用于检验活体动物中劣质肉的方法

摘要

本发明提供了一种用红外热敏成像法检验活体动物中劣质肉的方法。对于牛，温度记录主要落在检验温度范围(28℃至32℃)±2℃之外的动物，被作为具有高几率产生劣质肉的动物加以排除。对于猪，检验温度范围是(24℃至26℃)±2℃。

说明书

发明领域

本发明涉及用于检验活体动物中劣质肉的方法，更具体地说，涉及采用用于这样目的红外热敏成像法。

在家畜中，已知装卸和转运都是强有力的紧张性刺激(Stephens，1980；和Kenny等人，1987)。这样一些应激反应常叫做“死前应激反应”。已有文献报道，这些应激反应带来许多生理参效的变化，包括温度调节(Frens，1975；和Houdas等人，1975)。还有许多文献报道，这样的一些因素，如在屠宰前的环境(“死前环境”)下的装卸、混合和转运都起到导致劣质肉的作用(Jones等人，1989；Jones等人，1988；Warriss，1986)。最初受到影响的是这样一些质量特性，如颜色、湿度保持能力、pH值、韧性和组织。如果应激反应足够剧烈，动物的能量供应就会负担过重，这转而会导致产生劣质肉或降低质量级别的肉，例如深色、坚硬和发干(DFD)或韧性的肉牛肉，或苍白、发软和渗出的(PSE)猪肉。

在死后分析中，总是必需评定肉的质量。就本发明人所知，还没有一种技术有能力检测极可能产生劣质肉的动物。可以论证，开发或发现这样一种能够预言死前环境中活体动物的肉的质量的技术对生产肉的工业有巨大价值，因为然后可对这些被鉴定的动物着手进行预防性和恢复性疗法。

在人类医学中采用红外热敏成像法(IRT)于这样一些情况，例如，肿瘤和心血管完整性(Clark等人，1972)以及体温过高(Hayward等人，1975)的诊断和研究已经有一段时间了。对于家畜，也已发现对于这样一些情况的诊断，例如，猪的血管疾患(Lamarque等人，1975)和马的腿伤(Clark等人，1972)，IRT是有用的。

专利文献公开了采用IRT于几种目的。Button等人的美国专利3,877,818公开了采用IRT于确定肉中的肥肉含量(死后)。Ambrosini的美国专利3,948,249教导了采用红外检测器于鉴定加热中的牛。Pompei的美国专利5,017,019公开了采用辐射检测器测量动物中的温差。

本发明人已参加了采用IRT于活体动物的先前的研究。共同的发明人Jones、Schaefer和Gariepy所作的初始研究表明，IRT可用于鉴定牛中的基本应激反应的程度(Schaefer等人，1987a，1988)和猪中的基本应激反应的程度(Schaefer等人，1987b；和Gariepy等人；1987)。这些研究表明，用IRT测得具有较低表面温度的牛呈现为具有较劣质的肉，而对于猪，劣质肉与极高的表面温度伴随在一起。不过，这些研究却没有教导一种用于可靠地检验活体动物中劣质肉的可能性的方法。

需要一种以可接受精度的检验活体动物易产生劣质肉的方法。

发明概述

本发明人提出开发一种通过研究不同动物的解剖部位和温度、用红外热敏成像法而检验活体动物中劣质肉的方法，及一些分析热敏成像数据的方法，以便充分预测有关肉质量的特性。通过对大量动物的试验及把热敏影像划分为一些温度区域，他们令人惊奇地发现，继续产生劣质肉的动物在一特定的检验温度区域中有不典型的红外温度记录。与产生高质量肉的动物相比，发现低质量肉的动物在比检验温度区域更高和更低的那些温度区域具有更多的扫描部分(用全部像素计数来度量)的温度记录。这些发现使得本发明人能够开发一种可靠的用于检验活体动物中劣质肉的方法。

广而言之，本发明提供了一种用于检验家畜中高几率产生劣质肉的方法，此方法包括：

(a)用红外摄像机扫描活体动物，以便产生热敏影像。

(b)对于牛，确定落在(28℃至32℃)±2℃的检验温度范围内的扫描部分；

(c)对于猪，确定落在(24℃至26℃)±2℃的检验温度范围内的扫描部分；

(d)如果落在所述检验温度范围内的扫描部分比落在该检验温度范围外的扫描部分更少，就把该动物作为具有高几率产生劣质肉的动物加以排除。

此处和权利要求书中所用的术语“家畜”是指包括反刍动物和单胃动物在内的那些动物，这些动物包括猪、马、牛(黄牛和瘤牛)以及驯养的有蹄动物，例如，野牛、绵羊、绵羊羔、鹿、驼鹿、麋、北美的驯鹿和山羊。

