本發(fā)明屬于食品安全技術領域。更具體地，涉及一種現場快速檢測食品中有害添加物的系統及檢測方法。

背景技術：

近些年以來，食品安全問題尤其是食品有害添加物污染或中毒的事件層出不窮，這早已引起了人們的恐慌。食品有害添加物例如亞硝酸鹽、甲醛、吊白塊及過氧化氫經常被不法商販為謀取非法暴利而添加在食品當中。這些食品有害添加物對人體的危害極大。亞硝酸鹽毒性很強，具有極強的致癌性，對人體健康構成極其嚴重的危害。有研究表明，攝入0.2g～0.5g亞硝酸鹽便可引發(fā)人體發(fā)生急性中毒，一次性攝入3g亞硝酸鹽即可導致人死亡。甲醛對人體健康的危害是非常巨大的，它幾乎能夠導致人體的嗅覺異常、過敏現象、強烈刺激、肝功能異常、肺功能異常、免疫功能異常等癥候。它可以直接作用于人體細胞中的氨基、巰基和羧基等小分子物質，生成次甲基衍生物，從而破壞機體蛋白質和酶，使組織細胞發(fā)生不可逆轉的凝固與壞死。吊白塊呈白色的粉末狀，氣味極大。食品中的吊白塊會破壞食品的營養(yǎng)成分，還會引發(fā)人體過敏、腸道刺激及食物中毒的癥狀，長期低劑量食用會導致癌癥的發(fā)生。過氧化氫是一種非常重要的化工原料，已經廣泛應用在多個領域內，最早是在紡織工業(yè)中作為重要殺菌劑用來殺菌消毒。由于過氧化氫的分解產物為水分子和氧分子，對環(huán)境及人體沒有毒害作用，而且其強氧化性使其殺菌效果高效，因此在各個領域中被應用到。目前很多食品生產加工企業(yè)為了達到提高產品的保藏期、防腐防臭、漂白食物和增加食品的色度等目的，在生產過程中經常非法添加過氧化氫。一些不法商販甚至將已經發(fā)霉變質的食品經過氧化氫溶液浸泡漂白后重新出售，這種做法讓人無法容忍。

傳統檢測食品有害添加物的方法有高效液相法、氣相法、近紅外光譜、電化學、化學發(fā)光法及分光光度法等。然而，這些方法存在成本高、儀器操作復雜、分析速度慢等許多缺點，無法滿足簡單快速檢測的要求。鑒于此，許多研究者們開始著眼于比較便捷迅速的手機比色方法，例如有研究者將傳統的膠體金法結合手機比色來檢測飼料中的afb1。這種利用紙片顯色的手機比色方法成本低、操作步驟簡單、檢測速度快，確實要比傳統檢測方法優(yōu)越許多。但是顯色圖片的采集需要固定的條件才能保證穩(wěn)定和準確，因此便攜式檢測裝置也在手機比色法的研究中被提出來。

近年來，智能手機功能化為檢測工具使用越來越受歡迎，許多研究者們已成功將手機作為檢測工具用于化學分析及醫(yī)療可視化診斷等領域。多數智能手機由于自帶高像素攝像頭、高端處理器、大內存、無線連接、實時定位、安全數據管理及云計算等硬件和功能，作為檢測工具時，可以隨時隨地進行現場化學分析和醫(yī)療診斷工作。

技術實現要素：

本發(fā)明要解決的技術問題是克服上述現有技術的的缺陷和不足，提供一種基于手機平臺的快速檢測食品中有害添加物的系統及檢測方法。本發(fā)明通過將智能手機與傳統的紙片顯色過程結合作為檢測工具運用到食品有害添加物的檢測中，不僅成本低，簡單方便，而且迅速準確，在現場就可以快速得到檢測結果，具有十分廣闊的應用前景。

