稿完成版8個(gè)文獻(xiàn)綜述

1、摘要：本文介紹了目前牛肉嫩度檢測(cè)方法及優(yōu)劣，CATIA 技術(shù)在食品機(jī)械的應(yīng)用現(xiàn)狀和前景，評(píng)價(jià)了仿真咀嚼機(jī)械（機(jī)器人）目前在國(guó)內(nèi)外的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀。：牛肉嫩度檢測(cè) CATIA 仿真咀嚼機(jī)械 應(yīng)用 前景1 引言牛肉是低脂肪、低膽固醇、高蛋白食品，含有必須的所有氨基酸，并且富含鈣、磷、鐵和維生素等營(yíng)養(yǎng)成分。隨著近年來我國(guó)人民收入和消費(fèi)水平的提高，牛肉的需求量在我國(guó)傳統(tǒng)的以為主導(dǎo)類膳食結(jié)構(gòu)中所占比例呈逐年增長(zhǎng)的趨勢(shì)，牛肉的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值得到了一致的公認(rèn)。我國(guó)的牛種資源比較豐富，其中黃牛是我國(guó)市場(chǎng)消費(fèi)的主要品種，黃牛的分布從南到北形成了中原牛、北方牛和南方牛三個(gè)肉牛帶。另外，黃牛與國(guó)外西門、夏洛萊牛等優(yōu)質(zhì)牛種

2、的雜交改良牛也豐富了中國(guó)牛資源1。目前，我國(guó)的優(yōu)質(zhì)牛肉生產(chǎn)狀況還不夠理想，產(chǎn)品多為中低檔牛肉，優(yōu)質(zhì)高檔的牛肉產(chǎn)品較少，國(guó)內(nèi)一些高級(jí)賓館和酒店所需的優(yōu)質(zhì)牛肉大多數(shù)依賴進(jìn)口。為了調(diào)動(dòng)肉牛飼養(yǎng)者和牛肉生產(chǎn)者的積極性，對(duì)牛肉評(píng)價(jià)提供規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范牛肉市場(chǎng)運(yùn)行，中國(guó)牛肉等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)、中國(guó)農(nóng)科院畜牧所和中國(guó)三家的科研工作者在“九五”期間大規(guī)模的試驗(yàn)研究初步制定出來，經(jīng)過近幾年的完善，牛肉品質(zhì)評(píng)定方法和標(biāo)準(zhǔn)逐漸成型2。部位肉的質(zhì)量等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)主要由以下幾個(gè)方面：肉色、大理石花紋、脂肪色、牛肉厚度、背膘厚度、值、嫩度、性和風(fēng)味。其中前六項(xiàng)指標(biāo)可以通過理化分析直接體現(xiàn)，后三項(xiàng)指標(biāo)通常直接有效的方法是通過直接品嘗打分

3、，缺乏可衡量的客觀指標(biāo)，這對(duì)牛肉品質(zhì)鑒定工作造成了不確定，使消費(fèi)者不能夠準(zhǔn)確的獲得牛肉品質(zhì)的客觀評(píng)價(jià)。其中牛肉嫩度是主導(dǎo)肉質(zhì)的決定和最重要的感官特征。2 牛肉嫩度及其檢測(cè)方法2.1 嫩度牛肉嫩度是指牛肉后食者咀嚼過的感受，包括后是否容易被咬開、咀嚼的難易程度和咀嚼后剩余的殘?jiān)咳齻€(gè)方面3。嫩度是牛肉重要的適口性性狀，也是最容易發(fā)生變化的指標(biāo)。嫩度主要是由牛肉中結(jié)締組織含量、肌纖維的類型和肌漿蛋白含量及化學(xué)結(jié)構(gòu)所決定。一般來說結(jié)締組織含有量越低，肌束中肌束密度越大，肌越細(xì)，肉質(zhì)就越細(xì)嫩4。評(píng)價(jià)牛肉嫩度的最直接有效的方法一般是請(qǐng)直接品嘗打分，這樣會(huì)造成評(píng)價(jià)結(jié)果失去客觀性，耗時(shí)、花費(fèi)高，重復(fù)性強(qiáng)。2

