CN107668107A - 肉制品煎烤熟度控制方法及肉制品煎烤设备 - Google Patents

肉制品煎烤熟度控制方法及肉制品煎烤设备 Download PDF

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Abstract

本发明涉及肉制品煎烤熟度控制方法及肉制品煎烤设备，肉制品煎烤熟度控制方法，使用处于特征光谱波段内的波长对待煎烤肉制品进行扫描并依据获得的光谱反射值判断肉制品的熟度，根据判断出的熟度确定是否需要继续煎烤；所述特征光谱波段是指不同熟度肉制品在同一波长下的光谱反射值各不相同并且光谱反射值最大差异≥0.1，同时光谱反射值与肉制品熟度成正相关的波长段。相比于现有技术，检测结果更加准确，煎烤得到的肉制品的熟度更加统一。

Description

肉制品煎烤熟度控制方法及肉制品煎烤设备
技术领域
本发明涉及肉制品煎烤熟度控制方法及肉制品煎烤设备。
背景技术
随着我国现代化、城镇化的快速推进，居民生活节奏的不断加快。传统家庭生活中做饭2小时、就餐10分钟的方式越来越不能适应的需要。在此背景下，经预制的食品又称调理食品应运而生。尤其是移动支付技术的兴起，手机点餐成为了现代都市生活重要的一部分。畜肉制品富含脂类、蛋白质、维生素A、B族维生素及锌、铁等矿物质，能够为人体提供必需的氨基酸和营养物质。牛排、羊排及各种烤肉品，营养丰富口感鲜美，是一类很受广泛欢迎的食品。
影响肉食品质的因素非常多，禽畜肉的质量受种类、品种、性别、年龄、部位、饲养状况等影响，内部品质差异性大。不同的肉原料，即使是相同的工艺，获得的产品也不相同。每个人对烤肉的口感、喜好不同。以牛排为例，牛排熟度可分为一分熟、三分熟、五分熟、七分熟和全熟牛排。一部分人爱吃较生的牛排，认为其口感鲜美；而另外一部分人则厌烦肉中带血，偏爱熟度高的。就健康而言，并非煎的越久的牛排就越健康，根据现有的认识，高温和长时间加热会产生较多的杂环胺和苯并芘，这些物质会使人体的致癌风险性提高。只有高品质的原材料，以及合理的配方和灵活的工艺，才能生产出最好的烤肉制品。
现有的煎烤设备在使用时，无法对肉制品的熟度进行检测，肉制品的煎烤时长依赖师傅的个人经验操作，不同烹饪师傅对于牛排熟度的定义有偏差，烹饪中主要依据牛肉的外观判断肉品熟度。下面通过试验验证根据肉制品的外观判断其熟度的方法是否准确，试验过程如下：
1、不同熟度牛排的煎制
实验样本均来自洛阳大商新玛特超市，所选品种为西门塔尔肉用牛，所取部位为牛背最长肌，将样品先在4℃条件下解冻，然后取出在洁净工作台上使用无菌刀剔除可见的脂肪和结缔组织，所有样本均分割成4*4*1cm规格大小，共120块牛肉样本。取切好的牛肉，分别称重，然后进行腌制剂的配置，称取一定量的食盐和胡椒粉，配方为：食盐1.5％，胡椒粉0.15％(按原料肉的重比)，然后将腌制剂和原料肉进行滚揉几分钟，腌制30分钟。然后平底煎锅中加少许油达到设定的温度120℃分别煎制不同时间(30s-180s)制成不同熟度的牛排。从食品学院中挑选经过培训的20名师生，从牛排的颜色、香气和口感等对120块牛排进行打分分类，分为一分(Rare)、三分(Medium Rare)、五分(Medium)、七分(Medium well)和全熟(Well Done)牛排。
2、牛排理化特性的分析
对120块牛排样品按照国标法进行理化性质的测量，得出样品是失水率、含水率、色差如表1。
表1不同熟度牛排的理化指标
失水率 含水率 L* a* b* c h0
一分熟 11.89％ 63.3％ 68.94 7.20 29.10 30.02 76.05
三分熟 12.26％ 62.97％ 63.32 8.99 32.14 33.41 74.26
五分熟 14.16％ 62.65％ 64.13 8.94 33.12 34.33 74.50
