WO2006070169A1 - Capteur multielectrodes de mesure d'une anisotropie electrique d'un materiau biologique et utilisation du capteur - Google Patents

Capteur multielectrodes de mesure d'une anisotropie electrique d'un materiau biologique et utilisation du capteur Download PDF

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WO2006070169A1
WO2006070169A1 PCT/FR2005/051144 FR2005051144W WO2006070169A1 WO 2006070169 A1 WO2006070169 A1 WO 2006070169A1 FR 2005051144 W FR2005051144 W FR 2005051144W WO 2006070169 A1 WO2006070169 A1 WO 2006070169A1
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electrodes
electrode
sensor
sensor according
measuring
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Application number
PCT/FR2005/051144
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Inventor
Jacques Lepetit
Jean-Louis Damez
Sylvie Clerjon
Raphaël FAVIER
Saïd ABOUELKARAM
Bernard Dominguez
Original Assignee
Institut National De La Recherche Agronomique
Office National Interprofessionnel Des Viandes De L'elevage Et De L'aviculture (Ofival)
Association Nationale Interprofessionnelle Du Betail Et Des Viandes (Interbev)
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Publication date
Application filed by Institut National De La Recherche Agronomique, Office National Interprofessionnel Des Viandes De L'elevage Et De L'aviculture (Ofival), Association Nationale Interprofessionnelle Du Betail Et Des Viandes (Interbev) filed Critical Institut National De La Recherche Agronomique
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
    • G01N33/02—Food
    • G01N33/12—Meat; Fish

Definitions

  • Multielectrode sensor for measuring an electrical anisotropy of a biological material and use of the sensor
  • the invention relates to a multielectrode sensor for measuring a state of maturation of a biological material and its associated use.
  • biological material is meant a tissue formed of several cells organized relative to each other.
  • a biological material may be formed by a meat of an animal, such as a deli, butcher or fishmonger.
  • animal flesh is meant one or more muscles or part of a muscle of an animal.
  • the invention aims to measure a state of the structure of a flesh of an animal related to its evolution, said evolution consisting of a maturation phenomenon for the meat and an alteration phenomenon for the fish.
  • the term "maturation" may designate both the alteration and the maturation of the product under consideration.
  • the object of the invention is to facilitate a measurement of a state of maturation of the flesh of an animal in a rapid and precise manner.
  • the state of maturation is one of the components of a tenderness of the flesh of an animal.
  • the invention is more particularly intended for the field of the food industry, but could be used in other fields.
  • the flesh After removing the flesh of an animal, it is usually known to store the flesh in a cold room for a fixed period. The purpose of this storage of the flesh is to lead to a gradual improvement of tenderness.
  • the progressive improvement of the tenderness of the flesh is linked, inter alia, to a set of enzymatic and physico-chemical transformations of the flesh occurring during storage.
  • the flesh corresponds to a meat or muscle.
  • the meat or muscle is formed by a set of muscle cells organized relative to each other. If we consider a small volume (a few cm3), the muscle fibers will be organized parallel to each other, which defines an axis.
  • the maturation phenomenon exists for all meats regardless of the animal species.
  • beef meat it is known to store cold meat for about 15 days to allow time for the meat to transform.
  • this phenomenon can occur at very different kinetics depending on the animal species and the muscle considered.
  • meat from the poultry species matures in less than 24 hours
  • beef from the bovine species may require three weeks of storage to reach full ripening.
  • the maturation period also depends on the age of the animal, the sex of the animal and the type of muscle.
  • Each muscle fiber forms a multinucleate muscular cell elongated along an axis of elongation of the muscle fiber.
  • Several muscle fibers may be arranged next to one another longitudinally and perpendicularly along their respective elongation axis.
  • the compressions can be performed using a compression tensile machine that allows a uniform rectilinear compression test. With the aid of this machine, a compression perpendicular to the axis of elongation of at least one muscle fiber is carried out in a measuring cell which allows the sample to deform only along the length of the elongation axis. each of the muscle fibers.
  • the mean value of a strain of 20% deformation of the meat sample is approximately 40 N / cm 2 at the time of rigor mortis, which corresponds to the moment when the muscle is the most rigid, which occurs after the death of the animal and asymptotically tends to a value of 4N / cm 2 during storage.
  • This value of 4N / cm 2 in the case of beef, can be considered as a reference value for detecting meat having undergone complete maturation.
  • the sampling of meat and the measurement of the stress for each of the samples are destructive and therefore difficult to use industrially.
  • Transverse impedance is an impedance that is measured between two electrodes located along an axis perpendicular to the axis of elongation of at least one muscle fiber.
  • the longitudinal impedance is an impedance that is measured between two electrodes located along an axis parallel to the axis of elongation of at least one muscle fiber.
  • the meat is considered to have matured completely.
  • the value of the anisotropy of the meat makes it possible to deduce a state of maturation of the meat. In particular, the lower this value (or close to 1 if we consider the ratio), the closer the meat is to a complete maturation.
  • each series (of 10 repetitions for example) of measurements aims respectively to determine the transverse impedance and the longitudinal impedance.
  • the electrodes are disposed simultaneously along a perpendicular axis and along an axis parallel to the axis of elongation of at least one muscle fiber.
  • This method poses the problem of the precise positioning of the electrodes along these axes perpendicular and parallel to the axis of elongation of at least one muscle fiber, in a measurement plane.
  • This other method consists in varying a measured angle between the axis of elongation of at least one muscle fiber and a measurement axis along which two electrodes are arranged. For each angle formed between the measurement axis and the elongation axis, the electrical impedance is measured. Among all the measured electrical impedances, a maximum electrical impedance value and a minimum electrical impedance value are sought.
  • the maximum impedance value corresponds to a value measured between the two electrodes along the measurement axis whose position relative to the axis of elongation is closest to an axis perpendicular to the axis of measurement. lengthening of at least one muscle fiber.
  • the minimum impedance value corresponds to a value measured between the two electrodes along of the measuring axis whose position relative to the axis of elongation is closest to an axis parallel to the axis of elongation.
  • All measured electrical impedances can be represented graphically as a curve representing the different electrical impedances of the meat obtained as a function of the value of the measured angle between the measuring axis and the elongation axis from less a muscle fiber.
  • a curve is obtained, on a polar-type representation, characteristic of meat in general having an elongated closed oval shape, narrowed in the middle. This curve has a central symmetry and two axial symmetries respectively with respect to a minor axis and with respect to a major axis.
  • the minor axis corresponds to the axis of elongation of at least one muscle fiber and the major axis corresponds to an axis perpendicular to the minor axis and to the lengthening axis of the muscle fiber.
  • this curve tends to form a circle. This is explained by the fact that the transverse impedance measured along the major axis tends to decrease and tends to approach the value of the longitudinal impedance due to the degradation of the cellular membranes of the muscle fibers. It is therefore also possible from the graphical representation of the various electrical impedance measurements of the meat to identify the moment when the meat has matured completely.
  • This other method using the identification of the minimum and maximum impedances or using the evolution of the polar curve of the overall electrical impedance of the meat as a function of time has the advantage of being independent of the orientation of the axis. extending at least one muscle fiber relative to a position of an axis along which are placed the two electrodes. But this other method has the disadvantage of being tedious to put in place because of the need to change places the two electrodes. Presentation of the invention
  • the invention provides for solving these problems by producing a system making it possible to know a state of maturation, or alteration, of a given biological material, in a non-destructive manner, by measuring the anisotropy of the electrical impedance of said material.
  • the invention makes it possible to know a state of a structure of an electrically anisotropic biological material, which may be in the course of evolution.
  • the invention provides a multielectrode sensor for which it is not necessary to successively move the electrodes.
  • the sensor according to the invention comprises a plurality of measuring electrodes whose geometric arrangement of these same electrodes advantageously makes it possible to measure anisotropy of the meat at a given moment and whatever is an orientation of the axis of elongation of each of the muscle fibers with respect to the sensor electrodes. More particularly, the invention provides a sensor comprising a plurality of measurement electrodes, the plurality of electrodes forming a first set of first electrodes, the first electrodes of this first set being each arranged at a vertex of a polyhedron, which is a polygon when all the first electrodes are contained in the same plane, which is associated exclusively with the game considered.
  • the first electrodes of this first game may in one example be arranged, for example equidistantly, along a first path forming a first circle.
  • a potential difference can be measured between all the first electrodes of this first set, two by two, between a first electrode and another first electrode which are arranged along an axis passing through a center of the sensor. Or a potential difference can be measured from a first reference electrode which is selected from among all the first electrodes and from which a potential difference is measured with each of the other first electrodes of the first set, all the first electrodes can successively be chosen as the first reference electrode.
  • the invention also provides for placing a central electrode in the center of the sensor from which a potential difference between said central electrode and each of the first electrodes is measured.
  • the invention also provides a second set of second electrodes, a third set of at least one third electrode and a fourth set of at least one fourth electrode.
  • the second electrodes may also be each arranged at a vertex of a polyhedron which is associated exclusively with the game in question.
  • the second electrodes, the at least third electrode and the at least fourth electrode may also respectively be arranged along a second path forming a second circle, along a third path forming a third circle and along a fourth trajectory forming a fourth circle.
  • the third set and the fourth set may respectively form a third single electrode and a fourth single electrode.
  • the third electrode and the fourth electrode may each form a ring.
  • the third set and the fourth set may each have as many electrodes as there are first electrodes or second electrodes.
  • a potential difference can be measured along an axis between all the first electrodes and all the second electrodes in correspondence with one another along an axis passing through a given first electrode and a given second electrode and passing through by the center of the sensor.
  • the at least third electrode and the at least fourth electrode disposed along this axis serve to inject an electric current into the meat, which electric current propagates between the first electrode and the second electrode disposed along the same axis.
  • each of these games is distributed along a path forming a circle.
  • the circles defined by each of the games are concentric, that is to say that they have the same center, this center corresponding to a center of the sensor.
  • the number of sets of electrodes is preferably between 1 and 10.
  • the number of sets of electrodes can be greater without this changing the nature of the invention.
  • different values of electrical impedances are obtained.
  • the minimum impedance value and the maximum impedance value can be identified using a software-driven electronic device (eg MAEL software) that detects a maximum value or transverse impedance and a minimum value or longitudinal impedance among all measured impedance values.
  • MAEL software eg. MAEL software
  • This same electronic device can then automatically calculate anisotropy of the overall electrical impedance of the meat.
  • the multielectrode sensor according to the invention advantageously makes it possible to make a set of acquisitions without manipulation and in a very short time.
