黃麴黴毒素檢測及分選裝置的製作方法
2023-05-24 11:26:56
專利名稱：黃麴黴毒素檢測及分選裝置的製作方法
技術領域：
本專利申請技術方案屬於食品加工技術領域，尤其是檢測黴變物料中的黃麴黴毒
素裝置。
背景技術：
黃麴黴毒素(Aflatxoni，AF)是一種劇毒的強致癌分子真菌毒素，是迄今發現的各種真菌毒素中化學結構最穩定的一種。1993年黃麴黴毒素被世界衛生組織的癌症研究機構劃定為已知最強致癌化學物質之一，其毒性比氰化鉀大10倍，比砒霜大68倍。研究表明，黃麴黴毒素最易汙染花生、玉米、棉籽、禽蛋、肉、奶及奶製品等。因此，檢測並剔除出黃麴黴汙染食品可大大減小黃麴黴毒素對人體的危害，具有重要的現實意義。目前常用的黃麴黴毒素檢測方法可分為兩類:一類為傳統的化學檢測方法，主要有薄層層析法(TLC)、酶聯免疫法(ELISA)以及液相色譜法，但這些方法測試周期長，程序複雜，無法滿足實時在線剔除黴變物料的要求；另一類為光電識別檢測方法，根據檢測波段的不同，可分為可見光檢測方法、近紅外檢測方法以及紫外誘導螢光檢測方法，其中可見光和近紅外檢測方法多基於光信號的反射、透射特性，依據某一波長(波段)正常物料和黃麴黴汙染物料信號差異來達 到分選的目的，已有的常規分選裝置中多採用可見光來分選物料，對顏色差異較明顯的物料，能夠達到良好的分選效果，但黃麴黴汙染的物料部分外觀無明顯顏色變化，導致可見光分選設備識別率較低。紫外誘導螢光方法是依據黃麴黴毒素以及伴隨黃麴黴毒素產生的產物在365nm紫外光的照射下會發射出可見的螢光，而未被黃麴黴毒素汙染的物料則不發螢光的特性，可將黃麴黴汙染物料識別出並剔除。最初的研究者多利用黃麴黴毒素的伴生物曲酸間接剔除黃麴黴毒素，1969年Marsh等人在其發表的論文中提出採用紫外誘導螢光法檢測棉籽中的黃麴黴毒素，通過檢測發出的綠黃色螢光(BGYF)來判斷棉籽是否被黃麴黴毒素汙染，但結果表明35%的發螢光物料未檢測到黃麴黴毒素，20%的不發螢光物料黃麴黴毒素含量超標。2010年:Elisabete等人在其發表的論文中仍採用紫外照射下發出的BGYF螢光進行玉米物料的黃麴黴毒素識別，並使用酶聯免疫方法作為標準方法分析經過螢光篩選後的物料，最終結果表明，未發螢光的物料的黃麴黴含量均不超標，20%的發螢光的物料未檢出黃麴黴毒素。或利用B和G來直接剔除黃麴黴毒素，1991年pelletier等人採用410nm和490nm的藍色螢光和綠色螢光來剔除花生中的黃麴黴毒素，得到單次分選總誤識別率9%。目前已有的黃麴黴毒素分選裝置專利基於以下方式實施:EP2270475A1 『automated system for detecting aflatoxin in food，(檢測食品中黃麴黴毒素的自動化系統)中採用高靈敏度高解析度光譜檢測裝置(超光譜儀)獲取物料螢光圖像，能夠有效識別黃麴黴汙染顆粒，並對破皮物料的識別有了很大的提升，能夠做到準確的識別，但超光譜裝置價格十分昂貴(2倍)，且輸出數據量大，數據冗餘，在線識別時難以做到快速，導致產量低，無法滿足實際需求。從以上分析可知，螢光方法可用於黃麴黴毒素顆粒的識別，並且通常採用檢測發出的綠黃色螢光(BGYF)來用於黃麴黴毒素顆粒的識別，但是通常產生BGYF螢光的物質由於並非為黃麴黴毒素本身，而是伴隨著黃麴黴毒素產生的另外一種黴菌代謝物，因此，它能夠在一定程度上反映黃麴黴毒素含量的變化，但誤判率較高。
發明內容
