生鮮羊肉嫩度的快速無損檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明提供生鮮羊肉嫩度的快速無損檢測方法，本發(fā)明的方法是基于便攜式近紅外儀對生鮮羊肉嫩度進(jìn)行檢測，與傳統(tǒng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和其他應(yīng)用臺式傅里葉近紅外儀檢測生鮮羊肉嫩度的方法相比，具有檢測時間短、檢測速度快、省時省力；對檢測樣品大小沒有限制，無需對檢測樣品進(jìn)行任何前期處理和破壞，實現(xiàn)無損檢測，節(jié)約成本；因微處理器（系統(tǒng)程序）智能化程度高，檢測自動完成，自動分析并顯示檢測結(jié)果，檢測人員無需特殊培訓(xùn)，操作簡單、便捷，可應(yīng)用于在線檢測。
【專利說明】生鮮羊肉嫩度的快速無損檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及光譜檢測領(lǐng)域、計算機領(lǐng)域、化學(xué)計量學(xué)及食品無損檢測【技術(shù)領(lǐng)域】，具體地說，涉及應(yīng)用便攜式近紅外儀對生鮮羊肉嫩度的快速無損檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]羊肉是我國主要肉類食品之一，因其具有高蛋白、低脂肪、富含多種維生素、礦物質(zhì)和人體所需的必需氨基酸等特點，深受國際國內(nèi)市場的青睞。我國是羊肉生產(chǎn)大國，約占世界羊肉總產(chǎn)量的1/3，居世界首位。但因我國羊肉品質(zhì)參差不齊，普遍存在品質(zhì)較差的問題，導(dǎo)致我國羊肉的國際競爭力不強，始終無法在羊肉國際貿(mào)易的舞臺上扮演重要的角色。與此同時，隨著國內(nèi)經(jīng)濟的發(fā)展，人們生活水平的提高，對生鮮羊肉嫩度的要求越來越高，各種鮮、嫩羔羊肉越來越受到廣大消費者的青睞，而目前這些優(yōu)質(zhì)、高檔羊肉90%都依靠進(jìn)口，主要由于我國生鮮羊肉品質(zhì)檢測手段不健全，現(xiàn)有的品質(zhì)檢測方法普遍存在操作煩瑣，耗時耗力等一系列問題，無法滿足大批量現(xiàn)場快速檢測的要求，導(dǎo)致市場上優(yōu)劣羊肉混雜，沒有體現(xiàn)出優(yōu)質(zhì)優(yōu)價，影響了肉羊飼養(yǎng)者和羊肉加工者主動生產(chǎn)高品質(zhì)羊肉的愿望，因此，如何快速有效的對生鮮羊肉的品質(zhì)進(jìn)行檢測具有重要的意義。
[0003]肉的嫩度是指肉入口咀嚼時對碎裂的抵抗力。對生鮮肉而言，嫩度主要表現(xiàn)在肉的硬度、韌性、多汁性和纖維性等綜合效應(yīng)上，通常用咀嚼的食感來判斷肉的嫩度，用剪切力表示嫩度的高低。肉的嫩度是判定生鮮肉品質(zhì)的一項重要指標(biāo)。
[0004]生鮮羊肉嫩度的檢測方法目前主要有主觀評價和客觀評價兩種方法，主觀評價是靠評價員的咀嚼品嘗來判定，評判結(jié)果受主觀因素的干擾，誤差較大；客觀評價目前主要根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T1180-2006中介紹的剪切力測定法，借助質(zhì)構(gòu)儀測量肉的剪切力，該方法檢測過程繁瑣，耗時長，受人為因素干擾大且具有破壞性，被檢測的樣品不能繼續(xù)應(yīng)用于生產(chǎn)或銷售，造成實際生產(chǎn)的大量浪費，無法滿足大批量、快速、非破壞性和在線檢測的檢測要求。近些年近紅外光譜分析技術(shù)已廣泛應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品檢測領(lǐng)域。國內(nèi)外學(xué)者已嘗試采用近紅外光譜分析技術(shù)對生鮮肉的嫩度做初步評定工作。張根偉等(2010年)應(yīng)用穩(wěn)態(tài)空間分辨光譜技術(shù)實現(xiàn)了生鮮豬肉嫩度的檢測。