本發(fā)明的目的是提供一種現場快速檢測食品中有害添加物的系統。

本發(fā)明另一目的是提供利用上述檢測系統現場快速檢測食品中有害添加物的方法。

本發(fā)明的上述目的是通過以下技術方案給予實現的：

一種現場快速檢測食品中有害添加物的檢測系統，其特征在于，包括檢測有害添加物的檢測卡，圖像采集裝置和安裝有檢測app的移動設備；所述檢測app具有圖像采集并讀取圖像灰度值的功能；所述檢測app中設定有檢測卡顯色圖像灰度值與有害添加物標準含量之間的標準曲線。

所述標準曲線的構建方法為：首先用檢測卡檢測不同濃度的有害添加物標準品，并用檢測app讀取灰度值，建立灰度值與有害添加物標準含量之間的標準曲線。然后將建立的標準曲線寫入上述檢測app中，建立得到有害添加物定量檢測app。

實際工作中，可針對不同的檢測對象，提前建立好上述標準曲線并導入寫入上述檢測app中，即可用于實際待測樣本的檢測。

檢測應用時，用檢測卡檢測目標待測物，待檢測卡顯色穩(wěn)定后，利用圖像采集裝置，用檢測app采集檢測卡的顯色圖像并轉化為灰度值，從而分析出待測物含量，檢測結果可直接顯示在移動設備屏幕上，從而實現現場快速檢測食品中有害添加物。

優(yōu)選地，所述圖像采集裝置為暗箱裝置，可避免戶外光線強弱對拍照產生影響，保證拍照環(huán)境的一致性。

更具體優(yōu)選地，所述圖像采集裝置由箱體1和頂蓋2組成；所述箱體1內側底部設置有若干個孔槽11，所述頂蓋2的中部設置有孔洞21，頂蓋2的內側面上設置有均勻分布的白色光源22。

優(yōu)選地，所述頂蓋2上設置有拍照輔助裝置23；手機側邊可靠在輔助裝置上，不易滑動，使成像質量更加穩(wěn)定。

優(yōu)選地，所述箱體1底部設置有供電部件，供電部件通過線路與白色光源22連接；所述圖像采集裝置由abs韌性樹脂材料經過3d打印制成，且內部用噴漆全部噴黑。

另外，優(yōu)選地，所述移動設備包括智能手機。

優(yōu)選地，所述智能手機為安卓系統。

更優(yōu)選地，所述智能手機的后置攝像頭像素為不低于1600萬。

優(yōu)選地，所述檢測有害添加物的檢測卡為可通過檢測卡的顏色變化反映待測物含量的試紙或膠體金檢測卡。

優(yōu)選地，所述有害添加物檢測卡的制備方法為配制檢測卡浸泡液，用等體積的乙醇進行混合后，將藥片載體在浸泡液中浸泡一段時間后，取出干燥，再切條成型，即為有害添加物檢測卡。

優(yōu)選地，所述有害添加物為亞硝酸鹽、甲醛、吊白塊或過氧化氫中的一種或幾種。

其中，亞硝酸鹽浸泡液的配制方法為：往400～600ml去離子水中加入適量酒石酸，邊加熱邊攪拌，待酒石酸完全溶解后加入鹽酸萘乙二胺和無水對氨基苯磺酸，繼續(xù)攪拌，直到溶液顏色變澄清。將配制好的檢測液冷卻至室溫，放置于4℃保存，作為制作試紙條的儲備液。制作試紙條前取保存好的檢測液用等體積的無水乙醇進行稀釋。

甲醛和吊白塊浸泡液的配制方法為：往100ml去離子水中加入28g氫氧化鉀，攪拌溶解；再加入10g乙二胺四乙酸二鈉和1.50g碘酸鉀，繼續(xù)攪拌溶解后放置于4℃保存，作為制作甲醛檢測卡的儲備液。制作檢測卡前取保存好的檢測液用等體積的無水乙醇進行稀釋。

