CN107045013A - 牛肉味觉品质自动分级检测仪及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种牛肉味觉品质自动分级检测仪及其检测方法，属于食品检测的智能控制领域，能够对牛肉味觉品质进行自动分级检测。所述牛肉味觉品质自动分级检测仪，硬件部分包括传感器阵列、支架、电机、单片机、数据采集卡、计算机；软件部分包括通讯设置单元、控制单元、数据库单元及输出与显示单元。所述检测方法是单片机控制电机，带动与电机相连的支架运动，传感器阵列放于支架上，与数据采集卡相连，采集牛肉汁特征电位值，然后传输到计算机，计算机进行求取平均值的数据处理，再带入预先建立的模型，判别牛肉味觉品质的等级。本发明检测速度快、检测精度高、自动化程度强，为牛肉味觉品质自动分级创造条件。

Description

牛肉味觉品质自动分级检测仪及其检测方法

技术领域

本发明属于食品检测的智能控制领域，具体涉及牛肉味觉品质自动分级检测仪及其检测方法。

背景技术

近年来，随着我国经济的发展和生活水平的提高，牛肉制品在我国占有越来越重要的地位，牛肉味觉对于牛肉的加工、存储、运输、销售有着重要的意义，直接影响着牛肉的口感。

目前，牛肉味觉大多采用生物化学方法进行检测和识别，由于常规检测牛肉味觉的方法费时费力，难以真实反映样品的整体情况；组织专业评审小组进行感官评定时，主观性因素较多，且无法满足大批量检测的要求，故寻找一种快速简便、省时省力、卫生安全的检测方法。为了对牛肉味觉品质快速划分等级，迫切需要开发牛肉味觉品质分类辨识的方法。

生活中，传感器应用较多，利用传感器测量肉样时，传感器对被测牛肉样品的味道产生响应信号，利用电脑进行复杂处理和分析识别，最终给出一个整体的判断。国内，研究人员构建味觉传感器阵列，研究玉米饮料、白酒、纯牛奶、苹果、小麦的气味和味觉。国外，研究人员利用电子舌分辨橄榄油、茶、清洁剂、软饮料、红葡萄酒。传感器阵列可以快速准确的辨识牛肉汁的等级。传感器克服了人为因素的干扰、检测时间短、效率高、重复性好、无须复杂的样品预处理过程、不发生感官疲劳、检测结果客观可靠、容易实现在线快速分析。随着计算机技术的迅速发展，传感器在人类生活中的应用越来越广泛，基于传感器阵列技术检测牛肉味觉品质具有较大的应用潜力。

在利用传感器阵列进行牛肉味觉品质检测的过程中，测量质量和测量效率取决于检测员，人为因素较大，造成味觉品质检测不可控因素较多，差异较大。如果能在牛肉味觉品质检测过程中引入专家系统，充分专家积累的丰富的牛肉味觉品质评定经验和广泛的标准数据，利用计算机算法和专业训练来解决牛肉味觉品质自动分级检测问题，发挥专家系统人工智能的作用，从而能够推动牛肉味觉品质自动分级检测专家系统的发展。

现阶段取得的研究成果并参考国内外的现状，牛肉味觉检测系统存在以下问题：牛肉味觉通过传感器阵列进行检测，检测时多数通过人工手动方式或者单片机及PLC的控制设备方式，并没有提出牛肉味觉品质信息数据库系统及内部学习训练先进算法及软件来实现牛肉味觉品质的自动分级和数据的自动存储，难以适应大规模、精确度高的检测要求，检测效率低，误差较大。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的检测效率低、自动化水平低的缺陷，提供一种检测效率较高、自动化水平高、精确度高的牛肉味觉品质自动分级检测专家系统，本发明通过传感器阵列检测牛肉味觉品质特征电位值，结合牛肉味觉品质等级与特征电位值的对应关系，对该牛肉样品的味觉品质等级进行快速划分。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

