基于氣流和激光測(cè)距技術(shù)快速無損檢測(cè)牛肉中TVB-N含量的可行性研究

基于氣流和激光測(cè)距技術(shù)快速無損檢測(cè)牛肉中總揮發(fā)性鹽基氮（TVB-N）含量的可行性研究

介紹

牛肉因其高蛋白、低脂肪、低膽固醇等特點(diǎn)受到國際市場(chǎng)的青睞（陳，2010；俞，毛，&黃，2007）。近年來，牛肉的消費(fèi)需求不斷增長，其品質(zhì)保證也受到越來越多的關(guān)注（呂，2010）。肉品質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo)包括肉的顏色、粘度、彈性、總揮發(fā)性鹽基氮（TVB-N）、水分含量、嫩度、持水力（WHC）等。

在肉類腐敗過程中，蛋白質(zhì)分解生成尸胺。尸胺是一種堿性含氮毒性物質(zhì)，包括氨（NH 3）和胺（R-NH 2），尸胺與有機(jī)酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在肉中產(chǎn)生TVB-N。隨著肉類腐敗的加劇，TVB-N含量不斷增加，因此TVB-N通常作為評(píng)價(jià)肉類新鮮度的重要指標(biāo)（侯，黃，王，&徐，2005）。根據(jù)中國標(biāo)準(zhǔn)GB 2707-2016，TVB-N含量15mg/100g是區(qū)分新鮮牛肉與腐敗牛肉的閾值。

傳統(tǒng)的牛肉新鮮度檢測(cè)方法包括感官試驗(yàn)和理化試驗(yàn)，但感官試驗(yàn)依賴專家經(jīng)驗(yàn)，受人為因素影響較大，不同專家評(píng)價(jià)結(jié)果難以一致等缺點(diǎn)；

理化試驗(yàn)參照中國標(biāo)準(zhǔn)GB/T 5009.44-1996，對(duì)試驗(yàn)儀器和操作人員要求較高，存在效率低、操作時(shí)間長、損傷肉品、影響食用價(jià)值等缺點(diǎn)。對(duì)肉類新鮮度的無損檢測(cè)技術(shù)的研究成為必然。

侯志強(qiáng)，黃建軍，王海和徐建軍（2006）利用近紅外漫反射光譜技術(shù)建立了TVB-N預(yù)測(cè)模型，并通過聚類分析對(duì)光譜數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。Bae，Cho，Kim，Park和Hwang（2006）利用近紅外光譜技術(shù)預(yù)測(cè)Ki值來評(píng)價(jià)牛肉新鮮度。

洪偉、海和王（2014）研究了基于電子鼻和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的牛肉新鮮度檢測(cè)，其中廣義回歸網(wǎng)絡(luò)（GRNN）模型對(duì)冷藏時(shí)間、揮發(fā)性鹽基氮、細(xì)菌總數(shù)（TVC）和感官評(píng)分有較好的預(yù)測(cè)效果。

葉等（2014）利用電子鼻預(yù)測(cè)了不同儲(chǔ)藏天數(shù)牛肉的TVC和TVB-N含量。石童、陳和李（2009）設(shè)計(jì)了一種具有高靈敏度和仿生嗅覺結(jié)構(gòu)的電子鼻檢測(cè)系統(tǒng)，并利用支持向量機(jī)（SVM）算法對(duì)7天不同新鮮度的牛肉進(jìn)行了識(shí)別。

但目前市場(chǎng)上商品化的儀器很少，無損檢測(cè)儀器還處于探索階段。

食品的粘彈性是預(yù)測(cè)質(zhì)構(gòu)和口感品質(zhì)的重要物理性質(zhì)之一（李，2001）。

牛肉是典型的粘彈性體，兼具固體的彈性和液體的粘性（李，2013）。隨著牛肉的變質(zhì)，其粘彈性發(fā)生變化。肉的粘彈性與生化變化和變質(zhì)條件密切相關(guān)，肉的粘彈性可以反映肉的化學(xué)組成、分子結(jié)構(gòu)、分子內(nèi)鍵合、分子間鍵合、膠體結(jié)構(gòu)、分散狀態(tài)等內(nèi)在因素（李，2001）。