                    附图简述

图1至4是遭受死前应激反应的牛的三个区域上的红外温度记录的四个温度范围的矩形图；

图5和6是在近似死前环境的应激反应之前(A)和之后(B)的四头猪的IR温度记录；

图7至12是在引入应激反应激素期间，对于猪的不同解剖部位的温度对时间的函数图；

图13和14是在屠宰前的32头牛的、沿脊部所取的IR温度记录图，图A表示在28℃至32℃范围内具有最大像素计数的动物，而图B和C分别表示在这个温度范围之下和之上的具有最大像素计数的动物。

                   优选实施方案的说明

已经证明，本发明的方法对于检验在连续屠宰时具有高几率产生劣质肉或质量降级肉的家畜是极为有效的。在一组54头公牛的检验中，(例3)，业已证明，本发明对于一无所知情况下的预先检验的有效率大于80％。这是一个极高精度的比率。一旦检验动物，就可以加工它们，以便改进肉的质量。例如，在Schaefer等人于1993年7月2日申请的美国专利申请08/084,989中，就公开了对于这样一种恢复降级肉的质量并改善躯体产量损失的方法的组合物。

现有技术中已有了红外热敏成像设备(摄像机，分析软件)。优选地，对动物或有关解剖部位在比较近的范围(1至3米)，且与动物的水平表面成一约在45°至90°之间的角进行扫描。

用于分析由摄像机产生的热敏影像的软件可在市场上买到。一种典型的软件包是Viewsoft(2.0版，Viewscan股份有限公司，Concord，Ontario，Canada)。优选地分析这些图像，以便确定落在一特定温度范围内的扫描部分(即落在一特定温度范围内的一确定区域内全部像素的比率)。

根据本发明，用摄像机扫描活体动物。分析热敏影像(优选地，用计算机，但可供选择地，用肉眼分析)，以便确定落在一检验温度范围内的扫描部分。发现最有效的该检验温度范围对于牛是(28℃至32℃)±2℃，而对于猪是(24℃至26℃)±2℃(这些温度范围可以向上或向下移2℃，这取决于动物的类型、应激反应的程度和影响动物正常体温的环境温度情况)。每天扫描都应该确定动物的正常体温，以便使得能在所述检验范围内变化。如果在所述检验温度范围内的扫描部分，比落在该检验温度范围外的扫描部分更少，那么，被检验的动物极可能有质量降级了的劣质肉。

对于不同的动物类型、有关的那些解剖部位、扫描图的类型、检验的时机的选择已制定出优选的扫描条件。

一般说来，本发明人发现，在转运后，扫描牛一段短的时间一般导致下述温度记录：

(1)“正常”动物的温度记录——在检验范围内的像素计数比检验范围外的高。

(2)“受应激反应”的动物的温度记录——动物有更冷或更暖一些的温度记录，即在上述检验范围之上或之下的像素比率比在所述检验范围内的像素比率更大。

在转运后，扫描牛6小时以上只导致两种类型的温度记录，“正常”温度记录和“更冷的”温度记录(即已使受应激反应的动物更冷，从而它们的温度记录显示出了在上述检验范围之下的像素比率比在该检验范围内的像素比率更大)。

对于牛，最优选的是脊部的图。这可能还是最可以接受的且最经济的图。不过，侧视图也是有效的。最能显示解剖部位的是在寰椎和胸椎之间的脊部表面。然而，躯干、头部和四肢的侧视图也是有效的。

用红外热敏成像法扫描猪表明，脊部的图最为优选。最显露的解剖部位包括在寰椎和胸椎之间的脊部区域，最优选的包括在寰椎和颈椎之间的肩胛内区域。

对于猪，发现最有效的检验温度范围是(24℃至26℃)±2℃。正常的或低应激反应的猪在这个检验范围内有更大的IR扫描(像素计数)部分。受应激反应的动物(或极可能产生PSE猪肉)在这检验范围之上具有更多的扫描部分(像素计数)的IR温度记录。受应激反应的猪趋于呈现较暖的(而不是更冷的)温度记录。