七分熟 18.49％ 58.73％ 66.15 7.11 34.17 34.92 78.34
全熟 31.57％ 52.61％ 68.42 5.95 33.06 33.61 79.92
从表1中可以得出，随着加热时间的增加，熟度的提升，牛排的失水率逐渐增加，产品中含水率逐渐降低，可见随着渐热时间增长，牛排中的水分会逐渐流失。
L*代表亮度，L*值整体呈增大趋势，说明样品的亮度在增加，a*代表红绿色，值先增大后减小，无稳定的变化趋势。b*代表黄蓝色，值逐渐增加，说明随着加热时间的增加，样品的黄度增加。c表示彩度，值逐渐增大，说明样品的色彩饱和度在逐渐增加。h0表示色调角，无明显变化规律。
以上数据表明，由于加热时间不同牛排蛋白质变性程度不同，水分含量不同，不同熟度的在内在品质上有巨大的差异。然而，由于牛排中生产过程中添加食盐、胡椒等调料，使牛排外观颜色区别并不大。
结论：根据牛排的外观颜色对牛排进行熟度判别，并不是非常准确的方法。
综上所述，由于煎烤前牛肉要添加食盐、胡椒等调料，牛肉熟度与表面色泽并不是准确对应关系，根据肉制品外观判断肉品熟度的方法并不准确；现有肉制品煎烤设备无法对肉制品的熟度进行准确的检测，加工得到的肉制品的熟度难以统一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种肉制品煎烤熟度控制方法，以解决现有的肉制品的熟度控制方法不准确的问题；本发明的目的还在于提供一种使用该方法的肉制品煎烤设备。
为实现上述目的，本发明的肉制品煎烤熟度控制方法的方案1是：使用处于特征光谱波段内的波长对待煎烤肉制品进行扫描并依据获得的光谱反射值判断肉制品的熟度，根据判断出的熟度确定是否需要继续煎烤；所述特征光谱波段是指不同熟度肉制品在同一波长下的光谱反射值各不相同并且光谱反射值最大差异≥0.1，同时光谱反射值与肉制品熟度成正相关的波长段。
方案2是：根据方案1所述的控制方法，所述肉制品为牛肉，所述特征光谱波段的波长范围为809～956nm。
方案3是：根据方案1或2所述的控制方法，所述肉制品的不同熟度通过控制肉制品在肉制品运输装置上通过加热装置的时间来控制或者通过控制肉制品在肉制品运输装置的带动下通过加热装置的次数来控制。
本发明的肉制品煎烤设备的方案1是：肉制品煎烤设备包括用于对肉制品进行加热的加热装置和用于对肉制品的熟度进行检测的熟度检测装置；熟度检测装置包括用于通过特征光谱波段内的波长对待检测肉制品进行扫描以获得肉制品的光谱反射值的光谱成像仪；光谱成像仪扫描连接有可根据测得的光谱反射值判断肉制品熟度的控制装置。
方案2是：根据方案1所述的肉制品煎烤设备，所述肉制品为牛肉，所述特征光谱波段的波长范围为809～956nm。
方案3是：根据方案1或2所述的肉制品煎烤设备，所述肉制品煎烤设备还包括供肉制品放置的输送装置，所述熟度检测装置和加热装置沿输送装置的运行方向前后间隔设置，所述输送装置与控制装置控制连接。
方案4是：根据方案3所述的肉制品煎烤设备，所述输送装置为辊式输送带，辊式输送带的首尾连接并围成封闭环形。
方案5是：根据方案4所述的肉制品煎烤设备，所述加热装置间隔设置在辊式输送带的上方，加热装置包括与辊式输送带的输送辊并列设置的加热辊，加热辊的位置上下可调。
方案6是：根据方案5所述的肉制品煎烤设备，所述加热装置还包括设置在辊式输送机的与所述加热辊上下对应的输送辊中的输送辊加热装置。
方案7是：根据方案3所述的肉制品煎烤设备，所述肉制品煎烤设备还包括用于所述输送带上的熟度达到要求的肉制品进行分拣的分拣装置，分拣装置与所述控制装置控制连接。
方案8是：根据方案3所述的肉制品煎烤设备，所述分拣装置包括设置在垂直于所述输送带行走方向一侧的顶推件，顶推件连接有用于驱动顶推件沿垂直于输送带行走方向做伸缩运动的顶推件驱动装置，顶推件驱动装置与所述控制装置控制连接。
方案9是：根据方案8所述的肉制品煎烤设备，所述肉制品煎烤设备还包括用于承接由分拣装置从输送带上分拣下的熟度合格的肉制品的分选通道。