本發明所要解決的技術問題在於提供一種克服現有黃麴黴設備識別率低以及在線分選螢光信號弱的不足的黃麴黴毒素檢測及分選裝置。本發明是通過以下技術方案解決上述技術問題的:一種黃麴黴毒素檢測及分選裝置，包括複數個紫外光源、物料滑道、分別位於待檢測物料前後兩側的光信號接收裝置，所述紫外光源以物料下落軌跡為對稱軸對稱的分布在物料滑道末端的兩側，紫外光源照射到物料表面，激發出物料的螢光，光信號接收裝置收集同一物料相同位置的R、G、B螢光信號並將其轉換成電信號，將三路電信號合併成一幅彩色圖像。經過本申請人的反覆試驗、總結、研究，發現固體物料表面尤其是花生表面黃麴黴毒素髮出的螢光信號太弱，傳統的探測器由於信噪比不夠高而難以做到在線檢測，導致識別率降低，而採用超高靈敏度的圖像傳感器可以改進識別率較低的缺點。基於這一研究結論的突破，本申請人進一步研究得出，所述光信號接收裝置中的圖像傳感器需要滿足以下條件:在紫外光源波長在555nm時，圖像傳感器靈敏度範圍為1000-1800V.cm2/μ Jo更優化的，所述圖像傳感器的靈敏度在1500 V.Cm2/ μ J -1800 V.cm2/ μ J效果更佳。作為第一種具體的方案，所述光信號接收裝置包括兩個分別位於物料前後兩側的成像鏡頭，每個成像鏡頭後設置一分光稜鏡，每個分光稜鏡上的三個側面分別安裝一個圖像傳感器，物料的螢光經 過成像鏡頭後被分光稜鏡分成R、G、B三路螢光信號，每一路螢光信號分別入射到對應的圖像傳感器中，圖像傳感器將其轉換成電信號，將三路電信號合併成一幅彩色圖像，所述圖像傳感器為單線陣圖像傳感器。作為該第一種具體的方案的優選方式，所述分光稜鏡包括三塊依次結合在一起的第一、二、三稜鏡，其中第一稜鏡和第二稜鏡之間鍍反藍透紅綠膜，第二稜鏡和第三稜鏡之間鍍反紅透藍綠膜，第一、二、三稜鏡的出射面上分別安裝一個所述單線陣圖像傳感器。作為第二種具體的方案，所述光信號接收裝置包括兩個分別位於物料前後兩側的成像鏡頭和兩個三線陣圖像傳感器，一個成像鏡頭上設置一個三線陣圖像傳感器，物料的螢光經過成像鏡頭後分別被所述三線陣圖像傳感器接收，該三線陣圖像傳感器分時獲取同一物料相同位置的R、G、B值，最終合成一幅彩色圖像。作為第三種具體的方案，所述光信號接收裝置包括複數個成像鏡頭和單線陣圖像傳感器，物料的前後兩側各採用三個成像鏡頭，每個成像鏡頭配一個單線陣圖像傳感器，在每個成像鏡頭與單線陣圖像傳感器之間加中心波長不同的帶通濾光片，物料的螢光經過成像鏡頭後，前側的光分別通過三個中心波長不同的帶通濾光片得到三路B、G、R信號，後側的光分別通過三個中心波長不同的帶通濾光片得到三路B、G、R信號，通過濾光片的信號分別入射到對應的三個單線陣圖像傳感器上，轉換成電信號，分別將前後的三路信號合成得到一幅完整的彩色圖像。作為上述幾個方案的優選實施方式，所述圖像傳感器採用TDI CXD圖像傳感器。
作為上述方案的優選實施方式，所述紫外光源是紫外螢光燈管或紫外LED或紫外雷射器。更優化的，所述紫外光源的中心波長為365nm，波段不超過400nm。作為上述方案的進一步的優選實施方式，所述黃麴黴毒素檢測及分選裝置還包括複數個聚光裝置，聚光裝置置於紫外光源附近，將紫外光源照射到其上面的光聚焦到物料表面，聚焦到物料表面的紫外光激發出物料的螢光。進一步的，所述聚光裝置是反射裝置，此時紫外光源位於聚光裝置與物料之間，紫外光源發出的紫外光一部分向前直接照射到物料表面，一部分向後照射到聚光裝置的反射面上，聚光裝置將接收到的光聚焦到物料表面。更具體的，所述反射裝置是內表面為鏡面的弧形反射面或橢圓反射面或拋物線反射面。或者，所述聚光裝置是透射聚光裝置，此時，聚光裝置置於紫外光源與物料之間，紫外光源發出的紫外光通過透射聚光到物料表面。本發明的有益效果是:能夠在線獲取物料的彩色螢光圖片，方便的區分出發藍色、綠色、黃色螢光的黃麴黴汙染物料，提高了黃麴黴毒素汙染物料的在線識別率。光源可以採用大功率LED，價格低廉，光功率大；圖像傳感器採用靈敏度、信噪比高的圖像傳感器，特別是TDI CCD圖像傳感器，能夠有效的檢測到花生表面的微弱螢光信號，從而可以有效的區分黃麴黴汙染花生與正常花生，避免了傳統高靈敏度光電器件的高壓危險。可廣泛應用於糧食加工領域，具有重要的現實意義和廣泛的應用前景。