  • the subject of the invention is therefore essentially a multielectrode sensor for measuring a state of maturation of a biological material, comprising a plurality of measurement electrodes forming at least a first set of first electrodes for measuring an electrical impedance of the biological material.
  • the sensor being connected to an electronic device for measuring the electrical impedance between at least two electrodes of the plurality, characterized in that the first electrodes forming the first set of measurement electrodes are disposed at the vertices of a polyhedron which is associated exclusively with the game in question.
  • the senor according to the invention may comprise one or more additional characteristics among the following:
  • the biological material is meat, or fish
  • the sensor is connected to the electronic device for measuring the electrical impedance between at least two pairs of electrodes, the two pairs of electrodes each consisting of two electrodes of the plurality of electrodes, the two pairs of electrodes; having at least one non-common electrode;
  • the polyhedron with the vertices of which the first electrodes are arranged is a polygon;
  • the polyhedron whose vertices are arranged with the first electrodes is a non-flat polygon, ie the different electrodes are not all placed on a straight line segment;
  • the first electrodes forming the first set of measuring electrodes are arranged along a first path defining a first circle;
  • the plurality of electrodes form a central electrode (9) which is placed at a center of the polyhedron;
  • the plurality of measuring electrodes also forms a second set of second measurement electrodes, a third set of at least one electrode and a fourth set of at least one electrode, the second electrodes, the at least third electrode, and the at least fourth electrode being respectively disposed along a second path defining a second circle, along a third path defining a third circle and along a fourth path defining a fourth circle;
  • the first circle, the second circle, the third circle and the fourth circle are concentric; and the first electrodes and the second electrodes are placed between the at least third electrode and the at least fourth electrode;
  • the third game and the fourth game respectively form a solid peripheral ring and a solid central ring; and each of the first electrodes are aligned in correspondence with a second electrode, with the solid peripheral ring and with the central ring solid along an axis extending radially with respect to a center of the sensor;
  • each of the first electrodes is aligned in correspondence with a second electrode, a third electrode and with a fourth electrode along an axis extending radially with respect to a center of the sensor;
  • each of the electrodes forms a needle, measuring, for example, 1.5 mm in diameter and 3 mm in length, or 1 mm in diameter and 1 mm in length.
  • the present invention also relates to a method for measuring a state of maturation of a biological material by means of a multielectrode sensor according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises the various steps of
  • the method according to the invention may in particular comprise the various additional steps consisting of:
  • the present invention also relates to a use of a multielectrode sensor having the main characteristics mentioned above, possibly supplemented with one or more additional characteristics, for measuring a state of maturation of a biological material by disposing the measurement electrodes. in the biological material.
  • FIG. 1 A schematic representation of a multielectrode sensor, according to a first example of the invention
  • FIG. 2 A schematic representation of a multielectrode sensor, according to a second example of the invention
  • FIG. 3 A schematic representation of a multielectrode sensor, according to a third example of the invention.
  • FIG. 4 A schematic representation of a multielectrode sensor, according to a fourth example of the invention.
  • FIG. 5 A schematic representation of a multielectrode sensor, according to a fifth example of the invention.
  • FIG. 6 A sectional view of a multielectrode sensor, according to a fourth example of the invention
  • FIG. 7 A graphical representation of a polar curve representative of a global electrical impedance of the meat
  • FIG. 8 A graphical representation of a polar curve representative of an electric impedance of the cod, at 5 days post mortem
  • FIG. 9 A graphical representation of a polar curve representative of an electrical impedance of the salmon, at 5 days post mortem
  • FIG. 1 illustrates a multielectrode sensor 1 for measuring a state of maturation of a biological material 2, according to the invention.
  • biological material is meant a tissue formed of several cells organized relative to each other.
  • a biological material may be formed by a meat of an animal, such as a meat animal, butcher or fishmonger.
  • animal flesh is meant a tissue covered by a skin, shell or epidermis of the animal.
  • maturation is meant a set of enzymatic and physico-chemical transformations of the flesh occurring after the death of the animal.
  • the flesh taken after the death of the animal may be formed by a meat or a muscle 2 as shown in FIG. 1.
  • the muscle is formed by a set of muscle cells organized by the animals. one against the other.
  • a meat 2 is derived from at least one muscle.
  • the meat may be derived from at least one skeletal striated muscle, FIG.
  • Such a muscle is formed by several fibers or elongated muscle cells such as 4.
  • the muscle fibers 4 are arranged parallel to one another and relative to a longitudinal axis, sometimes called the axis of elongation, of the muscle fibers 4.
  • a longitudinal axis of a muscle fiber is an axis parallel to the greatest direction of the fiber considered.
  • the sensor 1 comprises a plurality of measuring electrodes 6, 12, 13, 14 of an electrical impedance of the meat.
  • This plurality of electrodes comprises a first set of first electrodes such as 6, FIG.
  • This sensor 1 is connected to an electronic device 7 which measures an electrical impedance between at least two electrodes of the plurality of electrodes.
  • the first electrodes 6 are connected to a voltmeter 18.
  • the first electrodes 6 are also connected to an alternating current generator 19 delivering for example a current of 20 mA at a frequency of 10,000 Hz (Hertz).
  • the electrodes of the sensors are arranged in a geometry that advantageously allows the sensor 1 to be disposed of where on the biological material independently of a spatial organization of the cells between them within a given flesh.
  • the first electrodes 6 forming the first set of first measurement electrodes 6 are arranged at vertices of a polygon which is associated exclusively with the game in question.
  • Polygon means a closed curve, limited by segments of line contained in the same plane. This curve is formed by an ordered sequence of segments or sides, each of which has a common end (or vertex) with the preceding and the following.
  • the polygon is a non-flat polygon, the different electrodes are not all aligned.
  • the first electrodes may be disposed at the top of a polyhedron, in particular a regular polyhedron.
  • the polygon forms a circle.
  • the first electrodes such as 6 forming the first set of measuring electrodes are regularly arranged along a first path 8 defining a first circle.
  • eight first electrodes such as 6 are arranged regularly along the first trajectory 8.
  • the first electrodes 6 are arranged in a geometry that advantageously makes it possible to dispose the sensor 1 anywhere on the meat independently of the axis of elongation 5 of at least one muscle fiber 4.
  • a sensor 1 allows in a single application to acquire a set of data that will be analyzed and processed by the electronic device 7 to deduce a value of an anisotropy of the electrical impedance of the meat on which the measurements are made using of the sensor according to the invention.
  • anisotropy of the electrical impedance is understood to mean a difference observed between a transverse impedance and a longitudinal impedance of the meat.
  • Transverse impedance is an impedance that is measured between two electrodes placed along an axis perpendicular to the extension axis of the muscle fiber.
  • Longitudinal impedance is an impedance that is measured between two electrodes placed along an axis parallel to the axis of elongation of the muscle fiber. When the result of this difference tends to cancel, then the meat is considered to have matured completely.
  • the measurement of an electrical impedance can be carried out by a so-called "two-point” measuring method or by a "four-point” method. According to the so-called "two-point” method, two electrodes are used, through which an alternating electric current is injected and between which a potential difference between these two electrodes is measured to deduce an electrical impedance.
  • two internal electrodes and two external electrodes are used.
  • the internal electrodes are placed between the external electrodes.
  • An alternating electric current is passed between the two external electrodes.
  • a potential difference can be measured between the two internal electrodes along an axis defined by the passage of an electric current from one of the two external electrodes towards the other external electrode.
  • the geometrical arrangement of the sensor electrodes is dependent on the measurement method chosen.
  • the geometrical arrangement of the first electrodes 6 is applied to the so-called "two-point" method.
  • the first electrodes 6 are arranged regularly along the first path 8.
  • the plurality of measuring electrodes also comprises a central electrode 9 which is placed at a location of the sensor 1 corresponding to a center 10 of the sensor or to a center of the polygon associated with the first set.
  • a potential difference is measured between each first electrode 6 and the central electrode 9 along a first measuring axis such as 1 1.
  • a first axis of measure such as 1 1.
  • This first measurement axis 1 1 is an axis along which flows axially with respect to the center 10 of the sensor an electric current between each of the first electrodes 6 and the central electrode 9.
  • the first electrodes 6 are arranged regularly along the first path 8.
  • the first electrodes 6 are arranged in even numbers along the first path. of the first path 8.
  • a potential difference is measured between a first first electrode and a second first electrode for each first electrode, the first first electrode and the second electrode.
  • first electrode being diametrically opposite one another and relative to the center 10 of the sensor.
  • the first electrodes 6 are arranged regularly along the first path 8.
  • One of the first electrodes 6 is chosen as the first reference electrode 6 '.
  • a potential difference is then measured between this first reference electrode and each of the other first electrodes 6.
  • Each of the first electrodes may form a first reference electrode. It is then possible to provide a switching device (not shown) for switching an assignment of a first reference electrode function to each of the first electrodes.
  • the potential difference obtained between the reference electrode and each of the other first electrodes may vary depending on a distance separating the reference electrode and each of the other first electrodes.
  • a distance separating each first electrode 6 from the first reference electrode is stored in databases of the electronic device 7. This gives for example an impedance value per centimeter for each of the measurements made between the first reference electrode and each of the other first electrodes.
  • the first electrodes 6 are arranged regularly along the first path 8. These first electrodes can be likened to internal electrodes.
  • the plurality of measuring electrodes also form a second set of second measuring electrodes 12, a third set of at least one third electrode 13 and a fourth set of at least one fourth electrode 14.
  • the second electrodes 12, less third electrode 13, and the at least fourth electrode 14 are also respectively disposed at at least one vertex of a polygon.
  • the second electrodes 12, the at least third electrode 13, and the at least fourth electrode 14 are respectively disposed along a second path 15 defining a second circle, along a third path 16 defining a third circle and along a fourth path 17 defining a fourth circle.
  • the first circle, the second circle, the third circle and the fourth circle are concentric, that is to say that the first circle, the second circle, the third circle and the fourth circle all have the same center which is the center of the sensor 10.
  • the first electrodes and the second electrodes are placed between the at least third electrode and the at least fourth electrode.
  • the first electrodes and the second electrodes can be assimilated to internal electrodes.
  • the at least third electrode and the at least fourth electrode can each be assimilated to an external electrode.
  • the third set and the fourth set may each comprise a single third electrode 13 and a single fourth electrode 14.
  • such a third electrode and such a fourth electrode respectively form a solid peripheral ring 13 and a solid central crown 14.
  • the solid central crown 14 can form a surface delimited by a circle. Or the central crown 14 can form a ring as shown in dashed lines, FIG. 4.
