CN211553842U - 确定肉的新鲜程度的设备 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种能够方便、快速响应且准确地确定肉的新鲜程度的设备和方法。该设备包括：AC发生器(2)，用于生成AC信号；两个电极(4、5)，用于放入肉块中以在肉块中提供AC信号；测量电路(6)，用于测量电极之间的电压和通过电极的电流；阻抗计算电路(11)，用于从测量到的电压和电流计算肉块的电阻抗；TVBN估算电路(13)，用于基于预定传递函数从计算出的阻抗估算肉块的挥发性盐基总氮(TVBN)值；以及新鲜程度确定电路(16)，用于从所估算的TVBN值确定肉块的新鲜程度。
Description
技术领域
本公开涉及一种用于确定肉的新鲜程度的设备和方法。
背景技术
肉的新鲜程度感测是全球普遍未得到满足的消费者需求。一方面，很多人因食用变质肉而生病。另一方面，许多仍然可食用的肉只是因为过期了或者消费者不确定是否还可食用就被浪费。如果能够以简单的方式评估食物的新鲜程度，将为人们的健康和减少食物浪费带来巨大好处。
一般难以仅根据感官指标(例如颜色、味道和质地)来判断肉的新鲜程度状态，因为这些性质的明显变化仅在肉已经变质时才会发生。虽然挥发性盐基总氮(TVBN)是肉的新鲜程度的直接指标，但只能由专业操作人员在实验室中测量，并且测量需要相对较长时间，这使得这种直接测量不适合现场测试或消费者使用。在确定其他肉的新鲜程度指标(例如总活菌浓度(TVC)和生物胺)时也存在相同的问题。总的来说，没有合适的测试方法可以由普通人使用以客观地快速确定肉的新鲜程度。
实用新型内容
本公开的一个目的在于提供一种能够使普通人方便、快速响应且准确地确定肉的新鲜程度的设备和方法。
在本公开的第一方面，提出了一种用于确定肉的新鲜程度的设备，包括：
——AC发生器，用于生成AC信号，
——两个电极，用于放入肉块中以在肉块中提供AC信号，
——测量电路，用于测量电极之间的电压和通过电极的电流，
——阻抗计算电路，用于从测量到的电压和电流计算肉块的电阻抗，
——TVBN估算电路，用于基于预定传递函数从所计算的阻抗来估算肉块的挥发性盐基总氮(TVBN)值，以及
——新鲜程度确定电路，用于从所估算的TVBN值来确定肉块的新鲜程度。
在本公开的另一方面，提出了一种用于确定肉的新鲜程度的相应方法。
在本公开的又一些方面，提供了一种包括程序代码的计算机程序，当计算机程序在计算机上执行时，使得计算机执行本文所公开方法的步骤，以及提供了一种存储有计算机程序产品的非瞬时计算机可读记录介质，当由处理器执行时，该计算机程序产品使得本文所公开的方法被执行。
本公开的优选实施例在从属权利要求中限定。应当理解的是，所要求保护的方法、计算机程序和介质与所述要求保护的设备具有相似和/或相同的优选实施例，尤其如从属权利要求及本文中所披露的那样。
本公开是基于以下构思：利用阻抗与肉质(包括新鲜程度指标 TVBN)有关的发现，相当准确地预测未知肉样本的新鲜程度。利用所公开的解决方案，使用预定传递函数，预定传递函数可以是非常简单的等式，并且定义阻抗和TVBN之间的关系，该关系同时涵盖了新鲜和变质样本。因此，通过测量电压和电流来确定肉块的阻抗，同时向肉块提供AC信号(一个或多个频率的电流信号或电压信号)。从阻抗可以估算TVBN，进而指示肉块的新鲜程度。已经用未知样本验证了该方法的有效性。
一般地，每个电极一个引脚就足够了。理想电极可以构造为一块足够大的金属板，相当于无限平行引脚。根据一个更具成本效益且更用户友好的实施例，两个电极中的每一个包括电连接的两个或更多个引脚。两个或更多个引脚有助于电流均匀性，从而提高测量准确率。例如，每个电极三个引脚可能是一个很好的折衷方案，该方案便于使用，且具有良好的测量性能。
在一个实施例中，AC发生器配置为生成100Hz～100kHz范围内，优选200Hz～10kHz范围内的AC信号。已经表明这些频率范围在新鲜程度检测方面提供了合理的结果。
