專利名稱：在線獲取牛肉樣本近紅外光譜的方法及其在評(píng)價(jià)牛肉質(zhì)量中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在線獲取牛肉樣本近紅外光譜的方法及其在評(píng)價(jià)牛肉質(zhì)量中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
改革開放30年來，我國肉類產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展。從八十年代中期以來，我國肉類生產(chǎn)從短缺走向充裕。“七五”到“十五”的二十年，是我國肉類生產(chǎn)增長最快的時(shí)期。肉類產(chǎn)業(yè)在國計(jì)民生中占有重要地位，對(duì)促進(jìn)畜禽生產(chǎn)、發(fā)展農(nóng)村經(jīng)濟(jì)、繁榮穩(wěn)定城鄉(xiāng)市場(chǎng)、滿足人民生活需要、保證經(jīng)濟(jì)建設(shè)與改革的順利進(jìn)行，都發(fā)揮著重要作用。肉類及其肉制品是人類獲得蛋白質(zhì)、維生素和礦物質(zhì)等營養(yǎng)成分的重要來源之一，在人類社會(huì)發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。肉類品質(zhì)的好壞，關(guān)系到人類的健康、生活質(zhì)量和安全。隨著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)肉品品質(zhì)提出了更高的要求。不同性別和年齡的牛肉，其產(chǎn)品品質(zhì)差異明顯。傳統(tǒng)的牛肉質(zhì)量評(píng)定采用感官評(píng)價(jià)或常規(guī)儀器測(cè)定等方法。感官評(píng)價(jià)方法摻雜很大的人為因素，存在速度慢、主觀隨意性強(qiáng)等缺點(diǎn)。常規(guī)儀器測(cè)定方法對(duì)牛肉產(chǎn)品造成一定的損害，造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。近紅外(NIR)是一種介于可見光(VIS)和中紅外光(IR)之間的電磁波，美國材料檢測(cè)學(xué)會(huì)(ASTM)將其定義為波長為780-2526nm的光譜區(qū)，是自上個(gè)世紀(jì)70年代以來發(fā)展起來的一項(xiàng)現(xiàn)代分析技術(shù)，目前在各個(gè)領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用，其樣品的處理方式簡單，并且可以同時(shí)評(píng)估肉類的多個(gè)指標(biāo)，目前主要用于產(chǎn)地和品種的鑒別、品質(zhì)的評(píng)價(jià)以及安全的檢測(cè)等方面。近紅外光譜技術(shù)具有多組分同時(shí)測(cè)定、人為干擾因素小、分析速度快、非破壞性、重現(xiàn)性好、成本低、操作簡單、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種在線獲取牛肉樣本近紅外光譜的方法及其在評(píng)價(jià)牛肉質(zhì)量中的應(yīng)用。本發(fā)明提供的一種獲取牛肉樣本的近紅外光譜的方法，是采用近紅外光譜儀獲取牛肉樣本的近紅外光譜；所述近紅外光譜儀的光譜平均掃描次數(shù)設(shè)置為30次。所述方法中，獲取的近紅外光譜可為1000_1300nm范圍內(nèi)的光譜。所述牛肉樣本具體可為氧合時(shí)間為2min以內(nèi)的牛肉樣本。