CN110596193A - 基于电学特性的注水猪肉的鉴别方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于电学特性的注水猪肉鉴别方法，包括下列步骤：将一定质量新鲜里脊肉通过绞肉机进行多次搅拌后形成精细且成分均匀的肉糜；选取肉糜多份，制备含水率不同的多个里脊肉糜试样各若干份，搅拌均匀后放于烧杯中；将计算机、矢量网络分析仪、同轴探头正确连接，调整同轴传输线缆的位置，对矢量网络分析仪进行必要的校准工作。将未注水的肉糜以及各种含水率的肉糜作为待测物，绘制频率的对数和介质损耗因子对数的相关图线；将测试数据按照如下公式进行一次多项式拟合，得到各个待测物的特征方程，通过各特征方程确定出注水猪肉鉴定阈值；对未知品质的待测物进行判别。

Description

基于电学特性的注水猪肉的鉴别方法
技术领域
本发明属于物体电学特性检测领域，涉及一种鉴别猪肉中是否存在注水现象的方法。
背景技术
猪肉是当今社会中大部分人经常食用且非常熟悉的一种食物。猪肉富含猪富含数十种维生素、微量元素和氨基酸等营养成分，是一种典型的综合性大众食物，营养均衡浓度高且性温平和，适合经常性食用。因此人们日常生活主要以谷物蔬菜为植物性主食，以猪肉鸡蛋鱼肉为动物性主食，期望获得长久的适应性健康。但在巨大的猪肉消费量下，一些黑心商贩为了获取更多利益，用恶劣的手段向生猪或生猪产品注水，通过销售注水猪肉来牟利，这种做法不仅降低了肉的品质，而且容易造成猪肉内部大量病原微生物的感染，严重威胁着人们的身体健康。
参照国家《畜禽肉水分限量标准》中对猪肉含水量的规定，若猪肉含水量超过77％则可被认定为注水肉。但在日常居民的正常生活中，没有相关仪器设备可进行猪肉是否注水进行专业的检测，人们仅能通过观察猪肉的颜色或是用手按压猪肉感受猪肉的质感等不准确的方式进行猪肉是否注水的鉴别，这种通过人工和经验的鉴别方式是十分不准确的。若想通过专业的方式进行鉴别则需要将肉类制品交付相关专业质检部门，通过大型专用仪器进行测量后得出结果，这种方式虽然准确但过程十分繁琐耗时较长浪费大量猪肉产品用于测量且无法满足居民日常生活中的需要定期了解所食用猪肉情况的实际需求，因此在日常生活中需要一种快速、简洁、准确的注水猪肉的鉴别方法。
基于开端同轴探头法的电学特性测量技术具有能实现待测样品的非破坏性测量，能满足电学特性的宽频测量，以及对被测样品尺寸要求较低等优点使得各类猪肉的电学特性的快速、实时、准确的定量测量成为现实。因此本发明基于同轴探头和网络分析仪实现对被测猪肉产品的无损快速检测，根据不同注水率猪肉在不同频率下的电学特性，得到相应的特征方程，利用特征方程的参数的分布规律确定一种注水猪肉的鉴别方法。
发明内容
本发明提供了一种可以鉴别猪肉是否为注水猪肉的方法。此方法是一种基于同轴探头和网络分析仪的测试方法，通过测试正常猪肉和多组加入不同比率饮用水的模拟注水猪肉的猪肉已知试样的介电常数等电学特性，得到各待测物体的电学特性，绘制出各类电学特性参数随同轴探头发射频率的变化的f–ε″r关系曲线。将关系曲线进行求对数坐标操作后得到待测物体的log f–log ε″r关系曲线图，选取部分频点下关系曲线进行一次多项式拟合得出表征每种待测物的log f–log ε″r特征方程，通过比较特征方程中的截距参数得到参数的分布规律，进而利用此分布规律实现注水猪肉的鉴别。技术方案如下：
一种基于电学特性的注水猪肉鉴别方法，包括下列步骤：
(1)将一定质量新鲜里脊肉通过绞肉机进行多次搅拌后形成精细且成分均匀的肉糜；
(2)选取肉糜多份，向肉糜中加入一定质量的饮用水，制备含水率分别为5％、10％、15％和20％的里脊肉糜试样各若干份，搅拌均匀后放于烧杯中；
(3)将计算机、矢量网络分析仪、同轴探头正确连接，调整同轴传输线缆的位置，对矢量网络分析仪进行必要的校准工作。