4、.2 影響牛肉嫩度的影響牛肉嫩度的有很多，包括牛肉本身的、屠宰前影響、屠宰后影響以及是否經(jīng)過嫩化處理等。在牛肉本身中，大理石花紋狀況是對(duì)嫩度和其他質(zhì)量指標(biāo)進(jìn)行感官評(píng)定的重要參數(shù)。其他指標(biāo)如肌直徑、肌內(nèi)脂肪含量、取肉部位、肉牛的和飼養(yǎng)水等都會(huì)對(duì)牛肉的嫩度產(chǎn)生影響。2.3 牛肉嫩度的檢測(cè)方法評(píng)價(jià)牛肉嫩度一般是由直接品嘗打分。隨著這幾年技術(shù)的進(jìn)步和成熟，一些理化檢測(cè)段逐步被開發(fā)應(yīng)用。2.3.1 超聲波技術(shù)檢測(cè)超聲波技術(shù)探測(cè)技術(shù)是利用高頻聲波與物質(zhì)之間的相互作用以獲取被測(cè)物質(zhì)的物理化學(xué)性質(zhì)，其最常用測(cè)量參數(shù)是通過介質(zhì)的聲速和振幅衰減。國(guó)外和Fuisey 經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)在學(xué)者對(duì)應(yīng)用超聲技術(shù)檢測(cè)肉類品質(zhì)研究

5、的較早。37時(shí)肉脂肪含量與超聲波速度間呈線性關(guān)系，可以用于檢測(cè)肉品脂肪含量。國(guó)內(nèi)學(xué)者也有運(yùn)用超聲波技術(shù)對(duì)肉組成、含水量、膘厚及脂肪肌肉結(jié)構(gòu)研究的。超聲波技術(shù)主要根據(jù)在不同肉品中速度不同和振幅衰減不同，對(duì)肉品組成、成分含量、品質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行，具有速度快、無損壞、可檢測(cè)的優(yōu)點(diǎn)。但是由于被測(cè)對(duì)象的不規(guī)則性以及組織分布不均勻性，可能會(huì)給檢測(cè)帶來誤差。2.3.2 電特性技術(shù)檢測(cè)根據(jù)生鮮肉類不同的成分、組織等將不同的電特性，可以利用電特性對(duì)肉類多項(xiàng)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。介質(zhì)阻礙電流在電路中的流通能力稱為電阻抗，早在 1936 年 Callow 就第一次將電阻抗家屬應(yīng)用到肉類檢測(cè)中，根據(jù)肉品的阻抗特性可以檢測(cè)肉品的

6、品種、嫩度、成熟度、脂肪含量等指標(biāo)。Damez 等研究發(fā)現(xiàn)成熟度大的牛肉電阻抗值小，可初步對(duì)肉品進(jìn)行分類。肌肉和脂肪的導(dǎo)電性能有較大差異，脂肪基本上可視為絕緣體，可通過檢測(cè)肉的電阻抗值評(píng)估肉品中脂肪的含量。電阻抗特性檢測(cè)方法，設(shè)備簡(jiǎn)單，檢測(cè)方便快捷，主要可以檢測(cè)生鮮肉的值、成熟度、嫩度、脂肪含量、持水性等指標(biāo)，但是又必須接觸式檢測(cè)，可能對(duì)肉品造成微量的破壞5。2.3.3 光譜分析技術(shù)檢測(cè)隨著圖像處理技術(shù)和光譜技術(shù)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外研究在利用不同波段的光照射牛肉時(shí)，一些特定波段的光作用與牛肉，光譜可以攜帶牛肉的特征信息，另外一些波段的光譜作用牛肉表面，所稱圖像攜帶牛肉外部特息。應(yīng)用近紅外（NIR）、

7、高光譜、多光譜、可見光譜及熒光光譜等光譜技術(shù)進(jìn)行牛肉嫩度的檢測(cè)，逐漸成為牛肉品質(zhì)檢測(cè)的研究方向6。7等構(gòu)建可見/ 近紅外高光譜成像系統(tǒng)（4001000nm），獲取牛肉的高光譜散射圖像,，并提取散射圖像的反射光譜，選擇特征波長(zhǎng)建立牛肉嫩度的多元線性回歸模型，用分類判別法對(duì)牛肉嫩度進(jìn)行分級(jí)。8等利用近紅外光譜技術(shù)研究牛肉嫩度檢測(cè)方法，載波數(shù)為400010000cm1范圍內(nèi)測(cè)定牛肉樣本近紅外吸收光譜，然后用沃布剪切儀測(cè)得牛肉樣本（背長(zhǎng)肌）的最大剪切力值并進(jìn)行嫩度等級(jí)評(píng)價(jià)，建立牛肉嫩度等級(jí)的多元線性回歸（MLR）模型。2.3.4 計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)檢測(cè)計(jì)算機(jī)視覺也成為機(jī)器視覺，利用圖像傳感器代替人眼獲取肉

