現場用牛奶質量分析裝置及方法

2023-07-01 08:02:41

專利名稱：現場用牛奶質量分析裝置及方法
技術領域：
本發明涉及一種現場用牛奶質量分析裝置及方法，尤其涉及可以在非實驗室的現場迅速簡便地測定牛奶成分而分析其質量的現場用牛奶質量分析裝置及方法。
背景技術：
通常，管理牛奶質量時，利用各種測定設備來測定與質量檢驗相關的成分，此時得到的測定數據成為區分牛奶質量的基準。
為了檢驗牛奶質量而使用的用於檢測乳蛋白和乳糖等成分的現有的牛奶
質量分析裝置通常為具有400~2500nm波段的設備，該設備由於具有掃描400 2500nm波^殳的光柵，因此存在測定時間過長、操作方法複雜的問題。
並且，現有的牛奶質量分析裝置只適用於實驗室，因此雖然能作為實驗室用分析裝置使用，但作為現場用分析裝置時，由於儀器極其敏感，因此不能在現場使用，並且其樣品池為lmm，因此樣品池加樣等測定方法非常嚴格。
並且，由於可加入的測定樣品量甚少，因此若想測定牛奶的多種成分，則需要分為若干次測定。
並且，現有的牛奶質量分析裝置為高價的實驗室用設備，並且需要有用於設置該設備的實驗室，因此作為現場用裝置普及存在諸多問題。

發明內容
本發明是為了解決上述問題而提出的，本發明的目的在於提供一種現場用牛奶質量分析裝置及方法，根據本發明儀器操作簡便容易並可維持精密度，在現場可以直接測定牛奶成分而迅速糹全驗質量，並且增加一次可加入的樣品量而可以同時檢測多種成分，從而能夠縮短檢測時間。
為了實現上述目的，本發明提供一種現場用牛奶質量分析裝置，該裝置用於測定牛奶的特定成分而分析牛奶質量，並且所述裝置包括主體，其外部單另設有電源供給部，並且所述主體的外側面設有用於輸出所測定數據的
4顯示器、用於開啟/關閉電源的電源按鈕、用於啟動的工作按鈕，而所述主體
的上端形成有用於放入樣品池的樣品池放入孔；設在所述主體內部的燈電源，當按下所述工作按鈕時便開始工作；設在所述主體內部的多個燈固定架，其
述樣品池放入孔的位置而安裝固定所述樣品池，所述樣品固定部側面安裝有所述燈固定架；設在所述樣品固定部的後面的單色器，其包括倆側面形成有狹縫而用於通過一定量的光束的前面和後面濾波狹縫式管、設有多個幹涉濾波器並設置在所述前面和後面濾波狹縫式管之間的旋轉盤、連接於所述旋轉盤的驅動電機；設在所述後面濾波狹縫式管的後面的檢測器，其用於檢測以一定量入射的單色光；連接於所述檢測器的計算處理器，其對從該檢測器輸出的電信號進行數據化並傳遞到所述顯示器。
並且，本發明還提供一種現場用牛奶質量分析方法，該方法用於測定牛奶的特定成分而分析牛奶質量，並且所述方法包括步驟將牛奶樣品放入樣品池而固定於樣品固定部，然後接通燈電源而向牛奶樣品照射卣素燈的光束；透過牛奶樣品的卣素燈的光束通過設置於可旋轉的旋轉盤上的幹涉濾波器而被單色化；所述單色化的光束入射到檢測器，並在計算處理器計算處理從所述檢測器輸出的單色化光束的信號；從所述計算處理器輸出的數據傳輸到顯示器。
根據本發明的現場用牛奶質量分析裝置及方法使用了單色器，該單色器採用具有互不相同的波段的多個幹涉濾波器，並且本發明增加了 一次可加入的牛奶樣品量，乂人而可以同時測定牛奶的多種成分，如乳蛋白、乳4唐、體細胞、乳脂、MUN(尿素氮)、總固形物、抗生素、三聚氰胺等成分。
並且，根據本發明的現場用牛奶質量分析裝置由於可以攜帶，因此不僅可以在現場簡便、迅速、容易地直接檢驗牛奶的成分，而且價格低於現有產品而可增加生產性。
因此，根據本發明的現場用牛奶質量分析裝置及方法可以提供比從前更為新鮮的牛奶，因此可以充分滿足消費者的需求，從而可以促進消費，並且若將本發明應用於奶牛飼養，則可以低價生產功能性牛奶。


