专利名称：用于监测炸油质量的方法和装置的制作方法
用于监测炸油质量的方法和装置
背景技术：
当油(如食用油、炸油、脂肪、起酥油等)暴露于高温时，特别是在存在氧气和/或 水的情况下，会发生导致油质劣化的氧化反应。因此，常常在饭店厨房监测油质，以便确定 油是否仍然适用。常用来评价油质的参数是油的游离脂肪酸含量。例如，Mlinar和Neumayer在美 国专利4，654，309中公开了用于测试液体的游离脂肪酸含量的制品。将待测有机液体接触 制品，观察经过足够长的时间后制品出现的任何颜色变化。发明概述本文公开了用于评价油(如食用油或炸油)的质量的方法和装置。该方法可根据 油的游离脂肪酸含量提供油质指示。该方法在使用光学询问装置使用的方面是有利的，从 而根据本文所述光学数据的定量测量值得到油质指示，这比依赖主观测量(如目视检查) 的方法有所改进。该方法在既不需要将大量样品从待评价油源中移除、也不需要将询问装置临时插 入油中或将这种装置永久置于油中的方面也是有利的。该方法利用取样基板和询问装置。取样基板具有至少一个测试区，该测试区的光 学性质对油的游离脂肪酸含量作出响应。在一个实施例中，提供了多个测试区，并且询问装 置包括用来询问多个测试区并且从其中接收信号的装置。还可构造询问装置，从而根据从 多个测试区接收的信号得到以油的游离脂肪酸含量表示的油质指示。在一个实施例中，对油的游离脂肪酸含量作出响应的测试区的光学性质为吸收/ 反射性质。在具体实施例中，光学性质为反射性。在一个实施例中，通过在测试区中提供酸 碱指示剂来实现此目的。本文所公开的方法根据油中的游离脂肪酸的含量(如浓度)提供油质指示。指示 可为游离脂肪酸浓度的实际数值；或，虽然该指示不直接等于实际数值，但它可为与该值相 关的参数，并可起到允许使用者确定油质(如确定油是否仍适用)的作用。因此，在一个方面，本文公开了评价炸油质量的方法，该方法包括以下步骤提供 炸油，炸油可能包含游离脂肪酸；提供吸油性取样基板，其中取样基板包含多个测试区，其 中每一个测试区都会对游离脂肪酸作出响应；使油接触取样基板，使得油样接触测试区中 的每一个的至少一部分；将光导向到多个测试区上；测量从每一个测试区反射的光量；生 成与从每一个测试区反射的光量成比例的信号，将信号求和，从而得到积分信号；将积分信 号与油的游离脂肪酸含量相关联；以及，报告油质指示，其中指示与油的游离脂肪酸含量相 关。在另一方面，本文公开了评价炸油质量的方法，该方法包括以下步骤提供询问装 置，询问装置具有多个光源/光电检测器对；提供吸油性取样基板，其中取样基板包含多个 测试区，其中每一个测试区都会对游离脂肪酸作出响应；提供炸油，炸油可能包含游离脂肪 酸；使油接触取样基板，使得油样接触测试区中的每一个的至少一部分；设置询问装置和 取样基板，使得每一个光源/光电检测器对都接近测试区设置，从而得到多个光源/光电检测器/测试区组；对于每一个光源/光电检测器/测试区组，将来自光源的光导向到测试区 上，并用光电检测器测量从测试区反射的光，从而生成与测量的反射光成比例的信号；组合 来自光电检测器的信号，从而得到组合信号；根据询问装置中保存的信息，将组合信号与油 的游离脂肪酸含量相关联；以及，报告油质指示，其中指示与油的游离脂肪酸含量相关。在又一方面，本文公开了用于评价炸油质量的系统，该系统包括吸油性取样基 板，其中取样基板包含多个测试区，其中每一个测试区都会对游离脂肪酸做出响应；以及， 光学询问装置，光学询问装置具有多个光源/光电检测器对；其中询问装置和取样基板被 构造为使得每一个光源/光电检测器对都可接近测试区设置，从而得到多个光源/光电检 测器/测试区组；其中，询问装置和取样基板还被构造为使得对于每一个光源/光电检测器 /测试区组，在询问装置和取样基板不相对于彼此移动的情况下，光源/光电检测器对可以 光学的方式询问每一个测试区，以便从光电检测器接收信号；并且，其中询问装置包括的装 置用于将从测试区接收的信号组合成组合信号；将组合信号与油的游离脂肪酸含量相关 联；以及报告油质指示，其中指示与油的游离脂肪酸含量相关。
图Ia为示例性取样基板的俯视平面图。图Ib为示例性取样基板的侧视剖面图。图2为示例性光学询问装置的示意透视图。图3为示例性光学询问装置的一部分的仰视平面图。图4为光源、光电检测器和取样基板的示例性构造的侧视剖面图。图5为光学询问装置的一个实施例的框图。图6为具有各种游离脂肪酸浓度的油样的取样基板的光学反射率的图线。图7为具有各种游离脂肪酸浓度的油样的取样基板的光学反射率的图线。图8为具有各种游离脂肪酸浓度的油样的取样基板的光学反射率的图线。图9为具有各种游离脂肪酸浓度的油样的取样基板的光学反射率的图线。图10为光电检测器在各种条件下响应来自取样基板的反射光的图线。除非具体指出，否则附图和图中的要素均未按比例绘制。在附图中，始终使用相同 的附图标记表示相同的结构。尽管在本公开中可能使用了例如“顶部”、“底部”、“上面”、“下 面”、“上方”、“下方”、“前部”、“背部”、“第一”、“第二”的术语，但应当理解，这些术语仅在其 相对含义下使用。