在优选实施例中，AC发生器配置为生成两个或更多个不同频率的AC信号，以经由两个电极提供给肉块，其中，当两个或更多个 AC信号被提供给肉块时，测量电路测量两个或更多个电压和电流值，其中，阻抗计算电路配置为从两个或更多个测量电压和电流值计算两个或更多个电阻抗值，其中，TVBN估算电路配置为从两个或更多个计算阻抗值估算两个或更多个TVBN值，并且其中，新鲜程度确定电路配置为从两个或更多个估算TVBN值确定两个或更多个新鲜程度值，并且用于从两个或更多个确定新鲜程度值确定最终新鲜程度值。在不同频率下使用两个或更多个AC信号提高了新鲜程度确定的准确率。
在使用两个或更多个AC信号的一个实施例中，新鲜程度确定电路配置为通过选择经确定的两个或更多个新鲜程度值中的一个，或通过组合(例如求平均值)经确定的两个或更多个新鲜程度值来确定最终新鲜程度值。
在使用两个或更多个AC信号的另一实施例中，TVBN估算电路配置为使用分配给特定频率的单独传递函数，从阻抗值估算TVBN 值，阻抗值从向肉块提供特定频率的AC信号时测量到的电压和电流计算而得。例如，可以存在许多不同频率的传递函数。
然后，根据AC信号发生器使用的频率(或多个频率)，使用相应的传递函数进行评估。
AC发生器还可以配置为同时或(优选)顺序地以不同频率生成两个或更多个AC信号。
在一个实施例中，TVBN估算电路配置为使用一阶函数作为传递函数。这使得TVBN值的确定有效且快速，即可以在没有太多计算的情况下容易地实现，但仍然提供良好的结果。
该设备还可包括肉类型输入器，该输入器配置为接收指示肉的类型的肉类型指示符。例如，用户可以经由用户界面(例如触摸屏、按钮等)提供此类指示符。替代地，可以自动检测肉的类型，例如光学地经由相机检测或通过阻抗范围的检测来检测，不同类型的肉具有不同阻抗。
因此，AC发生器可以配置为基于肉类型指示符所指示的肉的类型设定AC信号的幅度和/或频率，并且/或TVBN估算电路可以配置为基于肉类型指示符所指示的肉的类型，为不同类型的肉从多个传递函数中选择传递函数。这进一步提高了新鲜程度检测的准确率。
附图说明
参考下文描述的实施例，本公开的这些和其它方面将变得显而易见并得以阐明。在以下附图中，
图1示出根据本公开的设备的第一实施例的示意图，
图2示出根据本公开的设备的第二实施例的示意图，
图3示出用于确定传递函数的方法的流程图，
图4示出不同频率的相关系数分析图，以及
图5示出TVBN与5kHz的阻抗之间的相关性图。
具体实施方式
图1示出根据本公开的设备1的第一实施例的示意图。设备1包括AC发生器2，例如电流源或电压源，用于生成AC信号3。提供两个电极4、5(在该实施例中分别具有一个引脚)，用于放置在肉块 100中，以在肉块100中提供AC信号3(电流或电压信号)。设备1 还包括测量电路6，用于测量电极4、5之间的电压V和通过电极4、 5的电流I。测量电路6可以例如包括电压表7和电流表8。阻抗计算电路11从指示测量到的电压V的电压信息9和指示测量到的电流I 的电流信息10来计算肉块100的电阻抗12。提供TVBN估算电路13，用于基于预定传递函数15从所计算的阻抗12来估算肉块100的挥发性盐基总氮(TVBN)值14，预定传递函数15可以存储在存储介质 (未示出)中。最后，新鲜程度确定电路16从所估算的TVBN值14 来确定肉块100的新鲜程度17。
AC发生器2生成AC信号，该AC信号优选(同时或顺序地) 具有在100Hz～100kHz的频率范围内，优选200Hz～10kHz的频率范围内的一个或多个频率。两个电极4、5插入肉100中。因此，AC发生器2，电极4、5和肉100形成了闭合电路。可以同时测量电极4、5 之间的电压V和电路中的电流I及其相位，并且可以相应地计算肉 100的阻抗12。
阻抗计算电路11、TVBN估算电路13和新鲜程度确定电路16可以用硬件和/或软件实现，例如通过单独的处理器或通过共用的处理器或计算机实现。
图2示出根据本公开的设备1'的第二实施例的示意图。在该实施例中，每个电极4、5分别具有三个引脚4a、4b、4c和5a、5b，5c，电极的三个引脚在同一电位电连接。每个电极使用三个(或至少两个) 引脚可以提高测量准确率。提供绝缘板18以使电极4和5彼此绝缘。