圖1為示出根據本發明實施例的現場用牛奶質量分析裝置的構成的框圖2為示出根據本發明實施例的現場用牛奶質量分析裝置的外部立體
圖3為示出根據本發明實施例的使用單色器(濾波器方式)的現場用牛奶質量分析裝置的主體內部的結構圖4為放大示出根據本發明實施例的樣品固定部的立體圖；圖5為分解示出才艮據本發明實施例的單色器的立體圖；圖6為表示根據本發明實施例的牛奶乳蛋白測定結果的曲線圖；圖7為表示根據本發明實施例的牛奶乳糖測定結果的曲線圖；圖8為表示根據本發明實施例的牛奶體細胞測定結果的曲線圖；圖9為表示根據本發明實施例的牛奶乳脂測定結果的曲線圖；圖10為表示^4居本發明實施例的牛奶MUN測定結果的曲線圖；圖11為表示根據本發明實施例的牛奶總固形物測定結果的曲線圖13為表示根據本發明實施例的牛奶三聚氰胺測定結果的曲線圖。主要符號說明100為電源供給部，200為主體，201為樣品池放入孔，202為顯示器，203為電源按鈕，204為工作按4醜，205為列印按鈕，206為樣品池，210為卣素燈，211為燈電源，212為燈固定架，213為樣品固定部，220為單色器，221為濾波狹縫式管，222為旋轉盤，223為幹涉濾波器，224為驅動電機，230為檢測器，240為放大器，250為計算處理器。
具體實施例方式
本發明可以有多個實施例，以下詳細說明優選實施例。並且，對於附圖中與現有技術相同的部分省略其詳細說明。
圖1為示出根據本發明實施例的現場用牛奶質量分析裝置的構成的框圖，圖2為示出根據本發明實施例的現場用牛奶質量分析裝置的外部立體圖，圖3為示出根據本發明實施例的現場用牛奶質量分析裝置的內部的立體圖，
據本發明實施例的部分部件的立體圖。
根據本發明的現場用牛奶質量分析裝置使用了單色器220,而該單色器220採用具有互不相同的波段的多個幹涉濾波器223 ，從而根據各幹涉濾波器223的固有波段而測定牛奶的成分，從而可同時測定多種成分。
根據本發明的優選的牛奶質量分析裝置大體包括電源供給部100和主體200。本實施例中，在主體200外部單另設置電源供給部100，由此最大程度地減少電源供給部IOO對主體200產生的影響，從而最大程度實現電穩定性。如圖2所示，主體200的外側設有由LCD顯示屏構成的顯示器202,以用於輸出最終結果。並且，主體200的外側面設有調節按鈕，該調節按鈕包括用於開啟/關閉(on/off)裝置的電源按鈕203、用於啟動(mn)的工作按鈕204、列印輸出在所述顯示器202上顯示的數據結果時所使用的列印按鈕205。
並且如圖3所示，主體200的內側包含有卣素燈210、單色器220、檢測器230、放大器240、計算處理器250等。
圖4為放大示出使用單色器(濾波器方式)的現場用牛奶質量分析裝置的主體內部的部分部件的示意圖，如圖所示，主體200內部具有為了得到穩定數據而設置的6個卣素燈210，這些卣素燈210安裝在燈固定架212上並設置在樣品固定部213的側面。
用於盛放牛奶樣品的試管(test tube )狀的樣品池206安裝固定於樣品固定部213，如圖所示，樣品固定部213形成為切割成五稜柱形的形態，所述卣素燈210中的4個位於所述單色器220的幹涉濾波器223的前方，另外2個位於相對幹涉濾波器223旋轉約90。的位置。即，樣品固定部213安裝在燈固定架212與單色器220之間並位於燈固定架212的內側。
並且，在所述主體200的外側上端並對應於所述樣品固定部213的位置形成用於放入所述樣品池206的樣品池放入孔201。