方案10是：根据方案3所述的肉制品煎烤设备，所述肉制品煎烤设备还包括靠近所述加热装置设置的抽油烟机。
本发明的肉制品煎烤熟度控制方法有益效果是：使用处于特征光谱波段内的波长对肉制品进行扫描，并根据获得的光谱反射值对肉制品的熟度进行判断，根据判断出的熟度确定是否需要继续煎烤；相比于现有技术，检测结果更加准确，煎烤得到的肉制品的熟度更加准确、统一。
本发明的肉制品煎烤设备的有益效果是：使用时，以加热装置对肉制品进行加热，光谱成像仪对肉制品进行扫描，并得到该肉制品的光谱反射值，控制装置根据测得的光谱反射值判断肉制品的熟度；相比于现有技术，对肉制品熟度的检测更加合理，加工得到的肉制品的熟度能够较好的统一。
进一步的，所述肉制品煎烤设备还包括供肉制品放置的输送带；将肉制品放置在输送带上，输送带带动肉制品运动，肉制品经过加热装置时，加热装置对肉制品进行加热；肉制品经过熟度检测装置时，熟度检测装置对肉制品的熟度进行检测；使用过程中，可从输送带上取下熟度合格的肉制品，也可以向输送带上放置新鲜的肉制品，煎烤设备连续运行，生产效率较高。
进一步的，所述加热装置包括设置在辊式输送带上方的加热辊，加热辊与输送带之间的间隔可调；使用过程中，根据待加热的肉制品的厚度调节加热辊与输送带之间的间隔；实现对不同厚度肉制品的加热。
进一步的，所述肉制品煎烤设备包括用于将肉制品被加热过程中产生的油烟抽走的抽油烟机，抽油烟机靠近加热装置设置；避免油烟污染肉制品。
进一步的，所述肉制品煎烤设备还包括用于所述输送带上的熟度达到要求的肉制品进行分拣的分拣装置，分拣装置与所述控制装置控制连接。实现肉制品的自动化分拣。
附图说明
图1为不同熟度牛肉的波长-光谱反射值曲线图；
图2为本发明的肉制品煎烤设备的实施例1的主视图；
图3为图2的俯视图；
图4为图3中的A处的放大图；
图5为图2中的分拣装置在收起状态时的结构示意图；
图6为图2中的分拣装置在伸出状态时的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的肉制品煎烤设备的实施例1，如图1至图6所示，肉制品煎烤设备通过对牛排光谱特性的分析判断牛排的熟度；通过下面的试验可验证这种判断方法是合理且准确的，试验过程如下：
牛排光谱特性的分析及模型判别，对不同熟度的牛排用高光谱成像仪(德国Inno-SpecGmbH)进行扫描，经过黑白板校正处理后，提取样品光谱特征，平均光谱如图1所示。从图中可以看出，不同熟度的牛肉，在大部分波段上(370-800nm)光谱是一致的,这是因为不同熟牛肉中蛋白、脂肪主要成分基本相同。牛肉光谱的差异主要存在于540～600和800～1023nm区间，特别是809～956nm区间；随着加热时间的增加，牛肉的光谱曲线会逐渐增高。加热中牛肉蛋白发生热变性，蛋白变性信息充分反映在了809～956nm光谱的光谱曲线上，变性程度与光谱强度呈正比。因此不同熟度的牛肉特征波段为809～956nm。
高光谱成像技术基于上述原理实现肉品品质分级。120块样品中，随机选80块样品(校正集)，对光谱信息和理化性质进行建模，然后利用该模型来预测剩余40块样品熟度(预测集)，计算该模型的预测准确率。随机森林分类器(Random Forest)利用多棵树训练样本并对样本进行预测。它包含多个决策树，随机森林分类器中，个别决策树输出类别的众数决定了输出的所测样本的类别。建立牛排熟度的预测模型并进行验证。光谱模型对牛排熟度的判别效果，见表2；结果显示：光谱模型对牛肉熟度分类校正集准确率达到98.75％，预测集准确率97.5％。充分说明了依靠光谱特性分辨肉品熟度的可靠性。
表2光谱模型对牛排熟度的判别效果
校正集 预测集
测试总数 80 40
正确数 79 39
准确率 98.75％ 97.5％