利用加载程序编程的处理单元19实现了阻抗计算电路11、TVBN 估算电路13和新鲜程度确定电路16。处理单元19可以将AC发生器 2设置为预定频率。此外，处理单元19存储数字测量结果，并用内置算法解释测量结果以将其表达为肉的新鲜程度水平17。处理单元19 用发送器21通过无线通信(例如蓝牙或WiFi)将最终结果发送至显示器20或外部设备(未示出)，例如移动电话或服务器。电池22提供电能，并且开关23实现设备1'的通断。
可选地，提供肉类型输入器24(例如用户界面)，用于接收指示肉的类型的肉类型指示符。然后，AC发生器2基于肉类型指示符所指示的肉的类型来设置AC信号的幅度和/或频率，和/或TVBN估算电路基于肉类型指示符所指示的肉的类型，为不同类型的肉从多个传递函数中选择传递函数。
图3示出用于确定传递函数，即用于生成算法以将阻抗结果转换为肉的新鲜程度水平的方法的流程图。
在第一步骤S1中，制备新鲜肉样本并在低温(例如4℃)下储存数天(例如多达10天)。在第二步骤S2中，测量每个样本若干天(例如第1、3、5、7、10天)的阻抗和TVBN。
每天的样本构成一个子群。每个子群需要若干样本，例如至少十个样本。在第三步骤S3中，进行主成分分析(PCA)以分析不同频率的相关系数。选择具有高系数的频率用于后续分析。在第四步骤 S4中，对一个子群内的阻抗和TVBN值取平均值。在第五步骤S5中，利用阻抗和TVBN的平均值建立相关性，并获得传递函数。
在第六步骤S6中，可以使用传递函数基于阻抗信息预测TVBN 值。在第七步骤S7中，当肉的TVBN低于阈值，例如低于15mg/100g 时，肉样本被定义为新鲜的。当TVBN高于阈值，例如高于15mg/100g 时，肉样本被定义为变质的。
已经用独立的未知样本验证了传递函数的预测准确率。对于实际应用，可以选择适当频率。该频率可以是单个频率或不同频率的组合。
为了获得实验结果，首先分析PCA以确定更合适的频率。发现 100Hz～100kHz显示出更高的相关性。更具体地，200Hz～10kHz的频率更好。不同频率的相关性分析系数如图4所示。然后，分析频率为 200、1000、5000、100000Hz时TVBN和阻抗之间的相关性。图5示出5000Hz的结果作为实例。
PCA(主成分分析)和PLS(部分线性平方)是在阻抗和新鲜程度之间建立(线性)关系/模型的替代方案。这些算法提取阻抗与新鲜程度最相关的频率，进而构建从选定频率的阻抗到TVBN评估的新鲜程度的线性映射。在该步骤中，频率选择以定量方式完成，因此无需终端用户完成。
在获得不同频率的传递函数之后，可以用覆盖不同新鲜程度的独立未知样本来验证这些函数。下表是示例性结果的摘要。从表中可以看出，1kHz和5kHz获得了良好的结果。总准确率达到89％以上。变质样本的预测准确率也达到了97％以上。总准确率用R2表示，R2是统计学中经常使用的确定系数，用于评估估算数据与拟合回归线或曲线的接近程度。根据经验，R2越接近1，拟合结果越好。
传递函数可以是简单函数，例如形式为y＝ax+b的一阶方程，其中，参数a和b的值通过上述(参见图3)用于确定传递函数的方法找到。对于不同类型的肉和/或(AC信号的)不同频率，可以找到参数a和b的不同值，然后将其用于设备以确定肉的新鲜程度。
本公开能够及时、方便、快速地响应且准确地评估肉的新鲜程度并避免食物浪费。
虽然附图和以上描述中已经详细说明并描述了本公开，但这些说明和描述应视为说明性或示例性的，而非限制性的；本公开不限于所公开的实施例。在实践所要求保护的公开的过程中，通过学习附图、公开内容及所附权利要求，本领域技术人员对于所公开实施例的其它变型是可以理解并实现的。
在权利要求中，“包括”一词不排除其它元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单个元件或其它单元可以满足权利要求中所述的多项功能。某些措施被记载在相互不同的从属权利要求中的事实不指示这些措施的组合不能被用于获得优势。
