基于氣流和激光測距技術快速無損檢測牛肉中TVB-N含量的可行性研究

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

介紹

牛肉因其高蛋白、低脂肪、低膽固醇等特點受到國際市場的青睞（陳，2010；俞，毛，&黃，2007）。近年來，牛肉的消費需求不斷增長，其品質保證也受到越來越多的關注（呂，2010）。肉品質評價指標包括肉的顏色、粘度、彈性、總揮發性鹽基氮（TVB-N）、水分含量、嫩度、持水力（WHC）等。

在肉類腐敗過程中，蛋白質分解生成尸胺。尸胺是一種堿性含氮毒性物質，包括氨（NH 3）和胺（R-NH 2），尸胺與有機酸發生化學反應，在肉中產生TVB-N。隨著肉類腐敗的加劇，TVB-N含量不斷增加，因此TVB-N通常作為評價肉類新鮮度的重要指標（侯，黃，王，&徐，2005）。根據中國標準GB 2707-2016，TVB-N含量15mg/100g是區分新鮮牛肉與腐敗牛肉的閾值。

傳統的牛肉新鮮度檢測方法包括感官試驗和理化試驗，但感官試驗依賴專家經驗，受人為因素影響較大，不同專家評價結果難以一致等缺點；

理化試驗參照中國標準GB/T 5009.44-1996，對試驗儀器和操作人員要求較高，存在效率低、操作時間長、損傷肉品、影響食用價值等缺點。對肉類新鮮度的無損檢測技術的研究成為必然。

侯志強，黃建軍，王海和徐建軍（2006）利用近紅外漫反射光譜技術建立了TVB-N預測模型，并通過聚類分析對光譜數據進行分類。Bae，Cho，Kim，Park和Hwang（2006）利用近紅外光譜技術預測Ki值來評價牛肉新鮮度。

洪偉、海和王（2014）研究了基于電子鼻和神經網絡的牛肉新鮮度檢測，其中廣義回歸網絡（GRNN）模型對冷藏時間、揮發性鹽基氮、細菌總數（TVC）和感官評分有較好的預測效果。

葉等（2014）利用電子鼻預測了不同儲藏天數牛肉的TVC和TVB-N含量。石童、陳和李（2009）設計了一種具有高靈敏度和仿生嗅覺結構的電子鼻檢測系統，并利用支持向量機（SVM）算法對7天不同新鮮度的牛肉進行了識別。

但目前市場上商品化的儀器很少，無損檢測儀器還處于探索階段。

食品的粘彈性是預測質構和口感品質的重要物理性質之一（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，其粘彈性發生變化。肉的粘彈性與生化變化和變質條件密切相關，肉的粘彈性可以反映肉的化學組成、分子結構、分子內鍵合、分子間鍵合、膠體結構、分散狀態等內在因素（李，2001）。

基于粘彈性對肉的品質和安全評價具有重要意義。肉的粘彈性特性不僅可以作為判定肉品質的獨立指標，而且與新鮮度、嫩度、質構、營養成分（蛋白質、脂肪含量等）等品質指標密切相關（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含量與力學參數的關系，發現回彈性能和功耗與TVB-N含量之間存在較高的相關性。建立了雞肉力學參數與新鮮度的數學模型，研究牛肉粘彈性與TVB-N含量等新鮮度指標之間的關系具有重要意義。

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

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

隨后，基于激光和氣流脈沖技術研制出了一種新的水果硬度無損檢測裝置（McGlone，Ko，＆Jordan，1999）。對獼猴桃和杏子的檢測實驗結果表明，該裝置更適用于表皮粗糙的水果（McGlone＆Jordan，2000）。

Sofie等（2015）利用食品質地噴射裝置和傳統流變分析方法研究了蔗糖溶液、油和巧克力，發現食品的最大變形與粘彈性之間存在高度相關性。利用氣流和激光位移傳感技術研究了熟禽肉的嫩度，并進行了感官評價。

結果表明，氣流脈沖產生的位移信息可用于評價熟禽肉的嫩度（Lee，Owents，＆Meullenet，2008）。據我們所知，尚未見關于利用氣流和激光測距技術預測肉類新鮮度的研究。

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