具体实施例方式本文公开了用于评价食用油(常常也称为例如炸油、植物油、起酥油、牛油、油脂 等)质量的方法和装置。该方法依靠取样基板1(如可以用后丢弃的条带)和询问装置30。参照图Ia和图lb，取样基板1由多孔的吸油材料5构成。在上下文中，术语“吸 油”是指该材料能够将油吸入多孔材料内部中(如能够被油润湿和/或渗透)。在各种实 施例中，材料5包括纸张、无纺布、开孔泡沫、织造物等等。取样基板1包括其光学性质对油样的游离脂肪酸含量作出响应的至少一个测试 区10。在一个实施例中，提供了多个测试区10a、10b等，如图Ia和图Ib中的示例性构造所示。在一个实施例中，光学性质为反射性，下文将进一步说明。在一个实施例中，测试区10的光学性质依靠测试区10中存在的酸碱指示剂对油 中游离脂肪酸的存在作出响应。指示剂可以包括能够响应PH值变化而提供颜色变化(从 而能够显示在一个或多个波长下改变的光学反射率)的任何分子或分子组合。合适的指示 剂包括(例如)间甲酚紫、中性红、百里酚蓝、苯酚红和甲酚红。在一个实施例中，测试区10也包含碱性化合物，其可以为任何有机或无机碱性化 合物，包括(例如)碳酸钠、碳酸氢钠等。每一个测试区10中的碱性化合物含量可以有差 别，并且可以选择允许特定测试区对给定量的酸作出响应的特定含量。因此，在图Ia和图 Ib的示例性构造中，可在不同的测试区10a、10b、10c和IOd中提供不同含量的碱。例如，在 这种构造中，测试区IOa可以与测试区IOb响应不同含量的游离脂肪酸(或，测试区IOa和 IOb可以对相同含量的游离脂肪酸以不同的方式作出响应)等等。这样，可提供对宽泛浓度 范围的游离脂肪酸作出响应的取样基板1。在各种实施例中，可以使用至少两个、三个、四个 或五个测试区10。在各种实施例中，可以使用对包含大约以下浓度的游离脂肪酸的油作出 响应的测试区，如0. 1% -0.5%的游离脂肪酸、0.5% -1.0%的游离脂肪酸、1.0% -1.5% 的游离脂肪酸、1. 5% -2. 0%的游离脂肪酸、2. 0% -2. 5%的游离脂肪酸、2. 5% -3. 5%的游 离脂肪酸、3. 5% -5. 0%的游离脂肪酸、或5. 0% -7. 0%的游离脂肪酸。如果需要，可以提供 一个或多个额外的测试区，这些测试区与另一个测试区(即对相同含量的游离脂肪酸作出 相同响应的测试区)包含相似(或相同)含量的碱。例如，如果希望系统中包括余量，则可 以使用这种构造。在一个实施例中，测试区10也包含能够增溶酸碱指示剂和碱性化合物的非挥发 性PH中性湿润剂。合适的湿润剂包括(例如)二羟基脂族聚乙二醇化合物，例如可以商品 名 Carbowax 200Xarbowax 400Xarbowax 600 禾口 Carbowax 1500 得自 Dow Chemical 的产品。在不受理论或机理限制的情况下，假定测试区10显示光学反射率响应油样中游 离脂肪酸含量的能力是由于以下事实当油样接触指示剂/碱/湿润剂混合物时，油样中 可能存在的一些或全部酸性组分可以分裂成指示剂/碱/湿润剂混合物并且影响其酸碱指 示剂，使得酸碱指示剂显示改变的光学吸收/反射性质。本文指出的是，指示剂/碱/湿润 剂混合物会形成或不会形成真实的水溶液(取决于(例如)系统内可能存在的外来水的含 量)，因为所需要的是酸碱指示剂的存在条件使其能够对酸性组分的存在作出响应。在一个实施例中，在取样基板1上形成至少一个测试区10的方法为混合湿润剂、 碱性化合物和酸碱指示剂(以及任选的挥发性溶剂，例如水或有机溶剂)，从而得到浸渍剂 混合物；用浸渍剂混合物浸渍取样基板1的所选区域(如通过涂布、浸渍等)，使得浸渍剂 混合物渗透(渗嵌)到取样基板1的多孔材料5的内部中；以及允许取样基板1干燥(如 果需要的话)。可以使用多个测试区10，这些测试区可以包括离散的区(即它们可能被不是测试 区10的区域20物理地分隔)。例如，如果使用多个区(如碱性化合物浓度不同的区)，将 各自浸渍剂混合物迁移(如通过横向芯吸穿过取样基板1的多孔材料5)的机会降至最低 以便彼此相遇可能是可用的。因此，在一个实施例中，浸渍剂混合物设置为相隔足够远，以 在两者间留出区域20(不含浸渍剂材料)。
在另一个实施例中，可对取样基板1的所选区域20的至少一部分21进行处理(在 用浸渍剂混合物浸渍取样基板1之前)，以便最大限度减少或抑制浸渍剂混合物迁移。可对 取样基板1的表面和/或取样基板1的内部施加这种阻隔处理(即施加到构成基板1的多 孔材料5的空隙表面)，阻隔处理可以包括(例如)以起到减小多孔材料5的表面能(即润 湿性)的作用的方式进行的等离子处理、气相沉积等。在具体实施例中，阻隔处理包括将阻隔材料前体沉积(如涂布)到取样基板1的 一个或两个主表面上并且使沉积的阻隔材料保持在其上。在一个实施例中，阻隔材料前体 渗入取样基板材料5的多孔内部空间中，并且涂布其内表面。在各种实施例中，合适的阻隔 材料包括(沉积和硬化时)表面能非常低的材料，如表面能小于30达因/厘米、小于25达 因/厘米或小于20达因/厘米的材料。合适的材料包括硅树脂、氟代硅氧烷等等。这种低表面能阻隔处理可以在某些位置21(例如，如图Ia和图Ib的示例性构造 中所示，在与一个或多个测试区10交界处)进行。这种阻隔处理可以起到使浸渍剂混合物 在浸渍过程中和之后从其所需位置迁移的机会最小的作用。该处理也可以起到使测试过程 中油样从测试区(如IOa)向附近的测试区(如IOb)迁移的机会最小的作用，这种迁移会 影响测试结果。因此，在一个实施例中，本文所公开的方法包括处理基板的至少一个区域以形成 阻隔区21，从而在基板上保留至少一个未处理区。然后，可在未处理区的至少一部分上沉积 浸渍剂溶液，以便形成至少一个测试区10。在一个实施例中，处理基板的至少两个区域以形 成阻隔区21，从而在这两个区域之间保留未处理区。然后，可在阻隔区21之间的未处理区 的至少一部分上沉积浸渍剂溶液，以便形成至少一个测试区10。