張德權(quán)等(2008年)應(yīng)用臺式傅里葉近紅外儀對生鮮羊肉的嫩度進(jìn)行檢測，該方法檢測前，需要對生鮮羊肉樣品進(jìn)行剔除脂肪和筋膜等預(yù)處理工作，且因采用的臺式傅里葉近紅外儀對生鮮羊肉樣品進(jìn)行近紅外光譜數(shù)據(jù)信息采集時需要將樣品放置在樣品杯中，因此需將樣品加工成5cm X 5cm X I cm大小的肉塊，而由于臺式傅里葉近紅外儀不便于攜帶，因此應(yīng)用臺式傅里葉近紅外儀對生鮮羊肉的嫩度進(jìn)行檢測，步驟復(fù)雜，對樣品的大小有限制且對樣品有破壞，無法滿足在線快速無損檢測生鮮羊肉嫩度的要求。目前，國內(nèi)外還沒有基于便攜式近紅外儀對生鮮羊肉嫩度進(jìn)行檢測方法的相關(guān)報道。
[0005]因此，為了改進(jìn)我國生鮮羊肉品質(zhì)檢測技術(shù)，改善人們生活水平，提高我國生鮮羊肉在國際市場上的競爭力，保障我國生鮮羊肉的品質(zhì)，開發(fā)可以實現(xiàn)在線快速無損檢測生鮮羊肉嫩度的檢測方法，具有十分重要的意義。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種生鮮羊肉嫩度的快速無損檢測方法。
[0007]為了實現(xiàn)本發(fā)明目的，本發(fā)明的一種生鮮羊肉嫩度的快速無損檢測方法，包括以下步驟:
[0008]I)首先大量采集生鮮羊肉樣品，對樣品進(jìn)行近紅外光譜數(shù)據(jù)信息采集；同時按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的化學(xué)檢測方法對樣品的嫩度進(jìn)行檢測；
[0009]2)將步驟I)中采集的所有生鮮羊肉樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)信息與嫩度化學(xué)測定值一一對應(yīng)建立樣品集，按比例分為校正集和驗證集，使用不同光譜預(yù)處理方法對采集的光譜數(shù)據(jù)信息進(jìn)行預(yù)處理后，利用校正集的光譜數(shù)據(jù)信息和嫩度化學(xué)測定值，建立生鮮羊肉嫩度的預(yù)測模型；利用驗證集的光譜數(shù)據(jù)信息、嫩度化學(xué)測定值和模型參數(shù)評價預(yù)測模型的精準(zhǔn)度，確定針對生鮮羊肉嫩度的最佳近紅外光譜數(shù)據(jù)信息預(yù)處理方法和最佳預(yù)測模型；
[0010]3)利用步驟2)中確定的針對生鮮羊肉嫩度的最佳近紅外光譜數(shù)據(jù)信息預(yù)處理方法和最佳預(yù)測模型，對待測生鮮羊肉樣品的嫩度進(jìn)行檢測。
[0011]步驟I)中對樣品進(jìn)行近紅外光譜數(shù)據(jù)信息采集使用的光譜范圍為IOOOnm?1800nmo
[0012]步驟I)中按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T1180-2006規(guī)定的化學(xué)檢測方法對樣品的嫩度進(jìn)行檢測。
[0013]步驟2)中針對生鮮羊肉嫩度的近紅外光譜數(shù)據(jù)信息預(yù)處理方法包括Savitzky-Golay平滑、求導(dǎo)(Savitzky-Golay —階導(dǎo)數(shù)、差分一階導(dǎo)數(shù))、信號校正(多元散射校正MSC、標(biāo)準(zhǔn)正太變量變換SNV、凈分析信號NAS、正交信號校正0SC，去趨勢校正DT、基線校正)、標(biāo)準(zhǔn)化(均值中心化、標(biāo)準(zhǔn)化)等中的至少一種。
[0014]步驟2)中校正集和驗證集的比例為2-3:1，優(yōu)選3:1。
[0015]步驟2)中針對生鮮羊肉嫩度的最佳預(yù)測模型的精準(zhǔn)度評價參數(shù)包括但不限于校正集標(biāo)準(zhǔn)偏差(SEC)、交互驗證標(biāo)準(zhǔn)偏差(SECV)、驗證集標(biāo)準(zhǔn)偏差(SEP)、校正集相關(guān)系數(shù)(Re)、驗證集相關(guān)系數(shù)(Rp)。