圖1為本發明黃麴黴毒素檢測裝置的第一種實施方式原理2為本發明中採用的一種分光結構3為本發明中採用的高靈敏度傳感器信號增強原理4為本發明黃麴黴毒素檢測裝置的第二種實施方式原理5為本發明中採用的三線陣傳感器工作原理6為本發明黃麴黴毒素檢測裝置的第三種實施方式原理中部件名稱:1:物料滑道；2:物料;41 44:紫外光源;51 52:聚光裝置;61、64:透藍光帶通濾光片；62、65:透綠光帶通濾光片；63、66:透紅光帶通濾光片；7廣76:成像鏡頭；9Γ92:分光稜鏡；8Γ86以及101 106:圖像傳感器；121 122:圖像傳感器；1 Γ 13:稜鏡；121廣1213:三線陣傳感器RGB三部分像元。
具體實施例方式為使本發明實施例的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。第一實施例圖1示出了本發明提 供的黃麴黴毒素在線檢測裝置的第一實施例的示意圖。該黃麴黴毒素檢測及分選裝置包括紫外光源44、物料滑道1、聚光裝置51飛2、成像鏡頭71 72、分光稜鏡91 92、圖像傳感器8廣86。針對不同的結構要求，可以選用不同的紫外光源。例如在圖1中所採用的紫外光源41 44為中心波長365nm的螢光燈管，波段不超過400nm。紫外光源41 44以物料2下落軌跡為對稱軸對稱的分布在物料滑道I末端的兩側。上述紫外光源4廣44還可以是紫外LED或紫外雷射器。聚光裝置5廣52置於紫外光源4廣44附近，並將紫外光源4廣44照射到其上面的光聚焦到物料2表面，聚光裝置5廣52可以由反射裝置實現。例如對於紫外光源4廣44為紫外螢光燈管的情形，聚光裝置5廣52可以採用圖1的具體結構，即內表面為鏡面的弧形反射面，此時，紫外光源44位於聚光裝置52與物料2之間。紫外光源44發出的紫外光一部分向前直接照射到物料2表面，一部分向後照射到聚光裝置5廣52的反射面上，聚光裝置5廣52將接收到的光聚焦到物料2表面。需要說明的是，聚光方式並不局限於反射這一種情形，也可以是透射聚光，如柱透鏡，此時，聚光裝置5廣52應該置於紫外光源4廣44與物料2之間，紫外光源4廣44發出的紫外光通過透射聚光到物料2表面。另外，即使是反射聚光方式，仍然可以有多種反射面形式，如橢圓反射面、拋物線反射面，並不局限於圖1 一種方式。聚焦到物料表面的紫外光激發出物料2的螢光，物料2的螢光經過位於物料2前後兩側的成像鏡頭71 72後分別被分光稜鏡91 92分光,每個分光稜鏡上的三個側面分別安裝一個圖像傳感器，分光稜鏡91的三個側面分別安裝三個圖像傳感器8廣83，分光稜鏡92的三個側面分別安裝三個圖像傳感器84 86，分光稜鏡91分光以後的光分別入射到對應的圖像傳感器中，每個圖像傳感器用於收集同一物料2相同位置不同波長的螢光。例如以產生的花生螢光信號為例，包含藍綠黃多種顏色螢光，以其中一個分光稜鏡9為例，當然分光稜鏡91、92結構完全相同，分光稜鏡91可以採用如圖2中的具體結構，包括三塊依次結合在一起的稜鏡，其中第`一稜鏡111和第二稜鏡112之間鍍反藍透紅綠膜，第二稜鏡112和第三稜鏡113之間鍍反紅透藍綠膜。當花生螢光由分光稜鏡91底部入射時，經過第一稜鏡111上方的反藍透紅綠膜將藍光成分反射到圖像傳感器83，透過的紅綠光經過第二稜鏡112上方的反紅透藍綠膜將紅光成分反射到圖像傳感器82，最終透過的綠光經過第三稜鏡113入射到圖像傳感器81上。