所述近紅外光譜儀具體可為SupNIR-1000便攜式近紅外光譜儀。本發(fā)明還保護(hù)以上任一所述方法在評(píng)價(jià)牛肉品質(zhì)中的應(yīng)用。所述牛肉品質(zhì)體現(xiàn)為如下指標(biāo)中的至少一個(gè)(I) pH; (2)顏色；(3)嫩度。本發(fā)明還保護(hù)以上任一所述方法在比較牛肉品質(zhì)中的應(yīng)用。所述牛肉品質(zhì)體現(xiàn)為如下指標(biāo)中的至少一個(gè)(I) pH; (2)顏色；(3)嫩度。
本發(fā)明還保護(hù)一種比較牛肉品質(zhì)的方法，是采用近紅外光譜儀分別獲取不同牛肉樣本的近紅外光譜，然后通過近紅外光譜比較牛肉樣本的品質(zhì)；所述近紅外光譜儀的光譜平均掃描次數(shù)設(shè)置為30次。所述方法中，獲取的近紅外光譜可為1000-1300nm范圍內(nèi)的光譜。所述牛肉樣本具體可為氧合時(shí)間為2min以內(nèi)的牛肉樣本。所述不同牛肉樣本可為取自不同牛的同一側(cè)的牛肉樣本。所述近紅外光譜儀具體可為SupNIR-1000便攜式近紅外光譜儀。所述牛肉品質(zhì)體現(xiàn)為如下指標(biāo)中的至少一個(gè)(I) PH ; (2)顏色；(3)嫩度。本發(fā)明還保護(hù)一種評(píng)價(jià)牛肉品質(zhì)的方法，是采用近紅外光譜儀獲取牛肉樣本的近紅外光譜，然后通過近紅外光譜評(píng)價(jià)牛肉樣本的品質(zhì)；所述近紅外光譜儀的光譜平均掃描次數(shù)設(shè)置為30次。所述方法中，獲取的近紅外光譜可為1000-1300nm范圍內(nèi)的光譜。所述牛肉樣本具體可為氧合時(shí)間為2min以內(nèi)的牛肉樣本。所述近紅外光譜儀具體可為SupNIR-1000便攜式近紅外光譜儀。所述牛肉品質(zhì)體現(xiàn)為如下指標(biāo)中的至少一個(gè)(I) pH ;
(2)顏色；(3)嫩度。
目前國外近紅外光譜技術(shù)在肉類上主要用于肉類及其制品的化學(xué)組成、工藝參數(shù)和感官特性的分析。然而這些測(cè)定均需要將肉類樣本絞碎，并且破壞了肌纖維的結(jié)構(gòu)，這對(duì)于工藝參數(shù)和感官特性，例如pH、持水力、剪切力和嫩度等與肌肉完整組織有關(guān)參數(shù)的測(cè)定是不利的，因?yàn)榻g碎的樣本缺失了完整組織結(jié)構(gòu)所包含的信息。對(duì)于大規(guī)模的肉類生產(chǎn)企業(yè)來說，在線測(cè)定技術(shù)的應(yīng)用探索是非常有必要的。本發(fā)明探索了國產(chǎn)便攜式近紅外光譜儀器用于在線測(cè)定牛肉過程中光譜掃描的條件，以光譜反射率及其重復(fù)率為衡量指標(biāo)，旨在說明不同光譜平均次數(shù)、不同側(cè)胴體及不同氧和時(shí)間對(duì)近紅外光譜技術(shù)在線測(cè)定肉類品質(zhì)效果的影響，為探索最佳技術(shù)條件提供理論基礎(chǔ)。采用本發(fā)明提供的方法評(píng)價(jià)或比較牛肉品質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)在線無損檢測(cè)(無需將樣本從胴體或分割部位肉上取下及絞碎)，可以同時(shí)評(píng)估肉類的多個(gè)指標(biāo)，具有處理方式簡單，重復(fù)性好的顯著優(yōu)點(diǎn)。