  • Such a third solid electrode and such a fourth solid electrode advantageously make it possible to improve the contact of the sensor with the meat and to create a radial electric field which diffuses from the fourth electrode towards the third electrode perfectly radially around the center of the sensor.
  • a potential difference is measured between each first electrode 6 and each corresponding second electrode 12 along an electric field formed between the third electrode 13 and the fourth electrode 14 while passing through the first electrodes 6 and the second electrodes 12.
  • the first game, the second game, the third game and the fourth game each comprise a number that is not necessarily identical to the electrodes of a set of electrodes.
  • another set of electrodes In the case where the number of electrodes per ring is identical, these electrodes can be aligned in correspondence with the at least third electrode, the at least fourth electrode and a second electrode along a second measurement axis 29 extending axially with respect to the center 10 of sensor.
  • the fourth set of at least one fourth electrode may be formed by a single fourth central electrode. This fourth electrode then merges with the center of the sensor 10. Or this fourth set can be formed by as many fourth electrodes as there are electrodes on each of the other sets of electrodes.
  • the first electrodes 6 and the second electrodes 12 are connected to the voltmeter 18 and the at least third electrode 13 and the at least fourth electrode 14 are connected to the current generator 19, FIG.
  • the electrodes 6, 12, 13, 14 may have an identical shape with respect to each other.
  • the electrodes each form a needle, Figure 5.
  • the needle has an elongated tip.
  • Such a needle shape has the advantage of having a sufficient contact surface with the meat to pass an electric current through the meat.
  • a needle forming an electrode may be 1.5 mm in diameter and 3 mm in length. In another example, a needle forming an electrode may be 1 mm in diameter and 1 mm in length.
  • the senor may comprise electrodes of different shapes.
  • the sensor may comprise first electrodes and second electrodes each forming a needle and a third electrode and a fourth electrode each forming a metal plate as shown in FIG.
  • the sensor electrodes can be supported by an insulating casing 20, FIG. 6.
  • FIG. 6 a sectional view is shown.
  • This sensor comprises a geometrical arrangement of the electrodes as already described in the fourth example in FIG. 4.
  • the sensor 1 may comprise a hollow cylindrical housing 20 provided with a bottom 21.
  • This bottom 21 forms on the outside of the sensor a contact surface 22 of the sensor 1 which is intended to be positioned on the meat.
  • This bottom 21 is intended to be traversed by electrodes so that one end 23 of each of the electrodes intended to be in contact with the meat is placed beneath a plane formed by the contact surface. 22.
  • the electrodes are placed below the plane formed by the contact surface so as to sink partially through the meat or so as to bear against the meat. For example, an electrode is driven through the meat when the electrode has been depressed 1 mm into the meat.
  • the multielectrode sensor according to the invention can thus be used to measure the state of freshness or the state of maturation of a given biological material.
  • the method of measuring a state of maturation of the meat by means of the multielectrode sensor comprises first a step of positioning the sensor 1 on the meat. Then an electric current is injected using the current generator 19 connected to the electronic device 7 controlling its commissioning.
  • an alternating electric current is injected between each first electrode 6 and the central electrode 9 (example 1). Either alternating current is injected between each first diametrically opposite electrode 6 (example 2). Alternatively alternating current may be injected between each first electrode 6 and the reference electrode 6 '(Example 3). Then a difference in potential is measured between each first electrode 6 and the central electrode 9 (example 1), or between each first diametrically opposed first electrode 6 (example 2), or between each first electrode 6 and the reference electrode 6 '(Example 3). The potential difference is measured along a line of electric field created by a passage of electric current between the first two electrodes that allow the electrical measurement.
  • the electronic device 7 identifies, among all the measured electrical impedance values, a maximum impedance value and a minimum impedance value in order to deduce a state of maturation of the meat.
  • the maximum impedance corresponds to a transverse impedance value and the minimum impedance value corresponds to a longitudinal impedance value.
  • the electronic apparatus 7 is programmed to acquire all electrical impedance values measured between all pairs of first electrodes. Among all these values of electrical impedance, the electronic device 7 then identifies for example thanks to the MAEL software the maximum impedance and the minimum impedance. Then the electronic device 7 makes a difference between the value of the maximum impedance and the value of the minimum impedance. Then the electronic device deduces a state of maturation. When the value of the difference between the maximum impedance and the minimum impedance becomes zero, then the electronic device 7 indicates to the user that the meat has matured completely and that the meat is ready to be consumed.
  • an electric current is injected between the at least third electrode 13 and the at least fourth electrode 14.
  • This electric current creates an electric field in the meat which propagates between the at least third electrode and the at least fourth electrode and radially with respect to the center 10 of the sensor.
  • electrical impedance values are measured between the first electrodes and the second electrodes corresponding along the second measurement axis 29 along which radially flows from the center of the sensor an electric current between the (or the) fourth electrode (s) and the third electrode (s).
  • the electronic device 7 associated with this so-called four-point method is then intended to acquire all these impedance values to identify the minimum impedance and the maximum impedance and to deduce a state of maturation of the meat at a given moment.
  • X a.cos 2 ⁇ + b. SJn 2 G, where X represents the electrical impedance, ⁇ represents the angle between the second axis 29 and the elongation axis of at minus one muscle fiber, a is the minimum impedance and b is the maximum impedance.
  • FIG. 7 illustrates, by a polar graphic representation, an evolution of the different values of electrical impedances measured at three given moments after the death of the animal.
  • Figure 7 illustrates a change in electrical impedances acquired at 1 day after the death of the animal (T1), 7 days after the death of the animal (T2) and 21 days after the death of the animal. (T3).
  • the electrical impedance values acquired form an oblong curve 24 and narrowed in the middle.
  • the shape of curve 24 at T1 is characteristic of a meat at the beginning of its maturation. This curve 24 presents at T1 a central symmetry with respect to the intersection of the minor axis
  • the experiment involved 104 meat samples and was conducted over six months. The different samples were taken from 28 bovine rectus abdominus muscles, 48 bovine semimembranus muscles and
  • the measurements consist of the measurement of the electrical impedance and the measurement of the mechanical resistance to the 20% compression test (test on the resistance of the muscle fibers).
  • the measurement of the electrical impedance has been carried out with a first circular sensor and with a second circular sensor.
  • the first sensor has a ring diameter of 7 cm for a measurement of impedance 2 points.
  • the second sensor has a 4 cm diameter crown allowing a 4-point impedance measurement.
  • the mechanical measurements are an average of 10 determinations.
  • each of the two sensors allows in one application the measurement of the electrical impedance according to 12 directions for the largest and 10 directions for the smallest.
  • the MAEL software automatically extracts from these measurements the complex values (modulus and phase) of transverse impedance (the largest) and longitudinal impedance (the smallest).
  • MAEL also calculates the anisotropy ratio fap) and the difference between the transversal values and the longitudinal values (dif).
  • the number of observations is too small compared to the number of variables, so we reduce the number of variables to 128 by averaging them in groups of 5 frequencies (for a given variable, 5 adjacent frequencies are strongly correlated, so we lose only a few information thus limiting the number of variables).
  • each muscle is subjected to the 20% compression test which, depending on the muscle and the state of ripening, gives a result of between 3 and 45 N / cm 2 .
  • the ability of our sensors to classify samples in three ripening classes 0 to 15 N / cm 2 (mature), 15 to 30 N / cm 2 (intermediate) and 30 to 45 N / cm 2 (not mature).
  • the 36-variable column corresponds to rankings for which we have again reduced the number of variables by keeping only the transversal impedances (rm and trr) and the impedance ratios (rapm and rapr) and by deleting all the low frequencies. Indeed, statistical analyzes show that the lowest frequencies (below 7 KHz) are less significant. We therefore only keep the variables corresponding to frequencies higher than 7 KHz. The decrease in the number of variables is necessary both for the validity of the statistical analyzes (the number of observations must be at least twice the number of variables) when the number of observations is small (104) and to simplify maximum sensor design (fewer frequencies, fewer parameters needed).
  • the order of magnitude of the modulus of the transversal impedances frm) measured is from 200 to 3000 Ohm for the big crown and from 0 to 300 Ohm for the little crown. This difference is explained by the fact that the distance from one electrode to the other is smaller, but especially by the measuring principle (4 points) of the small crown which removes the component due to the contact impedance.
  • the ratio modules (“apm") range from 1.5 (poorly matured meat) to 1.04 (very mature meat).
  • Figures 8 and 9 give the impedance measured with the circular sensor at 41 KHz respectively on cod and salmon. Measurements were made on fish on day 5 (5 days post mortem).
  • Figure 10 shows the impedance measured with the multi-electrode sensor at 39 KHz on cod at J9.

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Abstract

L'invention prévoit un système permettant de connaître une anisotropie électrique d'un matériau biologique, par exemple pour la détermination d'un état de maturation d'une viande donnée, de façon non destructrice, par une mesure de l'anisotropie de l'impédance électrique de la viande par l'intermédiaire d'un capteur multiélectrodes (1). Le capteur selon l'invention comporte une pluralité d'électrodes de mesures (6, 12, 13, 14) dont la disposition géométrique de ces mêmes électrodes permet avantageusement de mesurer une anisotropie de l'impédance électrique de la viande à un moment donnée et ce quelle que soit une orientation d'un axe (5) d'allongement des fibres musculaires (4) par rapport aux électrodes (6) du capteur. Plus particulièrement, l'invention prévoit un capteur comportant une pluralité d'électrodes de mesures, la pluralité d'électrodes formant un premier jeu de premières électrodes, les premières électrodes de ce premier jeu étant disposées chacune à un sommet d'un polyèdre qui est associé exclusivement au jeu considéré.

Description

Capteur multiélectrodes de mesure d'une anisotropie électrique d'un matériau biologique et utilisation du capteur
Domaine technique L'invention concerne un capteur multiélectrodes de mesure d'un état de maturation d'un matériau biologique et son utilisation associée. Par matériau biologique, on entend un tissu formé de plusieurs cellules organisées les unes par rapport aux autres. Par exemple, un matériau biologique peut être formé par une chair d'un animal, tel un animal de charcuterie, de boucherie ou de poissonnerie. Par chair d'un animal, on entend un ou plusieurs muscles ou une partie d'un muscle d'un animal. Dans l'ensemble de la description, il sera plus largement détaillé le cas de la viande ; l'objet de l'invention est néanmoins directement transposable au cas du poisson sans qu'aucune modification du capteur décrit ne soit nécessaire, dans sa structure ou dans sa mise en œuvre .