沖艮據本發明的實施例，由於所述樣品池206製作成20mm,從而一次可以加入較多的牛奶樣品，據此如上所述具備多個卣素燈210而從多個方向整體照射樣品池206。
另外，所述主體200內部設有開啟(on)所述卣素燈210的燈電源211,當開啟(on)工作按鈕204時，卣素燈210通過該燈電源211被啟動。
所述單色器220設有前面和後面形成有濾波狹縫的濾波狹縫式管221 a、221b;設置在濾波狹縫式管之間的旋轉盤222;用於旋轉該旋轉盤222的驅動電機224。在所述旋轉盤222上沿圓周方向排列安裝用於過濾互不相同的波段的6個幹涉濾波器223。所述幹涉濾波器223設定為分析牛奶質量時所需的與乳蛋白、乳糖、體 細胞、乳脂、MUN(尿素氮)、總固形物、抗生素、三聚氰胺等成分密切相 關的830nm、 850nm、 880nm、 930nm、 1200 (長波通濾波器)nm、 1100nm (短波通濾波器)特定波長，由此測定整個成分。
即，所述幹涉濾波器223應用於分析牛奶質量時所需的各成分，並且各 成分設定有針對6個特定波長的加權值，該加權值根據各成分被定義為常數。
另外，所述濾波狹縫式管221b的後側設有檢測器230,從而經過幹涉濾 波器223單色化的光束(beam)通過所述檢測器230轉換為電信號。
該電信號通過連接於所述檢測器230內的放大器240而被放大一定程度， 然後通過與放大器240連接的計算處理器250被處理，並由顯示器202將數 據輸出到主體200外部。
由此構成的本發明向樣品池206盛》丈牛奶樣品並將樣品池206固定於樣 品固定部213，然後通過按壓電源按鈕203及工作按鈕204的簡單操作就能 同時測定分析牛奶的各種成分，並且可以立即應用，因此奶牛飼養戶、乳制 品加工企業及超市等涉及牛奶的地方均能簡便快速地分析牛奶質量。
以下，說明如上構成的根據本發明的實施例的工作狀態。
選4奪待分析質量的牛奶並加入到樣品池206中，然後通過所述主體200 的樣品池放入孔201將該樣品池206放入到樣品固定部213並固定。
接著，通過所述電源供給部100向主體200供給電源，然後按下電源按 鈕203啟動所述主體200，並且按下工作按鈕204。
這樣所述燈電源211被開啟(on)，據此電源被供給到卣素燈210，從而 所述卣素燈210產生光束。
產生的光束透過盛放在所述樣品池206的牛奶樣品，並有一定量的光通 過所述前面濾波狹縫式管221a的狹縫入射，據此最大程度地減少雜散光，隨 之最大程度地減少雜散光的影響，而通過所述前面狹縫的光束經過所述旋轉 盤222的千涉濾波器223被單色化。
此時，所述旋轉盤222根據驅動電機224旋轉一周，則所述幹涉濾波器 223根據各波段單色化入射的光束，從而以光譜表示牛奶樣品的特定成分。
當旋轉盤222旋轉一周時，利用6個千涉濾波器223可以檢測需要檢測 的所有成分。因此所述旋轉盤222根據按壓所述工作按鈕204而旋轉一周。即，當所述旋轉盤222旋轉一周時，通過所述濾波狹縫式管221a的光束 被6個幹涉濾波器223單色化，從而出現對應各波段的牛奶成分的光i普。
這樣由各幹涉濾波器223單色化的光束分別通過形成在所述單色器220 後面的濾波狹縫式管221b而入射到檢測器230,所述檢測器230利用入射的 單色光(單色化的光束)檢測牛奶的特定成分。
此時，通過所述濾波狹縫式管221a和濾波狹縫式管221b最大程度減少 雜散光，從而只出現對應於入射到所述檢測器230的單色光(即對應於幹涉 濾波器223的波段)的光譜。