牛肉味觉品质自动分级检测仪，硬件部分包括传感器阵列、支架、电机、单片机、数据采集卡、计算机；软件部分包括通讯设置单元、控制单元、数据库单元及输出与显示单元。

所述牛肉味觉品质自动分级检测仪，支架与电机相连，单片机通过控制电机，来实现电机带动支架运动，同时单片机通过USB接口与计算机相连；传感器阵列放于支架上，与数据采集卡相连，数据采集卡通过USB接口与计算机相连，每个工作电极检测牛肉汁特征电位值共3次，每次1min，计算机将3次试验在10.1s-60s的特征电位值分别取平均值，3次结果再取平均值，该值作为此工作电极检测牛肉汁的最终特征电位值，共12个工作电极，数据均作此处理，最终得到多组1行12列特征电位值矩阵，将该数据矩阵输送至数据库单元中，输出与显示单元提取数据库中数据并显示等级。

所述传感器阵列，均为雷磁电极。由于牛肉汁的味觉成分复杂，包含多种离子成分，不同离子传感器对不同离子有不同的响应信号，可以更加全面地表达牛肉味觉品质信息，故利用12个离子电极和一个参比电极组成的味觉传感器阵列对牛肉汁进行检测和分析，包括：2个玻璃电极(传感器编号为：G1、G2)；3个液膜电极(传感器编号为：P1、P2、P3)；7个难溶盐(固态)膜电极(传感器编号为：S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7)；1个参比电极为饱和甘汞参比电极。

所述支架，为圆盘形状，圆盘周边有等距的12个圆孔，用来放置12个工作电极，参比电极为手动控制。

所述电机，为57HBS56AL4型号，与支架相连接，用于控制支架转动。

所述单片机即为一种微型芯片，为STC90C516RD+型号，单片机中包含通讯设置单元。所述通讯设置单元实现计算机与单片机之间的信息传递。所述单片机负责接收计算机的指令及数据，通过单片机的软件编程输出控制电机的脉冲信号，使电机运转，从而实现对支架的运动控制。

所述数据采集卡，为MPS110001型号，通过USB接口与计算机相连接，同时与传感器阵列的工作电极和参比电极连接。

所述通讯设置单元设置波特率为115200，8位数据位，1位停止位，不进行奇偶校验，串口号为COM4。

所述控制单元通过Microsoft Visual C++6.0软件编程设置控制支架转动的命令：开始和停止、顺时针旋转和逆时针旋转、加速和减速、运动周期数、支架左右微调。

所述数据库单元通过SQL Server软件编程构建感官评定数据库、特征电位值数据库、分级模型数据库。

所述感官评定数据库：用于保存牛肉训练集样品味觉品质相关信息。根据《肉与肉制品感官评定规范》国家标准与国内外研究设计感官评定表，由感官评定员根据此表评定牛肉样品的鲜味、咸味、酸甜味、入口味味觉品质，并进行打分，根据分值给出感官评定等级。感官评定数据库包括：牛肉编号、时间、日期、鲜味分值、咸味分值、酸甜味分值、入口味分值、总分、感官评定等级数据。

所述特征电位值数据库：用于接收数据采集卡采集到的特征电位值，建立特征电位值数据库。

所述分级模型数据库：用于保存牛肉味觉品质等级与特征电位值的对应关系。将牛肉味觉品质等级进行编码，将牛肉汁测得的特征电位值矩阵与该组牛肉经感官评定后的牛肉味觉品质等级编码值一一对应，通过MATLAB中模式识别nprtool工具箱训练构建神经网络模型。

所述输出与显示单元，用于提取数据库中的特征电位值数据，确定牛肉味觉品质等级并显示。

牛肉味觉品质自动分级检测方法，具体步骤如下：

(1)、建立数据库

对牛肉训练集样品，根据感官评定表，由感官评定员对牛肉训练集样品进行感官评定建立感官评定数据库，并利用传感器阵列检测它们的味觉品质，经数据采集卡传入计算机，建立特征电位值数据库；计算机将感官评定与特征电位值信息联系起来，构建牛肉味觉品质等级与特征电位值的对应关系模型，建立牛肉味觉品质的分级模型数据库；