尽管为了精确的缘故，本发明的IR检验方法用计算机数据分析来实施，它也可适合于用肉眼分析来实施。可用计算机使扫描的检验温度范围和非检验温度范围具有有区别的颜色或灰色色调(优选地，每1℃至2℃的温度范围有不同的颜色)。温度记录显示在计算监控器上，从而操作人可确定具有在检验温度范围外和/或内的温度记录的动物。

可对极可能产生质量降级的肉的被检动物加以标记或隔离，为了以后处理或低价出售。

用下面的非限制性例子说明本发明的方法。    

实例

为了开发本发明的检验方法，本发明人模拟了市场上的牛通常所经历的处理和转运实践。例如，一个生产者可以把牛直接转运给公共屠宰场。可以选择地，一个生成者可以把牛转运给拍卖市场，且它们被留在牛棚过夜，为了第二天出售。出售后，动物可被装船转运到牧场或公共屠宰场，在那里它们可再次留下过夜。这样，在牧场、转运与屠宰两者之间的时机的选择可以从一小时到数天之中任意选取。时机的选择影响了动物的热敏影像。实例1

本实例报道了对于牛恰好在击昏前取整个动物的侧视图进行红外扫描。在本例中，分别把30头食用牛和21头年轻的母牛(1至1.5岁)分别关入栏中禁食24小时，并分为3组处理。对照组采用处理方法1，在转运3公里到达研究中心前并不按性别混合。包括在牛棚中的时间在内，停止给这些动物喂食24小时。第二组采用处理方法2，在呆在牛棚中18小时之前按性别混合，并转运320公里(6小时)。总共停止给动物喂食48小时。第三组采用处理方法3，除了这些动物经受额外的320公里(6小时)的转运，并在牛棚中呆另外的18小时外，与处理方法2同样处理。它们总共停止喂食72小时。呆在牛棚中那段时间后，接着在研究中心击昏并屠宰动物，在该研究中心分析躯体组成及肉的质量。

恰好在击昏之前对每个动物摄取红外图像或进行红外扫描。用一个Agema782型摄像机摄取红外热敏影像(扫描或温度记录)(AGA，Lidingo，瑞典)。用下面确立的Viewscan软件(Viewscan股份有限公司，Concord，Ontario，加拿大)来完成后续的各个温度记录的判定和打印。

来自摄像机的视频信号在如下被计算处理前用一个A/D转换器转换为数字数据。该图像作为一个原始的未校正过的数据文件存储起来。图像本身的区域分为7140个像素或信息块。原始像素数据是正比于来自IR摄像机的电压信号的数字数据。为了分析温度记录，采用与Viewsoft软件一起的校正程序把数字数据转化为温度数据。校正后，那些像素以15种不同的颜色再加上背景颜色显示，代表了从15.0℃到32.0℃之间15个1.2+/-0.2℃的温度范围。

Viewsoft软件使得能分析不同区域或整个图像的像素数据。所鉴别的七个区域为：区域0——包括背景在内的整个图像，区域1——除了背景外的整个动物身体，区域2——除了四肢外的动物躯干，区域3——从肩部到中线的前部躯干，区域4——从中线到尾巴的后部躯干，区域5——头和颈部，以及区域6——包括腿和尾巴在内的四肢。用Viewsoft软件可得到每个区域的下述信息：绝对像素计数和落在每个温度范围内的所述区域中的像素计数占全部像素的百分比；在所述区域中的最高和最低温度；在所述区域中所有的温度范围；在所述区域中的中间温度、平均温度和温度的标准误差；所述区域的整个面积(以像素计算)；以及所述区域面积占整个图像面积的百分比。温度被分组成更大的温度范围，以便分析数据。四个温度范围是(1)10.0至18.0，(2)18.0至23.0，(3)23.0至28.0，及(4)28.0至36.0。每个身体区域中的温度分组成上述四个范围。落在每个范围内的像素数表达为那个区域中全部像素的百分比。

由于从身体表面的热损失随身体的位置而变化，为分析目的，把动物身体的温度记录分为三个区域，躯干、头和四肢。在每个身体区域中，被每个温度范围所覆盖的面积表达为全部可见面积的百分比。

如从图1至4中显然可见到的那样，三种处理方法导致不同的温度记录图形。具有最大转运应激反应程度的动物在较冷的那些范围内有最大的像素比率。

具有最大应激反应程度的动物还显示了改变了的肉质量特性，可观察到这些特性为肉体颜色和剪应力值。按照Jones等人(1988)所说明的那些方法来进行肉质量的评估。肉质量降级最厉害的牛是那些受到最大应激反应的牛。表1中确立了肉质量的数据。