然後所述檢測器230將檢測的特定成分轉換成電信號而傳遞到放大器 240,被傳遞的電信號通過所述放大器240被放大一定程度，然後傳遞到計算 處理器250。
這樣所述計算處理器250收集並處理被放大的信號，然後向所述顯示器 202輸出數據。
此時，可以根據需要按壓列印按鈕205而列印出所輸出的數據。
在此，將通過各幹涉濾波器223被單色化而測定的牛奶成分的測定值與 標準值(作為參比物的水的測定值)之間的相關關係由採用回歸分析的校準 曲線(利用回歸分析的直線關係式)來表示。
作為用於表示牛奶測定值與水標準值的相關關係的好壞的尺度則利用校 準曲線的相關係數R2 (表示是否接近直線的尺度)，數據的標準偏差則利用 SEC(Standard error of calibration,才交正才示〉隹差)牙口 SEP(Standard error of prediction,預測標準差)來表示。
當R2、 SEC、 SEP將牛奶測定值和水標準值表示成任一直線時，可以認 為這些值的數據越接近直線，則相關性越好。
即，E^接近l， SEC、 SEP接近0時可以視為相關性好。
牛奶的測定值和水的標準值的關係可以使用校準曲線中的多元線性回歸 (Multiple linear regression, MLR)而表示其相關性。
並且，利用由牛奶測定值形成的校準曲線來進行常規分析，該常規分析 4直的可信度的顯著性由RMSEP ( Root mean of standard error prediction,預測 均方根誤差)值來表示。
確認這種可信度的顯著性，從而可推測由通過幹涉濾波器223的信號測 定的各牛奶成分值和牛奶中實際含有的成分值具有多大的可信度。
9圖6為表示根據本發明實施例的牛奶乳蛋白測定結果的曲線圖，圖中R2 為0.93而非常接近直線，因此乳蛋白測定值具有較高的可信度，從而可以通 過該曲線圖估計牛奶的乳蛋白數值。
圖7為表示根據本發明實施例的牛奶乳糖測定結果的曲線圖，圖中R2 為0.94而非常接近直線，因此乳糖測定值具有較高的可信度，從而可以通過 該曲線圖估計牛奶的乳糖數值。
圖8為表示根據本發明實施例的牛奶體細胞測定結果的曲線圖，圖中R2 為0.94而非常接近直線，因此體細胞測定值具有較高的可信度，從而可以通 過該曲線圖估計牛奶的體細胞數值。
圖9為表示根據本發明實施例的牛奶乳脂測定結果的曲線圖，圖中R2 為0.94而非常接近直線，因此乳脂測定值具有較高的可信度，從而可以通過 該曲線圖估計牛奶的乳脂數值。
圖10為表示根據本發明實施例的牛奶MUN測定結果的曲線圖，圖中 112為0.91而非常接近直線，因此MUN測定值具有較高的可信度，從而可以 通過該曲線圖估計牛奶的MUN數值。
圖11為表示根據本發明實施例的牛奶總固形物測定結果的曲線圖，圖中 W為0.94而非常接近直線，因此總固形物測定值具有較高的可信度，從而可 以通過該曲線圖估計牛奶的總固形物數值。
圖12為表示根據本發明實施例的牛奶抗生素測定結果的曲線圖，4種典 型的抗生素，即PPS注射液(青黴素G，卩-內醯胺類，A)、 tylocetin(商品名) (氯黴素，B)、 土黴素(四環素，C)、磺胺類40 (磺胺二曱氧噠。秦鈉，D) 的W分別為1而非常接近直線，因此抗生素測定值具有較高的可信度，從而 可以通過該曲線圖估計牛奶的抗生素數值。
圖13為表示根據本發明實施例的牛奶三聚氰胺測定結果的曲線圖，圖中 W為0.99而非常接近直線，因此三聚氰胺測定值具有較高的可信度，從而可 以通過該曲線圖估計牛奶的三聚氰胺數值。
以上，圖示並說明了根據本發明的特定優選實施例，但是本發明不限定 於這種實施例，在不脫離權利要求書所要求保護的本發明的技術思想的範圍 內，包括本發明所屬技術領域的技術人員可以實施的各種形態的實施例。
