我國(guó)雪花牛肉分級(jí)技術(shù)研究進(jìn)展

石盼盼

摘要總結(jié)了近年來(lái)我國(guó)雪花牛肉評(píng)級(jí)出現(xiàn)的新技術(shù)，分別從圖像信息獲取、參數(shù)提取模型建立、人造雪花牛肉的鑒別3個(gè)方面介紹了分級(jí)技術(shù)上取得的新進(jìn)展，并重點(diǎn)介紹了應(yīng)用性強(qiáng)的技術(shù)方法及已研制成功的分級(jí)設(shè)備。該研究對(duì)促進(jìn)雪花牛肉分級(jí)技術(shù)的發(fā)展，制定更為客觀科學(xué)操作性強(qiáng)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，提高我國(guó)雪花牛肉在國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)力具有積極意義。

關(guān)鍵詞雪花牛肉;分級(jí)技術(shù); 參數(shù)模型

中圖分類(lèi)號(hào)S879.2文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2018）08-0029-02

Research Progress of Snowflake Beef Grading Technology in China

SHI Panpan

（Henan Institute of Product Quality Supervision and Inspection ，Zhengzhou，Henan 450047）

Abstract

The new technologies of snowflake beef grading in China in recent years are summarized，F(xiàn)rom the 3 aspects of image information acquisition， parameter extraction model establishment and artificial snowflake beef identification， the new progress made in snowflake beef grading technology is introduced. The application of strong technical methods and the developed classification equipment are mainly introduced.It is of positive significance for improving the competitiveness of snowflake beef in the world， and promoting the development of snowflake beef grading technology and establishing a more objective and scientific grading standard.

Key wordsSnowflake beef;Grading technology;Parameter model

雪花牛肉指脂肪沉積到肌肉纖維之間，形成明顯的紅、白相間，似大理石花紋狀的牛肉，也稱(chēng)大理石牛肉。雪花牛肉外表特異、口感好、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，是牛肉中的精品[1]。全世界以日本的雪花牛肉最為著名，澳大利亞和美國(guó)的雪花牛肉在品質(zhì)和數(shù)量方面也較我國(guó)有較大優(yōu)勢(shì)。目前制約我國(guó)雪花牛肉發(fā)展的關(guān)鍵因素之一就是缺少科學(xué)和完善的分級(jí)系統(tǒng)[2-4]。標(biāo)準(zhǔn)的建立需要先進(jìn)的檢測(cè)技術(shù)作為支撐。

目前我國(guó)對(duì)雪花牛肉的分級(jí)多依靠評(píng)級(jí)員觀察肉品大理石花紋的形狀、分布密度和肉質(zhì)來(lái)判斷[5]，主觀性較強(qiáng)不利于進(jìn)駐國(guó)際市場(chǎng)。近年來(lái)我國(guó)許多學(xué)者和專(zhuān)家一直在積極地研究開(kāi)發(fā)一種更為科學(xué)客觀的技術(shù)手段來(lái)衡量雪花牛肉品質(zhì)，確定雪花牛肉等級(jí)。目前文獻(xiàn)報(bào)道的評(píng)級(jí)方法基本是由樣本圖像提取、特征參數(shù)選擇、分級(jí)運(yùn)算模型建立3個(gè)步驟組成。樣本圖像信息提取，就是利用各種成像技術(shù)把雪花牛肉樣品的大理石花紋最真實(shí)地拍攝采集下來(lái)并轉(zhuǎn)化成為可以量化的圖像信息;選擇特征參數(shù)是指從各種可量化的圖像信息參數(shù)中通過(guò)比較篩選獲取能夠代表大理石花紋豐富程度的特征參數(shù);建立分級(jí)模型是指建立一個(gè)能夠通過(guò)某一特征參數(shù)或特征參數(shù)組合運(yùn)算來(lái)量化雪花牛肉級(jí)別的公式。筆者分別從這3個(gè)方面總結(jié)近年來(lái)我國(guó)雪花牛肉分級(jí)技術(shù)取得的一些研究進(jìn)展。

1圖像信息獲取方法

評(píng)級(jí)員依據(jù)雪花牛胴體眼肌切面脂肪的含量和分布情況來(lái)判別其等級(jí)，大理石花紋越豐富即脂肪在肌肉纖維之間分布得越均勻，肉品的等級(jí)就越高。無(wú)論哪種技術(shù)都需要基于對(duì)大理石花紋圖像的分析來(lái)實(shí)現(xiàn)定級(jí)，所以獲取清晰準(zhǔn)確的圖像信息是實(shí)現(xiàn)雪花牛肉定級(jí)的前提。近年來(lái)我國(guó)學(xué)者對(duì)于怎樣準(zhǔn)確提取樣品的大理石花紋展開(kāi)了不少研究。

