基于气流和激光测距技术快速无损检测牛肉中总挥发性盐基氮（TVB-N）含量的可行性研究

介绍

牛肉因其高蛋白、低脂肪、低胆固醇等特点受到国际市场的青睐（陈，2010；俞，毛，&黄，2007）。近年来，牛肉的消费需求不断增长，其品质保证也受到越来越多的关注（吕，2010）。肉品质评价指标包括肉的颜色、粘度、弹性、总挥发性盐基氮（TVB-N）、水分含量、嫩度、持水力（WHC）等。

在肉类腐败过程中，蛋白质分解生成尸胺。尸胺是一种碱性含氮毒性物质，包括氨（NH 3）和胺（R-NH 2），尸胺与有机酸发生化学反应，在肉中产生TVB-N。随着肉类腐败的加剧，TVB-N含量不断增加，因此TVB-N通常作为评价肉类新鲜度的重要指标（侯，黄，王，&徐，2005）。根据中国标准GB 2707-2016，TVB-N含量15mg/100g是区分新鲜牛肉与腐败牛肉的阈值。

传统的牛肉新鲜度检测方法包括感官试验和理化试验，但感官试验依赖专家经验，受人为因素影响较大，不同专家评价结果难以一致等缺点；

理化试验参照中国标准GB/T 5009.44-1996，对试验仪器和操作人员要求较高，存在效率低、操作时间长、损伤肉品、影响食用价值等缺点。对肉类新鲜度的无损检测技术的研究成为必然。

侯志强，黄建军，王海和徐建军（2006）利用近红外漫反射光谱技术建立了TVB-N预测模型，并通过聚类分析对光谱数据进行分类。Bae，Cho，Kim，Park和Hwang（2006）利用近红外光谱技术预测Ki值来评价牛肉新鲜度。

洪伟、海和王（2014）研究了基于电子鼻和神经网络的牛肉新鲜度检测，其中广义回归网络（GRNN）模型对冷藏时间、挥发性盐基氮、细菌总数（TVC）和感官评分有较好的预测效果。

叶等（2014）利用电子鼻预测了不同储藏天数牛肉的TVC和TVB-N含量。石童、陈和李（2009）设计了一种具有高灵敏度和仿生嗅觉结构的电子鼻检测系统，并利用支持向量机（SVM）算法对7天不同新鲜度的牛肉进行了识别。

但目前市场上商品化的仪器很少，无损检测仪器还处于探索阶段。

食品的粘弹性是预测质构和口感品质的重要物理性质之一（李，2001）。

牛肉是典型的粘弹性体，兼具固体的弹性和液体的粘性（李，2013）。随着牛肉的变质，其粘弹性发生变化。肉的粘弹性与生化变化和变质条件密切相关，肉的粘弹性可以反映肉的化学组成、分子结构、分子内键合、分子间键合、胶体结构、分散状态等内在因素（李，2001）。

基于粘弹性对肉的品质和安全评价具有重要意义。肉的粘弹性特性不仅可以作为判定肉品质的独立指标，而且与新鲜度、嫩度、质构、营养成分（蛋白质、脂肪含量等）等品质指标密切相关（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）分析了鸡胸肉中TVB-N含量与力学参数的关系，发现回弹性能和功耗与TVB-N含量之间存在较高的相关性。建立了鸡肉力学参数与新鲜度的数学模型，研究牛肉粘弹性与TVB-N含量等新鲜度指标之间的关系具有重要意义。

基于此，本研究提出了一种基于气流和激光测距技术的牛肉新鲜度无损检测方法。当对不同腐败程度的牛肉施加相同压力的气流时，牛肉的粘弹性信息表现为形变信息的变化，如最大压缩变形可以反映牛肉在气流冲击下的变形程度，代表弹性的回复变形可以反映牛肉的永久变形，牛肉的弹性能和机械滞后可以用变形面积参数来描述（李，2001；李，2013）。

气流和激光测距技术的作用是给牛肉表面施加力，检测变形情况。激光测距与气流脉冲相结合的技术最早用于检测水果的硬度，Hung等（1999）利用采用激光测距和气流脉冲技术的装置测试了桃子的硬度，测得的硬度值与针式硬度计测得的硬度以及桃子的质量密切相关。

随后，基于激光和气流脉冲技术研制出了一种新的水果硬度无损检测装置（McGlone，Ko，＆Jordan，1999）。对猕猴桃和杏子的检测实验结果表明，该装置更适用于表皮粗糙的水果（McGlone＆Jordan，2000）。

Sofie等（2015）利用食品质地喷射装置和传统流变分析方法研究了蔗糖溶液、油和巧克力，发现食品的最大变形与粘弹性之间存在高度相关性。利用气流和激光位移传感技术研究了熟禽肉的嫩度，并进行了感官评价。

结果表明，气流脉冲产生的位移信息可用于评价熟禽肉的嫩度（Lee，Owents，＆Meullenet，2008）。据我们所知，尚未见关于利用气流和激光测距技术预测肉类新鲜度的研究。

因此，本研究旨在探讨利用气流和激光测距技术测定TVB-N含量用于评价牛肉新鲜度的可行性，具体目标为：
（1）采用基于气流和激光测距技术的粘弹性检测系统，获取与新鲜度相关的牛肉样品的变形信息；
（2）根据变形信息与测得的TVB-N值之间的定量关系，确定多元线性回归（MLR）、主成分回归（PCR）和偏最小二乘回归（PLSR）预测模型中的最优模型；
（3）提取与变形曲线有效特征信息相关的特征参数，并利用提取的特征参数在上述模型中选取最佳预测模型；
（4）研究畜禽肉变形特征定量表达的可能性。