牛肉显微结构特性及大理石花纹特征与嫩度品质的关联研究

摘要

完善牛肉分级制度与方法，是建立和健全牛肉分级和质量检测标准、拉开牛肉的质量差价、引导市场消费、行威优质优价的牛肉市场的重要措施。影响消费者评定牛肉质量的因素主要包括嫩度、色泽、风味和多汁性，其中嫩度是最为重要的一个因素。目前，世界各国对牛肉嫩度评价的方法主要分为人工判定法和机械判定法。人工判定法易产生视觉疲劳，受主观因素的影响，误检率高，效率低。机械判定法尽管正确率高，但对牛肉具有一定的破坏性，且操作繁琐，耗时长。因此开发出一种高效率、高正确率的牛肉在线检测技术对于完善牛肉分级体系具有重要的意义。
　　通过对国内外牛肉分级方法现状的深入分析，本文从影响牛肉嫩度的宏观特性大理石花纹特征与微观特性肌纤维特征这两个角度出发，寻找和嫩度相关性较高的指标，建立嫩度预测的模型，为牛肉分级提供理论依据。本文主要的研究工作及结果如下:
　　1、本文搭建了由采集灯箱和输送带构成的图像在线采集实验平台，此实验平台通过计算机、光电传感器、相机、光源控制图片的采集，通过触摸屏、变频器、电机、输送带实现牛肉的输送。经过实验验证此实验平台能够实现在线采集图片、并且采集到的图片背景单一、清晰、利于后续图像处理。
　　2、运用Matlab图像处理方法对采集到的80个实验样本的牛肉图像进行图像预处理、背景的去除、二值化、腐蚀膨胀、眼肌区域提取、边缘检测等操作，最终提取出大理石花纹面积和周长特征值，并进行样本剪切力的测定。分别分析不同牛龄的牛肉剪切力值、大理石花纹面积、大理石花纹周长的变化，结果表明随着牛龄的增加，剪切力值显著增加，大理石花纹面积增加但不显著，大理石花纹周长增加但不显著。分别分析大理花纹面积和周长与剪切力之间的相关性，结果显示，大理石花纹面积与剪切力之间显著负相关且相关性系数为0.540，大理石花纹周长与剪切力之间显著负相关且相关性系数为0.366。大理石花纹面积与剪切力的相关性高于大理石花纹周长与剪切力的相关性。
　　3、通过冷冻切片实验，使用显微镜采集牛肉肌纤维图片。利用image-pro plus专业图像处理软件，对显微图片进行选色、修饰、计数和测量等操作，最终输出牛肉肌纤维的直径、周长和密度值并进行样本剪切力的测定。分别分析不同牛龄的牛肉肌纤维直径、周长、密度的变化，结果表明随着牛龄的增加，肌纤维直径显著增加，肌纤维周长显著增加，肌纤维密度减小但不显著。分别分析肌纤维直径、周长、密度与剪切力之间的相关性，结果显示，肌纤维直径与剪切力之间显著正相关且相关性系数为0.798，肌纤维周长与剪切力之间显著正相关且相关性系数为0.788，肌纤维密度与剪切力之间显著负相关且相关性系数为0.778，三者当中肌纤维直径与剪切力的相关性最高。
　　4、根据相关性分析，分别从牛肉的宏观特性和微观特性中选取与牛肉剪切力值相关性最高的特征指标，建立牛肉嫩度预测模型为Y=17.445-1.525f1+2.231f2，其中Y为剪切力值，f1为大理石花纹面积，f2为肌纤维直径。该模型的判定系数R2为0.731，属于高度相关。选取20组牛肉样本数据进行模型验证，将牛肉剪切力的模型预测值与仪器实际测量值进行比较，结果表明，模型预测值与仪器实际测量值之间的平均误差只有3.97N，为可接受水平，该预测模型准确性较高。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 基于生物学因素的牛肉嫩度预测国内外研究现状

1．2．2 基于机器视觉的牛肉嫩度预测国内外研究现状

1．3 本文的研究内容及技术路线

1．4 本章小结

第二章 牛肉图像在线采集实验平台的搭建

2．1 引言

2．2 图像在线采集实验平台的整体结构设计

2．2．1 图像在线采集实验平台尺寸参数的设计

2．2．2 图像在线采集实验平台的组成结构

2．3 图像在线采集实验平台硬件设计

2．3．1 灯箱外部材料的选择

2．3．2 光源的选择及照明方式的确定

2．3．3 图像在线采集控制系统的硬件设计

2．3．4 输送带控制系统硬件设计

2．4 图像采集实验平台控制系统的设计

2．4．1 触发采集控制的设计

2．4．2 输送带运转控制的设计

2．5 图像在线采集实验平台采集效果验证

2．6 本章小结

第三章 牛肉图像大理石花纹的提取及其与剪切力的关系

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．3 实验方法

3．3 牛肉大理石花纹提取

3．3．1 牛肉大理石花纹的提取流程

3．3．2 大理石花纹提取的方法

3．4 结果与分析

3．4．1 不同牛龄剪切力的变化分析

3．4．2 不同牛龄大理石花纹面积的变化及其与剪切力的关系

3．4．3 不同牛龄大理石花纹周长的变化及其与剪切力的关系

3．5 本章小结

第四章 牛肉肌纤维相关参数的测量及其与剪切力的关系

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 实验材料与实验试剂

4．2．3 实验方法

4．3 肌纤维相关参数的测量

4．3．1 Image-pro plus简介

4．3．2 肌纤维相关参数测量方法

4．4 结果与分析

4．4．1 不同牛龄肌纤维直径的变化及其与剪切力的关系

4．4．2 不同牛龄肌纤维周长的变化及其与剪切力的关系

4．4．3 不同牛龄肌纤维密度的变化及其与剪切力的关系

4．5 本章小结

第五章 牛肉嫩度预测模型的建立与实验验证

5．1 牛肉嫩度预测模型的建立

5．2．1 牛肉等级的划分

5．2．2 模型验证

5．3 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 本文创新点

6．3 展望

参考文献

致谢