稿完成版8个文献综述

1、摘要：本文介绍了目前牛肉嫩度检测方法及优劣，CATIA 技术在食品机械的应用现状和前景，评价了仿真咀嚼机械（机器人）目前在国内外的研究和应用现状。：牛肉嫩度检测 CATIA 仿真咀嚼机械 应用 前景1 引言牛肉是低脂肪、低胆固醇、高蛋白食品，含有必须的所有氨基酸，并且富含钙、磷、铁和维生素等营养成分。随着近年来我国人民收入和消费水平的提高，牛肉的需求量在我国传统的以为主导类膳食结构中所占比例呈逐年增长的趋势，牛肉的营养价值得到了一致的公认。我国的牛种资源比较丰富，其中黄牛是我国市场消费的主要品种，黄牛的分布从南到北形成了中原牛、北方牛和南方牛三个肉牛带。另外，黄牛与国外西门、夏洛莱牛等优质牛种

2、的杂交改良牛也丰富了中国牛资源1。目前，我国的优质牛肉生产状况还不够理想，产品多为中低档牛肉，优质高档的牛肉产品较少，国内一些高级宾馆和酒店所需的优质牛肉大多数依赖进口。为了调动肉牛饲养者和牛肉生产者的积极性，对牛肉评价提供规范的标准，规范牛肉市场运行，中国牛肉等级标准经、中国农科院畜牧所和中国三家的科研工作者在“九五”期间大规模的试验研究初步制定出来，经过近几年的完善，牛肉品质评定方法和标准逐渐成型2。部位肉的质量等级标准主要由以下几个方面：肉色、大理石花纹、脂肪色、牛肉厚度、背膘厚度、值、嫩度、性和风味。其中前六项指标可以通过理化分析直接体现，后三项指标通常直接有效的方法是通过直接品尝打分

3、，缺乏可衡量的客观指标，这对牛肉品质鉴定工作造成了不确定，使消费者不能够准确的获得牛肉品质的客观评价。其中牛肉嫩度是主导肉质的决定和最重要的感官特征。2 牛肉嫩度及其检测方法2.1 嫩度牛肉嫩度是指牛肉后食者咀嚼过的感受，包括后是否容易被咬开、咀嚼的难易程度和咀嚼后剩余的残渣量三个方面3。嫩度是牛肉重要的适口性性状，也是最容易发生变化的指标。嫩度主要是由牛肉中结缔组织含量、肌纤维的类型和肌浆蛋白含量及化学结构所决定。一般来说结缔组织含有量越低，肌束中肌束密度越大，肌越细，肉质就越细嫩4。评价牛肉嫩度的最直接有效的方法一般是请直接品尝打分，这样会造成评价结果失去客观性，耗时、花费高，重复性强。2

4、.2 影响牛肉嫩度的影响牛肉嫩度的有很多，包括牛肉本身的、屠宰前影响、屠宰后影响以及是否经过嫩化处理等。在牛肉本身中，大理石花纹状况是对嫩度和其他质量指标进行感官评定的重要参数。其他指标如肌直径、肌内脂肪含量、取肉部位、肉牛的和饲养水等都会对牛肉的嫩度产生影响。2.3 牛肉嫩度的检测方法评价牛肉嫩度一般是由直接品尝打分。随着这几年技术的进步和成熟，一些理化检测段逐步被开发应用。2.3.1 超声波技术检测超声波技术探测技术是利用高频声波与物质之间的相互作用以获取被测物质的物理化学性质，其最常用测量参数是通过介质的声速和振幅衰减。国外和Fuisey 经过研究发现在学者对应用超声技术检测肉类品质研究

5、的较早。37时肉脂肪含量与超声波速度间呈线性关系，可以用于检测肉品脂肪含量。国内学者也有运用超声波技术对肉组成、含水量、膘厚及脂肪肌肉结构研究的。超声波技术主要根据在不同肉品中速度不同和振幅衰减不同，对肉品组成、成分含量、品质结构进行，具有速度快、无损坏、可检测的优点。但是由于被测对象的不规则性以及组织分布不均匀性，可能会给检测带来误差。2.3.2 电特性技术检测根据生鲜肉类不同的成分、组织等将不同的电特性，可以利用电特性对肉类多项品质指标进行检测。介质阻碍电流在电路中的流通能力称为电阻抗，早在 1936 年 Callow 就第一次将电阻抗家属应用到肉类检测中，根据肉品的阻抗特性可以检测肉品的