8、樣的圖像信息，轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，利用計(jì)算機(jī)模擬判斷分析，通過建立數(shù)學(xué)模型來肉的品質(zhì)。9等人利用圖像處理技術(shù)獲取牛肉圖像中的紋理特征，尋找特征量與嫩度的關(guān)系以求為快速、準(zhǔn)確評(píng)價(jià)牛肉質(zhì)量提供一種新的方法，在不含脂肪組織牛肉圖像中用灰度空間相關(guān)矩陣選出三個(gè)反映牛肉紋理粗細(xì)的特征量，并用線性回歸方法分別建立了特征量與肉嫩度等級(jí)間的數(shù)量關(guān)系10總結(jié)評(píng)價(jià)了基于機(jī)器視覺技術(shù)評(píng)定顏色和大理石花紋與嫩度關(guān)系、牛肉紋理與嫩度關(guān)系和結(jié)締組織與嫩度關(guān)系。計(jì)算機(jī)視覺檢測(cè)技術(shù)不破壞樣品，檢測(cè)速度快，重復(fù)性好，檢價(jià)指標(biāo)多，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)、非接觸式檢測(cè)，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和大規(guī)模檢測(cè)11。2.3.5 仿生傳感器技術(shù)檢測(cè)隨著仿生和傳感

9、器技術(shù)的發(fā)展，模擬人鼻子和舌頭具有感覺功能的電子鼻和電子舌傳感器有了較大進(jìn)展，在肉品質(zhì)量控制，新鮮度和嫩度評(píng)價(jià)以及貨架期預(yù)測(cè)方面得到了初步的應(yīng)用。但是由于傳感器技術(shù)容易受到許多外來的影響，導(dǎo)致信號(hào)源的不穩(wěn)定，這項(xiàng)技術(shù)有待進(jìn)一步研究成熟以后會(huì)在市場(chǎng)有更廣泛的應(yīng)用價(jià)值。2.3.6 檢測(cè) WBS（Warner-Bratzler-Shear）剪切力值測(cè)定 WBS 值衡量肉品嫩度是較為客觀的方法，這類機(jī)械評(píng)定的方法也得到了廣泛的應(yīng)用，其中 WB 氏剪切儀應(yīng)用歷史和范圍最廣泛。早在 1985 開始，我國(guó)有關(guān)研究就開始參照 WB 氏剪切儀開發(fā)設(shè)計(jì)肌肉嫩度計(jì)12，利用統(tǒng)計(jì)分析經(jīng)處理樣受到的剪切力值平均數(shù)和標(biāo)準(zhǔn)

10、差，并與已有的均質(zhì)物測(cè)定結(jié)果參照比較。利用檢測(cè)剪切力值方法測(cè)定牛肉嫩度，符合嫩度的評(píng)價(jià)指標(biāo)和定義13，所需機(jī)械設(shè)備較為簡(jiǎn)單，檢測(cè)快速；缺點(diǎn)是通過剪切法和對(duì)肉品產(chǎn)生直接的損害，不適于無損檢測(cè)。牛肉嫩度非常容易受到許多和外來的影響，所以有必要研究牛肉嫩度快速檢測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)牛肉嫩度的實(shí)時(shí)、客觀檢測(cè)。牛肉嫩度快速檢測(cè)技術(shù)的研究，對(duì)于加快快速監(jiān)測(cè)儀器的研究與開發(fā)，實(shí)現(xiàn)肉品嫩度的快速、實(shí)時(shí)準(zhǔn)確檢測(cè)，這對(duì)于促進(jìn)我國(guó)肉類產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化發(fā)展，保障人民的身體健康都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。3 CATIA 技術(shù)在食品機(jī)械中的應(yīng)用CATIA 是法國(guó)公司的產(chǎn)品開發(fā)旗艦解決方案。作為 PLM 協(xié)同解決方案的一個(gè)重要組成部分，他可