L'invention a pour but de mesurer un état de la structure d'une chair d'un animal liée à son évolution, ladite évolution consistant en un phénomène de maturation pour la viande et en un phénomène d'altération pour le poisson. D'une façon générique, dans la suite de la description, le terme maturation pourra désigner aussi bien l'altération que la maturation du produit considéré. L'invention a notamment pour but de faciliter une mesure d'un état de maturation de la chair d'un animal de manière rapide et précise. L'état de maturation est une des composantes d'une tendreté de la chair d'un animal. L'invention est plus particulièrement destinée au domaine de l'industrie agro-alimentaire, mais pourrait être utilisée dans d'autres domaines.
Etat de la technique
Après prélèvement de la chair d'un animal, il est habituellement connu de stocker la chair dans une chambre froide pendant une durée déterminée. Le but de ce stockage de la chair est d'aboutir à une amélioration progressive de sa tendreté. L'amélioration progressive de la tendreté de la chair est liée, entre autres, à un ensemble de transformations enzymatiques et physico-chimiques de la chair intervenant pendant le stockage. Dans le cas d'un animal de boucherie ou de charcuterie, la chair correspond à une viande ou muscle. La viande ou le muscle est formé par un ensemble de cellules musculaires organisées les unes par rapport aux autres. Si on considère un faible volume (quelques cm3), les fibres musculaires seront organisées parallèlement les unes aux autres, ce qui définit un axe.
Ainsi, l'ensemble des transformations enzymatiques et physico- chimiques de la viande intervenant pendant le stockage conduit à une fragilisation des membranes des cellules musculaires et des structures protéiques de ces mêmes cellules. Cet ensemble de transformations correspond à une maturation de la viande et permet d'aboutir à une viande plus tendre qu'au moment de la rigor mortis. Problème technique
Le phénomène de maturation existe pour toutes les viandes quelle que soit l'espèce animale. Ainsi, dans le cas des viandes bovines, il est connu de stocker au froid ces viandes pendant environ 15 jours pour laisser le temps à la viande de se transformer. Cependant, ce phénomène peut se dérouler à des cinétiques très différentes selon l'espèce animale et le muscle considéré. Par exemple, alors qu'une viande de l'espèce volaille subit une maturation en moins de 24 heures, une viande de l'espèce bovine peut nécessiter trois semaines de stockage pour atteindre une maturation complète. La durée de maturation dépend également de l'âge de l'animal, du sexe de l'animal et du type de muscle.
Ainsi, les viandes qui ont atteint un optimum de maturation avant 15 jours occupent inutilement un volume réfrigéré. Inversement, les viandes qui n'ont pas atteint l'optimum de maturation avant 15 jours donnent une viande de qualité moindre. Ce stockage peut donc engendrer un coût important du fait, entre autres, de la nécessité de prévoir une immobilisation de locaux dont le volume est fonction de la quantité de viande à stocker et du fait de la nécessité de maintenir une température réfrigérante même après maturation complète de la viande.
C'est pourquoi, on a cherché à mettre en place des moyens pour mesurer un état de maturation d'une viande donnée de manière à repérer précocement les viandes qui ont une cinétique de maturation lente. On a cherché dans un premier temps à mesurer les propriétés mécaniques de la viande en fonction du temps. Notamment, il est connu de prélever sur une viande des échantillons à différents temps de stockage et d'exercer sur ces échantillons une compression. En effet, la viande est formée par plusieurs cellules musculaires associées les unes aux autres tout en étant organisées par rapport à un axe d'allongement de chacune des cellules musculaires. Cette organisation des cellules musculaires les unes par rapport aux autres dépend du type de muscle considéré. En effet, un animal comporte plusieurs types de muscles dont le muscle strié squelettique. Le muscle strié squelettique se compose de faisceaux de fibres musculaires. Chaque fibre musculaire forme une cellule musculaire multinuclée allongée selon un axe d'allongement de la fibre musculaire. Plusieurs fibres musculaires peuvent être organisées les unes à côtés des autres longitudinalement et perpendiculairement selon leur axe d'allongement respectif. Les compressions peuvent être réalisées à l'aide d'une machine de traction compression qui permet d'effectuer un test de compression rectiligne uniforme. On effectue à l'aide de cette machine une compression perpendiculaire à l'axe d'allongement d'au moins une fibre musculaire dans une cellule de mesure qui ne permet à l'échantillon de se déformer que le long de laxe d'allongement de chacune des fibres musculaires. La valeur moyenne d'une contrainte à 20% de déformation de l'échantillon de viande atteint environ 40 N/cm2 au moment de la rigor mortis, qui correspond au moment où le muscle est le plus rigide, qui intervient après la mort de l'animal et tend asymptotiquement vers une valeur de 4N/cm2 au cours du stockage. Cette valeur 4N/cm2, dans le cas de la viande bovine, peut être considérée comme une valeur de référence pour détecter une viande ayant subie une maturation complète. Cependant, le prélèvement d'échantillons de viande ainsi que la mesure de la contrainte pour chacun des échantillons sont destructifs et donc difficilement utilisables industriellement.
Dans un second temps, pour mesurer un état de maturation d'une viande en fonction du temps, on a également cherché à mesurer des propriétés électriques de la viande. Au moment de la mort de l'animal, les différents composants formant les membranes commencent à se désorganiser et leurs propriétés physico-chimiques, et en particulier électriques, se modifient. On peut donc suivre une évolution en fonction du temps d'un état physiologique des cellules musculaires en mesurant l'impédance électrique de la viande.
Notamment, il est connu d'évaluer une anisotropie de l'impédance électrique de la viande en fonction du temps, après la mort de l'animal. On appelle anisotropie de l'impédance électrique une différence ou un rapport entre une impédance transversale et une impédance longitudinale de la viande. L'impédance transversale est une impédance qui est mesurée entre deux électrodes situées le long d'un axe perpendiculaire à l'axe d'allongement d'au moins une fibre musculaire. L'impédance longitudinale est une impédance qui est mesurée entre deux électrodes situées le long d'un axe parallèle à l'axe d'allongement d'au moins une fibre musculaire. Lorsque la différence entre l'impédance transversale et l'impédance longitudinale tend à s'annuler (ou que leur rapport tend vers 1 ), alors on considère que la viande a subit une maturation complète. La valeur de l'anisotropie de la viande permet de déduire un état de maturation de la viande. Notamment, plus cette valeur est faible (ou proche de 1 si l'on considère le rapport), plus la viande est proche d'une maturation complète.
Pour ce faire, il est connu une méthode consistant à réaliser deux séries de mesures sur la viande. Chaque série (de 10 répétitions par exemple) de mesures vise respectivement à déterminer l'impédance transversale et l'impédance longitudinale. Pour cela, on dispose des électrodes simultanément le long d'un axe perpendiculaire et le long d'un axe parallèle à l'axe d'allongement d'au moins une fibre musculaire. Cette méthode pose le problème du positionnement précis des électrodes le long de ces axes perpendiculaires et parallèles à l'axe d'allongement d'au moins une fibre musculaire, dans un plan de mesure.
Pour résoudre ce problème, il est connu une autre méthode dans laquelle on réalise également une série de mesures. Cette autre méthode consiste à faire varier un angle mesuré entre l'axe d'allongement d'au moins une fibre musculaire et un axe de mesure le long duquel sont disposées deux électrodes. Pour chaque angle formé entre l'axe de mesure et l'axe d'allongement, on mesure l'impédance électrique. Parmi toutes les impédances électriques mesurées, on recherche une valeur d'impédance électrique maximale et une valeur d'impédance électrique minimale. La valeur d'impédance maximale correspond à une valeur mesurée entre les deux électrodes le long de l'axe de mesure dont la position par rapport à l'axe d'allongement se rapproche le plus d'un axe perpendiculaire à l'axe d'allongement d'au moins une fibre musculaire. La valeur d'impédance minimale correspond à une valeur mesurée entre les deux électrodes le long de l'axe de mesure dont la position par rapport à l'axe d'allongement se rapproche le plus d'un axe parallèle à l'axe d'allongement.
On déduit ensuite une valeur de l'anisotropie de l'impédance électrique de la viande à différents temps post mortem à partir des différentes valeurs d'impédances transversales et d'impédances longitudinales en faisant leur différence ou leur rapport.
Toutes les impédances électriques mesurées peuvent être représentées graphiquement sous forme d'une courbe représentant les différentes impédances électriques de la viande obtenues en fonction de la valeur de l'angle mesuré entre l'axe de mesure et l'axe d'allongement d'au moins une fibre musculaire. On obtient une courbe, sur une représentation de type polaire, caractéristique de la viande en général présentant une forme ovale fermée allongée, rétrécie en son milieu. Cette courbe présente une symétrie centrale et deux symétries axiales respectivement par rapport à un petit axe et par rapport à un grand axe . Le petit axe correspond à l'axe d'allongement d'au moins une fibre musculaire et le grand axe correspond à un axe perpendiculaire au petit axe et à l'axe d'allongement de la fibre musculaire. Au cours du stockage de la viande, cette courbe tend à former un cercle. Ceci s'explique par le fait que l'impédance transversale mesurée le long du grand axe tend à diminuer et tend à se rapprocher de la valeur de l'impédance longitudinale du fait de la dégradation des membranes cellulaires des fibres musculaires. On peut donc également à partir de la représentation graphique des différentes mesures d'impédances électriques de la viande identifier le moment où la viande a subi une maturation complète.
Cette autre méthode utilisant l'identification des impédances minimales et maximales ou utilisant l'évolution de la courbe polaire de l'impédance électrique globale de la viande en fonction du temps présente l'avantage d'être indépendante de l'orientation de l'axe d'allongement d'au moins une fibre musculaire par rapport à une position d'un axe le long duquel sont placées les deux électrodes. Mais cette autre méthode présente l'inconvénient d'être fastidieuse à mettre en place du fait de la nécessité de changer de place les deux électrodes. Exposé de l'invention
L'invention prévoit de résoudre ces problèmes en réalisant un système permettant de connaître un état de maturation, ou d'altération, d'un matériau biologique donné, de façon non destructrice, par une mesure de l'anisotropie de l'impédance électrique dudit matériau. L'invention permet de connaître un état d'une structure d'un matériau biologique électriquement anisotrope, qui peut être en cours d'évolution. L'invention prévoit un capteur multiélectrodes pour lequel il n'est pas nécessaire de déplacer successivement les électrodes. Le capteur selon l'invention comporte une pluralité d'électrodes de mesures dont la disposition géométrique de ces mêmes électrodes permet avantageusement de mesurer une anisotropie de la viande à un moment donnée et ce quelle que soit une orientation de l'axe d'allongement de chacune des fibres musculaires par rapport aux électrodes du capteur. Plus particulièrement, l'invention prévoit un capteur comportant une pluralité d'électrodes de mesures, la pluralité d'électrodes formant un premier jeu de premières électrodes, les premières électrodes de ce premier jeu étant disposées chacune à un sommet d'un polyèdre, qui est un polygone lorsque toutes les premières électrodes sont contenues dans un même plan, qui est associé exclusivement au jeu considéré. Les premières électrodes de ce premier jeu peuvent dans un exemple être disposées, par exemple de façon équidistante, le long d'une première trajectoire formant un premier cercle.