(2)、进行牛肉样品味觉品质检测

①制备牛肉汁检测样品；

②构建传感器阵列，对传感器阵列进行活化和在去离子水中稳定；

③控制单元控制支架运动，进行牛肉味觉品质特征电位值的检测；

④数据采集卡采集牛肉味觉品质特征电位值，传入计算机，进行求取平均值的数据处理；

⑤根据数据库单元中牛肉味觉品质等级与特征电位值的对应关系，显示该检测牛肉样品的味觉品质等级。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果如下：

本发明检测仪和检测方法用于牛肉味觉品质自动化检测，实现传感器阵列的智能控制及检测等级的自动获取，能够有效提高检测效率，自动化水平及检测的精确度。

附图说明

图1为本发明牛肉味觉品质自动分级检测仪的示意图。

图2为本发明检测过程中自动获取牛肉味觉品质等级方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述。

实施例1：

牛肉味觉品质自动分级检测仪，硬件部分包括传感器阵列、支架、电机、单片机、数据采集卡、计算机；软件部分包括通讯设置单元、控制单元、数据库单元及输出与显示单元。

所述牛肉味觉品质自动分级检测仪，支架与电机相连，单片机通过控制电机，来实现电机带动支架运动，同时单片机通过USB接口与计算机相连；传感器阵列放于支架上，与数据采集卡相连，数据采集卡通过USB接口与计算机相连，每个工作电极检测牛肉汁共3次，每次1min，计算机将3次试验在10.1s-60s的特征电位值分别取平均值，3次结果再取平均值，该值作为此工作电极检测牛肉汁的最终特征电位值，共12个工作电极，数据均作此处理，最终得到多组1行12列特征电位值矩阵，将该数据矩阵输送至数据库中，输出与显示单元提取数据库中数据并显示等级。

所述传感器阵列，均为雷磁电极，利用12个离子电极和一个参比电极组成味觉传感器阵列，包括：2个玻璃电极；3个液膜电极；7个难溶盐(固态)膜电极；1个参比电极为饱和甘汞参比电极。

所述支架，为圆盘形状，圆盘周边有等距的12个圆孔，用来放置12个工作电极，参比电极为手动控制。

所述电机，为57HBS56AL4型号，与支架相连接，用于控制支架转动。

所述单片机即为一种微型芯片，为STC90C516RD+型号，单片机中包含通讯设置单元。所述通讯设置单元实现计算机与单片机之间的信息传递。所述单片机负责接收计算机的指令及数据，通过单片机的软件编程输出控制电机的脉冲信号，使电机运转，从而实现对支架的运动控制。

所述数据采集卡，为MPS110001型号，通过USB接口与计算机相连接，同时与传感器阵列的工作电极和参比电极连接。

所述通讯设置单元设置波特率为115200，8位数据位，1位停止位，不进行奇偶校验，串口号为COM4。

所述控制单元通过Microsoft Visual C++6.0软件编程设置控制支架转动的命令：开始和停止、顺时针旋转和逆时针旋转、加速和减速、运动周期数、支架左右微调。

所述数据库单元通过SQL Server软件编程构建感官评定数据库、特征电位值数据库、分级模型数据库。

所述输出与显示单元，用于提取数据库中的特征电位值数据，确定牛肉味觉品质等级并显示。

工作时，启动计算机，通讯设置单元用于单片机与计算机的连接配置，运行计算机中的控制单元，通过USB接口写入单片机，使电机运转，从而控制支架运动，带动传感器阵列检测牛肉汁。每支工作电极依次完成在去离子水中稳定、检测牛肉汁味觉品质、清洗等步骤。每组牛肉汁在同一工作电极下需检测3次，每次检测时间为1min，然后由下一支传感器进行检测，直至12支传感器全部检测完毕，更换牛肉汁，重复此步骤，进行下一组牛肉汁的检测。数据采集卡采集牛肉味觉品质特征电位值，传输至计算机，计算机将3次试验在10.1s-60s的特征电位值分别取平均值，3次结果再取平均值，该值作为此工作电极检测牛肉汁的最终特征电位值，共12个工作电极，数据均作此处理，最终得到多组1行12列特征电位值矩阵，将该数据矩阵输送至数据库中，输出与显示单元提取数据库中数据并显示等级。