(4)将未注水的肉糜以及步骤(2)制得的各种含水率的肉糜作为待测物按照下列步骤处理：
1)确定测试频率范围后对待测物进行多次测试并将结果求取平均值作为最终的测量结果，测试结果中有多项测试数据及测试指标，选取介质损耗因子ε″r并绘制出log f–log ε″r即频率的对数和介质损耗因子对数的相关图线；
2)将测试数据按照如下公式进行一次多项式拟合，得到各个待测物的特征方程，通过各特征方程确定出注水猪肉鉴定阈值btrue：
log ε″r＝a*log f+b；
(5)对于未知品质的待测物，重复上述(4)的测量步骤，求出该待测物的特征方程log ε″rX＝aX*log f+bX，若bX<btrue则判断该待测物为正常鲜猪肉，若bX>btrue则该待测物为注水的猪肉制品。
附图说明
图1 f与ε″r关系图线(部分频点)
图2 log f与log ε″r关系图线(低频部分)
图3测试系统连接图
图4测量示意图及等效电路模型
图5四种未知试样f–ε″r曲线图
图6四种未知试样log f–log ε″r曲线图(全频率)
图7四种未知试样log f–log ε″r曲线图(低频部分)
具体实施方式
本发明提供了一种可以鉴别猪肉是否为注水猪肉的方法。此方法是一种基于同轴探头和网络分析仪的测试方法，通过测试正常猪肉和多组加入不同比率饮用水的模拟注水猪肉的猪肉已知试样的介电常数等电学特性，得到各待测物体的电学特性，绘制出各类电学特性参数随同轴探头发射频率的变化的f–ε″r关系曲线。将关系曲线进行求对数坐标操作后得到待测物体的log f–log ε″r关系曲线图，选取部分频点下关系曲线进行一次多项式拟合得出表征每种待测物的log f–log ε″r特征方程，通过比较特征方程中的截距参数得到参数的分布规律，进而利用此分布规律实现注水猪肉的鉴别。实验方法如下：
(1)购买一定质量的新鲜里脊肉，将里脊肉通过绞肉机进行多次搅拌后形成精细且成分均匀的肉糜；
(2)选取15g肉糜多份，向肉糜中加入一定质量的饮用水，制备含水率分别为 5％、10％、15％和20％的里脊肉糜试样各两份，并将其搅拌均匀后放于25ml 烧杯中；
(3)搭建试验系统，将计算机、矢量网络分析仪、开路同轴探头正确连接后，调整同轴传输线缆位置，通过计算机中的相关软件和相关校准操作对矢量网络分析仪进行必要的校准工作；
(4)确定测试频率范围后对每一分待测物进行2-4次测试并将结果求取平均值作为最终的测量结果，在众多电学特性参数中选取介质损耗因子进行分析ε″r并绘制出f-ε″r(频率——介质损耗因子)的相关图线及log f–log ε″r (频率的对数——介质损耗因子对数)的相关图线；
(5)在log f–log ε″r关系曲线中选取合适的频点范围，在该频点范围内进行一次多项式拟合，拟合公式如下所示。
log ε″r＝a*log f+b
(6)上述中的两个参数a、b均通过测试数据经拟合得出，将(2)中所述的所有待测物包括未加水的正常猪肉肉糜共八组经测量步骤(4)(5)得到每组待测物的特征方程，特性方程的表示如表1所示。几种已知待测物的实际测量结果如图1、图2与表2所示。通过测试结果可见正常猪肉产品与注水猪肉的截距参数b具有明显的数据差异，进而确定出注水猪肉鉴定参数 btrue＝1.21并得到注水率与截距参数b的关系如表3所示。
表1各已知待测物的介质损耗因子与频率关系
表2各已知待测物实际介质损耗因子与频率关系
表3注水率与截距参数b范围的关系
(7)选取几种未知待测试样，重复上述(2)(3)(4)测量步骤，求出几种待测液体的函数方程log ε″rX＝aX*log f+bX，根据表3进行判断，若bX< 1.1210则该待测物为正常鲜猪肉，若bX>1.1210则该待测物为注水的猪肉制品，注水率大小根据截距参数bX进行判断。
