基于特征參量的肉雞木質肉在線檢測方法

孫 嘯 劉浩魯 陳彩蓉 陳坤杰

(南京農業大學工學院， 南京 210031)

基于特征參量的肉雞木質肉在線檢測方法

孫 嘯 劉浩魯 陳彩蓉 陳坤杰

(南京農業大學工學院， 南京 210031)

近年來肉雞中出現的肌肉缺陷疾病——木質肉(Woody/wooden breast，WB)越來越受到關注。為了探索WB在線檢測方法及熟肉肉質區別，以完整的雞胸肉樣本(左、右2部分)作為實驗研究對象，左半部分樣本進行擠壓力(Compression force，CF)測量，同時通過高壓空氣無損檢測系統采集不同實驗高度(12、15、18 cm)下樣本的形變參量；右半部分樣本進行蒸煮后， 以蒸煮損失率、2種剪切探頭做功(MORSE、BMORSE)及剪切力產生的峰值個數(PC-MORS、PC-BMORS)作為熟肉肉質評價參量。實驗結果表明：生肉實驗中，CF隨WB等級升高顯著增大，而12、15、18 cm處圓形變形量隨WB等級升高顯著減小；18 cm處圓形變形量與WB等級極顯著相關，可作為WB在線檢測潛在的特征參量，結合圖像處理技術可能實現對WB在線檢測分級。熟肉實驗中蒸煮損失率、BMORSE、 PC-BMORS隨WB等級升高顯著增大，但MORSE在各等級間無差異，說明BMORS探頭更適合WB熟肉肉質分析。此外，PC-MORS、PC-BMORS比傳統的剪切能量評價體系更加容易區分WB等級，不僅可作為新的特征參量評價WB熟肉肉質，同時也客觀地描述了不同WB等級間肌肉內部結構及紋理特征。

雞肉肉質； 木質肉； 特征參量； 在線檢測

引言

無骨雞胸肉因其營養價值豐富一直廣受消費者青睞[1-2]。為了滿足消費需求，家禽企業通過選擇性育種培育生長迅速、出肉率高的肉雞品種。如今肉雞養殖出欄時間較50年前減半，而肉雞活體重卻是50年前的2倍，同時在養殖過程中肉雞平均增加單位質量所需時間較50年前減少2/3[3-4]。但肉雞市場迅速發展的同時，肌肉缺陷問題也隨之出現[5-9]，其中木質肉(Woody/wooden breast, WB)[10-18]近幾年備受關注。與正常雞肉相比，WB因肌肉退化致其整體顏色蒼白且呈現不同程度的堅硬觸感，對于WB比較嚴重的雞胸肉表面同時會有滲血及粘性分泌物，還可能與白色紋理缺陷(White striping，WS)[19-22]同時出現。WB雖未發現食用后會對人體健康產生危害，但感官評價研究發現其食用品質差，口感硬且有類似橡膠質感使人難以咀嚼[23]，因此對于WB程度較低的雞胸肉，通常都作為副產品處理；而對WB程度嚴重的雞胸肉，大部分廠家都選擇直接廢棄的處理方式，給家禽加工企業造成巨大的經濟損失[24]。目前，WB在家禽產業生產中發生率有5%～10%，在有些嚴重地區可達15%或更高，飼養周期長的肉雞WB出現的幾率也隨之升高。如今美國、西班牙、意大利等國都相繼出現WB問題[25-26]。國內速生型肉雞市場不斷擴大，但WB生肉在線檢測以及WB熟肉肉質的分析研究尚未見報道。近年來國內對肉類產品品質檢測的研究已較多[27-32]，為探尋WB在線無損檢測的方法及研究其熟肉肉質，本文通過生肉硬度檢測同時結合高壓空氣無損檢測方式進行檢測，分析2種方式測量參數之間的相關性，以期確定可對WB肉檢測的特征參量，為后續研究設計在線WB檢測分級裝置提供理論依據。此外，本文還對WB熟肉肉質進行分析評價，在傳統剪切實驗基礎上結合剪切特征參量分析不同等級WB肌肉內部結構及紋理特征。

1 實驗材料與方法

1.1 實驗樣本

496只Cobb 500品種肉雞飼養至49 d進行宰殺，所有肉雞在宰殺前10 h禁食但保證正常飲水，肉雞活體平均質量3.83 kg。宰殺時，肉雞通過電擊暈、放血、高溫燙毛、去頭和爪后，手動去除內臟并對雞胴體進行清洗。隨后放入溫度為1℃的水浴環境下冷卻90 min，2 h后去骨分割。根據去骨程序的相關規定，同時為了避免因人為的差異造成雞胸肉的尺寸大小及肉質改變，所有肉雞均有經過長期訓練的專業人員(6～8人)參照文獻[33]的方法進行分割。所有實驗樣本均切割成左、右2部分，用食品保鮮袋包裝后置于冷藏室(4℃)保存。