实施例2：

所述牛肉味觉品质感官评定，将30组牛肉样品切成10×10×10mm³的小块，剔除试验样品中的肌间脂肪和结缔组织，每组样品取出3个小块，由30名感官评定员依次进行咀嚼，然后吐净，漱口，准备咀嚼下一样品。30名感官评定员要求年龄在20-25岁之间且身体健康，无饥饿感和口渴感。根据国标规定与国内外研究设计感官评定表，如表1所示，牛肉味觉品质等级表如表2所示。每个感官评定员咀嚼的牛肉样品来自同一牛眼肉，根据牛肉味觉品质感官评定表进行打分，总分100分，每组样品评定3次取平均值，并根据分值求得牛肉味觉品质等级。

表1牛肉味觉品质感官评定表

表2牛肉味觉品质等级表

所述制备牛肉汁，将牛肉样品在去离子水中洗净，去除表面污染物，分装入保鲜袋并密封，放入80℃的水浴中加热，待牛肉内部温度达到70℃后再煮15min，挤出其中的肉汁，过滤，自然冷却至室温(20℃)，每组取100mL滤液，即为牛肉汁检测样品。

所述构建传感器阵列，利用12个离子工作电极和1个饱和甘汞参比电极组成传感器阵列，测得牛肉汁味觉品质的特征电位值。包括：12个离子电极包含2个玻璃电极(传感器编号为：G1、G2)；3个液膜电极(传感器编号为：P1、P2、P3)；7个难溶盐(固态)膜电极(传感器编号为：S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7)；1个参比电极为饱和甘汞参比电极，如表3所示。

表3传感器类型及介绍

所述利用传感器阵列检测牛肉汁，将传感器阵列进行活化后与数据采集卡连接，将工作电极浸入去离子水中，在无搅动状态下浸泡后扫描至信号平衡。然后将传感器工作电极敏感膜浸入待测牛肉汁液面15mm进行检测，检测时间1min，测定频率0.1s。每次测量完成后均用去离子水对传感器测量端和浸入溶液部分进行冲洗，并再次在去离子水中扫描至信号平衡。每组牛肉汁样品在同一工作电极下重复检测3次，然后由下一支传感器进行检测，直至12支传感器全部检测完毕，更换牛肉汁，重复此步骤，进行下一组牛肉汁的检测。

所述数据处理，每检测一次，在1min内，去除前10s不稳定信号数据，提取10.1s至60s的传感器响应信号平均值，3次结果取平均值，作为一个工作电极检测的该组牛肉汁样品味觉品质的特征电位值，12个工作电极检测到的数据均做此处理，最终，每组牛肉汁样品味觉品质数据处理得到一个1行12列的特征电位值矩阵。

所述构建数据库单元通过SQL Server软件编程构建感官评定数据库、特征电位值数据库、分级模型数据库。

所述感官评定数据库：用于保存牛肉训练集样品味觉品质相关信息。根据《肉与肉制品感官评定规范》国家标准与国内外研究设计感官评定表，由感官评定员根据此表评定牛肉样品的鲜味、咸味、酸甜味、入口味味觉品质，并进行打分，根据分值给出感官评定等级。感官评定数据库包括：牛肉编号、时间、日期、鲜味分值、咸味分值、酸甜味分值、入口味分值、总分、感官评定等级数据。

所述特征电位值数据库：用于接收数据采集卡采集到的特征电位值，建立特征电位值数据库。

所述分级模型数据库：用于保存牛肉味觉品质等级与特征电位值的对应关系，即神经网络模型。经感官评定后，牛肉味觉品质等级为1级编码[1 0 0 0 0]，2级编码[0 1 00 0]，3级编码[0 0 1 0 0]，4级编码[0 0 0 1 0]，5级编码[0 0 0 0 1]，将每组牛肉汁的特征电位值矩阵与该组牛肉经感官评定后的牛肉味觉品质等级编码值一一对应，通过MATLAB中模式识别nprtool工具箱训练完成神经网络模型的构建，不断调整隐藏层数目，直到输出结果正确率为90％以上，并保存此训练模型的m文件和net网络，表明模型构建成功。