在一个实施例中，进行上述 过程之后，至少一个区域既未经过阻隔处理，又未被浸渍剂溶液浸渍。Mlinar和Neumayer在美国专利4，654，309中进一步详细描述了制备取样基板 1 (如具有包含酸碱指示剂、碱性化合物和湿润剂的测试区的取样基板)的方法。可以多种构型制备这种取样基板。例如，尽管取样基板1的一种便利构型是矩形 条带，并且在本文中术语条带可以结合取样基板1使用，但应当理解，取样基板1可具有任 何便利的形状或构型，例如正方形、圆形等。在一个实施例中，取样基板1可被构造为参照 基板的前主表面和后主表面为对称的。在这种情况下，可将油样施加到基板的任何一个或 两个主表面上，和/或可以将基板设置为基板的主表面中的任一者面向装置30，以对测试 区10进行光学询问。取样基板1也可包含本文随后将讨论的基准区，并且也可包含一个或多个标记 (即通过(例如)印刷或激光标记实现的特征)。这种标记可以被使用者在视觉上察觉，和 /或可以被询问装置30检测到，本文随后将进行详细描述。当使用者相对于询问装置30设 置(即对齐)取样基板1的位置使得测试区10可被询问时，这种标记可以便于使用者在视 觉上观察取样基板1的位置。或，这种标记可以是机器可读的，使得询问装置30可利用这 些标记，从而就取样基板1相对于询问装置30的正确位置向使用者提供反馈。这种特征可以允许装置30的使用者或装置30本身检测取样基板相对于装置30 的位置是否已不正确，如颠倒或朝后(这种特征在某些实施例中可能不是必要的；例如，在 基板参照基板的主表面为对称的实施例中，代表“前部”或“背部”的特征可能不是必要的)。 使用者或装置也可以利用这种特征来确认具体取样基板1与装置30是否相容，(如)以确认具体取样基板1的设计和/或制造符合规格、公差等，从而使取样基板可以与装置30令 人满意地配合使用。本文所公开的方法涉及使油样接触取样基板1，使得油样接触一些或所有测试区 10的至少一部分(这可以通过将取样基板1浸入油中、将油样沉积到基板上等方式实现)。 然后，可使用装置30询问接触了油样的取样基板1。由于存在酸碱指示剂，测试区10可以 根据油样中的游离脂肪酸含量显示不同的光学吸收/反射性质。这种光学吸收/反射性质 包括与下列事实有关的任何可量测性质当材料接收入射光时，一些光可能被吸收，一些光 可能被返回(如被反射)，一些光可能被透射。任何这种可观察到的性质都可以在本文所 公开的方法和装置中使用(即被测量)。在一个实施例中，所使用的具体测量值为反射率。 在其它实施例中，所使用的具体测量值为吸收率或透射率。因此，概括地说，所进行的光学询问操作涉及以光学方式询问至少一个测试区10。 该操作可以通过在至少一个测试区10上导向光并且测量来自该测试区的反射光来进行。 光学询问通过光学询问装置30进行，该装置的示例性设计在图2示出。这种装置的一个功 能是产生有待被导向到测试区10上以用于测试反射率的光。因此，参照图3，装置30包括 至少一个光源31，用于将光线导向到取样基板1的至少一个测试区10上。在一个实施例 中，装置30的光源31的数量少于取样基板1的测试区10的数量(在具体实施例中，使用 一个光源31)。在这种实施例中，使用至少一个光源31将光线导向到不止一个测试区10 上。这可通过使用共用光源将光线同时导向到多个测试区10上来实现，或可通过将光线从 一个光源31依次导向到多个测试区10上来实现，如通过使光源31和取样基板10相对于 彼此移动。在替代实施例中，利用多个光源31将光线导向到多个测试区10上。在具体实施 例中，使用相同数量的光源31和测试区10。例如，在图1和图3所示的示例性设计中，装置 30包括四个光源31a、31b、31c和31d，取样基板1包括四个测试区10a、10b、IOc和IOd0在 一个实施例中，在空间上布置光源31以便对应测试区10的空间布置(即光源31和测试区 10对齐，使得光线可从光源31导向到对应测试区10上，而不必使取样基板1和装置30相 对于彼此移动)。例如，测试区10可以以给定中心距的线性格式布置，并且将光源31以相 同格式布置。可构造光源31，以便全部同时或几乎同时工作，或它们可被构造为依次工作。光源31可以包括多种光源中的任何者，包括灯泡(如白炽灯)等等。在一个实施 例中，光源31包括发光二极管(LED)，该发光二极管在本方法中尤其有利。在各种实施例 中，可使用在特定波长范围(如绿、蓝、红、红外等)内发光的LED。在具体实施例中，使用白 色LED(即所发出辐射的波长覆盖至少可见光谱的相当大一部分的LED)。可用的一个示例 性 LED 是以商品名 RL5-W5020 得自 Super Bright LEDs (St. Louis, Missouri)的产品。在 另外的构型中，可使用不同波长的LED作为询问不同测试区的光源。参照图3，装置30也包括至少一个光电检测器32，用于测量来自至少一个测试区 10的反射光。在一个实施例中，装置30的光电检测器32的数量少于取样基板1的测试区 10的数量(在具体实施例中，使用一个光电检测器32)。在这种实施例中，询问测试区涉及 使用一个光电检测器测量来自不止一个测试区10的光。这可以通过(例如)依次测量来 自各个测试区10的光来实现。在替代实施例中，布置了多个光电检测器32，以接收从多个测试区10反射的光。在具体实施例中，使用相同数量的光电检测器32和测试区10。例如，在图1和图4所示的 示例性设计中，装置30包括四个光电检测器32a、32b、32c和32d，取样基板1包括四个测试 区10a、10b、10c和10d。