1.1基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)和圖像處理技術(shù)的圖像獲取方法

基于計(jì)算機(jī)視覺(jué)和圖像處理技術(shù)的圖像獲取方法是通過(guò)光學(xué)成像傳感系統(tǒng)獲得樣品大理石花紋的圖像信息，再經(jīng)過(guò)圖像平滑、二值化、閾值分割等圖像處理技術(shù)得到代表圖像大理石花紋各參數(shù)的信息。Chen等[6]于20世紀(jì)80年代末最先將圖像處理技術(shù)引入牛肉質(zhì)量分級(jí)，他們通過(guò)圖像處理技術(shù)計(jì)算出了美國(guó)牛肉分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)中6張標(biāo)準(zhǔn)圖譜中牛眼肌脂肪面積，最先實(shí)現(xiàn)了分級(jí)的定量判斷。南京農(nóng)業(yè)大學(xué)彭增起教授團(tuán)隊(duì)研制的基于嵌入式Linux的牛胴體品質(zhì)檢測(cè)終端[7]，利用嵌入式技術(shù)的優(yōu)勢(shì)和機(jī)器視覺(jué)技術(shù)相結(jié)合，采用CCD工業(yè)相機(jī)作為圖像采集設(shè)備，模擬CCD工業(yè)相機(jī)經(jīng)TVP5146編碼轉(zhuǎn)換后接入嵌入式平臺(tái)的方案，開(kāi)發(fā)了牛肉圖像快速采集程序，可以快速準(zhǔn)確地獲取雪花牛胴體肋骨橫切面大理石花紋的圖像。該研究在圖像采集過(guò)程中創(chuàng)新性地采用光路折向設(shè)計(jì)取代傳統(tǒng)的直射設(shè)計(jì)，降低了圖像采集終端的高度，進(jìn)一步使采集的圖像更加穩(wěn)定和規(guī)范。周彤等[8]在牛肉大理石花紋圖像特征信息提取及自動(dòng)分級(jí)方法的研究中提到該研究團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的圖像采集系統(tǒng)，采用USB2.0 接口的CCD 工業(yè)相機(jī)獲取圖像信息，采集裝置直接與計(jì)算機(jī)相連，可以自動(dòng)獲取高質(zhì)量、顏色還原性好、最大分辨率達(dá)到1 280×960 像素的大理石花紋圖像。

1.2基于近紅外光譜技術(shù)的圖像獲取方法

近紅外技術(shù)是一種快速無(wú)損并且綠色環(huán)保的檢測(cè)技術(shù)。近年來(lái)我國(guó)利用近紅外技術(shù)檢測(cè)牛肉品質(zhì)的研究較多，主要集中于脂肪、蛋白質(zhì)、水分、肉色等指標(biāo)的檢測(cè)[9]。美國(guó)農(nóng)業(yè)部肉類(lèi)研究中心已經(jīng)建立了牛肉近紅外光譜信息與牛肉嫩度之間的預(yù)測(cè)模型，并且開(kāi)發(fā)出了商品化的牛肉嫩度分級(jí)檢測(cè)儀[10-11]。從近紅外技術(shù)檢測(cè)展現(xiàn)的良好勢(shì)頭來(lái)看，將近紅外光譜技術(shù)應(yīng)用于雪花牛肉的分級(jí)具有很大的潛力，但目前我國(guó)利用近紅外技術(shù)研究牛肉分級(jí)的研究報(bào)道較少，尚處于探索階段?？梢匝芯坎煌ㄩL(zhǎng)近紅外波對(duì)大理石花紋圖像中某些或某個(gè)特征參數(shù)的吸光值是否有顯著性差異，來(lái)建立雪花牛肉的分級(jí)模型。