1.2 WB等級的評定及標準

現階段研究中WB等級評定主要依靠人的感官及觸感進行分級，根據其表觀紋理硬度參照文獻[14]的方法分為3個等級，其中各等級的評判標準如表1所示。

表1 WB樣本分級標準

1.3 實驗儀器設備

質構儀(Texture Technologies公司)，硬度檢測探頭(Probe探頭, 長12 cm、直徑6 mm)，電子秤(精度0.1 g)，高壓空氣裝置(414 kPa)，電子游標卡尺(精度0.01 mm)，烹飪錫紙，剪切探頭Meullenet-Owens Razor Shear (MORS)及Blunt Meullenet-Owens Razor Shear (BMORS)。

1.4 樣本硬度檢測

將經冷藏24 h后左半部分樣本取出，通過質構儀控制Probe探頭對樣本頂端進行擠壓百分比為20%的硬度檢測實驗。探頭的觸發受力為5 g，初始高度為55 mm，測試速度為5 mm/s，探頭觸碰樣本前及擠壓完成后的運動速度為10 mm/s。每個探頭在樣本頂端區域進行3次非破壞性擠壓，記錄每次擠壓后所得的最大受力并以3次擠壓力(Compression force，CF)均值作為硬度檢測結果。

1.5 高壓空氣無損檢測

經過硬度檢測的樣本通過高壓空氣裝置進行無損檢測實驗。每個樣本分別在3種不同高度(12、15、18 cm)下進行檢測。高壓空氣無損檢測裝置如圖1所示，圖中D為實驗設定高度。出氣口噴出高壓氣流(414 kPa)垂直作用于樣本頂部使其產生圓形形變，用電子游標卡尺對圓形區域直徑進行4次測量(直徑為d1～d4)，最終將平均值作為單個樣本在固定高度下的形變參量，如圖2所示。

圖1 高壓空氣無損檢測系統Fig.1 High pressure air noninvasive testing system1.高壓空氣裝置 2.高度調節及固定支架 3.高壓空氣出口 4.實驗樣本

圖2 空氣形變參量測量示意圖Fig.2 Sketch of air deformation feature measurement

1.6 熟肉蒸煮實驗

將冷藏24 h的右半部分樣本取出，去除樣本表面多余脂肪，切除樣本底部區域，稱量并記錄結果。參照文獻[34]所述方法對樣本進行蒸煮，將樣本放在用錫紙包裹的托盤內，放入溫度為176℃烤箱內使樣本中心溫度達到76℃，取出樣本冷卻至室溫(20℃)后再次進行稱量并記錄結果。所有樣本用錫紙包裹后放入4℃冷藏室保存至第2天進行剪切實驗。蒸煮損失率計算公式為

C=(1-w1/w0)×100%

式中w0——蒸煮前樣本質量，gw1——蒸煮后降至室溫的樣本質量，g

圖3 剪切探頭及剪切區域Fig.3 Shearing region of MORS and BMORS

將經過冷藏至恒溫的樣本由質構儀分別控制MORS、BMORS探頭于樣本頂部且垂直肌肉紋路方向進行4次剪切實驗(圖3)，探頭的觸發受力為10 g，初始高度為55 mm，剪切深度為20 mm，測試速度為5 mm/s，探頭觸碰樣本前及擠壓完成后的運動速度為10 mm/s。剪切完成后樣本數據中的剪切力做功(MORSE和BMORSE，N·mm)和產生的峰值個數(PC-MORS、 PC-BMORS)均值被記錄作為剪切實驗的參量測量最終結果。其中MORS探頭在經過99次剪切實驗后需要更換新的探頭，防止因探頭剪切刀口變鈍而影響實驗結果。

1.7 數據分析

實驗數據采用JMP(SAS, 2015)軟件通過GLM Procedure進行統計學分析。采用Tukey’s HSD檢測法，對數據組間顯著性差異進行對比分析。當顯著性水平設定P<0.05時，組間數據呈顯著性差異。對生肉測量參量之間進行相關性分析，同時對所有生肉及熟肉測量參量與WB等級之間進行相關性分析，結果用相關系數R表示。P<0.05表示顯著相關，P<0.001表示極顯著相關。

2 結果與討論

2.1 樣本WB分級結果

經宰殺的496只肉雞參照表1標準進行WB等級評定，評定后NORM有292個(58.87%)，MOD有122個(24.60%)，SEV有82個(16.53%)。本研究從上述3種WB等級中各取30個完整的雞胸肉作為實驗對象。