在一个实施例中，在空间上布置光电检测器32以便对应测试区10 的空间布置(如使得在取样基板1和装置30不必相对于彼此移动的情况下，光电检测器32 可接收光)。光电检测器32可以包括能够测量入射光子数量的多种装置中的任何者，包括(例 如)光电倍增管、光伏电池、电耦装置等等。光电检测器32起到提供信号(如电压)的作 用，该信号与检测到的光子的数量成比例(如与从测试区10接收的反射光的强度成比例)， 并且可被装置30进一步处理。在一个实施例中，光电检测器32包括光电二极管。在各种 实施例中，光电检测器32可被构造为检测相对较窄波长范围的特定光(例如上述绿光、蓝 光、红光或红外光波长范围)；或，光电检测器32可被构造为检测相对较宽波长范围内的 光。在具体实施例中，光电检测器32包括光电二极管，该光电二极管被构造为检测可见光 谱的相当大范围内的光，如检测在约400nm至约SOOnm波长范围内的光。在具体实施例中， 选择可被光电检测器32检测到的光的波长，以便覆盖与光源31发出的光基本相同的范围。 可使用的一种示例性光电检测器是以商品名S9345得自Hamamatsu Photonics (Hamamatsu City, Japan)的光电二极管。在一个实施例中，装置30包括至少一对匹配的光源31和光电检测器32，二者被 构造以便能够以光学方式询问基板1上的至少一个测试区10。光源/光电检测器对31/32 应当被构造以便能够以足够的信号强度、精度等询问给定的测试区10。因此，光源31可设 置在装置30中以便能够靠近测试区10设置，使得光源31的输出光的至少一部分可以朝测 试区10导向。参照图3和图4，在一个实施例中，光源31设置在装置30的上盖33的后面， 上盖33包括在光源31上方的具有光传输性质的部分34(可以为上盖33中的洞)，使得从 光源31发出的光可以朝测试区10导向。光电检测器32可设置在装置30中，以便能够在使用光源31时接收测试区10的 反射信号，以将光导向到测试区10上。例如，如图3和图4的示例性设计所示，将光电检测 器32在光源31旁边密集设置可能是可用的。在各种实施例中，光电检测器32可以设置在 距离光源31至多约5mm、IOmm或15mm处。另外，将光源31和光电检测器32安装在共用印 刷电路板38上可能是有利的，这样可以导致光源31和光电检测器32为大致共平面的构造 (如图4所示)。在这种情况下，光电检测器32也可以设置在装置30的上盖33的后面，上 盖33包括在光电检测器32上方的具有光传输性质的部分35 (可以为上盖33中的洞)，使 得从测试区10反射的光的至少一部分可以被光电检测器32检测到。在各种实施例中，光源31、光电检测器32和/或具有光传输性质的部分34和/或 35可以被构造，以便最有效地将来自光源31的光导向到测试区10上，并且通过光电检测 器32收集来自测试区的反射光，同时最大限度减少入射到光电检测器32上的环境光(或 来自相邻光源的光)。因此，在光电检测器32被设置为邻近光源31并且相对于光源31与 测试区10之间的直接通路略微偏轴的示例性构造中(如，如图4所示)，具有光传输性质的 部分35可呈一定角度(如图4所示)，或可制备成略大于光电检测器32的光敏表面(如， 如图3所示)，以免阻挡本来会到达光电检测器32的光的任何部分。类似地，如果需要，具 有光传输性质的部分34可采用同样的构造。
具有光传输性质的部分34和/或35在基本上整个可见光谱内可为光学透明的。 或，部分34/35中的一者或两者可包括滤光器，以便在允许所需波长的光通过的同时阻挡 不需要的波长的光。除了因波长而异之外，这种滤光器还可因角度而异(例如，以便为了阻 挡环境光)。因此，概括地说，光源/光电检测器对31/32可以被构造，使得在相对于取样基板1 正确定位装置30时，从光源31发出的光的至少一部分可在测试区10上入射，并且从测试 区10反射的光的至少一部分可被光电检测器32检测到。光源31发出的光的全部或甚至相 当大一部分不必被导向到测试区10上。同样，光电检测器32不必捕集从测试区10反射的 光的全部或甚至相当大一部分。需要的只是有足够的光从光源31导向到测试区10上，并 且来自测试区的足够反射光由光电检测器32测量，同时来自环境光的干扰足够�。沟每� 由光电检测器32生成信号并且按本文所述的方式进行处理，以允许产生准确的油质指示。本文所公开的装置和方法可以允许使用最小的空间和最低的花费通过光学反射 进行准确的询问，因为这些装置和方法最大限度地减少了对例如光纤电缆、透镜阵列、滤光 轮等部件的使用。具体地讲，本文所公开的装置和方法允许制备可能很少需要或不需要移 动部件的装置30。本文所公开的这种装置30可能比例如分光光度计、光密度计、分光荧光 计等装置便宜得多。在一个实施例(如图1和图3所示)中，装置30包括配对的光源/光电检测器 31a/32a、31b/32b等，这些配对的空间布置使得它们可分别与测试区10a、10b等正确对齐， 以便形成多个光源/光电检测器/测试区组，使得可在无需使取样基板1和装置30相对于 彼此移动的情况下，询问取样基板1的多个测试区10。在图2和图3所示的示例性构型中，所示光源31和光电检测器32位于装置30的 “底部”，即位于与具有显示屏36的“顶部”侧相对的装置30的主侧上。除了仅以其相对含 义使用术语“顶部”和“底部”之外，应当理解，作为另外一种选择，光源31和光电检测器32 还可以设置在(例如)装置30上与显示屏36相同的一侧，或设置在嵌入装置30中的腔体 内。