6、品种、嫩度、成熟度、脂肪含量等指标。Damez 等研究发现成熟度大的牛肉电阻抗值小，可初步对肉品进行分类。肌肉和脂肪的导电性能有较大差异，脂肪基本上可视为绝缘体，可通过检测肉的电阻抗值评估肉品中脂肪的含量。电阻抗特性检测方法，设备简单，检测方便快捷，主要可以检测生鲜肉的值、成熟度、嫩度、脂肪含量、持水性等指标，但是又必须接触式检测，可能对肉品造成微量的破坏5。2.3.3 光谱分析技术检测随着图像处理技术和光谱技术的发展，国内外研究在利用不同波段的光照射牛肉时，一些特定波段的光作用与牛肉，光谱可以携带牛肉的特征信息，另外一些波段的光谱作用牛肉表面，所称图像携带牛肉外部特息。应用近红外（NIR）、

7、高光谱、多光谱、可见光谱及荧光光谱等光谱技术进行牛肉嫩度的检测，逐渐成为牛肉品质检测的研究方向6。7等构建可见/ 近红外高光谱成像系统（4001000nm），获取牛肉的高光谱散射图像,，并提取散射图像的反射光谱，选择特征波长建立牛肉嫩度的多元线性回归模型，用分类判别法对牛肉嫩度进行分级。8等利用近红外光谱技术研究牛肉嫩度检测方法，载波数为400010000cm1范围内测定牛肉样本近红外吸收光谱，然后用沃布剪切仪测得牛肉样本（背长肌）的最大剪切力值并进行嫩度等级评价，建立牛肉嫩度等级的多元线性回归（MLR）模型。2.3.4 计算机视觉技术检测计算机视觉也成为机器视觉，利用图像传感器代替人眼获取肉

8、样的图像信息，转换为数字图像，利用计算机模拟判断分析，通过建立数学模型来肉的品质。9等人利用图像处理技术获取牛肉图像中的纹理特征，寻找特征量与嫩度的关系以求为快速、准确评价牛肉质量提供一种新的方法，在不含脂肪组织牛肉图像中用灰度空间相关矩阵选出三个反映牛肉纹理粗细的特征量，并用线性回归方法分别建立了特征量与肉嫩度等级间的数量关系10总结评价了基于机器视觉技术评定颜色和大理石花纹与嫩度关系、牛肉纹理与嫩度关系和结缔组织与嫩度关系。计算机视觉检测技术不破坏样品，检测速度快，重复性好，检价指标多，可以实现实时、非接触式检测，易于实现自动化和大规模检测11。2.3.5 仿生传感器技术检测随着仿生和传感

9、器技术的发展，模拟人鼻子和舌头具有感觉功能的电子鼻和电子舌传感器有了较大进展，在肉品质量控制，新鲜度和嫩度评价以及货架期预测方面得到了初步的应用。但是由于传感器技术容易受到许多外来的影响，导致信号源的不稳定，这项技术有待进一步研究成熟以后会在市场有更广泛的应用价值。2.3.6 检测 WBS（Warner-Bratzler-Shear）剪切力值测定 WBS 值衡量肉品嫩度是较为客观的方法，这类机械评定的方法也得到了广泛的应用，其中 WB 氏剪切仪应用历史和范围最广泛。早在 1985 开始，我国有关研究就开始参照 WB 氏剪切仪开发设计肌肉嫩度计12，利用统计分析经处理样受到的剪切力值平均数和标准

10、差，并与已有的均质物测定结果参照比较。利用检测剪切力值方法测定牛肉嫩度，符合嫩度的评价指标和定义13，所需机械设备较为简单，检测快速；缺点是通过剪切法和对肉品产生直接的损害，不适于无损检测。牛肉嫩度非常容易受到许多和外来的影响，所以有必要研究牛肉嫩度快速检测技术，实现牛肉嫩度的实时、客观检测。牛肉嫩度快速检测技术的研究，对于加快快速监测仪器的研究与开发，实现肉品嫩度的快速、实时准确检测，这对于促进我国肉类产业的现代化发展，保障人民的身体健康都具有重要的现实意义。3 CATIA 技术在食品机械中的应用CATIA 是法国公司的产品开发旗舰解决方案。作为 PLM 协同解决方案的一个重要组成部分，他可

11、以帮助制造厂商设计他们未来的产品，并支持从项目前阶段、具体的设计、分析、模拟、组装到在内的全部工业设计流程。近年来中国食品工业保持着一个较快的增速，促进了食品机械的显著发展，但是国内食品机械的增长率远低于食品工业的增长率。目前国内大部分的先进设备都是从国口的，食品机械进口率呈快速增长趋势。尽快提高食品机械技术水平，特别是新产品的研发能力，整体行业竞争力，已成为我国食品机械行业重要的问题。CATIA 系列产品已经在七大领域里成为首要的 3D 设计和模拟解决方案：汽车、航空航天、船舶制造、厂房设计、电力与电子、消费品和通用机械制造。然而目前 CATIA 技术在食品机械设计领域应用还处于起步阶段，尚