2.2 WB生肉檢測分級結果

不同WB等級下生肉肉質檢測結果如表2所示。由表2可知，CF隨WB等級的升高而顯著增大。因WB等級升高，樣本整體硬度顯著增大導致CF也顯著增大。而3種不同高度下高壓空氣無損檢測結果變化與CF相反，其隨WB等級的升高而顯著減小。當相同壓力空氣作用在不同等級的WB表面時，NORM因整體柔軟而產生較大的圓形形變。而隨WB等級的升高，樣本硬度也相應顯著增加，導致相同壓力的空氣進行檢測時產生的圓形形變區域減小。此外，當不同高度的高壓空氣作用在同樣等級的WB表面時，高度越低空氣作用區域越集中，對樣本表面產生的壓力越大，所產生的圓形形變區域越小，導致圓形形變區域隨著高度的降低逐漸減小。

表2 不同WB等級下生肉肉質檢測結果

注：同行中上標字母不同表示WB組間對比存在顯著性差異 (P<0.05)，下同。

由表3各參數間相關性分析可知，擠壓力與18 cm處圓形變形量(R=0.80)及15 cm處圓形變形量(R=0.76)極顯著相關(P<0.001)，且18 cm處圓形變形量與15 cm處圓形變形量之間極顯著相關(R=0.77，P<0.001)，但與12 cm處圓形變形量不相關。主要原因可能由于12 cm高度距離樣本作用區域最近，導致WB等級組間參數差異較18 cm和15 cm高度小，使其與擠壓力無相關性。由此可推測，高壓空氣無損檢測在18 cm或15 cm高度下可一定程度上代替機械硬度檢測，未來結合機器視覺及圖像處理技術提取形變區域參量有可能實現在線實時對WB的分級。

表3 生肉樣本參數相關系數

注: *** 表示極顯著相關(P<0.001)。

2.3 WB熟肉蒸煮及剪切實驗結果

不同WB等級下熟肉肉質檢測結果如表4所示。由表4可知，蒸煮損失率、BMORSE及PC-BMORS參量都隨WB等級的增加而顯著增大。MORSE在不同WB等級間無顯著差異，而PC-MORS參量SEV顯著高于NORM與MOD，且NORM與MOD組間無顯著差異。

表4 不同WB等級下熟肉肉質檢測結果

蒸煮損失率隨WB等級的升高而明顯增大，說明SEV在蒸煮過程中更易失去水分導致其持水率較低，嫩度明顯下降，肉質整體偏硬、干燥，這些因素較大程度上影響了肉的食用品質，文獻[11,14]發現的蒸煮損失率變化與本研究一致。此外，文獻[21]發現通過MORS、BMORS進行剪切實驗時，在不同WB等級間BMORSE差異性較MORSE明顯，更適合對較大日齡的WB進行熟肉肉質評價。本研究結果與上述相吻合，因MORS切口部分較BMORS鋒利，更易切入肌肉內部，并不會受熟肉WB等級不同導致嫩度變化的影響，因此MORSE結果無顯著差異。而BMORS因切口部分刀片鈍化(圖4)不易直接切入肌肉內部。當使用BMORS剪切不同WB等級的熟肉樣本時，BMORSE較MORSE高且BMORSE隨WB等級的升高而顯著增大，能更客觀的區別WB的熟肉肉質，為WB的食用品質提供參考。

圖4 不同WB等級熟肉樣本橫截面Fig.4 Cross sections of different WB categories in cooked fillets

文獻[17]研究發現SEV較NORM含有較高的不溶性膠原蛋白和結締組織，這些因素共同作用導致SEV結構與NORM及MOD存在差異。圖4所示為不同WB等級熟肉橫切面圖像，由圖4可知，NORM肌肉結構紋理細密，而SEV因上述因素導致肌肉結構發生改變，具有明顯的層狀結構，且SEV層狀結構較NORM及MOD多。當MORS或BMORS剪切樣本時，由于不同WB等級的層狀結構數量不同，在刀片切入時會因層狀結構的影響而產生不同個數的峰值，最終使得PC-MORS及PC-BMORS在SEV等級下顯著高于其他WB等級。此外，由于MORS與BMORS的切口不同(圖3)，對于同一個樣本MORS因切口鋒利可以直接逐層切入肌肉內部，而BMORS因切口鈍化在剪切樣本時不易直接切入樣本，通常先對樣本表層內數層層狀結構進行物理擠壓，當擠壓聚集的能量足夠切入樣本時，BMORS將對數層層狀結構同時切斷。該過程重復進行直至完成一次剪切實驗。因此，PC-BMORS在同一樣本下較PC-MORS小。

綜上所述，通過蒸煮損失率及2種剪切探頭對熟肉肉質檢測發現熟肉肉質隨WB等級的升高而降低，其食用品質顯著下降。在MORS及BMORS中，BMORS可更加有效地區別WB熟肉肉質。同時，PC-MORS、PC-BMORS作為新的衡量標準，在區分WB熟肉肉質組間差異的同時客觀地反映了WB內部的結構及紋理特征。