基于粘彈性對(duì)肉的品質(zhì)和安全評(píng)價(jià)具有重要意義。肉的粘彈性特性不僅可以作為判定肉品質(zhì)的獨(dú)立指標(biāo)，而且與新鮮度、嫩度、質(zhì)構(gòu)、營養(yǎng)成分（蛋白質(zhì)、脂肪含量等）等品質(zhì)指標(biāo)密切相關(guān)（Bruno & Moresi，2004；Lu & Chen，1998；Myhan，Markowski，Daszkiewicz，Zapotoczny，& Sadowski，2015；Savadkoohi，Shamsi，Hoogenkamp，Javadi，& Farahnaky，2013；Takei et al.，2015；Wezemael，Smet，Øydis，& Verbeke，2014）。

Tong，Chen，Shi和Tong（2010）分析了雞胸肉中TVB-N含量與力學(xué)參數(shù)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)回彈性能和功耗與TVB-N含量之間存在較高的相關(guān)性。建立了雞肉力學(xué)參數(shù)與新鮮度的數(shù)學(xué)模型，研究牛肉粘彈性與TVB-N含量等新鮮度指標(biāo)之間的關(guān)系具有重要意義。

基于此，本研究提出了一種基于氣流和激光測(cè)距技術(shù)的牛肉新鮮度無損檢測(cè)方法。當(dāng)對(duì)不同腐敗程度的牛肉施加相同壓力的氣流時(shí)，牛肉的粘彈性信息表現(xiàn)為形變信息的變化，如最大壓縮變形可以反映牛肉在氣流沖擊下的變形程度，代表彈性的回復(fù)變形可以反映牛肉的永久變形，牛肉的彈性能和機(jī)械滯后可以用變形面積參數(shù)來描述（李，2001；李，2013）。

氣流和激光測(cè)距技術(shù)的作用是給牛肉表面施加力，檢測(cè)變形情況。激光測(cè)距與氣流脈沖相結(jié)合的技術(shù)最早用于檢測(cè)水果的硬度，Hung等（1999）利用采用激光測(cè)距和氣流脈沖技術(shù)的裝置測(cè)試了桃子的硬度，測(cè)得的硬度值與針式硬度計(jì)測(cè)得的硬度以及桃子的質(zhì)量密切相關(guān)。

隨后，基于激光和氣流脈沖技術(shù)研制出了一種新的水果硬度無損檢測(cè)裝置（McGlone，Ko，＆Jordan，1999）。對(duì)獼猴桃和杏子的檢測(cè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該裝置更適用于表皮粗糙的水果（McGlone＆Jordan，2000）。

Sofie等（2015）利用食品質(zhì)地噴射裝置和傳統(tǒng)流變分析方法研究了蔗糖溶液、油和巧克力，發(fā)現(xiàn)食品的最大變形與粘彈性之間存在高度相關(guān)性。利用氣流和激光位移傳感技術(shù)研究了熟禽肉的嫩度，并進(jìn)行了感官評(píng)價(jià)。

結(jié)果表明，氣流脈沖產(chǎn)生的位移信息可用于評(píng)價(jià)熟禽肉的嫩度（Lee，Owents，＆Meullenet，2008）。據(jù)我們所知，尚未見關(guān)于利用氣流和激光測(cè)距技術(shù)預(yù)測(cè)肉類新鮮度的研究。

因此，本研究旨在探討利用氣流和激光測(cè)距技術(shù)測(cè)定TVB-N含量用于評(píng)價(jià)牛肉新鮮度的可行性，具體目標(biāo)為：
（1）采用基于氣流和激光測(cè)距技術(shù)的粘彈性檢測(cè)系統(tǒng)，獲取與新鮮度相關(guān)的牛肉樣品的變形信息；
（2）根據(jù)變形信息與測(cè)得的TVB-N值之間的定量關(guān)系，確定多元線性回歸（MLR）、主成分回歸（PCR）和偏最小二乘回歸（PLSR）預(yù)測(cè)模型中的最優(yōu)模型；
（3）提取與變形曲線有效特征信息相關(guān)的特征參數(shù)，并利用提取的特征參數(shù)在上述模型中選取最佳預(yù)測(cè)模型；
（4）研究畜禽肉變形特征定量表達(dá)的可能性。