Une différence de potentiel peut être mesurée entre toutes les premières électrodes de ce premier jeu, deux par deux, entre une première électrode et une autre première électrode qui sont disposées le long d'un axe passant par un centre du capteur. Ou bien une différence de potentiel peut être mesurée à partir d'une première électrode de référence que l'on choisie parmi toutes les premières électrodes et à partir de laquelle on mesure une différence de potentiel avec chacune des autres premières électrodes du premier jeu, toutes les premières électrodes pouvant successivement être choisies comme première électrode de référence.
L'invention prévoit également de placer une électrode centrale au centre du capteur à partir de laquelle on mesure une différence de potentiel entre cette électrode centrale et chacune des premières électrodes. L'invention prévoit également un deuxième jeu de deuxièmes électrodes, un troisième jeu d'au moins une troisième électrode et un quatrième jeu d'au moins une quatrième électrode. Les deuxièmes électrodes peuvent également être disposées chacune à un sommet d'un polyèdre qui est associé exclusivement au jeu considéré.
Les deuxièmes électrodes, la au moins troisième électrode et la au moins quatrième électrode peuvent également respectivement être disposées le long d'une deuxième trajectoire formant un deuxième cercle, le long d'une troisième trajectoire formant un troisième cercle et le long d'une quatrième trajectoire formant un quatrième cercle.
Le troisième jeu et le quatrième jeu peuvent respectivement former une troisième électrode unique et une quatrième électrode unique. Dans ce cas, la troisième électrode et la quatrième électrode peuvent former chacune une couronne. Ou bien, le troisième jeu et le quatrième jeu peuvent comporter chacun autant d'électrodes qu'il y a de premières électrodes ou de deuxièmes électrodes.
Une différence de potentiel peut être mesurée le long d'un axe entre toutes les premières électrodes et toutes les deuxièmes électrodes en correspondances les unes avec les autres le long d'un axe passant par une première électrode donnée et par une deuxième électrode donnée et passant par le centre du capteur. La au moins troisième électrode et la au moins quatrième électrode disposées le long de cet axe servent à injecter un courant électrique dans la viande, lequel courant électrique se propageant entre la première électrode et la deuxième électrode disposées le long de ce même axe.
Dans un exemple où le capteur comporte plus de deux jeux d'électrodes, chacun de ces jeux est répartis le long d'une trajectoire formant un cercle. Les cercles définis par chacun des jeux sont concentriques, c'est à dire qu'ils possèdent un même centre, ce centre correspondant à un centre du capteur.
Le nombre de jeux d'électrodes est de préférence compris entre 1 et 10. Le nombre de jeux d'électrodes peut être supérieur sans que cela change la nature de l'invention.
On mesure différentes valeurs d'impédance électrique axialement par rapport au centre du capteur et tout autour du centre du capteur. Ou bien, on mesure différentes valeurs d'impédance électriques dans toutes autres directions qui peuvent être utilisées sans que cela ne change la nature de l'invention.
Selon la disposition géométrique choisie, on obtient différentes valeurs d'impédances électriques. Parmi ces différentes valeurs d'impédances, il est possible d'identifier une valeur d'impédance électrique minimale et une valeur d'impédance électrique maximale de la viande. La valeur d'impédance minimale et la valeur d'impédance maximale peuvent être identifiées à l'aide d'un appareil électronique piloté par un logiciel (par exemple logiciel MAEL) qui détecte une valeur maximale ou impédance transversale et une valeur minimale ou impédance longitudinale parmi toutes les valeurs d'impédances mesurées. Ce même appareil électronique peut ensuite calculer automatiquement une anisotropie de l'impédance électrique globale de la viande. Ou bien, de ces différentes valeurs d'impédances récoltées, il est possible d'obtenir directement la valeur de l'anisotropie des impédances électriques de la viande par identification d'une forme de la courbe polaire des impédances électriques de la viande obtenue à partir des mesures d'impédances électriques entre plusieurs paires d'électrodes géométriquement disposées selon l'invention, une paire d'électrode étant formée par deux électrodes données. Cet appareil électronique calcule alors automatiquement la valeur de l'anisotropie de l'impédance électrique de la viande à partir d'une courbe polaire de l'impédance de référence.
Le capteur multiélectrodes selon l'invention permet avantageusement de faire un ensemble d'acquisitions sans manipulation et en un temps très court.
L'invention a donc essentiellement pour objet un capteur multiélectrodes pour mesurer un état de maturation d'un matériau biologique, comportant une pluralité d'électrodes de mesure formant au moins un premier jeu de premières électrodes de mesures d'une impédance électrique du matériau biologique, le capteur étant relié à un appareil électronique pour mesurer l'impédance électrique entre au moins deux électrodes de la pluralité, caractérisé en ce que - les premières électrodes formant le premier jeu d'électrodes de mesure sont disposées au niveau de sommets d'un polyèdre qui est associé exclusivement au jeu considéré.
Outre les caractéristiques principales qui viennent d'être énoncées, le capteur selon l'invention peut comporter une ou plusieurs caractéristiques supplémentaires parmi les suivantes :
- le matériau biologique est de la viande, ou du poisson ;
- le capteur est relié à l'appareil électronique pour mesurer l'impédance électrique entre au moins deux couples d'électrodes, les deux couples d'électrodes étant chacun constitué de deux électrodes de la pluralité d'électrodes, les deux couples d'électrodes ayant au moins une électrode non commune ;
- le polyèdre aux sommets duquel sont disposées les premières électrodes est un polygone ; - le polyèdre aux sommets duquel sont disposées les premières électrodes est un polygone non plat, c'est à dire que les différentes électrodes ne sont pas toutes placées sur un segment de droite ;
- les premières électrodes formant le premier jeu d'électrodes de mesure sont disposées le long d'une première trajectoire définissant un premier cercle ;
- un nombre pair de premières électrodes sont régulièrement disposées le long de la première trajectoire ;
- la pluralité d'électrodes forme une électrode centrale (9) qui est placée à un centre du polyèdre ; - la pluralité d'électrodes de mesures forme également un deuxième jeu de deuxièmes électrodes de mesures, un troisième jeu d'au moins une électrode et un quatrième jeu d'au moins une électrode, les deuxièmes électrodes, la au moins troisième électrode, et la au moins quatrième électrode étant disposées respectivement le long d'une deuxième trajectoire définissant un deuxième cercle, le long d'une troisième trajectoire définissant un troisième cercle et le long d'une quatrième trajectoire définissant un quatrième cercle ; le premier cercle, le deuxième cercle, le troisième cercle et le quatrième cercle sont concentriques ; et les premières électrodes et les deuxièmes électrodes sont placées entre la au moins troisième électrode et la au moins quatrième électrode ; - le troisième jeu et le quatrième jeu forment respectivement une couronne périphérique pleine et une couronne centrale pleine ; et chacune des premières électrodes sont alignées en correspondance avec une deuxième électrode, avec la couronne périphérique pleine et avec la couronne centrale pleine le long d'un axe s'étendant radialement par rapport à un centre du capteur ;
- chacune des premières électrodes sont alignées en correspondance avec une deuxième électrode, une troisième électrode et avec une quatrième électrode le long d'un axe s'étendant radialement par rapport à un centre du capteur ;
- chacune des électrodes forme une aiguille, mesurant par exemple 1 ,5 mm de diamètre et 3 mm de longueur, ou 1 mm de diamètre et 1 mm de longueur.
La présente invention se rapporte également à un procédé de mesure d'un état de maturation d'un matériau biologique au moyen d'un capteur multiélectrodes selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte les différentes étapes consistant à
- positionner le capteur sur le matériau biologique,
- injecter un courant au travers du matériau biologique par l'intermédiaire du capteur,
- mesurer une différence de potentiel entre plusieurs paires d'électrodes, chaque paire d'électrodes comportant deux électrodes de la pluralité, cette différence de potentiel étant mesurée le long d'une ligne de champ électrique formé par une circulation d'un courant électrique entre les deux électrodes au moyen desquelles s'effectue la mesure, et
- identifier une valeur d'impédance maximale et une valeur d'impédance minimale à l'aide de l'appareil électronique de traitement de données, et
- déduire un état de maturation du matériau biologique à un temps donné.
Le procédé selon l'invention peut notamment comporter les différentes étapes supplémentaires consistant à :
- enregistrer dans l'appareil électronique un ensemble exhaustif de données de distance et position angulaires, chaque donnée de distance correspondant à une distance séparant deux électrodes du capteur, et
- déduire une valeur d'impédance en fonction des données de distance. Enfin, la présente invention se rapporte également à une utilisation d'un capteur multiélectrodes présentant les caractéristiques principales précédemment mentionnées, éventuellement complétées d'une ou plusieurs caractéristiques supplémentaires, pour mesurer un état de maturation d'un matériau biologique en disposant les électrodes de mesure dans le matériau biologique.
Brève description des dessins
- Figure 1 : Une représentation schématique d'un capteur multiélectrodes, selon un premier exemple de l'invention ; - Figure 2 : Une représentation schématique d'un capteur multiélectrodes, selon un deuxième exemple de l'invention ;
- Figure 3 : Une représentation schématique d'un capteur multiélectrodes, selon un troisième exemple de l'invention ;
- Figure 4 : Une représentation schématique d'un capteur multiélectrodes, selon un quatrième exemple de l'invention ;
- Figure 5 : Une représentation schématique d'un capteur multiélectrodes, selon un cinquième exemple de l'invention ;
- Figure 6 : Une vue en coupe d'un capteur multiélectrodes, selon un quatrième exemple de l'invention, et - Figure 7 : Une représentation graphique d'une courbe polaire représentative d'une impédance électrique globale de la viande ;
- Figure 8 : Une représentation graphique d'une courbe polaire représentative d'une impédance électrique du cabillaud, à 5 jours post mortem ; - Figure 9 : Une représentation graphique d'une courbe polaire représentative d'une impédance électrique du saumon, à 5 jours post mortem, et
- Figure 10 : Une représentation graphique d'une courbe polaire représentative d'une impédance électrique du cabillaud, à 9 jours post mortem.