圖I為每個(gè)觀察平均掃描次數(shù)(50、40、30、20、10)對(duì)反射光譜重復(fù)率的影響。圖2為光譜平均掃描次數(shù)設(shè)置為20時(shí)，最高反射率和最低反射率牛肉樣品的反射光譜。圖3為牛胴體背最長肌12肋間橫斷面近紅外反射光譜的方差分量分析。圖4為肌肉橫斷面暴露于空氣中的氧和時(shí)間對(duì)近紅外光譜重復(fù)率的影響。圖5為肌肉橫斷面暴露于空氣中的氧和時(shí)間對(duì)近紅外光譜反射率的影響。圖6為牛肉樣本的杠桿值。圖7為牛肉成熟2d的原始近紅外光譜。圖8為牛肉成熟2d的一階導(dǎo)數(shù)近紅外光譜。圖9為牛肉成熟2d的二階導(dǎo)數(shù)近紅外光譜。圖10為預(yù)測(cè)殘差平方和與主成分編號(hào)的關(guān)系圖。圖11為pH校正和驗(yàn)證結(jié)果。圖12為成熟2d和7d的牛肉樣本的WBSF剪切力值散點(diǎn)分布圖。圖13 為來自內(nèi)蒙的牛肉樣本的原始(a)、MSC(b)、SNV(c)、SNV+Detrending(d)、一階導(dǎo)數(shù)(e)和二階導(dǎo)數(shù)(f)處理光譜。
圖14為來自北京和陜西的牛肉樣本的原始(a)、MSC(b)、SNV(c)、SNV+Detrending(d)、一階導(dǎo)數(shù)(e)和二階導(dǎo)數(shù)(f)處理光譜。圖15為1000-1799nm范圍內(nèi)成熟2d牛肉在線嫩度分級(jí)驗(yàn)證集真實(shí)值與預(yù)測(cè)值比較分布圖。圖16為1000_1300nm范圍內(nèi)成熟2d牛肉在線嫩度分級(jí)驗(yàn)證集真實(shí)值與預(yù)測(cè)值比較分布圖。圖17為1000_1799nm范圍內(nèi)成熟7d牛肉在線嫩度分級(jí)驗(yàn)證集真實(shí)值與預(yù)測(cè)值比較分布圖。圖18為1000_1300nm范圍內(nèi)成熟7d牛肉在線嫩度分級(jí)驗(yàn)證集真實(shí)值與預(yù)測(cè)值比 較分布圖。
具體實(shí)施例方式以下的實(shí)施例便于更好地理解本發(fā)明，但并不限定本發(fā)明。下述實(shí)施例中的實(shí)驗(yàn)方法，如無特殊說明，均為常規(guī)方法。下述實(shí)施例中所用的試驗(yàn)材料，如無特殊說明，均為自常規(guī)生化試劑商店購買得到的。實(shí)施例中所采用的近紅外光譜儀為SupNIR-1000便攜式近紅外光譜儀(聚光科技公司)，光譜范圍為1000-1799nm。CR-400色差計(jì)日本柯尼卡美能達(dá)公司。HI9025pH計(jì)意大利哈納HANNA公司。G-R沃-布剪切儀Elec Mfg. Co.。HH-60數(shù)顯恒溫?cái)嚢柩h(huán)水箱常州國華公司。GM2000絞肉機(jī)RetSch公司。為了便于計(jì)算和減少光譜噪音，應(yīng)用The Unscrambler (Version 9. 8)對(duì)光譜進(jìn)行5點(diǎn)平滑處理，反射率=1/10"^ ，每個(gè)波長點(diǎn)處光譜數(shù)據(jù)的重復(fù)性應(yīng)用SAS(Version9. I. 3)中的VARC0MP程序進(jìn)行分析,不同側(cè)胴體比較時(shí)重復(fù)率計(jì)算公式為O 2Carcaas/( O 2carcaas+ ο 2side+ σ interaction+ σ 2error)，其它時(shí)候的重復(fù)率計(jì)算公式為σ 2 carcaas/(O 2Garcaas+ σ 2error)。不同光譜平均掃描次數(shù)下掃描的光譜，每個(gè)波長點(diǎn)處的反射率的方差來自胴體間和誤差；胴體內(nèi)部及兩側(cè)間差異性比較所采集的近紅外光譜，其每個(gè)波長點(diǎn)處的反射率的方差均來自胴體間、兩側(cè)間、胴體與兩側(cè)交互作用和誤差；不同氧合時(shí)間下的近紅外光譜，每個(gè)波長點(diǎn)處的反射率的方差來自胴體間和誤差。