12、未得到大规模广泛应用。14等基于 VB 语言，利用 CATIA 二次开发技术建立了零参数化模板，编写了计算机辅助设计，实现了对带式干燥机部分关键零的快速设计，避免重复建模，从而缩短设计周期。江南大学的保15等运用CATIA 技术对卡通设备整机进行数字化建模，给出了关键零件、关键装配体及产品的结构模型图，缩短了产品设计开发周期，提高了工作效率，降低了生产成本，并为产品虚拟装配序列的生成提供了模型基础，为卡通设备有限元分析提供了信息来源和计算依据。可以，由于 CATIA 先进的混合建模技术，丰富的模块应用，对产品开发过程的整体覆盖，在未来食品机械设计制造领域必将成为制造商的首要选择。4 咀嚼机械（

13、咀嚼机器人）的研发和应用为了研究咀嚼系统，近年来，科研研制了多种咀嚼模拟器。早稻田大学科学的机械工程研究小组研制了成为咀嚼模拟器的独特机器人，他能模拟部的骨骼与肌肉，该机器人采用七个直流电机，通过 3度的左右颚关节实现下颌绕颚关节转动，同时在臼齿基座安装有多个压力传感器，可测量咀嚼过的对牙齿施加的压力；早稻田大学研制的 WJ（Waseda Jaws）和 WY（Waseda-Yamanashi）系列咀嚼机器人16已经在医学研究方面得到了实际的应用，该系列机器人拥有三个度的运动，并且在下颌骨和髁部装有精密的压力传感器，可以测量咀嚼过的咬合力。大学研发的基于 stewart的咀嚼机器人利用线性驱动器

14、模拟咀嚼肌运动，每一个线性执行器代替一组咀嚼肌肉群，可以较好地模拟人类咀嚼模式，但线性驱动方式无法提供足够的咬合力17。、18等设计了仿生咀嚼装置，采用激光扫描、断层扫描等方法获取咀嚼的形态数据，利用逆向工程建立模型优化结构，并且对仿生牙齿进行了优化设计；W. L. Xu19等人设计的生物并联仿生咀嚼机器人，利用断层扫描技术从数十个医学尸体头部骨骼中获得头骨数据结构，通过对主要咀嚼肌的分析，确定了三组主要咀嚼肌的附着点及运动矢量。利用六组线性驱动器，模拟各肌肉群的力动。通过建模进行运动学和动力学的计算最终建立了 6-RSS并联咀嚼机器人机构20。该机构很好的对咀嚼系统进行了仿生设计，利用线性驱

15、动器模拟肌肉群的发力方式，可以较好地重现咀嚼模式，难点在于对驱动器的控制单元的设计。这项装置对于仿生咀嚼机械的设计思路有很好的参考价值。大连理工大学的苌占波21等在 6-RSS 并联机构的基础上，建立了并联机器人的动力学方程，并利用中的机械系统仿真分析模块SimMechanics 建立了咀嚼机器人的 SimMechanics 模型。该模型采用控制，实现了咀嚼机器人的轨迹。B.Daumas 等人建立了仿生的下颌模型，通过选择 IP 等参考点，利用轨迹仪详细咀嚼过的参照点的运动轨迹，建立模型，详细分析了咀嚼过的下颌的运制；苌占波等从人类咀嚼系统生理结构出发，建立了拟人化的咀嚼机器人机构模型即六度并

16、联咀嚼机器人，并进行了运动学、动力学的数学建模、设计了模糊控制器，进行仿真研究。可以说目前咀嚼机器人的研究进展很快，相关技术逐渐成熟，这为的研究也创造了前提。5 课题研究意义及发展前景通过对国内外咀嚼机器人的研发现状分析，看出利用咀嚼仿生装置作为牛肉嫩度检测具有极高的应用价值，咀嚼机器人能够很好地模仿人类咀嚼模式。并且通过准确检测 Warner-Bratzler-Shear 剪切力值，也可以客观的对牛肉样本完成嫩度值分析。与其他检测相比，利用仿真咀嚼装置测牛肉Warner-Bratzler-Shear 剪切力值来检测嫩度，具有方便、快速、准确率高、设备简便等优点，适合实际生产和监督的应用。我国

17、目前牛肉制品尤其生鲜肉制品的消费市场空间还很大，随着收入水平和消费水平的提高，消费者对于牛肉制品的品质要求也逐步提高。我国目前牛肉制品的品质还是以中低档为主，牛肉嫩度快速检测系统的开发，可以为消费者选择产品提供技术支持，同时也可以适当的消费者的利益。对于生产方和销售方，利用牛肉嫩度快速检测系统可以实时对牛肉产品的品质进行监督和，及时发现问题，努力调整生产思路，力争多生产优质的牛肉产品，市场空间。牛肉嫩度快速检测系统的开发，建立在仿真机械的基础上，通过建立完善牛肉嫩度数据库系统，具有快速、客观的特点，具有实际应用价值。参考文献12，等.牛肉分级制度的几点思考C.黄牛杂志，2003，29（2）：5

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