Description détaillée de modes de réalisation de l'invention
La figure 1 illustre un capteur 1 multiélectrodes pour mesurer un état de maturation d'un matériau biologique 2, selon l'invention. Comme précédemment mentionné, par matériau biologique on entend un tissu formé de plusieurs cellules organisées les unes par rapport aux autres. Par exemple, un matériau biologique peut être formé par une chair d'un animal, tel un animal de charcuterie, de boucherie ou de poissonnerie. Par chair d'un animal, on entend un tissu recouvert par une peau, une écaille ou un épiderme de l'animal. Comme précédemment mentionné, par maturation on entend un ensemble de transformations enzymatiques et physico-chimiques de la chair intervenant après la mort de l'animal. Dans le cas d'un animal de boucherie ou de charcuterie, la chair prélevée après la mort de l'animal peut être formée par une viande ou un muscle 2 tel représenté figure 1. Le muscle est formé par un ensemble de cellules musculaires organisées les unes par rapport aux autres.
L'ensemble des transformations enzymatiques et physico-chimiques de la viande intervenant après la mort de l'animal conduit à une fragilisation d'une structure d'une membrane 3 d'au moins une fibre ou cellule musculaire 4 et de structures protéiques de cette même fibre musculaire 4.
Une viande 2 est issue d'au moins un muscle. Dans l'exemple selon l'invention, la viande peut être issue d'au moins un muscle strié squelettique, figure 1 . Un tel muscle est formé par plusieurs fibres ou cellules musculaires allongées telles que 4. Les fibres musculaires 4 sont disposées parallèlement les unes à côté des autres et par rapport à un axe 5 longitudinal, parfois appelé axe d'allongement, des fibres musculaires 4. Un axe 5 longitudinal d'une fibre musculaire est un axe parallèle à la plus grande direction de la fibre considérée.
Le capteur 1 comporte une pluralité d'électrodes de mesure 6, 12, 13, 14 d'une impédance électrique de la viande. Cette pluralité d'électrodes comporte un premier jeu de premières électrodes telles que 6, figure 1 . Ce capteur 1 est relié à un appareil électronique 7 qui mesure une impédance électrique entre au moins deux électrodes de la pluralité d'électrodes. Les premières électrodes 6 sont reliées à un voltmètre 18. Les premières électrodes 6 sont également reliées à un générateur de courant alternatif 19 délivrant par exemple un courant de 20 mA à une fréquence de 10 000 Hz (Hertz).
Selon l'invention, les électrodes du capteurs sont disposées selon une géométrie qui permet avantageusement de disposer le capteur 1 n'importe où sur le matériau biologique indépendamment d'une organisation spatiale des cellules entre elles au sein d'une chair donnée.
Selon un premier exemple de l'invention figure 1 , les premières électrodes 6 formant le premier jeu de premières électrodes 6 de mesure sont disposées au niveau de sommets d'un polygone qui est associé exclusivement au jeu considéré. On entend par polygone une courbe fermée, limitée par des segments de droite contenus dans un même plan. Cette courbe est formée par une suite ordonnée de segments ou côtés, dont chacun a une extrémité commune (ou sommet) avec le précédent et le suivant. Le polygone est un polygone non plat, les différentes électrodes n'étant pas toutes alignées. D'une façon plus générale, les premières électrodes peuvent être disposées au sommet d'un polyèdre, notamment d'un polyèdre régulier.
Dans un exemple préféré, le polygone forme un cercle. Les premières électrodes telles que 6 formant le premier jeu d'électrodes de mesure sont régulièrement disposées le long d'une première trajectoire 8 définissant un premier cercle. Dans l'exemple figure 1 , huit premières électrodes telles que 6 sont disposées régulièrement le long de la première trajectoire 8.
Les premières électrodes 6 sont disposées selon une géométrie qui permet avantageusement de disposer le capteur 1 n'importe où sur la viande indépendamment de l'axe d'allongement 5 d'au moins une fibre musculaire 4. En effet, un tel capteur 1 permet en une seule application d'acquérir un ensemble de données qui vont être analysées et traitées par l'appareil électronique 7 pour en déduire une valeur d'une anisotropie de l'impédance électrique de la viande sur laquelle on effectue les mesures à l'aide du capteur selon l'invention. Comme précédemment mentionné, on entend par anisotropie de l'impédance électrique une différence observée entre une impédance transversale et une impédance longitudinale de la viande. L'impédance transversale est une impédance qui est mesurée entre deux électrodes placées le long d'un axe perpendiculaire 26 à l'axe d'allongement 5 de la fibre musculaire. L'impédance longitudinale est une impédance qui est mesurée entre deux électrodes placées le long d'un axe parallèle à l'axe d'allongement 5 de la fibre musculaire. Lorsque le résultat de cette différence tend à s'annuler alors on considère que la viande a subit une maturation complète. La mesure d'une impédance électrique peut s'effectuer par une méthode de mesure dite "deux points" ou par une méthode dite "quatre points". Selon la méthode dite "deux points", on utilise deux électrodes, par l'intermédiaire desquelles on injecte un courant électrique alternatif et entre lesquelles on mesure une différence de potentiel entre ces deux électrodes pour en déduire une impédance électrique.
Selon la méthode dite "quatre points", on utilise deux électrodes internes et deux électrodes externes. Les électrodes internes sont placées entre les électrodes externes. On fait passer un courant électrique alternatif entre les deux électrodes externes. Une différence de potentiel peut être mesurée entre les deux électrodes internes le long d'un axe définit par le passage d'un courant électrique depuis l'une des deux électrodes externes en direction de l'autre électrode externe.
La disposition géométrique des électrodes du capteur est dépendante de la méthode de mesure choisie.
Dans le premier exemple de l'invention figure 1 , la disposition géométrique des premières électrodes 6 est appliquée à la méthode dite "deux points". Les premières électrodes 6 sont disposées régulièrement le long de la première trajectoire 8. La pluralité d'électrodes de mesure comporte également une électrode centrale 9 que l'on place à un endroit du capteur 1 correspondant à un centre 10 du capteur ou à un centre du polygone associé au premier jeu. On mesure une différence de potentiel entre chaque première électrode 6 et l'électrode centrale 9 le long d'un premier axe de mesure tel que 1 1. Pour chacune des premières électrodes 6 est défini un premier axe de mesure tel que 1 1 . Ce premier axe de mesure 1 1 est un axe le long duquel circule axialement par rapport au centre 10 du capteur un courant électrique entre chacune des premières électrodes 6 et l'électrode centrale 9.
Dans un deuxième exemple de l'invention appliqué à la méthode dite "deux points" figure 2, les premières électrodes 6 sont disposées régulièrement le long de la première trajectoire 8. Dans cet exemple, les premières électrodes 6 sont disposées en nombre paires le long de la première trajectoire 8. On mesure une différence de potentiel entre une première première électrode et une deuxième première électrode et ce, pour chaque première électrode, la première première électrode et la deuxième première électrode étant diamétralement opposées l'une par rapport à l'autre et par rapport au centre 10 du capteur.
Dans un troisième exemple appliqué à la méthode de mesure dite "deux points" figure 3, les premières électrodes 6 sont disposées régulièrement le long de la première trajectoire 8. Une des premières électrodes 6 est choisie comme première électrode de référence 6'. Une différence de potentiel est alors mesurée entre cette première électrode de référence et chacune des autres premières électrodes 6. Chacune des premières électrodes peut former une première électrode de référence. On peut prévoir alors de disposer un dispositif de commutation (non représenté) destiné à commuter une attribution d'une fonction de première électrode de référence à chacune des premières électrodes. La différence de potentiel obtenue entre l'électrode de référence et chacune des autres premières électrodes peut varier en fonction d'une distance séparant l'électrode de référence et chacune des autres premières électrodes.
Ainsi, préalablement, on enregistre dans des bases de données de l'appareil électronique 7 une distance séparant chaque première électrode 6 par rapport à la première électrode de référence. On obtient alors par exemple une valeur d'impédance par centimètre pour chacune des mesures effectuées entre la première électrode de référence et chacune des autres premières électrodes.
Dans un quatrième exemple figure 4, appliqué à la méthode de mesure dite "quatre points", les premières électrodes 6 sont disposées régulièrement le long de la première trajectoire 8. Ces premières électrodes peuvent être assimilées à des électrodes internes. La pluralité d'électrodes de mesures forme également un deuxième jeu de deuxièmes électrodes de mesures 12, un troisième jeu d'au moins une troisième électrode 13 et un quatrième jeu d'au moins une quatrième électrode 14. Les deuxièmes électrodes 12, la au moins troisième électrode 13, et la au moins quatrième électrode 14 sont disposées respectivement également au niveau d'au moins un sommet d'un polygone. Notamment, les deuxièmes électrodes 12, la au moins troisième électrode 13, et la au moins quatrième électrode 14 sont disposées respectivement le long d'une deuxième trajectoire 15 définissant un deuxième cercle, le long d'une troisième trajectoire 16 définissant un troisième cercle et le long d'une quatrième trajectoire 17 définissant un quatrième cercle.
Le premier cercle, le deuxième cercle, le troisième cercle et le quatrième cercle sont concentriques c'est-à-dire que le premier cercle, le deuxième cercle, le troisième cercle et le quatrième cercle possèdent tous un même centre qui est le centre du capteur 10. Les premières électrodes et les deuxièmes électrodes sont placées entre la au moins troisième électrode et la au moins quatrième électrode. Les premières électrodes et les deuxièmes électrodes peuvent être assimilées à des électrodes internes. La au moins troisième électrode et la au moins quatrième électrode peuvent être assimilées chacune à une électrode externe.
Dans ce même exemple figure 4, le troisième jeu et le quatrième jeu peuvent chacun comporter une seule troisième électrode 13 et une seule quatrième électrode 14. Dans ce cas, une telle troisième électrode et une telle quatrième électrode forment respectivement une couronne périphérique pleine 13 et une couronne centrale pleine 14. La couronne centrale pleine 14 peut former une surface délimitée par un cercle. Ou bien la couronne centrale 14 peut former un anneau comme représenté en traits pointillés, figure 4. Une telle troisième électrode pleine et une telle quatrième électrode pleine permettent avantageusement d'améliorer le contact du capteur avec la viande et de créer un champ électrique radial qui diffuse depuis la quatrième électrode en direction de la troisième électrode de façon parfaitement radiale tout autour du centre 10 du capteur. Dans ce cas là, une différence de potentiel est mesurée entre chaque première électrode 6 et chaque deuxième électrode 12 correspondantes le long d'un champ électrique formé entre la troisième électrode 13 et la quatrième électrode 14 tout en passant par les premières électrodes 6 et les deuxièmes électrodes 12.