实施例3：

所述检测过程中自动获取牛肉味觉品质等级方法的流程为：

①制备牛肉汁检测样品；

②构建传感器阵列，对传感器阵列进行活化和在去离子水中稳定；

③控制单元通过USB接口写入单片机控制电机运转，带动支架运动，进而控制传感器阵列运动和工作状态，进行牛肉味觉品质特征电位值的检测；

④数据采集卡采集特征电位值数据，并输送至计算机，进行求取平均值的数据处理，每组牛肉汁的味觉品质数据得到一个1行12列的矩阵；

⑤根据数据库单元中牛肉味觉品质等级与特征电位值的对应关系模型，显示该检测牛肉样品的味觉品质等级。

Claims (5)

1.牛肉味觉品质自动分级检测仪，其特征在于，硬件部分包括传感器阵列、支架、电机、单片机、数据采集卡、计算机；软件部分包括通讯设置单元、控制单元、数据库单元及输出与显示单元；所述支架与电机相连，单片机通过控制电机，使电机带动支架运动，同时单片机通过USB接口与计算机相连；传感器阵列放于支架上，与数据采集卡相连，数据采集卡通过USB接口与计算机相连，将采集到的牛肉汁特征电位值输送至数据库单元中，输出与显示单元提取数据库单元中的数据并显示等级。

2.如权利要求1所述的牛肉味觉品质自动分级检测仪，其特征在于，所述传感器阵列分别为2个玻璃电极、3个液膜电极、7个难溶盐膜电极、1个参比电极为饱和甘汞参比电极。

3.如权利要求1所述的牛肉味觉品质自动分级检测仪，其特征在于，所述支架，为圆盘形状，圆盘周边有等距的12个圆孔，用来放置电极。

4.如权利要求1所述的牛肉味觉品质自动分级检测仪，其特征在于，所述数据库单元通过SQL Server软件编程构建感官评定数据库、特征电位值数据库、分级模型数据库；

所述感官评定数据库：根据《肉与肉制品感官评定规范》国家标准与国内外研究设计感官评定表，由感官评定员根据此表评定牛肉样品的鲜味、咸味、酸甜味、入口味味觉品质，并进行打分，根据分值给出感官评定等级。感官评定数据库包括：牛肉编号、时间、日期、鲜味分值、咸味分值、酸甜味分值、入口味分值、总分、感官评定等级数据；

所述特征电位值数据库：用于接收数据采集卡采集到的特征电位值，建立特征电位值数据库；

所述分级模型数据库：用于保存牛肉味觉品质等级与特征电位值的对应关系；将牛肉味觉品质等级进行编码，将牛肉测得的特征电位值矩阵与该组牛肉经感官评定后的牛肉味觉品质等级编码值一一对应，通过MATLAB中模式识别nprtool工具箱训练构建神经网络模型。

5.牛肉味觉品质自动分级检测方法，其特征在于，具体步骤如下：

(1)、建立数据库

对牛肉训练集样品，根据感官评定表，由感官评定员对牛肉训练集样品进行感官评定建立感官评定数据库，并利用传感器阵列检测它们的味觉品质，经数据采集卡传入计算机，建立特征电位值数据库；计算机将感官评定与特征电位值信息联系起来，构建牛肉味觉品质等级与特征电位值的对应关系模型，建立牛肉味觉品质的分级模型数据库；

(2)、进行牛肉样品味觉品质检测

①制备牛肉汁检测样品；

②构建传感器阵列，对传感器阵列进行活化和在去离子水中稳定；

③控制单元控制支架运动，进行牛肉味觉品质特征电位值的检测；

④数据采集卡采集牛肉味觉品质特征电位值，传入计算机，进行数据处理；

⑤根据数据库单元中牛肉味觉品质等级与特征电位值的对应关系，显示该检测牛肉样品的味觉品质等级。