11、以幫助制造廠商設(shè)計(jì)他們未來的產(chǎn)品，并支持從項(xiàng)目前階段、具體的設(shè)計(jì)、分析、模擬、組裝到在內(nèi)的全部工業(yè)設(shè)計(jì)流程。近年來中國(guó)食品工業(yè)保持著一個(gè)較快的增速，促進(jìn)了食品機(jī)械的顯著發(fā)展，但是國(guó)內(nèi)食品機(jī)械的增長(zhǎng)率遠(yuǎn)低于食品工業(yè)的增長(zhǎng)率。目前國(guó)內(nèi)大部分的先進(jìn)設(shè)備都是從國(guó)口的，食品機(jī)械進(jìn)口率呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)。盡快提高食品機(jī)械技術(shù)水平，特別是新產(chǎn)品的研發(fā)能力，整體行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，已成為我國(guó)食品機(jī)械行業(yè)重要的問題。CATIA 系列產(chǎn)品已經(jīng)在七大領(lǐng)域里成為首要的 3D 設(shè)計(jì)和模擬解決方案：汽車、航空航天、船舶制造、廠房設(shè)計(jì)、電力與電子、消費(fèi)品和通用機(jī)械制造。然而目前 CATIA 技術(shù)在食品機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用還處于起步階段，尚

12、未得到大規(guī)模廣泛應(yīng)用。14等基于 VB 語(yǔ)言，利用 CATIA 二次開發(fā)技術(shù)建立了零參數(shù)化模板，編寫了計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)帶式干燥機(jī)部分關(guān)鍵零的快速設(shè)計(jì)，避免重復(fù)建模，從而縮短設(shè)計(jì)周期。江南大學(xué)的保15等運(yùn)用CATIA 技術(shù)對(duì)卡通設(shè)備整機(jī)進(jìn)行數(shù)字化建模，給出了關(guān)鍵零件、關(guān)鍵裝配體及產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)模型圖，縮短了產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)周期，提高了工作效率，降低了生產(chǎn)成本，并為產(chǎn)品虛擬裝配序列的生成提供了模型基礎(chǔ)，為卡通設(shè)備有限元分析提供了信息來源和計(jì)算依據(jù)?？梢裕捎?CATIA 先進(jìn)的混合建模技術(shù)，豐富的模塊應(yīng)用，對(duì)產(chǎn)品開發(fā)過程的整體覆蓋，在未來食品機(jī)械設(shè)計(jì)制造領(lǐng)域必將成為制造商的首要選擇。4 咀嚼機(jī)械（

13、咀嚼機(jī)器人）的研發(fā)和應(yīng)用為了研究咀嚼系統(tǒng)，近年來，科研研制了多種咀嚼模擬器。早稻田大學(xué)科學(xué)的機(jī)械工程研究小組研制了成為咀嚼模擬器的獨(dú)特機(jī)器人，他能模擬部的骨骼與肌肉，該機(jī)器人采用七個(gè)直流電機(jī)，通過 3度的左右顎關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)下頜繞顎關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)在臼齒基座安裝有多個(gè)壓力傳感器，可測(cè)量咀嚼過的對(duì)牙齒施加的壓力；早稻田大學(xué)研制的 WJ（Waseda Jaws）和 WY（Waseda-Yamanashi）系列咀嚼機(jī)器人16已經(jīng)在醫(yī)學(xué)研究方面得到了實(shí)際的應(yīng)用，該系列機(jī)器人擁有三個(gè)度的運(yùn)動(dòng)，并且在下頜骨和髁部裝有精密的壓力傳感器，可以測(cè)量咀嚼過的咬合力。大學(xué)研發(fā)的基于 stewart的咀嚼機(jī)器人利用線性驅(qū)動(dòng)器

14、模擬咀嚼肌運(yùn)動(dòng)，每一個(gè)線性執(zhí)行器代替一組咀嚼肌肉群，可以較好地模擬人類咀嚼模式，但線性驅(qū)動(dòng)方式無法提供足夠的咬合力17。、18等設(shè)計(jì)了仿生咀嚼裝置，采用激光掃描、斷層掃描等方法獲取咀嚼的形態(tài)數(shù)據(jù)，利用逆向工程建立模型優(yōu)化結(jié)構(gòu)，并且對(duì)仿生牙齒進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)；W. L. Xu19等人設(shè)計(jì)的生物并聯(lián)仿生咀嚼機(jī)器人，利用斷層掃描技術(shù)從數(shù)十個(gè)醫(yī)學(xué)尸體頭部骨骼中獲得頭骨數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，通過對(duì)主要咀嚼肌的分析，確定了三組主要咀嚼肌的附著點(diǎn)及運(yùn)動(dòng)矢量。利用六組線性驅(qū)動(dòng)器，模擬各肌肉群的力動(dòng)。通過建模進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)的計(jì)算最終建立了 6-RSS并聯(lián)咀嚼機(jī)器人機(jī)構(gòu)20。該機(jī)構(gòu)很好的對(duì)咀嚼系統(tǒng)進(jìn)行了仿生設(shè)計(jì)，利用線性驅(qū)