圖像傳感器8廣86將入射的花生螢光信號轉換成電信號，普通的圖像傳感器由於靈敏度低難以檢測到微弱信號，需要使用特殊的圖像傳感器。例如圖3中所示的TDI CXD圖像傳感器(時間延遲積分CXD圖像傳感器)(如S10200, Hamamatsu),其像素大小為n*m,當然，也可以使用其他類型的圖像傳感器，只要滿足以下條件即可:在紫外光源波長在555nm時，圖像傳感器靈敏度範圍為1000-1800
V.cm2/μ J0初始時刻t=0，TDI CXD圖像傳感器的第一行像素曝光，得到信號強度I ;t=l時刻，物體向下運動，TDI CCD圖像傳感器的第二行像素曝光，並將第一行信號轉移到第二行，得到信號強度2 ；t=2時刻，TDI CCD圖像傳感器的第三行像素曝光，並將第二行信號轉移到第三行，得到信號強度3。如此，當m足夠大時，能夠得到超高靈敏度的信號，信噪比提
高.4^倍。上述圖像傳感器8廣86均是普通的單線陣TDI CXD圖像傳感器。
第二實施例本專利申請也可按另一種實施方式的結構原理圖，如圖4設計出另一種結構的黃麴黴毒素檢測及分選裝置。其與上述第一實施例的區別在於信號接收方式的不同，物料2的前後兩側各採用一個成像鏡頭和一個三線陣TDI CXD圖像傳感器組合而成信號接收裝置。聚焦到物料表面的紫外光激發出物料2的螢光，物料2的螢光經過位於物料2前後兩側的成像鏡頭7廣72後分別被圖像傳感器121、122接收，圖像傳感器121、122為三線陣TDI CXD圖像傳感器，該圖像傳感器121、122分時獲取一幅圖像的RGB值，最終合成圖像反映出物料螢光的顏色。結合圖5所示，三線陣TDI CXD圖像傳感器(如CL-T7 delsa)，t=0時刻，物料2發出的螢光被圖像傳感器121的藍光敏感部分1213接收得到信號B，t=l時刻，物體2相同位置發出的螢光被圖像傳感器121的綠光敏感部分1212接收得到信號G，t=2時刻，物體2相同位置發出的螢光被圖像傳感器121的紅光敏感部分1211接收得到信號R，最後將B、G、R三路信號合併成一幅彩色圖像進而進行花生物料螢光分辨，從而識別出黃麴黴毒素汙染花生。第三實施例如圖6所示，本專利申請也可按第三種實施方式的結構原理設計出另一種結構的黃麴黴毒素檢測及分選裝置。其與上述第一實施例的區別在於信號接收方式的不同，物料2的前後兩側各採用三個成像鏡頭配套三個圖像傳感器實現。三個圖像傳感器採用單線陣TDI CCD圖像傳感器，在每個成像鏡頭與圖像傳感器之間加濾光片，且三個濾光片是中心波長不同的帶通濾光片。例如可以採用圖 6所示的方式，物料2如花生產生的螢光信號分別被前側的三個成像鏡頭7廣73和後側的三個成像鏡頭7Γ76所接收，前側三個成像鏡頭7廣73接收的光分別通過三個中心波長不同的濾光片61飛3，得到三路信號，分別為B、G、R，通過濾光片6Γ63的信號分別入射到對應的三個圖像傳感器IOf 103上，轉換成電信號，後側三個成像鏡頭7Γ76接收的光分別通過三個中心波長不同的濾光片64飛6，得到三路信號，分別為R、G、B，通過濾光片64飛6的信號分別入射到對應的三個圖像傳感器10Γ106上，轉換成電信號，分別將前後的三路信號合成可以得到一幅完整的花生物料螢光圖片，依據花生螢光顏色可以對黃麴黴毒素汙染的花生作出準確的判別。以上所述僅是本發明的優選實施方式，應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種黃麴黴毒素檢測及分選裝置，包括複數個紫外光源、物料滑道、分別位於待檢測物料前後兩側的光信號接收裝置，其特徵在於:所述紫外光源對稱的分布在物料滑道末端的兩側，紫外光源照射到物料表面，激發出物料的螢光，光信號接收裝置收集同一物料相同位置的R、G、B螢光信號並將其轉換成電信號，將三路電信號合併成一幅彩色圖像。