過氧化氫浸泡液的配制方法為：往90ml去離子水加入碘化鉀10g，攪拌溶解；再往另外100ml去離子水中加入1g淀粉，攪拌加熱使其逐漸溶解。待淀粉溶解、冷卻后，取10ml淀粉溶液加入到碘化鉀溶液中，混合均勻，得到淀粉碘化鉀溶液，避光保存在4℃，制作檢測卡前取保存好的檢測液用等體積的無水乙醇進行稀釋。

優(yōu)選地，所述干燥為35～38℃條件下晾干。

優(yōu)選地，所述建立灰度值與有害添加物標含量之間的標準曲線為建立亞硝酸鹽、甲醛、吊白塊或過氧化氫的標準曲線。

優(yōu)選地，所述灰度值為待測物檢測卡顯色圖像的灰度值與空白樣品檢測卡顯色圖像的灰度值間的灰度值差⊿i。

具體地，所述亞硝酸鹽的標準濃度為20.0、10.0、5.0、2.0、1.0、0.5μg/ml，分別用相應檢測卡檢測，測得標準樣與空白樣的圖像灰度值差⊿i，即可得到相應的標準曲線。

所述甲醛的標準濃度為40.0、20.0、10.0、5.0、2.0、1.0μg/ml，分別用相應檢測卡檢測，測得標準樣與空白樣的圖像灰度值差⊿i，即可得到相應的標準曲線。

所述吊白塊的標準濃度為100.0、75.0、50.0、25.0、15.0和10.0μg/ml，分用相應檢測卡檢測，測得標準樣與空白樣的圖像灰度值差⊿i，即可得到相應的標準曲線。

所述過氧化氫的標準濃度為50.0、20.0、10.0、5.0、2.0和1.0μg/ml，分用相應檢測卡檢測，測得標準樣與空白樣的圖像灰度值差⊿i，即可得到相應的標準曲線。

優(yōu)選地，所述灰度值i為檢測圖像特定區(qū)域的r、g、b值，然后根據公式i＝0.30r+0.59g+0.11b計算得出的；所述灰度值差⊿i為分別檢測空白對照與待測樣品圖像特定區(qū)域的r、g、b值，然后根據公式i＝0.30r+0.59g+0.11b計算出相對應的灰度值i0、in，根據⊿i＝i0-in計算得出。

本發(fā)明還提供一種使用上述檢測系統現場快速檢測食品中有害添加物的方法，先用有害添加物檢測卡檢測待測樣品，待檢測卡顯色穩(wěn)定后，利用圖像采集裝置，用檢測app采集檢測卡的顯色圖像并轉化為灰度值，檢測app再根據讀取的灰度值計算待測物的濃度含量，將檢測結果及時顯示在移動設備屏幕上，從而實現現場快速檢測食品中有害添加物。

本發(fā)明具有以下有益效果：

(1)本發(fā)明首次建立了基于手機平臺與紙片顯色的快速檢測食品中有害添加物的系統，在用于現場實際樣品的檢測中，與傳統檢測食品有害添加物的方法相比，具有成本低、簡單方便和可直接出檢測結果等優(yōu)點。

(2)本發(fā)明與其他手機比色法相比，可以實現同時對四個樣品進行檢測，本發(fā)明的圖片采集裝置有四個插卡孔槽，可以同時允許插入四種檢測卡，并采集四張卡的圖片顯色信息。

(3)本發(fā)明所述檢測系統可直接檢測食品有害添加物的含量并定量計算結果，同時集采集圖像、讀取圖片灰度值、計算檢測結果等眾多功能于一體；本發(fā)明為避免戶外光線強弱對拍照產生影響，采用暗箱裝置來保證拍照環(huán)境的一致性。與大型檢測儀器相比，不僅大大降低了實驗成本，而且手機非常便攜，操作簡單，非常適合用于現場測量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明有害添加物檢測卡顯色示意圖；a為亞硝酸鹽檢測卡；b為甲醛檢測卡；c為吊白塊檢測卡；d為過氧化氫檢測卡。