1.3基于高光譜成像技術(shù)的圖像獲取方法

高光譜掃描成像技術(shù)是近年來(lái)新興的檢測(cè)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于生鮮農(nóng)畜產(chǎn)品的無(wú)損檢測(cè)。該技術(shù)結(jié)合傳統(tǒng)的成像和光譜學(xué)，可以同時(shí)獲得圖像的位置信息和光譜信息，可獲得立方體圖像。高曉東等[12]首次應(yīng)用高光譜掃描成像系統(tǒng)對(duì)牛肉大理石花紋進(jìn)行評(píng)級(jí)研究，該研究比較400～1 100 nm范圍內(nèi)520個(gè)波段的圖像信息，通過(guò)比較脂肪和蛋白質(zhì)在高光譜段反射比的最大值確定合適的采集波段，最后確定用肌肉和脂肪灰度比值最大處作為提取圖像最佳波段即530 nm為大理石花紋分割的特征波段，建立高光譜線掃描成像系統(tǒng)。該研究團(tuán)隊(duì)的郭輝等[13]利用該成果研發(fā)了手持式牛肉大理石花紋檢測(cè)系統(tǒng)，運(yùn)用該系統(tǒng)采集了68塊牛肉樣品的大理石花紋并作出分級(jí)判斷，與人工分級(jí)結(jié)果相比平均誤差為7.114 3%。但該檢測(cè)系統(tǒng)的參數(shù)還需要大量的樣本來(lái)測(cè)試和優(yōu)化，檢測(cè)精度有待進(jìn)一步提高。

另外，在不斷研究創(chuàng)新完善圖像采集技術(shù)的同時(shí)大理石花紋信息的采集也受圖片拍攝質(zhì)量的影響。在實(shí)際生產(chǎn)時(shí)，屠宰時(shí)候的碎肉血污會(huì)影響提取效果，生產(chǎn)中排酸產(chǎn)生的血污如不加以清理也會(huì)嚴(yán)重影響圖片信息的采集，所以生產(chǎn)中要規(guī)范生產(chǎn)工藝，才能進(jìn)一步利用各種成像技術(shù)提取高質(zhì)量的圖像信息。

2大理石花紋圖像特征參數(shù)獲取及分級(jí)模型的建立

雪花牛肉評(píng)級(jí)研究中在獲取樣品的大理石花紋圖像信息后，要基于圖像信息選擇能夠代表大理石花紋豐富度和均勻度的特征參數(shù)，選取合適的算法建立分級(jí)模型進(jìn)行分級(jí)。獲取同樣圖片信息的情況下，選取的特征參數(shù)不同或者模型算法不同，可能會(huì)導(dǎo)致不同的分級(jí)結(jié)果。以往國(guó)內(nèi)外的研究多將大理石花紋的特征參數(shù)集中在脂肪顆粒數(shù)，及脂肪顆粒周長(zhǎng)等只能代表脂肪的形狀不能代表脂肪分布情況的參數(shù)上。近年來(lái)我國(guó)學(xué)者針對(duì)這一情況，開(kāi)展了很多研究，也取得了不少成果。

劉瓔瑛等[14]在雪花牛肉大理石花紋粗糙度和細(xì)密度的測(cè)定中提出，細(xì)密度和粗糙度2個(gè)指標(biāo)能夠反映脂肪的分布特征。粗糙度能夠反映大理石花紋中的各個(gè)脂肪面積分布情況，細(xì)密度能夠反映大理石花紋中脂肪數(shù)量的分布情況，而且兩者相互獨(dú)立。研究發(fā)現(xiàn)，在脂肪含量一定的情況下，細(xì)密度大、粗糙度小的牛肉其脂肪分布更均勻，并且2個(gè)指標(biāo)能夠跟隨雪花牛肉大理石花紋脂肪含量的變化而變化。孟祥艷[15]在牛眼肌區(qū)域大理石花紋評(píng)級(jí)特征的研究中比較了中國(guó)、美國(guó)、日本3個(gè)國(guó)家雪花牛肉分級(jí)指標(biāo)的主要特征參數(shù)，涉及到幾何、形狀及分布參數(shù)。并進(jìn)一步對(duì)影響大理石花紋等級(jí)的參數(shù)進(jìn)行線性組合，應(yīng)用主成分分析法建立大理石花紋的等級(jí)預(yù)測(cè)模型。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)了對(duì)各國(guó)大理石花紋標(biāo)準(zhǔn)圖譜影響最大的特征參數(shù)，其中對(duì)我國(guó)大理石花紋等級(jí)影響較大的是能代表花紋的形狀及大小參數(shù)。陳坤杰等[16]基于雪花牛肉肌內(nèi)脂肪分布的不規(guī)律性，利用分形幾何在定量描述復(fù)雜的自然幾何圖形方面的優(yōu)勢(shì)，研究了牛肉大理石花紋各分形維與牛肉大理石花紋等級(jí)之間的變化關(guān)系。結(jié)合能夠代表雪花牛肉脂肪分布的其他特征參數(shù)，建立了大理石牛肉分級(jí)計(jì)算模型。

3人造“雪花牛肉”分級(jí)技術(shù)

人工“雪花牛肉”