还应该指出的是，图2所示装置30的外观(具有两个相对平坦的主表面的大致细长形 外观)只是一种示例性构型。可以采用多个其他构型，并且可以在这种装置上的许多位置 中设置控制器、显示屏、光源和/或光电检测器。在光学监测过程中，可能可用的是包括对照能力，以考虑温度变化、光源31的输 出变化、光电检测器32的响应变化、背景光水平等等。因此，在各种实施例中，除了上述测 试区10之外，还可以在取样基板1中包括基准区。这种基准区可以具有在各种所选波长下 或超出所选波长范围的情况下显示具有已知反射率的材料。同样，装置30可包括可以被构 造为询问这种基准区的一个或多个额外的光源/光电检测器对。特别考虑到取样基板和/或其中所吸收的油的温度可能对反射信号产生影响，也 可以在装置30中包括红外温度传感器，当希望根据温度的任何影响调节、修正信号等时， 该传感器能够测定取样基板10的温度。在另一个实施例中，作为在用于进行油取样的取样基板1上包括一个或多个基准 区的补充或替代方式，可以设置具有一个或多个基准区的基准带。在这种情况下，本文所公 开的方法和装置可以被构造为使得基准带接近装置30，使得光源/光电检测器对可测量基 准带的基准区，使得可评价装置30的性能，使得可以进行任何必要的调整、再校准等。本文所公开的方法和装置也可以被构造为使得基准油样(即具有已知游离脂肪酸含量的油样) 可接触取样基板(可以为标准取样基板1或上述基准带)，使得装置30询问一个或多个测 试区10和/或基准区。可将询问的结果与基准油样中游离脂肪酸的已知值进行比较，从而 可在认为必要时对装置30进行调节、校准等。在一个实施例中，装置30在这种光学反射率测量中接收的信号采用电压形式(例 如由光电检测器32响应光电检测器32上的入射光产生的电压)。即，这种光电检测器可 以将来自测试区10的光学信号转化成可随后被操纵、处理的信号，如电压。装置30还可包 括可提供数字形式的电压信号以便微控制器处理的一个或多个模数转换器。在有多个光源 31、多个测试区10和/或多个光电检测器32的情况下，每一个光电检测器32通常会提供 单独的电压信号，并且该信号对应每一个被询问的单独的测试区10。发明人已经发现，使用本文所公开的方法和装置询问测试区10时，可以从该测试 区获得信号。发明人还发现，因所谓的白光LED光源和谱带相对较宽的光电二极管光电检 测器组合使用而生成的信号(如反映各种波长的光子贡献的信号)可能显示具有随可用的 油样中游离脂肪酸含量产生足够的变化。特别地，当测试区10接触游离脂肪酸含量大于阈 值水平的油时，本文所公开的装置和方法允许检测测试区10的光学反射率的变化。(引起 给定测试区10响应所需的游离脂肪酸的具体阈值水平当然可有差别，如根据该区域的指 示剂/湿润剂/碱性混合物中碱的含量而有差别。)在测试区10暴露于所含游离脂肪酸含量大于该测试区阈值水平的油样时，可以 检测到该测试区的光学反射率变化。以举例的方式，当暴露于所含游离脂肪酸含量“低”(即 游离脂肪酸含量低于该测试区的阈值水平)的油样时，如本文所公开的测试区10当被询 问时会导致光电二极管光电检测器发出相对较“低”的电压信号(例如，如图10的数据所 示)。这种情况一般对应测试区10在目视检查时显现蓝色。在暴露于所含游离脂肪酸含 量“高”(即游离脂肪酸含量高于该测试区的阈值水平)的油样时，这种测试区当被询问时 会导致光电二极管光电检测器发出相对较“高”的电压信号(如图10所示)。这种情况一 般对应测试区10在目视检查时显现黄色。在进行反射率测试过程中，发明人已经发现，可以检测到“中等”含量的游离脂肪 酸，该含量的游离脂肪酸未必会在视觉上表现为“蓝色”和“黄色”之间的状况，但会导致光 电二极管检测器发出“中等”信号(如图10所示)，该信号介于“高”信号和“低”信号之间， 并且可以(通过装置30)与这些信号明显区别开来。因此，概括地说，通过本文所公开的方法和装置，对测试区10的询问能够提供比 本来可获得(如通过目视检查)的更多的有关油样的游离脂肪酸含量的信息。这种获得有 关各个测试区10的更灵敏测量值的能力可与提供多个测试区10(这些测试区可以包含不 同含量的碱，因而可以包含不同阈值水平的游离脂肪酸)相结合，以便允许更准确、灵敏和 /或精确地评价油质。在根据对多个测试区10的询问生成游离脂肪酸含量指示的过程中，装置30可以 使用从所有测试区10 (如从所有光电检测器32)接收的信号。在具体实施例中，装置30使 用(如处理)来自所有光电检测器32的所有信号的组合的组合信号。在具体实施例中，对 来自各种光电检测器的信号进行积分，即求和或相加。发明人已经发现，在使多个测试区 10暴露于含有各种浓度的游离脂肪酸的油时，来自多个光电检测器的积分信号与油中游离