2.4 各參量與WB等級之間相關性

對本研究中所有生肉及熟肉的測量參量與WB等級之間進行相關性分析，結果發現擠壓力(R=0.92)、18 cm處圓形變形量(R=0.71)、15 cm處圓形變形量(R=0.65)、蒸煮損失率(R=0.70)、PC-MORS(R=0.68)、PC-BMORS(R=0.71)參量均與WB等級極顯著相關，BMORS(R=0.53)與WB等級顯著相關，但12 cm處圓形變形量(R=0.22)、MORSE(R=0.13)與WB等級不相關。擠壓力與WB等級相關性極高，是描述WB生肉硬度的極顯著參量。18 cm處圓形變形量的相關性較15 cm高，可作為檢測WB等級的極顯著形變參量。蒸煮損失率、PC-MORS、PC-BMORS與WB等級極顯著相關，是描述熟肉肉質的特征參量。綜上，擠壓力、18 cm處圓形變形量可作為WB生肉肉質分析及判定的極顯著參量，同時可以考慮用機器視覺技術提取18 cm處圓形變形量作為在線無損檢測的特征參量替代傳統的人工分級及機械檢測方法，從而在一定程度上為實現WB的在線檢測提供理論依據。蒸煮損失率、PC-MORS、PC-BMORS這些參量可對熟肉肉質進行分析預測，同時提供了不同WB等級樣本內部的結構及紋理特征。

3 結束語

本文通過生肉的不同檢測方法探求了一種可以替代人工評價體系的特征參量用于對WB的在線檢測。此外，在對熟肉肉質進行檢測分析的同時，通過對PC-MORS、PC-BMORS參量的分析，探討了WB內部結構及紋理特征。實驗研究表明，隨著WB等級的升高，雞胸肉生肉樣本的擠壓力顯著增大，18 cm、15 cm和12 cm處圓形變形量顯著減小。熟肉樣本中蒸煮損失率、BMORSE、PC-BMORS顯著增大。擠壓力可作為描述WB等級極顯著的硬度參量，同時18 cm處圓形變形量可作為實現WB在線檢測分級的潛在特征參量；在熟肉肉質分析中BMORS較MORS更易對WB進行檢測評價，在通過剪切能量(MORSE、BMORSE)評價肉質的同時，通過PC-MORS及PC-BMORS 2個參量增強了熟肉肉質評價的可靠性，同時對不同等級WB的內部結構及紋理特征做了直觀地描述和區分。結合相關性分析，擠壓力、蒸煮損失率、BMORSE、PC-BMORS可作為WB生肉及熟肉肉質分析的特征參量，結合這些參量可客觀地對WB肉的品質及等級進行預測和評定。

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On-line Detection Method of Raw Woody Breast Based on Characteristic Parameter

SUN Xiao LIU Haolu CHEN Cairong CHEN Kunjie

(CollegeofEngineering,NanjingAgriculturalUniversity,Nanjing210031,China)

Global attention has been drawn to the woody breast (WB) myopathy in modern poultry industry which is observed a distinct hardness of raw fillets. The test was conducted to determine effectiveness of compression force and air deformation of fillet surfaces to identify WB in raw fillets and meat quality with different WB categories in cooked fillets. Whole breast fillets were collected from 49 d broilers categorized in normal (NORM), moderate (MOD) and severe (SEV) categories of WB (n=30/category). Left part fillets were conducted compression force (CF) and air deformation measurement; right part fillets were cooked and sheared with MORS and BMORS. Cook loss (CL), shear energy (MORSE and BMORSE) and peak counts of shear curves (PC-MORS and PC-BMORS) were recorded on each fillet. In raw fillets, CF was increased remarkably with the increase of WB (P<0.05), diameter measurements of air deformation was decreased (P<0.05) as the increase of WB categories regardless of distance. In cooked fillets, WB negatively affected CL and shear properties. The result indicated that air deformation may be potentially used as tool for online raw fillet detection, and the new method of peak counting was useful in distinguishing among WB categories, which could be a good feature to describe WB inner muscle texture of cooked fillet.

poultry meat quality; woody breast; characteristic parameter; on-line detection

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.06.037

2016-10-19

2016-11-21

“十二五”國家科技支撐計劃項目(2015BAD19B06)

孫嘯(1989—)，男，博士生，主要從事農產品加工及檢測研究，E-mail： sunxiaonjau@126.com

陳坤杰(1963—)，男，教授，博士生導師，主要從事農產品加工、檢測及其智能化裝備研究，E-mail： kunjiechen@njau.edu.cn

TS251.7

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1000-1298(2017)06-0284-06