肉制品煎烤设备的结构，如图2至图5所示，包括机架9和安装在机架9上的辊式输送带2、加热装置3、光谱成像系统5、控制装置6；控制装置6为计算机控制装置；辊式输送带2成封闭环形设置，辊式输送带2包括输送辊21；电动机1用于驱动输送辊21转动，输送辊21转动时通过摩擦力带动放置在输送辊21上的肉制品10沿辊式输送带2的延伸方向移动。
加热装置3用于对经过的肉制品10进行加热，加热装置3通过连杆和弹簧安装在机架9上并处于辊式输送带2的上侧，加热装置3与辊式输送带2之间留有供待加热的肉制品10通过的间隔；加热装置3的高度可调，加热装置3与辊式输送带2之间的间隔的大小与待加热的肉制品10的厚度相适应。另外，辊式输送带2上的与加热装置3上下对应的若干个输送辊21中设有用于对对应输送辊21进行加热的加热装置；当肉制品10经过加热装置3与辊式输送带2之间的区域时，肉制品10的上、下表面可同时被加热。
加热装置3的沿辊式输送带2运行方向的前、后侧分别设有用于将肉制品被加热过程中产生的油烟抽走的抽油烟机4；当加工过程中的油烟达到一定值时，两抽油烟机4打开，进行除油烟工作；抽油烟机4的风速大小可根据油烟量的大小来调节。
光谱成像系统5设置在加热装置3的沿辊式输送带2行走方向的前侧，光谱成像系统5包括扫描平台和安装在扫描平台上的光谱成像仪、光源和摄像头；光谱成像仪包括镜头、窄缝、光谱仪和CCD数字照相机。光谱成像系统5在一定的波段范围内对经过的肉制品10进行光谱图像扫描。优选的，光谱成像系统5在809～956nm的特征波段对肉制品10进行扫描；扫描完成后，光谱成像系统5将扫描得到的光谱图像传递给计算机6。
计算机6设置在机架9的顶部，计算机6在收到光谱成像系统5传递的光谱图像后对光谱图像进行分析；计算机6基于809～956nm的特征波段利用随机森林分类器分析肉制品10的熟度和含水量等关键品质信息；计算机6与分拣装置7控制连接。
分拣装置7设置在光谱成像系统5的沿辊式输送带2运行方向的前侧，分拣装置7用于将经过的肉制品10从辊式输送带2上分拣下来；本实施例中的分拣装置7包括推块71和用于驱动推块沿垂直于辊式输送带2运行方向移动的推块驱动装置72；当熟度达到要求的肉品经过分拣装置7时，推块驱动装置72驱动推块71动作，推块71将辊式输送带2上的熟度到达要求的肉制品10推下，被推下的肉制品10会落在设置在分拣装置7另一侧的分选通道8中。在其他实施例中，也可以将分拣装置7设置成其他结构形式，例如，机械手。
本实施例中，肉制品煎烤设备为全封闭式设备，机架9上安装有用于将机架9内部空间与外部环境隔开的壳体，壳体上设有可供新的生肉制品10放入的放入口和供分选通道8中的加工好的肉制品10排出的排出口。
肉制品煎烤设备工作时，待加热的肉制品在辊式输送带2的带动下移动，肉制品10经过加热装置3时，加热装置3和处于加热装置3正下方的输送辊21分别对肉制品10的上、下面进行加热；光谱成像系统5对加热过的肉制品10的进行扫描，计算机6对扫描过的肉制品的熟度进行分析。
如图4所示，肉制品10沿箭头11的方向移动，当有熟度达到要求的肉制品10移动到分拣装置7所在区域时，计算机系统6控制分拣装置7动作，分拣装置7上的推块沿箭头12的方向动作，将熟度达到要求的肉制品10从辊式输送带2上推落到分选通道8中。分选通道8中的肉制品10沿分选通道8排出肉制品煎烤设备。熟度没有达到要求的肉制品10则继续在辊式输送带2上运动，进行二次、三次加工，直到达到相应要求为止；辊式输送带2上的空缺位置由新的生肉块添补，肉制品煎烤设备连续加工。
相比于现有技术，对肉制品熟度的检测更加合理，加工得到的肉制品的熟度能够较好的统一；煎烤设备成流水线式工作，自动化程度较高，工作效率较高；肉制品在封闭环境中加工，加工得到的肉制品更加卫生。
肉制品煎烤设备的实施例2，本实施例与上述实施例1的不同之处在于，肉制品煎烤设备仅包括加热装置、光谱成像系统和控制装置；使用时，加热装置对肉制品进行加热，加热到一定程度后，用光谱成像系统对被加热的肉制品进行扫描，控制装置通过对扫描图像的分析判断肉制品的熟度；肉制品在加热装置和光谱成像系统之间的转移可通过手动夹持的方式操作。