表1市场称重牛时的转运和装卸对肉体颜色和剪应力值(韧性)的影响肉质量值              处理方法

            1        2         3剪应力(kg)    5.08a     6.75b     8.23b  颜色L^*    38.03a    36.73b    36.02b

a^*      18.50a    17.88ab   17.27b

b^*      14.25a    13.14b    12.88b

注：a、b P＜0.05

(^*C.I.E.颜色体系)

实例2

本例属于表明本发明的方法在用红外热敏成像法检验猪中的劣质肉时的功效。采用具有一个7度角和0度角透镜的Thermovision750系列#1066摄像机进行IR扫描。用一个Taylor9200数字温度计进行温度测量，该数字温度计配有一个J类型的表面接触探头或一个放能显微扫描器，以便于录像和俘获电子。用2.00版的Viewsoft软件分析温度记录。

试验1

这个试验中用了阉公猪和小母猪。对于猪，采用两种IR扫描方法。第一个IR图像(A)是对于被留在家圈中的猪摄取的。这时，猪并未混合且未受应激反应。第二个图像(B)是在把猪与它们不熟悉的猪混合及围绕牲口棚移动后摄取的。工业上，猪的这种混合和移动是平常的，且对动物构成应激反应。当动物在一个小的保留圈(保定栏)中时，摄取猪的热影像。用20度的透镜从上面和后面在约0.7米的距离观察动物。在从水平面开始的大于45°的角度上，纵向拍摄脊柱摄取背部和头是最能显露和有用的扫描。在温度记录上可见，在颈或颈部区域的图像受一个十字干扰。

4个动物的温度记录用一些颜色或灰色色调来规定温度范围，示于图5和6。尽管十字干扰图像(显示为白杠)，但是可显然看出，受到较大应激反应的动物，在脊部表面、特别是在寰椎和颈椎之间、包括肩胛内的区域在内，温度升高到24℃至26℃的范围以上。温度记录上的温度范围是具有0.5℃增量的21.7℃至28.1℃的范围。蓝色和紫色的温度范围是在22.7℃和24.1℃之间。黑色和深绿色的范围是在24.1℃和25.0℃之间。淡绿色的范围是在25.0℃和25.9℃之间。黄色的范围是在25.9℃和26.4℃之间。橙色、亮紫色和红色的范围是在26.4℃和28.1℃之间。采用灰色色调，较冷的温度被指定较深色的色调，而较暖的温度被指定为逐渐较淡的色调。

试验2

这个试验目的在于证实上述试验所建议的产生热的部位特性。这个试验还检验了在死前受到应激反应时，已知有高发生率产生劣质肉的猪中的这种特性。在这个试验中，在猪中所导致的应激反应的程度通过直接控制应激反应的激素(肾上腺素功能的兴奋剂)来控制。

Sather等人(1989)确定了这个试验中的猪是易受到遗传应激反应或氟烷阳性的(H+表现型，nn基因型)猪。已知这些猪以高发生率(80％)产生特性劣质的肉，这些特性包括苍白颜色、发软、渗出的或食品解冻时多滴汁的猪肉和低pH值(Murray等人，1986)。

在内分泌研究前24小时，在消毒条件下，给猪装上在耳静脉中的导管。在试验那天，根据加拿大议会关于动物饲养所确定的指南，每公斤动物重量用20mg氯胺酮(盐酸氯胺酮)麻醉。应该注意，氯胺酮麻醉法是必需的，这是在于呼吸麻醉剂(如氟烷)会对这些猪导致有害的体温过高。在麻木后，接着选择含有多巴酚丁胺(多巴酚丁胺，B1，5.6μg/kg/min30分钟)和氨哮素(B2，3.39μg/kg/min 30分钟)的肾上腺素功能兴奋剂，给这些猪进行静脉注射。在这些被麻醉的猪中，沿着从颈部到腰部区域的脊柱放置一系列皮下热电偶(插入约2cm)。把这些热电偶连接到一个每30秒钟进行一次直接温度记录的数据记录器上。