12脂肪酸的浓度相关良好，因而可被装置30用来指示油质。结合每一个光电检测器都能够提 供与检测到“中等”含量的游离脂肪酸相对应的信号的事实，使用这种积分信号可以在(例 如)不必使用不切实际的大量单独的测试区10的情况下提供改善的准确度。除了上述积分步骤之外，如果需要，可根据装置30的电路中常驻(如安装到软件 或固件中)的算法对从各种测试区10接收的信号(单独地或组合地)进行数学处理。因 此，装置30可以根据需要包括这种部件、电路等，以进行这种所需的信号处理，并且也可以 根据需要控制光源31和/或光电检测器32等。参照图5的框图，装置30可以包括微控制 器37，该微控制器可执行以下操作操作光源31 ；操作光电检测器32(以及从其中接收信 号)；对从光电检测器32接收的信号进行处理、操纵等；在存储器中保存各种数据和参数； 与显示器36通信；接收来自装置30的使用者的输入；以及执行其他所需功能。在具体实 施例中，装置30可包括被称为PIC(另称为“可编程接口控制器”或“可编程智能计算机”) 的微控制器，这种微控制器尤其有利于本文所述的用途。装置30的各种部件(光源31、光 电检测器32、显示屏36、微控制器37和下述其他部件)可连接到和/或物理地安装到一块 或多块印刷电路板上。装置30可具有各种其他部件，例如小键盘、按钮或用于输入信息的 触摸屏界面、电源(如电池或电线)等等。如果发现当按照本文所公开的装置和方法进行询问时，某些类型的油显示不同的 信号(如与油中的游离脂肪酸含量无关)，则装置30可包括使用者可用来输入被测油的种 类(类型)的机构，从而装置30可根据油的类型自动调节或补偿。此外，也可以将装置30 构造为使得当加入一批新油用于烹饪时，对油进行测试，以便获得基线(基准)反射信号， 该信号可保存在装置30的存储器内，并且对应于该特定类型和/或批次的油。然后，在日 后对油进行询问时，可使用所保存的基线信号，从而装置30可根据该批油的具体特性自动 调节或补偿。因此，概括地说，询问装置30将利用按照如上述方法接收和/或处理的信号生成 油样的油质指示，该指示与油样中的游离脂肪酸含量相关(如以含量为基础)。可将该指示 传输给装置30的使用者(例如通过视频或音频信号传输)。在一个实施例中，指示可为游 离脂肪酸含量的实际数值。或者，指示可为虽然不是游离脂肪酸含量的数值、但与游离脂肪 酸含量相关的参数，并且可起到允许使用者确定油质(如油是否仍然适用)的作用。例如， 装置30可以具有呈现条形图的屏幕36，条形图的高度代表游离脂肪酸的含量。或，可以利 用信号组(如红光、黄光和绿光)指示以游离脂肪酸含量表示的油质。或，装置30可以根 据游离脂肪酸含量(如通过音频或视频信号)以二进制(合格/不合格)格式向使用者提 供油质信息。在生成这种指示过程中，如果装置30包含允许装置30将上述组合(如积分)信 号与油的游离脂肪酸含量相关的信息(如保存在电子存储器、固件或软件中，例如保存在 查找表中)，则可能是有利的。这种信息可作为固定值常驻在装置30的电子存储器中。或， 可定期更新和/或更改这种信息，如通过使用装置30询问具有已知含量的游离脂肪酸和/ 或具有已知反射性质的一种或多种标准材料(如基准区、基准带、基准油样等)。装置30可以这种方式构造，使得可在取样基板开放(如摆放在台面上、手持等) 的情况下询问取样基板1。如果它可用于使杂散光或背景光的影响最小化，则可以采用多种 方法以实现此目的。例如，可以将装置30构造为具有部分或基本上封闭的室(任何图中均未示出)，使得取样基板1可设置在封闭室的内部用于询问。这可(例如)通过以下方式实 现在装置30的内部设置腔体，腔体含有光源31和光电检测器32，并且其中可插入取样基 板10 ；或，可提供上盖(如铰接盖、滑动盖等)，使得上盖可设置为在将取样基板10置于询 问位置后上盖可阻挡环境光。具体地讲，如果要在取样基板1设置在表面上(如摆放在台 面上)的情况下进行询问，则装置30可包括裙边或凸缘(任何图中均未示出)，当靠近表面 或设置为接触表面时，该裙边或凸缘会形成部分或基本上封闭的室。在各种实施例中，可能需要在取样基板1与装置30之间实现对准(对齐)，以最 好地发挥作用。即，可能需要相对于装置30准确设置取样基板1，使得测试区10与光源31 和光电检测器32对齐，从而得到最准确的光学询问。可以通过多种方式实现这种对准。例 如，可以使用物理对准法，将取样基板1的边缘或其他部分设置为紧贴夹持器(如夹子、柱 子、短插芯等)或固定在其内，其中夹持器可以设置在询问装置30自身上或单独的固定夹 具上。也可通过光学方式而不是物理方法实现对准。因此，取样基板1可具有一个或多 个特征，使用者和/或装置30可识别这些特征以用于对准的目的。例如，取样基板1可包 括标记，使用者可以利用该标记相对于装置30实现正确对准取样基板1。或，装置30可以 具有光学识别能力，以便能够识别这种标记。在这种情况下，当装置30检测到与取样基板 1足够对准时，装置30可通知使用者(如使用光学信号、音频信号等)装置已准备就绪，可 用于询问取样基板1。或者，装置30可以被构造为使得在装置30确认已实现足够对准时自 动进行光学询问。SM实例1获得测试条，其可以商品名3M Shortening Monitor Test Strips (3M起酥油监测 测试条)得自3M公司，并且据信以与美国专利4，654，309实例4中所描述方法类似的方式 制备。获得食用油，其组成为大约40%向日葵油(最少70%的油酸)、大约30%棕榈油 和大约30%氢化油菜籽油(都是重量％)。食用油被用于烹制炸薯条约两个月，在此期间 定期从油中取出少量样品。按以下工序测试样品。由于大多数样品在室温下为固体，将每一个样品(150cc，装 入塑料广口瓶中)在微波炉中加热60秒，或加热至样品熔化成液体。然后将测试条浸入油 样中，接着置于纸巾上以移除任何过量的油。然后用得自KGW Enterprises (Elkhart, IN) 的100型QuadScan Reflectance Photometer (QuadScan反射光度计)测量测试条的四个测 试区(即收到测试条时外观显示为蓝色的区)中每一个的光学反射率。使用滤光器以在具 体波长范围内询问测试区蓝波长对应大约400-510nm的波长范围，绿波长对应510-586nm 的波长范围，红波长对应586-660nm的波长范围，红外(IR)波长对应825-855nm的波长范 围。