计算机程序可以储存/分布在适当的非瞬时介质上，如与其它硬件一起供应或作为其一部分的光学存储介质或固态介质，但也可以以其它形式分布，如经由因特网或其它有线或无线通信系统。
权利要求中的任意附图标记不应该理解为限定其范围。
Claims (12)
1.一种用于确定肉的新鲜程度的设备，其特征在于，包括：
AC发生器(2)，用于生成AC信号，
两个电极(4、5)，用于放入肉块中以在所述肉块中提供所述AC信号，
测量电路(6)，用于测量所述两个电极之间的电压和通过所述两个电极的电流，
阻抗计算电路(11)，用于从测量到的电压和电流计算所述肉块的电阻抗，
TVBN估算电路(13)，用于基于预定传递函数从所计算的阻抗来估算所述肉块的挥发性盐基总氮TVBN值，以及
新鲜程度确定电路(16)，用于从所估算的TVBN值来确定所述肉块的新鲜程度。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，
所述两个电极(4、5)中的每个电极包括电连接的两个或更多个引脚。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，
所述AC发生器(2)被配置为生成在100Hz至100kHz范围内的AC信号。
4.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，
所述AC发生器(2)被配置为生成在200Hz至10kHz范围内的AC信号。
5.根据前述权利要求1或2所述的设备，其特征在于，
所述AC发生器(2)被配置为生成不同频率的两个或更多个AC信号以经由所述两个电极提供给所述肉块，其中所述测量电路(6)被配置为在所述两个或更多个AC信号被提供给所述肉块时测量两个或更多个电压值和电流值，
所述阻抗计算电路(11)被配置为从测量到的两个或更多个电压值和电流值来计算两个或更多个电阻抗值，
所述TVBN估算电路(13)被配置为从所计算的两个或更多个阻抗值来估算两个或更多个TVBN值，并且
所述新鲜程度确定电路(16)被配置为从所估算的两个或更多个TVBN值来确定两个或更多个新鲜程度值，并且用于从所确定的两个或更多个新鲜程度值来确定最终新鲜程度值。
6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，
所述新鲜程度确定电路(16)被配置为：通过选择所确定的所述两个或更多个新鲜程度值中的一个新鲜程度值，或通过结合所确定的所述两个或更多个新鲜程度值，例如对所确定的所述两个或更多个新鲜程度值求平均值，来确定所述最终新鲜程度值。
7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，
所述TVBN估算电路(13)被配置为：使用被分配给特定频率的单独传递函数以从阻抗值估算所述TVBN值，所述阻抗值从在所述特定频率的AC信号被提供至所述肉块时测量到的电压和电流计算得出。
8.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，
所述AC发生器(2)还被配置为同时或顺序地生成不同频率的所述两个或更多个AC信号。
9.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，
所述TVBN估算电路(13)被配置为使用一阶函数作为传递函数。
10.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，
还包括肉类型输入器(22)，其被配置为接收指示肉的类型的肉类型指示符。
11.根据权利要求10所述的设备，其特征在于，
所述AC发生器(2)被配置为基于所述肉类型指示符所指示的肉的类型来设定所述AC信号的幅度和/或频率。
12.根据权利要求10或11所述的设备，其特征在于，
所述TVBN估算电路(13)被配置为基于所述肉类型指示符所指示的肉的类型，从针对不同类型的肉的多个传递函数中选择传递函数。
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