即人為地把脂肪代用品添加到牛肉肌纖維之間，形成人工的大理石花紋[17-18]?！按祟?lèi)雪花牛肉如何的分級(jí)？”“現(xiàn)有的或者是剛剛探索出的分級(jí)技術(shù)是否適用？”“是否需要把此類(lèi)雪花牛肉排除在分級(jí)范圍之外？”“是否應(yīng)該遏制此類(lèi)人工雪花牛肉的發(fā)展？”這些問(wèn)題值得探討。

一方面，人工雪花牛肉具有真實(shí)雪花牛肉的大理石花紋，并且因?yàn)橹镜募尤肟梢愿淖兤胀ㄅＨ獾目诟性黾幽鄱?，改變普通牛肉飽和脂肪酸含量過(guò)多的不利影響，使得營(yíng)養(yǎng)價(jià)值更加科學(xué)合理。另一方面，不法商家在普通牛肉中注射脂肪，讓牛肉看起來(lái)有了雪花牛肉的效果但營(yíng)養(yǎng)價(jià)值與真正的雪花牛肉有很大區(qū)別，以人工雪花牛肉取代高端雪花牛肉，欺詐消費(fèi)者牟取暴利。

目前鑒別人造雪花牛肉的技術(shù)已有報(bào)道。大連雪龍集團(tuán)首先提出用遺傳學(xué)破解雪花牛生長(zhǎng)密碼，鑒別人造雪花牛肉。該公司與國(guó)家肉牛牦牛產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專(zhuān)家合作，從雪花牛身上易產(chǎn)生雪花牛肉的不同部位提取遺傳密碼，組成遺傳信息庫(kù)。通過(guò)與最終屠宰后雪花牛肉的結(jié)果比對(duì)，排除無(wú)關(guān)的遺傳信息，建立有效遺傳信息和雪花紋理的對(duì)應(yīng)關(guān)系。這一研究成果不僅可以鑒別人工雪花牛肉，更為重大的意義在于它可以有效地指導(dǎo)雪花牛科學(xué)飼養(yǎng)，增加雪花牛肉的產(chǎn)出率[19]。但這一課題需要大量的肉牛樣本和遺傳信息數(shù)據(jù)及對(duì)比研究，工作量大，且準(zhǔn)確度是研究工作的一大難關(guān)，目前尚處于研究階段。另外，喬冬雨[20]的研究為人們利用微衛(wèi)星DNA的多態(tài)性來(lái)鑒別雪花牛肉及其級(jí)別提供了依據(jù)。

4結(jié)論與展望

雪花牛肉目前只是單純地依靠外形來(lái)定級(jí)，消費(fèi)者是否有必要一味地追求其大理石花紋的豐富與均勻，追求高端消費(fèi)。如何倡導(dǎo)理性消費(fèi)那些口感與營(yíng)養(yǎng)俱佳但花紋均勻度并沒(méi)有那么好的牛肉產(chǎn)品，把嫩度及脂肪酸含量等口感與營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)作為評(píng)級(jí)指標(biāo)是否有一定的參考意義，這需要一定的調(diào)查研究。另外，目前所研究的大部分分級(jí)技術(shù)都需要屠宰完后才再能鑒別是否是雪花牛肉及雪花牛肉的等級(jí)，因此，應(yīng)致力于開(kāi)發(fā)新的技術(shù)，可以在牛生長(zhǎng)過(guò)程中鑒定產(chǎn)出的是否是雪花牛肉，這也應(yīng)成為雪花牛肉分級(jí)技術(shù)研究的一個(gè)方向。

總之，自動(dòng)化智能綠色無(wú)損的檢驗(yàn)技術(shù)是市場(chǎng)的需求。將計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)、圖像處理技術(shù)、近紅外技術(shù)、高光譜技術(shù)及相關(guān)生物技術(shù)、人工智能技術(shù)相結(jié)合綜合應(yīng)用，制定科學(xué)先進(jìn)的雪花牛肉分級(jí)模型，促進(jìn)雪花牛肉分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的制定實(shí)施，提高我國(guó)雪花牛肉的高級(jí)競(jìng)爭(zhēng)力是我國(guó)專(zhuān)家學(xué)者的奮斗目標(biāo)。

制約雪花牛肉發(fā)展的還有農(nóng)戶散養(yǎng)、喂養(yǎng)盲目性大、沒(méi)有科學(xué)技術(shù)指導(dǎo)等也是我國(guó)雪花牛肉發(fā)展受阻的重要原因。我國(guó)應(yīng)在政府層面，整合資源、制定政策、加大技術(shù)投入，提倡并促進(jìn)大規(guī)模品牌化、科學(xué)化的農(nóng)場(chǎng)養(yǎng)殖模式以盡快拉近與雪花牛肉強(qiáng)國(guó)的差距，增強(qiáng)我國(guó)綜合國(guó)力。

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