，是基准作为标准 方法。

化学分析法，在国标中，对生鲜牛乳、巴氏杀菌乳、灭菌乳等乳制品的各 项指标及检测均有严格的规定。脂肪采用罗兹一哥特里法，报告质量分数结果 精确至0.01％；两次平行测定结果之差，对100g鲜牛乳不得超过0.03g，蛋白 质采用半微量凯氏定氮法，两次平行测定结果之差不得超过两次测定平均值的 1.5％；乳糖采用高压液相色谱法和莱因一埃农氏法，两次平行测定结果之差 不超过平均值的5％；虽然化学方法已经相当成熟，在现有的条件下，可以 保证很高的测量精度，但是其测量过程需要耗费大量的时间，并且化验成本 高，因此无法满足大量原奶收购成分分析的需要。

超声波探测技术是利用高频声波与物质之间的相互作用以获取被测物质 内部的物理化学性质，声波通过介质时大致表现为三种形式：压缩波、表面波 和切变波。在应用中，较之其它两种形式，压缩波是最重要的考虑因素；这种 压缩波在介质中的传递是通过介质的压缩和膨胀进行的；但这种介质质点在 声波作用下以原始位置为原点所发生的振荡仍服从HOOKE定律，换言之，介 质的结构在声波传递过程中未发生任何根本性的破坏。基于以上原理，超声传 播特性的检测方法主要是测定其在牛奶中传播的声速和声衰减。通过大量的试 验，建立了部分牛奶成份与超声波特性之间的经验数学关系。目前已有多种超 声波牛奶成分分析仪面世，其预测精度CV(Coefficient of Variance)值可达到 5％的水平。专利号为“ZL03115751.3”，名称为“超声波牛奶成份分析仪” 的中国发明专利，公开的一种超声波牛奶成份分析仪，利用超声波检测技术， 采用多重线形回归方程对多相液体成分进行分析，可一次性检测分析牛奶中的 脂肪、蛋白质、非脂乳固体、密度、冰点和加水率，利用超声波检测牛奶成分 含量，虽然重复性好，但其长期工作检测稳定性较差，检测精度不高。

中红外光谱是物质的在中红外区的吸收光谱。一般将2.5-25μm的红外波 段划为中红外区。同时，由于物质在中红外谱区的吸收信号谱带重叠少，基频 振动是红外活性振动中吸收最强的振动，所以本区最适宜进行定性和定量分 析。但是中红外光谱分析方法仪器的成本高，应用普及在我国还需要长时间的 努力。

近红外区域按美国试验和材料协会ASTM定义是指波长在780～2526nm 范围内的电磁波，是人们最早发现的非可见光区域。由于物质在该谱区的倍频 和合频吸收信号弱，谱带重叠，解析复杂，受当时的技术水平限制，近红外光 谱“沉睡”了近一个半世纪。上世纪80年代后期，随着计算机技术的迅速发 展，带动了分析仪器的数字化和化学计量学的发展，通过化学计量学方法在解 决光谱信息提取和背景干扰方面取得的良好效果，加之近红外光谱在测样技术 上所独有的特点，使人们重新认识了近红外光谱的价值，近红外光谱在各领域 中的应用研究陆续展开。例如申请号为“200610011234.1”，名称为“一种利 用近红外光谱鉴别生鲜乳和商品乳中的还原乳的方法”的中国发明申请，所公 开的鉴别方法即为近红外光谱应用的实例，但该方法无法避免牛奶成分的背景 干扰，测量精确度不高。