實(shí)施例I、獲取牛肉樣本的近紅外光譜的方法的建立(參數(shù)優(yōu)化)一、光譜平均掃描次數(shù)的優(yōu)化Sup-1000便攜式近紅外光譜儀可以設(shè)置無限多的光譜平均掃描次數(shù)，但是理論上來說，在一定程度范圍內(nèi)隨著光譜數(shù)目的增加，光譜噪音會(huì)降低，然而采集的光譜數(shù)目越多，所需要的時(shí)間越長，采集的光譜數(shù)目比需要的光譜數(shù)目多僅能提供重復(fù)的觀察數(shù)據(jù)，不利于便攜式近紅外光譜儀的在線應(yīng)用，因此，本步驟旨在確定合適的光譜平均掃描數(shù)目。隨機(jī)獲取北京金維福仁清真食品有限公司的來自48頭牛的48個(gè)牛肉左側(cè)外脊樣本，48頭牛均為谷物飼喂的成年公?；蚰概＃糜诓煌庾V平均掃描次數(shù)的比較。對(duì)于48個(gè)樣本，為了防止在重復(fù)光譜數(shù)據(jù)采集過程中因肌肉氧合作用(肌紅蛋白-氧合肌紅蛋白-高鐵氧合肌紅蛋白)引起的差異，將其11-12肋骨橫斷面氧合60min，然后進(jìn)行近紅外光譜數(shù)據(jù)的采集。分別設(shè)置光譜平均掃描次數(shù)為50、40、30、20和10，于每個(gè)樣本的11_12肋間橫斷面中心位置采集光譜，原始輸出數(shù)據(jù)為吸光度。48個(gè)樣本分為6組采集光譜，每組8個(gè)樣本。每組樣本采集光譜時(shí)先將近紅外光譜儀的平均掃描次數(shù)設(shè)置為50次，然后依次對(duì)8個(gè)樣本進(jìn)行掃描，結(jié)束后重新校正近紅外光譜儀并重復(fù)對(duì)8個(gè)樣本依次掃描；重新校正近紅外光譜儀，將近紅外光譜儀的平均掃描次數(shù)設(shè)置為40次，然后依次對(duì)8個(gè)樣本進(jìn)行掃描，結(jié)束后重新校正近紅外光譜儀并重復(fù)對(duì)8個(gè)樣本依次掃描；重新校正近紅外光譜儀，將近紅外光譜儀的平均掃描次數(shù)設(shè)置為30次，然后依次對(duì)8個(gè)樣本進(jìn)行掃描，結(jié)束后重新校正近紅外光譜儀并重復(fù)對(duì)8個(gè)樣本依次掃描；重新校正近紅外光譜儀，將近紅外光譜儀的平均掃描次數(shù)設(shè)置為20次，然后依次對(duì)8個(gè)樣本進(jìn)行掃描，結(jié)束后重新校正近紅外光譜儀并重復(fù)對(duì)8個(gè)樣本依次掃描；重新校正近紅外光譜儀，將近紅外光譜儀的平均掃描次數(shù)設(shè)置為10次，然后依次對(duì)8個(gè)樣本進(jìn)行掃描，結(jié)束后重新校正近紅外光譜儀并重復(fù)對(duì)8個(gè)樣本依次掃描。每個(gè)樣本在每個(gè)平均掃描次數(shù)設(shè)置下的每次重復(fù)實(shí)驗(yàn)得到一條吸光度曲線，共得到480條(48X5X2)吸光度曲線。光譜重復(fù)率結(jié)果見圖I。隨著光譜平均掃描數(shù)目的增大，光譜重復(fù)率先增大后降低，當(dāng)設(shè)置為30時(shí)，光譜重復(fù)率達(dá)到最高。
為了評(píng)估每個(gè)設(shè)置掃描次數(shù)下，每個(gè)小時(shí)能夠測(cè)定的樣本數(shù)目，在近紅外光譜數(shù)據(jù)采集的過程中，記錄每個(gè)掃描次數(shù)下所用的時(shí)間，其中包括將探頭從一個(gè)胴體橫截面移動(dòng)到另一胴體橫截面時(shí)的動(dòng)態(tài)間隔時(shí)間，結(jié)果見表I。表I每個(gè)觀察平均掃描次數(shù)對(duì)每個(gè)小時(shí)測(cè)定牛數(shù)量的影響