15、動(dòng)器模擬肌肉群的發(fā)力方式，可以較好地重現(xiàn)咀嚼模式，難點(diǎn)在于對(duì)驅(qū)動(dòng)器的控制單元的設(shè)計(jì)。這項(xiàng)裝置對(duì)于仿生咀嚼機(jī)械的設(shè)計(jì)思路有很好的參考價(jià)值。大連理工大學(xué)的萇占波21等在 6-RSS 并聯(lián)機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，建立了并聯(lián)機(jī)器人的動(dòng)力學(xué)方程，并利用中的機(jī)械系統(tǒng)仿真分析模塊SimMechanics 建立了咀嚼機(jī)器人的 SimMechanics 模型。該模型采用控制，實(shí)現(xiàn)了咀嚼機(jī)器人的軌跡。B.Daumas 等人建立了仿生的下頜模型，通過選擇 IP 等參考點(diǎn)，利用軌跡儀詳細(xì)咀嚼過的參照點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，建立模型，詳細(xì)分析了咀嚼過的下頜的運(yùn)制；萇占波等從人類咀嚼系統(tǒng)生理結(jié)構(gòu)出發(fā)，建立了擬人化的咀嚼機(jī)器人機(jī)構(gòu)模型即六度并

16、聯(lián)咀嚼機(jī)器人，并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)的數(shù)學(xué)建模、設(shè)計(jì)了模糊控制器，進(jìn)行仿真研究?？梢哉f目前咀嚼機(jī)器人的研究進(jìn)展很快，相關(guān)技術(shù)逐漸成熟，這為的研究也創(chuàng)造了前提。5 課題研究意義及發(fā)展前景通過對(duì)國(guó)內(nèi)外咀嚼機(jī)器人的研發(fā)現(xiàn)狀分析，看出利用咀嚼仿生裝置作為牛肉嫩度檢測(cè)具有極高的應(yīng)用價(jià)值，咀嚼機(jī)器人能夠很好地模仿人類咀嚼模式。并且通過準(zhǔn)確檢測(cè) Warner-Bratzler-Shear 剪切力值，也可以客觀的對(duì)牛肉樣本完成嫩度值分析。與其他檢測(cè)相比，利用仿真咀嚼裝置測(cè)牛肉Warner-Bratzler-Shear 剪切力值來檢測(cè)嫩度，具有方便、快速、準(zhǔn)確率高、設(shè)備簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)，適合實(shí)際生產(chǎn)和監(jiān)督的應(yīng)用。我國(guó)

17、目前牛肉制品尤其生鮮肉制品的消費(fèi)市場(chǎng)空間還很大，隨著收入水平和消費(fèi)水平的提高，消費(fèi)者對(duì)于牛肉制品的品質(zhì)要求也逐步提高。我國(guó)目前牛肉制品的品質(zhì)還是以中低檔為主，牛肉嫩度快速檢測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)，可以為消費(fèi)者選擇產(chǎn)品提供技術(shù)支持，同時(shí)也可以適當(dāng)?shù)南M(fèi)者的利益。對(duì)于生產(chǎn)方和銷售方，利用牛肉嫩度快速檢測(cè)系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)對(duì)牛肉產(chǎn)品的品質(zhì)進(jìn)行監(jiān)督和，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，努力調(diào)整生產(chǎn)思路，力爭(zhēng)多生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的牛肉產(chǎn)品，市場(chǎng)空間。牛肉嫩度快速檢測(cè)系統(tǒng)的開發(fā)，建立在仿真機(jī)械的基礎(chǔ)上，通過建立完善牛肉嫩度數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，具有快速、客觀的特點(diǎn)，具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。參考文獻(xiàn)12，等.牛肉分級(jí)制度的幾點(diǎn)思考C.黃牛雜志，2003，29（2）：5

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