圖2為本發(fā)明檢測系統流程示意圖。

圖3為本發(fā)明四種食品有害添加物檢測卡的標準曲線；a為亞硝酸鹽的標準曲線；b為甲醛的標準曲線；c為吊白塊的標準曲線；d為過氧化氫的標準曲線。

圖4為本發(fā)明圖像采集裝置的示意圖。

圖5為本發(fā)明圖像采集裝置的立體示意圖；a為側視圖；b為俯視圖；c為仰視圖；d為底部俯視圖；e為左側視圖；g為右側視圖。

具體實施方式

以下結合說明書附圖和具體實施例來進一步說明本發(fā)明，但實施例并不對本發(fā)明做任何形式的限定。除非特別說明，本發(fā)明采用的試劑、方法和設備為本技術領域常規(guī)試劑、方法和設備。

除非特別說明，以下實施例所用試劑和材料均為市購。

實施例1

一種現場快速檢測食品中亞硝酸鹽的系統，所述檢測系統的構建方法，按照如下步驟進行：

(1)制備亞硝酸鹽檢測卡

先配制亞硝酸鹽紙片浸泡液，稱取適量的酒石酸加入到500ml去離子水的燒杯中，一邊加熱一邊攪拌，待酒石酸完全溶解后加入鹽酸萘乙二胺和無水對氨基苯磺酸，繼續(xù)攪拌，直到溶液顏色變澄清，最后停止加熱和攪拌。配制好的檢測液冷卻至室溫，放置于4℃保存，作為制作試紙條的儲備液。制作試紙條前取保存好的檢測液用等體積的無水乙醇進行稀釋。

(2)建立亞硝酸鹽檢測卡的標準曲線

將配制好的不同濃度的亞硝酸鈉標準溶液與空白對照分別用制備的相應檢測卡來檢測，待檢測卡顯色穩(wěn)定后運用圖片采集裝置采集照片，根據手機app檢測到的灰度值⊿i與有害添加物濃度的關系建立標準曲線。

所述亞硝酸鹽的標準濃度為20.0、10.0、5.0、2.0、1.0、0.5μg/ml，分別測得灰度值⊿i，即可得到相應的標準曲線。

(3)將亞硝酸鈉的標準曲線寫入到手機app程序中

將上述利用圖片采集裝置與手機app，結合檢測卡顯色后讀取的灰度值數據，寫入到具體的有害物計算的程序中。

所述暗箱由箱體1和頂蓋2組成；所述箱體1下部設置有4個繞箱體一周均勻分布的孔槽11，所述頂蓋2上設置有孔洞21，頂蓋2的內側面上設置有均勻分布的led燈22；所述頂蓋2上設置有拍照輔助裝置23；所述箱體1的底部設置有電池，通過設置在箱體1內壁中的電線與led燈相連；采用智能手機2自帶的照相機采集檢測卡顯色反應的圖像，利用開發(fā)的安裝在手機中的“天眼測”軟件對圖片進行數字化處理，即可準確檢測食品樣品中亞硝酸鹽的含量。

其中所述智能手機為安卓系統；

所述智能手機的后置攝像頭像素為大于等于1600萬；

所述手機“天眼測”軟件主界面由5部分組成，五個部分依次為對照檢測、樣品檢測、使用指南、項目查詢和退出。點擊“對照檢測”或“樣品檢測”選項，就會進入待測對象的選擇界面，軟件設計了針對本論文研制的四種檢測對象，可根據實際需要點擊相應對象來進行選擇，選擇了具體的檢測對象之后，手機系統就會調用智能手機后置攝像頭而進入預覽界面，在界面的左下角分別設置有“圖片采集”和“分析”兩個可供選擇的選項，點擊“圖片采集”即可采集到待測物發(fā)生化學反應而顯現出顏色的圖像并保存到手機中，緊接著再點擊“分析”選項，就會進入結果界面，待測對象的分析結果也將會顯現在界面上。點擊“使用指南”選項，軟件即會進入幫助界面，主要顯現出一些有關本軟件的操作說明以及其他的幫助信息。點擊“項目查詢”選項，可進入記錄界面，其內容主要是記錄了各個項目的檢測結果。點擊“退出”選項，將會退出整個軟件。