權(quán)利要求
1.一種獲取牛肉樣本的近紅外光譜的方法，是采用近紅外光譜儀獲取牛肉樣本的近紅外光譜；所述近紅外光譜儀的光譜平均掃描次數(shù)設(shè)置為30次。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述方法中，獲取的近紅外光譜為1000-1300nm范圍內(nèi)的光譜。
3.如權(quán)利要求I或2所述的方法，其特征在于所述牛肉樣本為氧合時(shí)間為2min以內(nèi)的牛肉樣本。
4.如權(quán)利要求I或2或3所述的方法，其特征在于所述近紅外光譜儀為SupNIR-1000便攜式近紅外光譜儀。
5.權(quán)利要求I至4中任一所述方法在評(píng)價(jià)牛肉品質(zhì)中的應(yīng)用。
6.權(quán)利要求I至4中任一所述方法在比較牛肉品質(zhì)中的應(yīng)用。
7.—種比較牛肉品質(zhì)的方法，是采用近紅外光譜儀分別獲取不同牛肉樣本的近紅外光譜，然后通過近紅外光譜比較牛肉樣本的品質(zhì)；所述近紅外光譜儀的光譜平均掃描次數(shù)設(shè)置為30次。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于所述不同牛肉樣本為取自不同牛的同一側(cè)的牛肉樣本。
9.一種評(píng)價(jià)牛肉品質(zhì)的方法，是采用近紅外光譜儀獲取牛肉樣本的近紅外光譜，然后通過近紅外光譜評(píng)價(jià)牛肉樣本的品質(zhì)；所述近紅外光譜儀的光譜平均掃描次數(shù)設(shè)置為30次。
10.如權(quán)利要求7至9中任一所述的方法，其特征在于所述近紅外光譜儀為SupNIR-1000便攜式近紅外光譜儀；所述方法中，獲取的近紅外光譜為1000-1300nm范圍內(nèi)的光譜；所述牛肉樣本為氧合時(shí)間為2min以內(nèi)的牛肉樣本。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種在線獲取牛肉樣本近紅外光譜的方法及其在評(píng)價(jià)牛肉質(zhì)量中的應(yīng)用。本發(fā)明提供的一種獲取牛肉樣本的近紅外光譜的方法，是采用近紅外光譜儀獲取牛肉樣本的近紅外光譜；所述近紅外光譜儀的光譜平均掃描次數(shù)設(shè)置為30次。本發(fā)明還保護(hù)所述方法在評(píng)價(jià)牛肉品質(zhì)和/或比較牛肉品質(zhì)中的應(yīng)用。所述牛肉品質(zhì)體現(xiàn)為如下指標(biāo)中的至少一個(gè)(1)pH；(2)顏色；(3)嫩度。采用本發(fā)明提供的方法評(píng)價(jià)或比較牛肉品質(zhì)，可以實(shí)現(xiàn)在線無損檢測(cè)(無需將樣本從胴體或分割部位肉上取下及絞碎)，可以同時(shí)評(píng)估肉類的多個(gè)指標(biāo)，具有處理方式簡單，重復(fù)性好的顯著優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)G01N21/35GK102967578SQ20121044428
公開日2013年3月13日 申請(qǐng)日期2012年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月8日
發(fā)明者湯曉艷, 劉曉曄, 王敏, 毛雪飛, 吳偉, 陳東宇 申請(qǐng)人:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所