通过以下方式测量四个测试区的光学反射率将测试条相对于反射光度计来回移 动，使得光度计的询问单元依次询问测试区中的每一个。(在整条测试条上读取读数，包括 测试区之间的空白区域，但不采用取自测试区之间的空白区域的读数。)在此过程中将测试 条与环境光隔离。通常，对于每一个测试条，将来自四个测试区的读数一起平均。因此，在图6至图9的图线中，每一个数据点通常都表示测试条四个测试区的平均反射率。按照产品说明书上的标准(视觉)方法使用3M起酥油监测测试条估算各种油样 的游离脂肪酸浓度。根据产品说明书，在视觉上获得的结果将落在下列区间之一中游离 脂肪酸含量小于2%、游离脂肪酸含量为2%至小于3.5%、游离脂肪酸含量为3. 5%至小于 5. 5%、游离脂肪酸含量为5. 5%至小于7%、或游离脂肪酸含量大于 %。然后生成图6至 图9的图线，图中绘出了测量的反射率(通过在不同波长范围内询问获得)与通过目测产 品估算的游离脂肪酸含量的对比关系。在这些数据的一般编组内(如在游离脂肪酸含量为 3. 5-5. 5%和游离脂肪酸含量为5. 5-7. 0%等组内)，也可以根据其估算的游离脂肪酸含量 至少定性地排列各个油样。可通过(例如)以下方法进行排列根据具体油样使用的已知 时间长度(预计这将增加游离脂肪酸的含量)；或，根据ISO标准8420中的方法测量的样 品中的总极性化合物含量(其中游离脂肪酸占一部分，因而预计至少大致相关)；或，根据 在视觉上观察到的测试区的亮度或强度。因此，在图6至图9中数据的一般编组内，每一个 编组内的数据被排列成使得估算的游离脂肪酸含量较低的样品为朝组的左手侧分布，估算 的游离脂肪酸含量较高的样品为朝编组的右手侧分布。然而，不应试图推断具体浓度游离 脂肪酸的定量化。为了便于显示，将数据分成四个图线。图6包含在红外波长范围内进行询问获得 的数据；图7包含在红光波长范围内进行询问获得的数据；图8包含在绿光波长范围内进 行询问获得的数据；图9包含在蓝光波长范围内进行询问获得的数据。通常，反射率数据表 明在这些实验中，在红光或绿光波长范围内的询问相比在蓝光或红外波长范围内的询问提 供了更强的响应。实例2获得测试条，其可以商品名3M Shortening Monitor Test Strips (3M起酥油监测 测试条)得自3M公司，并且据信以与美国专利4，654，309实例4中所描述方法类似的方式 制备。UMm^l S9345 hK Hamamatsu Photonics (Hamamatsu City, Japan) Μ^Η^Τ^ 检测器光电二极管(Si PINS)。将各个光电二极管标识为PD-0、PD-l、PD-2和PD-3。以商品名 RL5-W5020 从 SuperBright LEDs, Inc (St. Louis,Missouri)获得发光二 极管(Super-White(GaN)(超白(GaN))型)。获得测试条，其可以商品名3M Shortening Monitor Test Strips (3M起酥油监测 测试条)得自3M公司，并且据信以与美国专利4，654，309实例4中所描述方法类似的方式 制备。让各测试条的测试区接触游离脂肪酸含量“低”的油样；即，这些测试区的游离脂 肪酸含量不会触发一般使用者可察觉的视觉上的变化(从蓝色变为黄色)。然后对测试区 进行询问，方法是将光从LED导向到测试区上，利用光电二极管测量来自测试区的反射光 (根据制造商的建议和本领域熟知的方法构造和操作LED和光电二极管)。对于四个单独 的光电二极管，所得输出电压见图10 (标记为“低游离脂肪酸”)。使其他测试区接触游离脂肪酸含量“高”的油样；即，这些测试区的游离脂肪酸含 量会触发一般使用者可察觉的视觉上的变化(从蓝色变为黄色)。然后按上述方法用LED 和光电二极管询问测试区，来自光电二极管的所得输出电压见图10(标记为“高游离脂肪
15酸”)。使其他测试区接触游离脂肪酸含量“中等”的油样；据信，对于这些测试区，含量可 能不会可靠地触发一般使用者可察觉的视觉上的变化(从蓝色变为黄色)。然后按上述方 法用LED和光电二极管询问测试区，来自光电二极管的所得输出电压见图10(标记为“中等 游离脂肪酸”)。如图10所示，使用上述方法和装置询问测试区允许得到“中等”信号，该信号可有 别于与“低”状态(即测试区在视觉上表现为蓝色的状态)相对应的信号，并且可有别于与 “高”状态(即测试区在视觉上表现为黄色的状态)相对应的信号。上述测试和测试结果仅用于示例性目的，而不用于预测性目的，并且可预期测试 工序的改变会产生不同的结果。给定上述详细描述和实例仅为了清楚地理解本发明。这些 描述和实例不应被理解为不必要的限制。具体地讲，本公开中的标题和/或子标题是为了 方便阅读而提供，而不应理解为不必要的限制。现在，已经结合本发明的若干实施例对本发明进行了描述。对于本领域的技术人 员将显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可对所描述的实施例做出改变。因 此，本发明的范围不应被限定到本文所述的具体细节和结构，而是受权利要求书的辞令描 述的结构及这些结构的等同物限定。
权利要求