(4)圖片顏色信號讀取及轉化的實現

采集了具體對象的化學反應顯色圖片之后，點擊“分析”即可按照系統設定的程序先讀取圖片特定區(qū)域的r、g、b值，然后根據公式i＝0.30r+0.59g+0.11b計算出相對應的灰度值i，所有采集到的照片經過r、g、b值顏色信息讀取后均經過此公式換算為統一的灰度值i。

每次檢測實驗均需進行空白對照試驗，空白對照檢測之后，系統會自動記錄空白的灰度值i0，緊接著對相應對象檢測的時候分別記錄其灰度值in。針對每個檢測樣品，本論文采用灰度值差(⊿i)來表示檢測卡顯色后的顏色深淺信號的強弱，其計算公式為⊿i＝i0-in。

亞硝酸鈉的標準曲線已經通過多次實驗得到確認，曲線方程均是⊿i與待測物含量成正比例的一次線性方程，標準曲線可以寫入計算程序中。

(5)添加回收實驗

選取在檢測范圍內的三個濃度進行添加回收實驗，經過樣品前處理之后，并用本發(fā)明方法研制的檢測卡對樣品提取液進行檢測。結果如表1所示，各類樣品批內回收率為87.96％～118.54％，變異系數為6.06％～13.64％，批間回收率為92.54％～115.28％，變異系數為5.45％～13.98％。各個樣品回收率的變異系數均小于15％，說明該方法具有較好的準確性。

表1不同種類樣品添加回收實驗結果(n＝6)

實施例2

一種現場快速檢測食品中甲醛的系統，所述檢測系統的構建方法，按照如下步驟進行：

(1)制備甲醛檢測卡

先配制甲醛紙片浸泡液，準確稱取28g氫氧化鉀，加入100ml去離子水，攪拌溶解；再準確稱取10g乙二胺四乙酸二鈉和1.50g碘酸鉀加入其中，繼續(xù)攪拌溶解。配制好的檢測液放置于4℃保存，作為制作甲醛檢測卡的儲備液。制作檢測卡前取保存好的檢測液用等體積的無水乙醇進行稀釋。

(2)建立甲醛檢測卡的標準曲線

將配制好的不同濃度的甲醛標準溶液與空白對照分別用制備的相應檢測卡來檢測，待檢測卡顯色穩(wěn)定后運用圖片采集裝置及手機拍照采集照片，根據手機app檢測到的灰度值⊿i與有害添加物濃度的關系建立標準曲線。

所述甲醛的標準溶液濃度為40.0、20.0、10.0、5.0、2.0、1.0μg/ml，分別測得灰度值⊿i，即可得到相應的標準曲線。

(3)將甲醛的標準曲線寫入到手機app程序中

同實施例1

(4)圖片顏色信號讀取及轉化的實現

同實施例1

(5)添加回收實驗

選取在檢測范圍內的三個濃度進行添加回收實驗，經過樣品前處理之后，并用本發(fā)明方法研制的甲醛檢測卡對樣品提取液進行檢測。結果如表2所示，各類樣品批內回收率為94.53％～113.21％，變異系數為6.82％～11.86％，批間回收率為91.52％～113.54％，變異系數為7.41％～10.94％。各個樣品回收率的變異系數均小于15％，說明該方法具有較好的準確性。

表2不同種類樣品添加回收實驗結果

實施例3

一種現場快速檢測食品中吊白塊的系統，所述檢測系統的構建方法，按照如下步驟進行：

(1)制備吊白塊檢測卡

先配制吊白塊紙片浸泡液，準確稱取28g氫氧化鉀，加入100ml去離子水，攪拌溶解；再準確稱取10g乙二胺四乙酸二鈉和1.50g碘酸鉀加入其中，繼續(xù)攪拌溶解。配制好的檢測液放置于4℃保存，作為制作吊白塊檢測卡的儲備液。制作檢測卡前取保存好的檢測液用等體積的無水乙醇進行稀釋。