在其他实施例中，肉制品煎烤设备也可以用来除牛肉之外的其他种类的肉制品进行煎烤并进行熟度判断，如羊肉、猪肉等；在对其他肉制品的熟度进行判断之前，需要通过试验确定该类肉制品的特征光谱波段，特征光谱段的获取方法与上述实施例1中的牛肉的特征光谱段的获取方法一致；本领域技术人员通过试验能够较容易的获得其他种类肉制品的特征光谱段；因此，此处不再重复说明。
本发明的肉制品煎烤熟度控制方法的实施例，通过试验可以确定，可用于对牛肉的熟度进行判断的特征光谱波段为809～956nm；在809～956nm波段范围内，不同熟度牛肉的光谱反射值能够明显的区分开，光谱值最大差异≥0.1；熟度高的肉品光谱反射值高，即光谱反射值与肉制品的熟度正相关。在需要对牛肉的熟度进行判断时，使用809～956nm中的多个波段对牛肉进行扫描，获得待检测牛肉的光谱反射值，并依据光谱反射值对牛肉的熟度进行判断，根据判断得出的熟度值，确定是否需要继续对牛肉进行煎烤。高光谱成像仪对肉质品的扫描可以是单次扫描，也可以是多次扫描；多次扫描时通过多次熟度判断结果，对肉制品的熟度进行综合判断，准确性更高。
在肉制品煎烤熟度控制方法的其他实施例中，也可以通过该方法对其他种类肉制品的熟度进行判断，例如，羊肉、猪肉、鱼肉等；通过判断出的熟度值确定是否需要对肉制品继续进行煎烤。另外，在特征光谱波段中的同一波长下的不同熟度肉质品的光谱反射值之差也可以在0.1的附近范围内进行浮动。

Claims (10)

1.肉制品煎烤熟度控制方法，其特征在于：使用处于特征光谱波段内的波长对待煎烤肉制品进行扫描并依据获得的光谱反射值判断肉制品的熟度，根据判断出的熟度确定是否需要继续煎烤；所述特征光谱波段是指不同熟度肉制品在同一波长下的光谱反射值各不相同并且光谱反射值最大差异≥0.1，同时光谱反射值与肉制品熟度成正相关的波长段。
2.根据权利要求1所述的肉制品煎烤熟度控制方法，其特征在于：所述肉制品为牛肉，所述特征光谱波段的波长范围为809～956nm。
3.根据权利要求1或2所述的肉制品煎烤熟度控制方法，其特征在于：所述肉制品的不同熟度通过控制肉制品在运输装置上通过加热装置的时间来控制或者通过控制肉制品在运输装置的带动下通过加热装置的次数来控制。
4.肉制品煎烤设备，其特征在于：包括用于对肉制品进行加热的加热装置和用于对肉制品的熟度进行检测的熟度检测装置；熟度检测装置包括用于通过特征光谱波段内的波长对待检测肉制品进行扫描以获得肉制品的光谱反射值的光谱成像仪；光谱成像仪扫描连接有可根据测得的光谱反射值判断肉制品熟度的控制装置。
5.根据权利要求4所述的肉制品煎烤设备，其特征在于：所述肉制品为牛肉，所述特征光谱波段的波长范围为809～956nm。
6.根据权利要求4或5所述的肉制品煎烤设备，其特征在于：所述肉制品煎烤设备还包括供肉制品放置的输送装置，所述熟度检测装置和加热装置沿输送装置的运行方向前后间隔设置，所述输送装置与控制装置控制连接。
7.根据权利要求6所述的肉制品煎烤设备，其特征在于：所述输送装置为辊式输送带，辊式输送带的首尾连接并围成封闭环形。
8.根据权利要求7所述的肉制品煎烤设备，其特征在于：所述加热装置间隔设置在辊式输送带的上方，加热装置包括与辊式输送带的输送辊并列设置的加热辊，加热辊的位置上下可调。
9.根据权利要求8所述的肉制品煎烤设备，其特征在于：所述加热装置还包括设置在辊式输送机的与所述加热辊上下对应的输送辊中的输送辊加热装置。
10.根据权利要求6所述的肉制品煎烤设备，其特征在于：所述肉制品煎烤设备还包括用于所述输送带上的熟度达到要求的肉制品进行分拣的分拣装置，分拣装置与所述控制装置控制连接。
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