[0016]本發(fā)明中，實現(xiàn)所述生鮮羊肉嫩度的快速無損檢測方法的裝置為便攜式近紅外儀(圖1),該裝置由光源(齒鶴燈)和光柵1、輸出光纖2、輸入光纖4、檢測探頭3、檢測器5和微處理器6組成，其中，檢測探頭3通過輸入光纖4和輸出光纖2與檢測器5連接；采集樣品近紅外光譜數(shù)據(jù)信息時，樣品無需進(jìn)行任何前處理和破壞，將檢測探頭3緊貼于樣品表面，光由光源發(fā)出，經(jīng)光柵分光形成近紅外光譜范圍內(nèi)的單色光，單色光經(jīng)過輸出光纖2到達(dá)檢測探頭3照射在樣品上，樣品表面漫反射形成的漫反射光由檢測探頭3采集，經(jīng)過輸入光纖4到達(dá)檢測器5，檢測器5記錄該波長下樣品的光譜數(shù)據(jù)信息并傳送至微處理器6 ;微處理器6將光譜信息轉(zhuǎn)換成光譜數(shù)據(jù)信息，并根據(jù)載入的針對生鮮羊肉嫩度的最佳光譜數(shù)據(jù)信息預(yù)處理方法和最佳預(yù)測模型自動對采集的待測樣品近紅外光譜數(shù)據(jù)信息進(jìn)行預(yù)處理，輸入到最佳預(yù)測模型中，對樣品的嫩度進(jìn)行檢測。該裝置可作為隨身攜帶的便攜式近紅外儀，從而達(dá)到在線快速無損檢測的要求。
[0017]本方法基于便攜式近紅外儀對生鮮羊肉嫩度進(jìn)行檢測，與傳統(tǒng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和其他應(yīng)用臺式傅里葉近紅外儀檢測嫩度的方法相比，具有檢測時間短、檢測速度快、省時省力；對檢測樣品大小沒有限制，無需對檢測樣品進(jìn)行任何前期處理和破壞，實現(xiàn)無損檢測，節(jié)約成本；因微處理器(系統(tǒng)程序)智能化程度高，檢測自動完成，自動分析并顯示檢測結(jié)果，檢測人員無需特殊培訓(xùn)，操作簡單、便捷，可應(yīng)用于在線檢測。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為便攜式近紅外儀的工作示意圖；其中，I為光源和光柵，2為輸出光纖，3為檢測探頭，4為輸入光纖，5為檢測器，6為微處理器(系統(tǒng)程序)，7為生鮮羊肉樣品。
[0019]圖2為本發(fā)明實施例1中建立生鮮羊肉嫩度預(yù)測模型的流程圖。
[0020]圖3為本發(fā)明實施例1中所有生鮮羊肉樣品的近紅外光譜信息圖。
[0021]圖4為本發(fā)明實施例1中最佳生鮮羊肉嫩度預(yù)測模型不同主因子數(shù)的PRESS值。
[0022]圖5為本發(fā)明實施例1中最佳生鮮羊肉嫩度預(yù)測模型校正集參數(shù)。
[0023]圖6為本發(fā)明實施例1中最佳生鮮羊肉嫩度預(yù)測模型驗證集參數(shù)。
【具體實施方式】
[0024]以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。若未特別指明，實施例中所用的技術(shù)手段為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)手段，所用原料均為市售商品。
[0025]實施例1生鮮羊肉嫩度的快速無損檢測方法的建立
[0026]應(yīng)用便攜式近紅外儀快速無損檢測生鮮羊肉嫩度的方法建立流程示意圖如圖2所示。
[0027](I)樣品采集
[0028]從市場上采集100份生鮮羊肉樣品。
[0029](2)樣品近紅外光譜采集
[0030]采集步驟(I)中100份生鮮羊肉樣品的近紅外光譜信息(圖3)。近紅外光譜信息采集前，羊肉樣品無需做任何處理和破壞。近紅外光譜信息采集過程中，將羊肉樣品表面緊貼于便攜式近紅外儀(圖1)光譜檢測探頭3，避免因漏光導(dǎo)致采集的光譜信息不準(zhǔn)確。因近紅外光譜的采集對溫度敏感，所有羊肉樣品在光譜采集過程中始終保持在0-4°C。采集的近紅外光譜波長范圍為1000nm-1800nm，分辨率為10nm，每個樣品進(jìn)行3次光譜采集，每次間隔5秒鐘，每次光譜采集，光譜掃描次數(shù)為10次。
