天津大学研制成功快速奶粉检测仪 开创乳制品的“工业4.0”

来源：中国科学报   发布者：张荐辕   日期：2015-09-30  

“将奶粉装入样品杯，然后放入仪器，仪器自动旋转，5~10秒就能出结果。”在实验室里，天津大学精密仪器和光电子学院教授陈达向《中国科学报》记者演示如何利用一台仪器快速地检测奶粉的指标成分及其含量，“操作其实很简单，一键完成”。 在完成这几个步骤之后，陈达在与仪器连接的平板电脑上控制，仪器便开始工作。记者所见的整个操作过程不超过半分钟。而仅仅几秒钟之后，检测结果便出来了。 这台仪器，是陈达及其研究团队研制的快速奶粉检测仪。如果使用市面上现有的其他设备进行奶粉质量指标的检测，通常需要72~96个小时以上，需要耗费大量的人力物力，而这台仪器实现了检测结果的“立等可取”。 有媒体报道评价道，该项技术有望成为国内外奶粉质量快速检测领域的革命性突破。 在陈达看来，奶粉检测仪的意义远超过仪器本身，“我们不是做一个产品，而是乳制品“工业4.0”数据链中不可或缺的关键支撑点，并与工业大数据进行融合。” 复合光谱成像技术快速检测奶粉 从目前通用的技术和设备来看，奶粉质量检测费时且费力——检测花费的时间长，同时，操作复杂。 “通常是一种方法检测一种指标，比如使用凯氏定氮法测定蛋白质，用索氏提取法检测脂肪。”陈达向记者解释道，这样一来，测一种指标就需要专门的某一种仪器，因而仪器变得“专用化”。 此外，大量的时间花在了样品前处理上。“比如液相色谱仪，能够一次测定多个微量成分指标，但是检测前样品要进行特殊处理，要先把样品变为澄清液，然后萃取去除杂质后进行检测，费时费力费用高。” 在陈达的实验室里，也有这样的仪器。在那里，记者看到了不同品牌、各种用途的检测仪器和零部件，俨然是一个大型仪器陈列室。 “这些都是国外大厂商生产的最尖端的仪器。”陈达说，研究团队紧紧追踪国际上最先进的技术和设备，然而，在对这些仪器研究了一番之后，他发现，在奶粉快速检测上，这些仪器并不好用。“当时走了很长一段弯路，后来发现，创新的东西只能靠自己做。”陈达说。 现在，借助陈达及其团队研制的这台仪器，无需样品前处理，就能对奶粉品质安全进行快速检测。 “原理就是采用复合光谱成像技术，利用不同物质被激光照射时呈现出的独一无二的特性，迅速辨别奶粉中各种物质的‘指纹’。”陈达解释，通过这种技术，一方面能准确地记录物质成分，另一方面准确地检测物理性质，两者结合的基础上，来预测物质的化学成分。 使用这样的方法进行检测，不仅速度快，能在10秒内得到结果，而且操作简单，准确度高，一次操作就能依据食品安全国家标准，测出奶粉主要营养成分及其含量，判断其是否达标。 为品质控制提供整体解决方案 在陈达实验室里有一排大冰柜陈列，里面塞满了数以万计的奶粉样品。 仪器研制成功后，他们推出了一个微信公众号，用户只要注册并填写相关信息，便可将奶粉样品寄来免费检测。“第一天就收到了1700多份样品，”陈达清楚地记得，“我们后来总共做了4000多份检测。”随着寄来检测的奶粉越来越多，囿于人力、精力，这项工作不得不暂停。 某种程度上，纷至沓来的奶粉样品也折射了目前乳制品行业对质量检测和品质控制的强烈需求。 在陈达看来，仪器只是一个工具，更具价值的则是这背后的数据链。“我们不仅仅告诉生产商一个结果，更重要是分析结果，明确问题的来源，并明确如何去克服问题，”陈达说，“实际上，我们提供的是完整的数据链。” 这款奶粉快速检测仪，已经引起了行业内不少企业的兴趣，目前，陈达及其团队正在与其中最大的一两家尝试合作。 “我们根据每一个工厂、每一条生产线的具体情况和企业的具体需求进行定制。”陈达说，他们提供的不单单是设备，而是为企业的品质控制提供整体解决方案。 按照企业良好生产规范（GMP），借助技术和设备，在原料、辅料、半成品和终成品四个关口进行质量把关，通过此种技术，企业能够获取质量安全的完整数据。“质量一旦出现波动，我们能反推到底是哪一个环节生产出了问题。” 在陈达看来，这是“工业4.0”的一种实现，能有效完成乳制品工业全过程数字化和智能化。 “我们最早称之为工业价值链最优化，实际上就是三句话：第一是物尽其用，让每一滴奶发挥最大的价值，首先要在前期对原料使用进行规划；第二是线尽其材，就是生产线按照六西格玛的要求保证良品率，摸清楚每一个生产工艺对产品的影响，为将来奶粉定制生产提供非常良好的基础；第三是节能减排，最高限度提高环境友好度。” 站在企业的角度，这种做法一来降低了风险，二来也降低了生产成本，提高了品牌的美誉度。“从长远看，这是为中国乳制品产业链提供全球竞争力。”陈达说。 未来或将实现奶粉个性化定制 目前，这款奶粉检测仪仍在不断更新迭代。 在陈达眼中，这款仪器因具有良好的拓展性而充满了各种可能性。“可以拓展到重金属、真菌毒素、危害因子的快速检测，”陈达说，“以后就像给奶粉‘体检’一样，检测少量样品，就能一次性把品质因子、危害因子、污染物等一次性筛选干净。” 不过，陈达的目标很务实。“第一是把这些数据很好地检测出来；第二是将其很好地利用起来；第三是反过来指导厂家的配方设计和生产。” 他透露，下一步工作主要有两个方向，“第一是实现实时控制，即边生产边控制。”陈达说，“第二是为数据的深度融合提供一个平台，实现生产、消费甚至是销售数据的无缝对接，将硬技术和软科学结合，充分挖掘大数据背后的价值。” 据估算，一站式自动检测技术将大大降低企业成本，“成本降低70%以上，而效率提高百倍”。 “业内人常说，一滴奶的价格，有十分之一花在检测上。”陈达说，目前奶粉检测被国外垄断，这一来造成了检测费用居高不下，二来使得检测效率低下，技术响应不及时，“国外公司的核心技术团队不在国内，响应至少在半年以上，尤其针对新问题，时间甚至更长，代价也更为高昂，关键我们老百姓等不起”。 在陈达看来，相关技术的国产化是乳制品行业发展面临的严峻而紧迫的问题。“只有国家的乳制品生产体系有良好的自我调控能力，消费者建立了对国产品牌的信任，才能促进乳制品行业的健康发展。” “我们在一个点上形成突破，并想做到全球顶尖。”陈达说，团队目前已经在研制面向消费者的“便携式”甚至是“穿戴式”的检测设备，以满足消费者的定制需求，获得了良好的阶段进展，并初步推出了工程样品机。 “技术完全成熟的话，还可以实现小规模的个人定制奶粉，根据每个人的体质及营养需求进行最优化定制，结合个性化数据给出最理想的营养方案。”陈达预测，“未来高端奶的个性化定制或将是趋势，也是国产奶粉高端产品一个很好的突破点。”

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