(2)建立吊白塊檢測卡的標準曲線

將配制好的不同濃度的吊白塊標準溶液與空白對照分別用制備的相應檢測卡來檢測，待檢測卡顯色穩(wěn)定后運用圖片采集裝置及手機拍照采集照片，根據手機app檢測到的灰度值⊿i與有害添加物濃度的關系建立標準曲線。

所述吊白塊的標準溶液濃度為100.0、75.0、50.0、25.0、15.0和10.0μg/ml，分別測得灰度值⊿i，即可得到相應的標準曲線。

(3)將吊白塊的標準曲線寫入到手機app程序中

同實施例1

(4)圖片顏色信號讀取及轉化的實現

同實施例1

(5)添加回收實驗

選取檢測范圍內的三個濃度在陰性的面條及米粉樣品中進行添加回收實驗，經過樣品前處理之后，并用本發(fā)明方法研制的吊白塊檢測卡對樣品提取液進行檢測。結果如表3所示，各類樣品批內回收率為83.10％～97.06％，變異系數為3.61％～9.03％，批間回收率為82.91％～92.30％，變異系數為3.86％～9.57％。兩種樣品回收率的變異系數均小于10％，說明該方法具有較好的準確性。

表3不同種類樣品添加回收實驗結果

實施例4

一種現場快速檢測食品中過氧化氫的系統，所述檢測系統的構建方法，按照如下步驟進行：

(1)制備過氧化氫檢測卡

先配制過氧化氫紙片浸泡液，準確稱取碘化鉀10g，加入90ml去離子水，攪拌溶解；再另外準確稱取1g淀粉加入到100ml去離子水，攪拌加熱使其逐漸溶解。待淀粉溶解完畢后，等其冷卻，取10ml淀粉溶液加入到碘化鉀溶液中，混合均勻，得到淀粉碘化鉀溶液，避光保存在4℃，制作檢測卡前取保存好的檢測液用等體積的無水乙醇進行稀釋。

(2)建立過氧化氫檢測卡的標準曲線

將配制好的不同濃度的過氧化氫標準溶液與空白對照分別用制備的相應檢測卡來檢測，待檢測卡顯色穩(wěn)定后運用圖片采集裝置及手機拍照采集照片，根據手機app檢測到的灰度值⊿i與有害添加物濃度的關系建立標準曲線。

所述過氧化氫的標準溶液濃度為100.0、75.0、50.0、25.0、15.0和10.0μg/ml，分別測得灰度值⊿i，即可得到相應的標準曲線。

(3)將過氧化氫的標準曲線寫入到手機app程序中

同實施例1

(4)圖片顏色信號讀取及轉化的實現

同實施例1

(5)添加回收實驗

選取檢測范圍內的三個濃度在陰性的大白菜及蘋果樣品中進行添加回收實驗，經過樣品前處理之后，并用本發(fā)明方法研制的過氧化氫檢測卡對樣品提取液進行檢測。結果如表4所示，各類樣品批內回收率為88.95％～105.50％，變異系數為6.62％～11.48％，批間回收率為84.40％～104.62％，變異系數為6.84％～11.73％。兩種樣品回收率的變異系數均小于15％，說明該方法具有較好的準確性。

表4不同種類樣品添加回收實驗結果

實施例5

為了評價上述實施例建立的智能手機數字比色法檢測食品樣品中有害添加物含量的實用性與準確性，本實施例分別采用所建立起來的手機數字比色檢測方法和高效液相色譜(hplc)對采集來的樣品做了對比實驗，其結果如表5所示：本發(fā)明建立的手機比色法的實際檢測效果與hplc結果相近，結果可信度高，可用于實際檢測。

表5手機比色法與hplc檢測結果比較

注：nd表示未檢出。