[0031](3)嫩度化學(xué)測定值的檢測
[0032]根據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T1180-2006肉嫩度的測定中介紹的剪切力測定法對步驟(I)中100份生鮮羊肉樣品進(jìn)行嫩度化學(xué)測定值的檢測。
[0033](4)校正集和驗證集的劃分
[0034]將步驟(2)采集的所有生鮮羊肉樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)信息與步驟(3)檢測的生鮮羊肉樣品的嫩度化學(xué)測定值一一對應(yīng)建立樣品集，按照3:1的比例分為校正集和驗證集即將其中75個樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)信息及對應(yīng)的嫩度化學(xué)測定值作為校正集，25個樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)信息及對應(yīng)的嫩度化學(xué)測定值作為驗證集。
[0035](5)光譜的預(yù)處理與模型建立
[0036]對步驟(4)中校正集和驗證集的近紅外光譜數(shù)據(jù)信息進(jìn)行預(yù)處理以去除光譜中的無關(guān)干擾信息、降低隨機噪聲和強化譜帶特征。將不同的預(yù)處理方法包括Savitzky-Golay平滑、求導(dǎo)(Savitzky-Golay—階導(dǎo)數(shù)、差分一階導(dǎo)數(shù))、信號矯正(多元散射校正MSC、標(biāo)準(zhǔn)正太變量變換SNV、凈分析信號NAS、正交信號校正0SC，去趨勢校正DT、基線校正)、標(biāo)準(zhǔn)化(均值中心化、標(biāo)準(zhǔn)化)進(jìn)行組合，應(yīng)用偏最小二乘法(PLS)建立多個生鮮羊肉嫩度預(yù)測模型。
[0037](6)模型的評價
[0038]根據(jù)模型校正集標(biāo)準(zhǔn)偏差(SEC)、交互驗證標(biāo)準(zhǔn)偏差(SECV)、驗證集標(biāo)準(zhǔn)偏差(SEP)值越接近O且同時相互之間越接近越好；校正集相關(guān)系數(shù)(Re)、驗證集相關(guān)系數(shù)(Rp)值越接近I越好；主因子數(shù)較少的原則對步驟(5)建立的模型的預(yù)測準(zhǔn)確性、重復(fù)性、穩(wěn)健性等性能進(jìn)行評價。選出針對生鮮羊肉嫩度的最佳預(yù)測模型和最佳近紅外光譜數(shù)據(jù)信息預(yù)處理方法，同時應(yīng)用學(xué)生殘差對模型中的異常值進(jìn)行剔除，優(yōu)化模型。
[0039]最佳近紅外光譜數(shù)據(jù)信息預(yù)處理方法為均值中心化、Savitzky-Golay 一階導(dǎo)數(shù)、Savitzky-Golay平滑和正交信號校正
[0040]最佳生鮮羊肉嫩度預(yù)測模型的主因子數(shù)為4 (圖4)，校正集相關(guān)系數(shù)Rc=0.94，校正集標(biāo)準(zhǔn)偏差SEC=0.90 (圖5)，驗證集相關(guān)系數(shù)Rp=0.64，驗驗證集標(biāo)準(zhǔn)偏差SEP=2.39 (圖6)
[0041]將針對生鮮羊肉嫩度的最佳近紅外光譜數(shù)據(jù)信息預(yù)處理方法和最佳可靠地預(yù)測模型載入到便攜式近紅外儀中的系統(tǒng)程序內(nèi)，通過建立的檢測方法對生鮮羊肉樣品的嫩度進(jìn)行快速無損檢測。
[0042]應(yīng)用便攜式近紅外儀及載入的最佳近紅外光譜數(shù)據(jù)信息預(yù)處理方法和最佳嫩度預(yù)測模型，對從市場上采集的5個生鮮羊肉樣品的嫩度進(jìn)行檢測，同時按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)檢測方法對樣品嫩度進(jìn)行檢測。結(jié)果如表1所示。