图7至12中示出的结果是颈部热电偶温度(％)随肾上腺素功能兴奋剂注射开始的有关时间变化图。(在这些图中，标号92108和91208等表示不同的动物)。这些图显示，在已知要产生劣质猪肉的那些猪中，对肾上腺素功能兴奋剂(应激反应激素)的直接和受控制的问题，伴随着特别是在猪的脊部表面的颈部(以及偶尔是腰部但不是胸部)中的热电偶温度的升高。这种温度升高与上述显示在这些相同的解剖区域中IRT温度升高的试验一致。该数据还证实了这些温度变化与产生劣质肉相符合，因为已有文献报道用于这个试验中的氟烷阳性的猪要产生约80％的劣质肉。

实例3

本例说明了本发明采用转运后直接摄取公牛脊部IR温度记录的方法。摄像机和计算机软件与例1中相同。

在本例中，收集了关于54头平均重量为500公斤的一两岁的杂交公牛的数据。给这些动物喂以通常的平衡青贮饲料——禾谷类谷粒食物以及不限制饮水还有加碘的盐。把牛分配为按两种处理方法之一，通过喂养和称重来均衡饮食并被命名为对照物或被处理过的。这些对照动物保持它们的正常食物，并与熟悉的圈中同伙在一起直到试验的那天早晨。然后，把牛移到称重设施上，称重、装到商用班轮上并转运一段短的距离(3公里)到屠宰场。然后，把这些公牛卸到约3米乘10米的屠宰场的牛棚圈中到2小时(像例1那样)，然后用红外热成像摄像机从上面扫描。这摄像机放在动物背部上方约2米处，且以约75度的角扫描。在被扫描的2至3小时内，把动物移入屠宰场房屋，并照通常商业实践那样屠宰。

在转运前使动物禁食和禁水24小时。此外，这些公牛与最少两个不同及不熟悉的圈的牛混合。这些禁食时间和混合条件在拍卖菜畜和某些牧场工作中是很平常的，并对动物构成应激反应。在早晨集合到一起称重后，接着把处理的公牛转运一小时。一旦在屠宰场/牛棚卸载，就以和对照动物相同的方式完成红外扫描和屠宰程序。照例，按加拿大分级系统(在1993年新的牛肉分级系统制定前，深色牛肉切块分为B4级或以前为B2级)评估肉质量数据。图13和14中示出了32头动物的温度记录，且如下述那样分析该温度记录。

对于这项研究中的动物，考察了11个温度范围。这些范围(℃)如下：1＝10.0至18.9；2＝18.9至20.8；3＝20.8至22.7；4＝22.7至24.6；5＝24.6至26.5；6＝26.5至28.4；7＝28.4至30.3；8＝30.3至32.2；9＝32.2至34.1；10＝34.1至36.0；11＝36.0至37.9。

从下述数据的统计分析中可知：

(a)多于80％的被处理过的牛产生由上述分级系统分为B4级深色牛肉切块所标明的躯体。

(b)40％的对照动物的像素区域落在温度范围7内，但仅有12％的处理过的动物的像素区域落在温度范围7内；

(c)30％的对照动物的像素区域落在温度范围8内，但仅有16％的被处理过的动物的像素区域落在温度范围8内。

图13和14中示出了32头动物的温度记录。组A中的动物处于温度范围7和8内，即在这些范围内比这些范围外具有更多的像素数目。组A中的所有动物，除了一个表明是深色牛肉切块的动物外，都表明产生正常的或非深色切块的肉。组B和C的温度记录显示了在温度范围7和8之外的动物，即在所述这些范围之外比在所述这些范围之内具有更多的像素计数。组B的温度在温度范围7和8之下(比温度范围7和8更冷)，而组C的温度记录是在温度范围7和8之上(比温度范围7和8更暖)。组B和C中示出温度记录的所有那些动物，都表明产生带较深颜色的肉(深色牛肉切块)(组B和C中的24头动物中只有一头除外)。通过给所述那些范围规定颜色或灰色色调，人们能容易地用肉眼确定那个动物主要在所述这些温度范围之内或之外。

这样，显而易见，大多数被处理过的(受过应激反应的)牛在范围7和8内有较低的像素比率，而对于在所述这些范围之外的那些较热或较冷的温度，具有较高的像素比率。这样，在温度范围7和8中具有少像素数目的那些动物极可能受到应激反应，且具有劣质肉的几率较高。

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本说明书中所提到的所有那些出版物表示了本发明所属领域中的普通技术人员的水平。

这些出版物以相同程度全部在此引入作为参考，就象它们每个出版物专门而单独被引入作为参考一样。

尽管为清楚理解的目的，已经借助说明和实例相当详细地说明了上面所述的本发明，显然，在所附的权利要求书的范围内可以实行某些变化和改进。