2.如權利要求1所述的黃麴黴毒素檢測及分選裝置，其特徵在於:所述光信號接收裝置中的圖像傳感器需要滿足以下條件:在紫外光源波長在555nm時，圖像傳感器靈敏度範圍為 1000-1800V.cm2A J。
3.如權利要求1所述的黃麴黴毒素檢測及分選裝置，其特徵在於:所述光信號接收裝置包括兩個分別位於物料前後兩側的成像鏡頭，每個成像鏡頭後設置一分光稜鏡，每個分光稜鏡上的三個側面分別安裝一個圖像傳感器，物料的螢光經過成像鏡頭後被分光稜鏡分成R、G、B三路螢光信號，每一路螢光信號分別入射到對應的圖像傳感器中，圖像傳感器將其轉換成電信號，將三路電信號合併成一幅彩色圖像，所述圖像傳感器為單線陣圖像傳感器。
4.如權利要求3所述的黃麴黴毒素檢測及分選裝置，其特徵在於:所述分光稜鏡包括三塊依次結合在一起的第一、二、三稜鏡，其中第一稜鏡和第二稜鏡之間鍍反藍透紅綠膜，第二稜鏡和第三稜鏡之間鍍反紅透藍綠膜，第一、二、三稜鏡的出射面上分別安裝一個所述單線陣圖像傳感器。
5.如權利要求1所述的黃麴黴毒素檢測及分選裝置，其特徵在於:所述光信號接收裝置包括兩個分別位於物料前後兩側的成像鏡頭和兩個三線陣圖像傳感器，一個成像鏡頭上設置一個三線陣圖像傳 感器，物料的螢光經過成像鏡頭後分別被所述三線陣圖像傳感器接收，該三線陣圖像傳感器分時獲取同一物料相同位置的R、G、B值，最終合成一幅彩色圖像。
6.如權利要求1所述的黃麴黴毒素檢測及分選裝置，其特徵在於:所述光信號接收裝置包括複數個成像鏡頭和單線陣圖像傳感器，物料的前後兩側各採用三個成像鏡頭，每個成像鏡頭配一個單線陣圖像傳感器，在每個成像鏡頭與單線陣圖像傳感器之間加中心波長不同的帶通濾光片，物料的螢光經過成像鏡頭後，前側的光分別通過三個中心波長不同的帶通濾光片得到三路B、G、R信號，後側的光分別通過三個中心波長不同的帶通濾光片得到三路B、G、R信號，通過濾光片的信號分別入射到對應的三個單線陣圖像傳感器上，轉換成電信號，分別將前後的三路信號合成得到一幅完整的彩色圖像。
7.如權利要求2至6任一項所述的黃麴黴毒素檢測及分選裝置，其特徵在於:所述圖像傳感器採用TDI CXD圖像傳感器。
8.如權利要求1至5任一項所述的黃麴黴毒素檢測及分選裝置，其特徵在於:所述紫外光源的中心波長為365nm,波段不超過400nm。
9.如權利要求1所述的黃麴黴毒素檢測及分選裝置，其特徵在於:所述黃麴黴毒素檢測及分選裝置還包括複數個聚光裝置，聚光裝置置於紫外光源附近，將紫外光源照射到其上面的光聚焦到物料表面，聚焦到物料表面的紫外光激發出物料的螢光。
全文摘要
本發明提供一種黃麴黴毒素檢測及分選裝置，包括複數個紫外光源、物料滑道、分別位於待檢測物料前後兩側的光信號接收裝置，所述紫外光源以物料下落軌跡為對稱軸對稱的分布在物料滑道末端的兩側，紫外光源照射到物料表面，激發出物料的螢光，光信號接收裝置收集同一物料相同位置的R、G、B螢光信號並將其轉換成電信號，將三路電信號合併成一幅彩色圖像。本發明的優點是能夠在線獲取物料的微弱彩色螢光信號，方便有效的區分出黃麴黴汙染物料，提高了黃麴黴毒素汙染物料的在線識別率。
文檔編號G01N21/64GK103234945SQ20131010610
公開日2013年8月7日 申請日期2013年3月29日 優先權日2013年3月29日
發明者方傑, 戚麗, 何吉柱, 胡修穩, 常宏, 劉寶瑩 申請人:合肥美亞光電技術股份有限公司