[0043]表1生鮮羊肉樣品嫩度預(yù)測值與化學(xué)測定值的比較
【權(quán)利要求】
1.生鮮羊肉嫩度的快速無損檢測方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)首先大量采集生鮮羊肉樣品，對樣品進(jìn)行近紅外光譜數(shù)據(jù)信息采集；同時按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的化學(xué)檢測方法對樣品的嫩度進(jìn)行檢測； 2)將步驟I)中采集的所有生鮮羊肉樣品的近紅外光譜數(shù)據(jù)信息與嫩度化學(xué)測定值一一對應(yīng)建立樣品集，按比例分為校正集和驗證集，使用不同光譜預(yù)處理方法對采集的光譜數(shù)據(jù)信息進(jìn)行預(yù)處理后，利用校正集的光譜數(shù)據(jù)信息和嫩度化學(xué)測定值，建立生鮮羊肉嫩度的預(yù)測模型；利用驗證集的光譜數(shù)據(jù)信息、嫩度化學(xué)測定值和模型參數(shù)評價預(yù)測模型的精準(zhǔn)度，確定針對生鮮羊肉嫩度的最佳近紅外光譜數(shù)據(jù)信息預(yù)處理方法和最佳預(yù)測模型； 3)利用步驟2)中確定的針對生鮮羊肉嫩度的最佳近紅外光譜數(shù)據(jù)信息預(yù)處理方法和最佳預(yù)測模型，對待測生鮮羊肉樣品的嫩度進(jìn)行檢測。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于，步驟I)中對樣品進(jìn)行近紅外光譜數(shù)據(jù)信息采集使用的光譜范圍為IOOOnm?1800nm。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于，步驟I)中按照行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NY/T1180-2006規(guī)定的化學(xué)檢測方法對樣品的嫩度進(jìn)行檢測。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于，步驟2)中針對生鮮羊肉嫩度的近紅外光譜數(shù)據(jù)信息預(yù)處理方法包括Savitzky-Golay平滑、Savitzky-Golay —階導(dǎo)數(shù)、差分一階導(dǎo)數(shù)、多元散射校正MSC、標(biāo)準(zhǔn)正太變量變換SNV、凈分析信號NAS、正交信號校正0SC，去趨勢校正DT、基線校正、均值中心化、標(biāo)準(zhǔn)化中的至少一種。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于，步驟2)中校正集和驗證集的比例為2-3:1。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢測方法，其特征在于，步驟2)中針對生鮮羊肉嫩度的最佳預(yù)測模型的精準(zhǔn)度評價參數(shù)包括但不限于校正集標(biāo)準(zhǔn)偏差、交互驗證標(biāo)準(zhǔn)偏差、驗證集標(biāo)準(zhǔn)偏差、校正集相關(guān)系數(shù)、驗證集相關(guān)系數(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的檢測方法，其特征在于，步驟1)-3)中，利用便攜式近紅外儀對生鮮羊肉嫩度進(jìn)行快速無損檢測。
【文檔編號】G01N21/359GK103645155SQ201310654441
【公開日】2014年3月19日 申請日期:2013年12月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月5日
【發(fā)明者】鄒昊, 田寒友, 劉文營, 史智佳, 李家鵬, 喬曉玲 申請人:中國肉類食品綜合研究中心