權利要求
1、一種現場用牛奶質量分析裝置，用於測定牛奶的特定成分而分析牛奶質量，其特徵在於所述裝置包括主體，其外部單另設有電源供給部，並且所述主體的外側面設有用於輸出所測定數據的顯示器、用於開啟/關閉電源的電源按鈕、用於啟動的工作按鈕，而所述主體的上端形成有用於放入樣品池的樣品池放入孔；設在所述主體內部的燈電源，當按下所述工作按鈕時便開始工作；設在所述主體內部的多個燈固定架，其安裝有連接於所述燈電源而產生光束的滷素燈；樣品固定部，以用於對應所述樣品池放入孔的位置而安裝固定所述樣品池，所述樣品固定部側面安裝有所述燈固定架；設在所述樣品固定部的後面的單色器，其包括倆側面形成有狹縫而用於通過一定量的光束的前面和後面濾波狹縫式管、設有多個幹涉濾波器並設置在所述前面和後面濾波狹縫式管之間的旋轉盤、連接於所述旋轉盤的驅動電機；設在所述後面濾波狹縫式管的後面的檢測器，其用於檢測以一定量入射的單色光；連接於所述檢測器的計算處理器，其對從該檢測器輸出的電信號進行數據化並傳遞到所述顯示器。
2、 根據權利要求1所述的現場用牛奶質量分析裝置，其特徵在於還包括 介於所述檢測器和所述計算處理器之間的放大器。
3、 根據權利要求1所述的現場用牛奶質量分析裝置，其特徵在於所述主 體的外側面還包括列印按鈕。
4、 根據權利要求1所述的現場用牛奶質量分析裝置，其特徵在於所述旋 轉盤沿圓周方向排列有6個幹涉濾波器，所述幹涉濾波器分別具有作為乳蛋 白、乳糖、體細胞、乳脂、MUN(尿素氮)、總固形物、抗生素、三聚氰胺 成分的特定波長的830nm、 850nm、 880nm、 930nm、 1200nm、 1100nm波段。
5、 一種現場用牛奶質量分析方法，用於測定牛奶的特定成分而分析牛奶 質量，其特徵在於所述方法包括步驟將牛奶樣品方文入樣品池而固定於樣品固定部，然後接通燈電源而向牛奶樣品照射卣素燈的光束；透過牛奶樣品的囟素燈的光束通過設置於可旋轉的旋轉盤上的千涉濾波器而被單色化；所述單色化的光束入射到檢測器，並在計算處理器計算處理從所述檢測 器輸出的單色化光束的信號；從所述計算處理器輸出的數據傳輸到顯示器。
6、 根據權利要求5所述的現場用牛奶質量分析方法，其特徵在於透過牛 奶樣品的所述卣素燈的光束根據濾波狹縫式管而被通過一定量，並且經過所 述幹涉濾波器被單色化的光束的 一定量入射到所述檢測器。
7、 根據權利要求5所述的現場用牛奶質量分析方法，其特徵在於從所述 檢測器輸出的信號通過放大器而被放大一定程度，然後傳遞到所述計算處理 器。
8、 根據權利要求5所述的現場用牛奶質量分析方法，其特徵在於所述幹 涉濾波器分別具有830nm、 850腿、880腿、930nm、 1200nm、 1100nm波段。
全文摘要
本發明涉及一種現場用牛奶質量分析裝置及方法，尤其涉及可以在非實驗室的現場迅速簡便地測定牛奶成分而分析其質量的現場用牛奶質量分析裝置及方法。為此，本發明使用了單色器，該單色器採用具有互不相同的波段的多個幹涉濾波器，並且本發明增加了一次可加入的牛奶樣品量，從而可以同時測定牛奶的多種成分。並且，由於可以攜帶，因此不僅可以在現場簡便、迅速、容易地直接判斷牛奶的成分，而且價格低於現有產品而可增加生產性。
文檔編號G01N21/17GK101487792SQ200910002669
公開日2009年7月22日 申請日期2009年1月14日 優先權日2008年1月14日
發明者奇光錫, 李賢俊, 趙元模, 金相範, 金賢燮 申請人:韓國農村振興廳