Dans un autre exemple figure 5 appliqué à la méthode dite "quatre points", le premier jeu, le deuxième jeu, le troisième jeu et le quatrième jeu comportent chacun un nombre non nécessairement identique d'électrodes d'un jeu d'électrodes à un autre jeu d'électrodes. Dans le cas où le nombre d'électrodes par couronne est identique, ces électrodes peuvent être alignées en correspondance avec la au moins troisième électrode, la au moins quatrième électrode et une deuxième électrode le long d'un deuxième axe de mesure 29 s'étendant axialement par rapport au centre 10 du capteur. Dans ce même exemple, le quatrième jeu d'au moins une quatrième électrode peut être formé par une seule quatrième électrode centrale. Cette quatrième électrode se confond alors avec le centre du capteur 10. Ou bien ce quatrième jeu peut être formé par autant de quatrièmes électrodes qu'il y a d'électrodes sur chacun des autres jeux d'électrodes.
Selon la méthode dite "quatre point", les premières électrodes 6 et les deuxièmes électrodes 12 sont reliées au voltmètre 18 et la au moins troisième électrode 13 et la au moins quatrième électrode 14 sont reliées au générateur de courant 19, figure 4. Selon l'invention, les électrodes 6, 12, 13, 14 peuvent posséder une forme identique les unes par rapport aux autres. Par exemple, les électrodes forment chacune une aiguille, figure 5. L'aiguille présente une pointe de forme allongée. Une telle forme d'aiguille présente l'avantage de posséder une surface de contact suffisante avec la viande pour faire passer un courant électrique à travers la viande.
Dans un exemple, une aiguille formant une électrode peut mesurer 1 ,5 mm de diamètre et 3 mm de longueur. Dans un autre exemple, une aiguille formant une électrode peut mesurer 1 mm de diamètre et 1 mm de longueur.
Mais le capteur peut comporter des électrodes de formes différentes. Par exemple, le capteur peut comporter des premières électrodes et des deuxièmes électrodes formant chacune une aiguille et une troisième électrode et une quatrième électrode formant chacune une plaque métallique telle que représentée figure 4.
Pour faciliter les mesures électriques de différences de potentiel et la préhension du capteur 1 sur la viande, les électrodes du capteur peuvent être supportées par un boîtier isolant 20, figure 6. Dans l'exemple figure 6, il est représenté une vue en coupe d'un capteur 1 , selon l'invention. Ce capteur comporte une disposition géométrique des électrodes telle que déjà décrite dans le quatrième exemple figure 4. En effet, le capteur 1 peut comporter un boîtier 20 cylindrique creux muni d'un fond 21. Ce fond 21 forme à l'extérieur du capteur une surface de contact 22 du capteur 1 qui est destinée à être positionnée sur la viande. Ce fond 21 est destiné à être traversé par des électrodes de manière à ce qu'une extrémité 23 de chacune des électrodes destinée à être au contact de la viande est placée au-dessous d'un plan formé par la surface de contact 22. Les électrodes sont placées au-dessous du plan formé par la surface de contact de manière à s'enfoncer partiellement à travers la viande ou de manière à s'appuyer contre la viande. Par exemple, une électrode est enfoncée à travers la viande lorsque l'électrode a été enfoncée de 1 mm dans la viande.
Le capteur multiélectrodes selon l'invention peut être ainsi utilisé pour mesurer l'état de fraîcheur ou l'état de maturation d'un matériau biologique donné.
Le procédé de mesure d'un état de maturation de la viande au moyen du capteur multiélectrodes comporte d'abord une étape consistant à positionner le capteur 1 sur la viande. Puis un courant électrique est injecté à l'aide du générateur de courant 19 relié à l'appareil électronique 7 commandant sa mise en service.
Selon la méthode dite "deux points", un courant électrique alternatif est injecté entre chaque premières électrodes 6 et l'électrode centrale 9 (exemple 1 ). Ou bien un courant alternatif est injecté entre chaque premières électrodes 6 diamétralement opposées (exemple 2). Ou bien un courant alternatif peut être injecté entre chaque premières électrodes 6 et l'électrode de référence 6' (exemple 3). Puis une différence de potentiel est mesurée entre chaque premières électrodes 6 et l'électrode centrale 9 (exemple 1 ), ou bien entre chaque premières électrodes 6 diamétralement opposées (exemple 2), ou bien entre chaque premières électrodes 6 et l'électrode de référence 6' (exemple 3). La différence de potentiel est mesurée le long d'une ligne de champ électrique créée par un passage du courant électrique entre les deux premières électrodes qui permettent la mesure électrique. Puis, l'appareil électronique 7 identifie grâce au logiciel MAEL parmi toutes les valeurs d'impédances électriques mesurées une valeur d'impédance maximale et une valeur d'impédance minimale pour en déduire un état de maturation de la viande. L'impédance maximale correspond à une valeur d'impédance transversale et la valeur d'impédance minimale correspond à une valeur d'impédance longitudinale.
Cet état de maturation est déduit par l'appareil électronique de la manière suivante. L'appareil électronique 7 est programmé pour acquérir toutes les valeurs d'impédance électrique mesurées entre toutes les paires de premières électrodes. Parmi toutes ces valeurs d'impédance électrique, l'appareil électronique 7 identifie ensuite grâce par exemple au logiciel MAEL l'impédance maximale et l'impédance minimale. Puis l'appareil électronique 7 réalise une différence entre la valeur de l'impédance maximale et la valeur de l'impédance minimale. Puis l'appareil électronique déduit un état de maturation. Lorsque la valeur de la différence entre l'impédance maximale et l'impédance minimale devient nulle, alors l'appareil électronique 7 indique à l'utilisateur que la viande a subit une maturation complète et que la viande est prête à être consommée.
Lorsque l'on mesure une différence de potentiel avec les électrodes selon le troisième exemple, on peut prévoir d'enregistrer dans l'appareil électronique 7 les positions de toutes les premières électrodes les unes par rapport aux autres. Puis on déduit une valeur d'impédance en fonction de la distance qui sépare chacune des premières électrodes entre elles.
Selon la méthode dite "quatre points", un courant électrique est injecté entre la au moins troisième électrode 13 et la au moins quatrième électrode 14. Ce courant électrique crée un champ électrique dans la viande qui se propage entre la au moins troisième électrode et la au moins quatrième électrode et radialement par rapport au centre 10 du capteur. De la même manière que précédemment mentionné, des valeurs d'impédances électriques sont mesurées entre les premières électrodes et les deuxièmes électrodes se correspondant le long du deuxième axe de mesure 29 le long duquel circule radialement par rapport au centre du capteur un courant électrique entre la (ou les) quatrième(s) électrode(s) et la (ou les) troisième(s) électrode(s). L'appareil électronique 7 associé à cette méthode dite quatre points est alors destiné à acquérir toutes ces valeurs d'impédances pour identifier l'impédance minimale et l'impédance maximale et pour en déduire un état de maturation de la viande à un moment donné.
Il est également possible à partir des valeurs d'impédance électrique mesurées à partir de la méthode dite "deux points" ou dite "quatre points" de comparer ces différentes valeurs par rapport à une représentation graphique de référence telle que illustrée figure 7. Cette représentation graphique 24 est décrite par un modèle mathématique comme par exemple :
X=a.cos2θ+b. SJn2G, où X représente l'impédance électrique , θ représente l'angle entre le deuxième axe 29 et l'axe d'allongement d'au moins une fibre musculaire, a est l'impédance minimale et b est l'impédance maximale.
Notamment, la figure 7 illustre, par une représentation graphique polaire, une évolution des différentes valeurs d'impédances électriques mesurées à trois moments donnés après la mort de l'animal. Notamment, la figure 7 illustre une évolution des impédances électriques acquises à 1 jour après la mort de l'animal (T1 ), à 7 jours après la mort de l'animal (T2) et à 21 jours après la mort de l'animal (T3).
A T1 , les valeurs d'impédances électriques acquises forment une courbe 24 oblongue et rétrécie en son milieu. La forme de la courbe 24 à T1 est caractéristique d'une viande au début de sa maturation. Cette courbe 24 présente à T1 une symétrie centrale par rapport à l'intersection du petit axe
27 et du grand axe 28 .
De T1 à T3, la courbe tend à former un cercle. Cette forme caractéristique de cercle est significative du fait que l'impédance maximale
(transversale) a diminué et tend à devenir égale à l'impédance minimale
(longitudinale). Ainsi, on en déduit simplement que la viande à T3 à subit un temps de maturation suffisant.
Expérience de mesure d'impédance électrique réalisée à partir de capteu rs ci rcu lai res
L'expérience a porté sur 104 échantillons de viande et a été réalisée sur six mois. Les différents échantillons ont été prélevés à partir de 28 muscles bovins rectus abdominus, 48 muscles bovins semimembranus et de
28 muscles bovins semitendinosus. Parmi ces échantillons, un quart a subit des mesures à 2 jours post mortem, un quart à 3 jours post mortem, un quart à 6 jours post mortem et le dernier quart à 14 jours post mortem. Auparavant, chaque muscle est conservé sous vide à 4°C.
Les mesures consistent en la mesure de l'impédance électrique et en la mesure de la résistance mécanique au test de compression à 20 % (test rendant compte de la résistance des fibres musculaires). La mesure de l'impédance électrique a été réalisée avec un premier capteur circulaire et avec un deuxième capteur circulaire. Le premier capteur comporte une couronne de diamètre 7 cm permettant une mesure d'impédance 2 points. Le deuxième capteur comporte une couronne de diamètre 4 cm permettant une mesure d'impédance 4 points.
Pour chaque capteur d'impédance, la mesure électrique est répétée 3 fois, ce qui conduit à un total de 104x3=312 observations. Les mesures mécaniques sont une moyenne de 10 déterminations.
Concernant les mesures électriques, chacun des 2 capteurs permet en une application la mesure de l'impédance électrique suivant 12 directions pour le plus grand et 10 directions pour le plus petit. Le logiciel MAEL extrait automatiquement de ces mesures les valeurs complexes (module et phase) d'impédance transversale (la plus grande) et d'impédance longitudinale (la plus petite). MAEL calcule également le rapport d'anisotropie fap) et la différence entre les valeurs transversales et les valeurs longitudinales (dif).