通过对多组不同种的已知待测物利用矢量网络分析仪及同轴探头进行电学特性参数的测量，对它们的f–ε″r(频率–电学特性参数)关系曲线及log f–log ε″r(频率对数–电学特性参数对数)关系曲线进行进一步分析，得到的特征方程中的参数存在着一定的规律并得出了相应的判定依据和判定范围，利用上述规律和截距参数的分布范围实现对注水猪肉的快速、准确、有效的鉴别。
下面具体的以几种未知待测样品的鉴别进行说明本发明的技术方案：
(1)从新鲜肉糜中选取八份15g肉糜，放置于25ml烧杯中，将八份肉糜由另一人制成未知注水率的1、2、3、4四组待测样品每组两份，搅拌均匀并按照相关要求进行妥善保存。进行测试前控制各组待测样品放置于约24℃的室温环境下，并用精度高测量反应敏捷的电子温度计进行实时温度测量，以消除温度产生误差；
(2)在测量未知待测样品前需要将测试系统正确连接并进行校准系统连接图如图3所示，本专利采用了常用校准的方法，即采用开路(空气)、短路、去离子水来校准测量系统中参数，校准完成后使用浓度为95％的医用酒精验证校准操作是否成功。同时通过计算机上的软件预先设定测量频率范围为 200～1000MHz，线性采样点981个；
(3)对未知待测样品进行测试时，为使样品能与探头表面有更好的接触，将 25ml烧杯中的样品整理成锥形，放于长80mm宽60mm的可升降平台上，进行测试时提升平台高度，通过网络分析仪测试未知待测样品的电学特性参数，测量示意图如图4所示，测量完成后使用计算机通过相关软件得到一次测量数据；
(4)测试完成后，将待测样品用玻璃棒重新搅匀，重新整理成锥形进行重复测量，保证每份未知待测样品重复2次测试，每种待测样品进行4次测量，4 次测量结果的平均值作为未知待测样品的最终测试结果，每次测量后将探头擦拭干净避免引入其他相关误差；
(5)根据步骤(4)的最终测试数据和测试结果绘制出四种待测样品的f–ε″r关系曲线及log f–log ε″r关系曲线如图5、图6、图7所示，选取恰当的频点对log f–log ε″r的部分曲线进行一次多项式拟合，求出每组待测样品的特征方程及特征方程中的截距参数bX如表4所示。比较bX与btrue的大小判断四种未知待测样品是否为注水猪肉样品并根据bX数值估计注水率，将鉴别结果与四种未知样品的实际情况进行比较，证明此鉴别方法的准确性和有效性。
表4未知待测样品测试结果

Claims (2)

1.一种基于电学特性的注水猪肉鉴别方法，包括下列步骤：
(1)将一定质量新鲜里脊肉通过绞肉机进行多次搅拌后形成精细且成分均匀的肉糜；
(2)选取肉糜多份，向肉糜中加入一定质量的饮用水，制备含水率分别为5％、10％、15％和20％的里脊肉糜试样各若干份，搅拌均匀后放于烧杯中；
(3)将计算机、矢量网络分析仪、同轴探头正确连接，调整同轴传输线缆的位置，对矢量网络分析仪进行必要的校准工作。
(4)将未注水的肉糜以及步骤(2)制得的各种含水率的肉糜作为待测物按照下列步骤处理：
1)确定测试频率范围后对待测物进行多次测试并将结果求取平均值作为最终的测量结果，测试结果中有多项测试数据及测试指标，选取介质损耗因子ε″r并绘制出logf–logε″r即频率的对数和介质损耗因子对数的相关图线；
2)将测试数据按照如下公式进行一次多项式拟合，得到各个待测物的特征方程，通过各特征方程确定出注水猪肉鉴定阈值btrue：
logε″r＝a*logf+b；
(5)对于未知品质的待测物，重复上述(4)的测量步骤，求出该待测物的特征方程logε″rX＝aX*logf+bX，若bX<btrue则判断该待测物为正常鲜猪肉，若bX>btrue则该待测物为注水的猪肉制品。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，注水猪肉鉴定阈值btrue＝1.21。
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