1.一种评价炸油质量的方法，所述方法包括以下步骤 提供炸油，所述炸油可能包含游离脂肪酸；提供吸油性取样基板； 其中所述取样基板包含多个测试区， 其中每一个测试区都对游离脂肪酸作出响应；使所述油接触所述取样基板，使得所述油的样品接触所述测试区中的每一个的至少一 部分；将光导向到所述多个测试区上；测量从每一个测试区反射的光量；生成与从每一个测试区反射的光量成比例的信号，将所述信号求和，从而得到积分信号；将所述积分信号与所述油的所述游离脂肪酸含量相关联；以及，报告所述油的所述油质的指示，其中所述指示与所述油的所述游离脂肪酸含量相关。
2.根据权利要求1所述的方法，其中使用单独的光源以在每一个测试区上导向光。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述单独光源中的至少一个为宽带发光二极管。
4.根据权利要求2所述的方法，其中所述单独光源中的至少一个为发光二极管，所述 发光二极管在从约510nm至约586nm的绿光波长范围内发光。
5.根据权利要求2所述的方法，其中所述单独光源中的至少一个为发光二极管，所述 发光二极管在从约586nm至约660nm的红光波长范围内发光。
6.根据权利要求1所述的方法，其中使用单独的光电检测器，以检测从每一个测试区 反射的光。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述单独的光电检测器为光电二极管。
8.一种评价炸油质量的方法，所述方法包括以下步骤提供询问装置，所述询问装置具有多个光源/光电检测器对； 提供吸油性取样基板； 其中所述取样基板包含多个测试区， 其中每一个测试区都对游离脂肪酸作出响应； 提供炸油，所述炸油可能包含游离脂肪酸；使所述油接触所述取样基板，使得所述油的样品接触所述测试区中的每一个的至少一 部分；设置所述询问装置和所述取样基板，使得每一个光源/光电检测器对都接近测试区设 置，从而得到多个光源/光电检测器/测试区组；对于每一个光源/光电检测器/测试区组，将来自所述光源的光导向到所述测试区上， 并用所述光电检测器测量从所述测试区反射的光，从而生成与测量的反射光成比例的信 号；组合来自所述光电检测器的所述信号，从而得到组合信号；根据保存在所述询问装置中的信息，将所述组合信号与所述油的所述游离脂肪酸含量相关联； 以及，报告所述油的所述油质的指示，其中所述指示与所述油的所述游离脂肪酸含量相关。
9.根据权利要求8所述的方法，其中组合所述信号包括将所述信号求和以形成积分信号。
10.根据权利要求8所述的方法，其中每一个光源/光电检测器对都包括光源和光电检 测器，所述光源和所述光电检测器被设置为彼此相距至多IOmm内。
11.根据权利要求10所述的方法，其中对于每一个光源/光电检测器对，所述光源和所 述光电检测器都以共面构造的方式设置并且安装在共用电路板上。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述询问装置中的所有所述光源和所述光电检 测器都安装在共用电路板上。
13.根据权利要求8所述的方法，其中所述询问装置中的所述光源/光电检测器对的空 间布置方式对应所述取样基板上所述测试区的空间布置方式。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，设置所述询问装置和所述取样基板使得每一 个光源/光电检测器对都接近测试区时，在所述取样基板和所述询问装置不相对于彼此移 动的情况下询问所有所述测试区。
15.根据权利要求8所述的方法，包括询问装置验证所述取样基板与所述询问装置相 容的步骤。
16.一种用于评价炸油质量的系统，所述系统包括 吸油性取样基板，其中所述取样基板包含多个测试区， 其中每一个测试区都对游离脂肪酸作出响应； 和，光学询问装置，所述光学询问装置具有多个光源/光电检测器对； 其中所述询问装置和所述取样基板被构造为使得每一个光源/光电检测器对都可接 近测试区设置，从而得到多个光源/光电检测器/测试区组；其中所述询问装置和所述取样基板还被构造为使得对于每一个光源/光电检测器/测 试区组，在所述询问装置和所述取样基板不相对于彼此移动的情况下，所述光源/光电检 测器对可以光学方式询问每一个测试区，以便从所述光电检测器接收信号； 并且，其中所述询问装置包括的装置用于将从所述测试区接收的所述信号组合成组合信 号；将所述组合信号与所述油的所述游离脂肪酸含量相关联；以及报告所述油质指示，其 中所述指示与所述油的所述游离脂肪酸含量相关。
17.根据权利要求16所述的系统，其中所述取样基板包括标记。
18.根据权利要求17所述的系统，其中所述询问装置可识别所述标记，并且所述询问 装置可利用所述标记的存在以验证所述取样基板与所述询问装置相容。
19.根据权利要求17所述的系统，其中所述询问装置可利用所述标记以确定所述取样 基板与所述询问装置是否正确对齐，使得所述测试区接近所述光源/光电检测器对，从而 使得可询问所述测试区。
20.根据权利要求16所述的系统，其中所述询问装置中的所有所述光源和所述光电检 测器都安装在共用电路板上。
全文摘要
本文公开了用于评价油(如食用油或炸油)的质量的方法和装置。所述方法可指示所述油的所述游离脂肪酸含量。所述方法使用光学询问装置，从而根据取样基板上测试区的光学反射率的定量测量值得到游离脂肪酸的指示。
文档编号G01N33/03GK102007405SQ200980113232
公开日2011年4月6日 申请日期2009年3月2日 优先权日2008年3月4日
发明者米林德·B·萨巴代, 阿布卡西姆·B·马哈茂德, 魏爱平 申请人:3M创新有限公司
专业数控铣床产品供应商
20年生产经验，实力工厂，精工品质，质量有保障