On obtient finalement 8 types de variables électriques qui sont le module de l'impédance transversale (frm), la partie réelle de l'impédance transversale (rr), le module de l'impédance longitudinale (Igm), la partie réelle de l'impédance longitudinale (Igr), le rapport des modules des impédances transversale et longitudinale (rapm), le rapport des parties réelles des impédances transversale et longitudinale (rapr), la différence des modules des impédances transversale et longitudinale (difm) et la différence des parties réelles des impédances transversale et longitudinale (difr).
Chacune de ces 8 variables est mesurée sur 80 points de fréquences réparties suivant une loi logarithmique entre 100 Hz et 1 .5 MHz. On arrive donc à un total de 8x80=640 variables.
Chaque muscle subit 3 mesures avec chacun des deux capteurs d'impédance, ce qui tout muscle confondus nous amène à 104x3=312 observations.
Le nombre d'observations est trop faible devant le nombre de variables, nous réduisons donc le nombre de variables à 128 en les moyennant par groupes de 5 fréquences (pour une variable donnée, 5 fréquences adjacentes sont fortement corrélées, nous ne perdons donc que peu d'information en limitant ainsi le nombre de variables).
Parallèlement aux mesures d 'impédance électrique, chaque muscle est soumis au test de compression à 20% qui en fonction du muscle et de l'état de maturation donne un résultat compris entre 3 et 45 N/cm2. Nous avons lors de cette étude testé la capacité de nos capteurs à classer les échantillons en trois classes de maturation : de 0 à 15 N/cm2 (mature), de 15 à 30 N/cm 2 (intermédiaire) et de 30 à 45 N/cm2 (pas mature).
Le tableau ci-dessous résume l'ensemble des résultats de ce classement sous la forme bien classé dans mature % (nb d'observations) / bien classé dans intermédiaire% (nb d'observations) / bien classé dans pas mature % (nb d'observations) :
Figure imgf000023_0001
Les cas où l'on considère 312 observations correspondent à des classements où chacune des 3 répétitions de mesure électrique est prise comme une observation individuelle. Les cas où l'on considère 104 observations correspondent à des classements où ces 3 grandeurs ont été moyennées.
La colonne à 36 variables correspond à des classements pour lesquels nous avons à nouveau réduit le nombre de variables en ne gardant que les impédances transversales (rm et trr) et les rapports d'impédance (rapm et rapr) et en supprimant l'ensemble des basses fréquences. En effet, les analyses statistiques montrent que les plus basses fréquences (en dessous de 7 KHz) sont moins significatives. Nous ne gardons donc que les variables correspondant à des fréquences supérieures à 7 KHz. La diminution du nombre de variable est nécessaire à la fois pour la validité des analyses statistiques (le nombre d'observations doit être au moins égal à 2 fois le nombre de variables) quand le nombre d'observations est faible (104) et pour simplifier au maximum la conception des capteurs (moins de fréquences, moins de paramètres nécessaires). L'ordre de grandeur du module des impédances transversales frm) mesurées est de 200 à 3000 Ohm pour la grande couronne et de 0 à 300 Ohm pour la petite couronne. Cet écart s'explique par le fait que la distance d'une électrode à l'autre est plus petite, mais surtout par le principe de mesure (4 points) de la petite couronne qui supprime la composante due à l'impédance de contact. Les modules des rapports ("apm) varient de 1.5 (viande peu maturée) à 1.04 (viande très maturée).
Le tableau ci-dessus montre qu'en ne conservant que 36 variables, on arrive à des pourcentages de bon classement de 80% en moyenne par classe. Ce résultat s'entend pour une population constituée de trois types de muscles de comportements très différents. Un classement « par muscle » , d'un intérêt industriel moindre, est envisageable, avec des résultats a priori meilleurs du fait de la moins grande variabilité des échantillons.
Expériences réalisées à partir d'échantillons de poissons
Deux prototypes de capteurs circulaires d'impédance électrique ont été testés sur du poisson (cabillaud et saumon). Il s'agit d'un premier capteur du type décrit pour la figure 2. Ce premier capteur est formé de 20 électrodes disposées circulairement les unes à la suite des autres et comporte un diamètre de 8 cm. Ce capteur est appelé ici «circulaire ». Un deuxième capteur du type décrit pour figure 4 formé de 4 couronnes a également été utilisé, de 3.5 cm. Ce deuxième capteur est appelé ici « multi-couronnes » .
Les figures 8 et 9 donnent l'impédance mesurée avec le capteur circulaire à 41 KHz, respectivement sur du cabillaud et du saumon. Les mesures ont été effectuées sur du poisson à J5 (5 jours post mortem).
La figure 10 donne l'impédance mesurée avec le capteur multi- électrodes à 39 KHz, sur du cabillaud à J9.
Sur ces 3 exemples, on observe une anisotropie de l'impédance électrique avec des rapports variant de 1.09 à 1.44. La forme des courbes en fonction de l'angle entre les fibres musculaires (visibles en surface) et la direction de la mesure est la même que pour la viande. II n'a pas été fait de suivit d'altération du poisson avec ces capteurs, mais nous avons montré (rapport du projet OFIMER n°067/02/C « Utilisation des propriétés électriques et diélectriques pour le contrôle non destructif des modifications structurales du poisson en réfrigération et en congélation ») que le rapport des impédances transversale et longitudinale est relié à l'état de la chair. La mesure simultanée suivant toutes les directions de l'impédance électrique doit donc permettre d'aboutir au même résultat.

Claims

REVENDICATIONS
1 - Capteur (1 ) multiélectrodes pour mesurer un état de maturation d'un matériau biologique, comportant une pluralité d'électrodes de mesure formant au moins un premier jeu de premières électrodes (6) de mesures d'une impédance électrique du matériau biologique, le capteur étant relié à un appareil électronique (7) pour mesurer l'impédance électrique entre au moins deux électrodes de la pluralité, caractérisé en ce que
- les premières électrodes formant le premier jeu d'électrodes de mesure sont disposées au niveau de sommets d'un polyèdre qui est associé exclusivement au jeu considéré.
2 - Capteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le matériau biologique est de la viande.
3 - Capteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que le matériau biologique est du poisson.
4 - Capteur selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que le capteur est relié à l'appareil électronique pour mesurer l'impédance électrique entre au moins deux couples d'électrodes, les deux couples d'électrodes étant chacun constitué de deux électrodes de la pluralité d'électrodes, les deux couples d'électrodes ayant au moins une électrode non commune.
5 - Capteur selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que le polyèdre aux sommets duquel sont disposées les premières électrodes est un polygone. 6 - Capteur selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que le polyèdre aux sommets duquel sont disposées les premières électrodes est un polygone non plat.
7 - Capteur selon l'une au moins des revendications précédentes caractérisé en ce que les premières électrodes formant le premier jeu d'électrodes de mesure sont disposées le long d'une première trajectoire (8) définissant un premier cercle.
8 - Capteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte 20 électrodes disposées circulairement les unes à la suite des autres et comporte un diamètre de 8 cm. 9 - Capteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'un nombre pair de premières électrodes sont régulièrement disposées le long de la première trajectoire.
10 - Capteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la pluralité d'électrodes forme une électrode centrale (9) qui est placée à un centre (10) du polyèdre.
11 - Capteur selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que
- la pluralité d'électrodes de mesures forme également un deuxième jeu de deuxièmes électrodes de mesures (12), un troisième jeu d'au moins une électrode (13) et un quatrième jeu d'au moins une électrode (14), les deuxièmes électrodes, la au moins troisième électrode, et la au moins quatrième électrode étant disposées respectivement le long d'une deuxième trajectoire (15) définissant un deuxième cercle, le long d'une troisième trajectoire (16) définissant un troisième cercle et le long d'une quatrième trajectoire (17) définissant un quatrième cercle,
- le premier cercle, le deuxième cercle, le troisième cercle et le quatrième cercle sont concentriques, et
- les premières électrodes et les deuxièmes électrodes sont placées entre la au moins troisième électrode et la au moins quatrième électrode.
12 - Capteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte un diamètre de 3.5 cm.
13 - Capteur selon l'une des revendications 1 1 à 12, caractérisé en ce que - le troisième jeu et le quatrième jeu forment respectivement une couronne périphérique pleine et une couronne centrale pleine, et
- chacune des premières électrodes sont alignées en correspondance avec une deuxième électrode, avec la couronne périphérique pleine et avec la couronne centrale pleine le long d'un axe s'étendant axialement par rapport à un centre (10) du capteur.
14 - Capteur selon la revendication 1 1 , caractérisé en ce que chacune des premières électrodes sont alignées en correspondance avec une deuxième électrode, une troisième électrode et avec une quatrième électrode le long d'un axe s'étendant axialement par rapport à un centre (10) du capteur. 15 - Capteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chacune des électrodes forme une aiguille.
16 - Capteur selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'aiguille mesure 1 ,5 mm de diamètre et 3 mm de longueur. 17 - Capteur selon la revendication 15, caractérisé en ce que l'aiguille mesure 1 mm de diamètre et 1 mm de longueur.
18- Procédé de mesure d'un état de maturation d'un matériau biologique au moyen d'un capteur multiélectrodes selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte les différentes étapes consistant à
- positionner le capteur sur le matériau biologique,
- injecter un courant au travers du matériau biologique par l'intermédiaire du capteur,
- mesurer une différence de potentiel entre plusieurs paires d'électrodes, chaque paire d'électrodes comportant deux électrodes de la pluralité, cette différence de potentiel étant mesurée le long d'une ligne de champ électrique formé par une circulation d'un courant électrique entre les deux électrodes au moyen desquelles s'effectue la mesure, et
- identifier une valeur d'impédance maximale et une valeur d'impédance minimale à l'aide de l'appareil électronique de traitement de données, et
- déduire un état de maturation du matériau biologique à un temps donné.
19 - Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comporte les différentes étapes consistant à
- enregistrer dans l'appareil électronique un ensemble exhaustif de données de distance, chaque donnée de distance correspondant à une distance séparant deux électrodes du capteur, et
- déduire une valeur d'impédance en fonction des données de distance.
20 - Utilisation d'un capteur multiélectrodes selon l'une des revendications 1 à 17 pour mesurer un état de maturation d'un matériau biologique en disposant les électrodes de mesure dans le matériau biologique.
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