肉?；铙w肌內脂肪含量的精準測定技術研發

張璐通，呂東良，代冬梅，宋懷波，蔡傳江，褚瑰燕*

(1.西北農林科技大學 動物科技學院，陜西 楊凌 712100；2.西北農林科技大學 機械與電子工程學院，陜西 楊凌 712100)

隨著生活質量的提高，消費者對牛肉的質量越來越重視。嫩度、多汁性和風味由肌內脂肪的含量決定[1]。目前牛肉品質評價通常在宰后進行，對于評價較低的牛肉已無法改善，因此活體肌內脂肪測定技術引起人們的關注。超聲波具有穿透性強、方向性好等特點，廣泛應用于醫學領域[2]。根據成像方式，超聲檢測儀器分為A型、B型、M型。其中B型采用灰度調節制，圖像光電亮度與反射波振幅成正比，獲取二維聲像圖[3]。前人研究發現利用超聲波技術可以在活體情況下快速得到清晰圖像，通過軟件分析，可以對肉牛的大理石花紋做出評估[4]。Hassen等[5]利用超聲波技術在犢?；铙w上進行了肌內脂肪的測定。Aass等[6]利用超聲波技術對180頭肉牛背最長肌肌內脂肪進行測量，并與其中145頭肉牛用化學檢測方法檢測出來的肌內脂肪含量進行對比分析，發現相關系數達到0.67，其準確性還有待提升。因此，利用超聲波技術獲取肉牛第12至第13肋骨的眼肌圖像，避免眼肌面積、背膘厚等性狀指標在不同品種、性別中的不同特點對預測模型產生影響。本試驗旨在利用不同的像素灰度差值，找到肌肉與脂肪的灰度界限，從而得出一套準確度高、操作簡單、易推廣的預測模型。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗所用的肉牛為山東新天地黑牛集團有限公司提供的黑牛3頭，山東齊魯遠航的黑牛21頭, 均為母牛。

1.2 儀器設備

超聲波儀器為S8彩色多普勒動物超聲診斷儀(DW-PF522，大為醫療有限公司)，索氏抽提器，電熱鼓風干燥箱，恒溫水浴鍋，分析天平(感量0.0001 g)，干燥器，濾紙筒。

1.3 試驗試劑

石油醚(CnH2n+2)為國產分析純，沸程為30～60 ℃。

1.4 試驗方法

1.4.1 肉牛待測部位的處理 將待測肉牛在盡量減少或避免應激的情況下移至保定架內。對檢測部位的毛發進行清理，涂抹耦合劑，以排除空氣獲得較清晰的圖像。

1.4.2 超聲圖像的截取 將S8彩色多普勒動物超聲診斷儀(DW-PF522)調為獸用(牛)的模式，將探頭與肉牛12～13肋骨間脊柱下側5 cm處的背最長肌相垂直放置進行測量。探頭和待測量區域處均涂抹耦合劑，稍許用力按壓，逐漸調整至圖像清晰，得到30 sec的測量圖像，選取最清晰的圖像測量其面積進行編號，以便后續工作的進行。

1.4.3 肉樣肌內脂肪含量的測量 參照《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》中的索氏抽提法[7]檢測肉樣脂肪含量。

1.4.4 對圖像的處理

1.4.4.1 軟件說明 MATLAB[8](矩陣實驗室)是美國MathWorks公司出品的商業數學軟件，用于算法開發、數據可視化、數據分析以及數值計算的高級技術計算語言和交互式環境。它將數值分析、矩陣計算、科學數據可視化以及非線性動態系統的建模等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環境中，為眾多科學領域提供了一種全面的解決方案，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。

1.4.4.2 圖像處理的基本思想 通過數字圖像處理手段，首先提取封閉曲線區域內的眼肌區域，然后對其余區域置零，對圖像進行模糊增強處理，進一步擴大脂肪區域與肌肉區域的灰度差，進而利用Otsu方法進行脂肪區域的分割，獲得最終的脂肪比例。算法流程圖如圖1所示。

圖1 圖像處理的基本思路Fig.1 The basic idea of image processing

1.4.4.3 軟件操作步驟及說明 雙擊打開軟件程序，進入肌內脂肪含量檢測軟件系統界面，如圖2所示，該軟件可在Matlab 6.5以上版本環境下運行。

成功載入待檢測圖像后，在界面左側工作區域點擊“提取待檢測區域”按鈕，利用閾值分割及開運算、孔洞填充、小面積去除等去噪方法得到待檢測區域處的分割結果如圖3所示。

圖2 肌內脂肪含量檢測軟件系統界面Fig.2 Interface of the intramuscular fatcontent detection software system

圖3 待檢測區域分割結果Fig.3 Segmentation results of thearea to be detected

在界面中間“圖像增強”區域顯示模糊增強后，使待檢測區域圖像中細節更加突出，其效果如圖4所示。

完成待檢測區域的圖像增強后，點擊“肌內脂肪分割結果”按鈕，依據待檢測區域的灰度直方圖動態選取肌內脂肪分割閾值，最終得到的檢測結果如圖5所示。

完成肌內脂肪檢測后，軟件通過圖像的像素面積比，實現肌內脂肪含量的計算。點擊“肌內脂肪含量比率”按鈕后得到的計算結果如圖6所示。

點擊“線性擬合結果”按鈕，將線性擬合結果在“線性擬合”圖像顯示區域顯示出來，如圖7所示。

點擊“預測真實肌內脂肪含量值”按鈕后效果圖如圖8所示。

2 結果與分析

2.1 超聲圖像獲取

如圖9所示，保留清晰圖片。選擇眼肌部分，用封閉曲線描邊標記，測量出眼肌面積，以便圖像處理時能夠準確的識別，如圖10所示。

圖4 圖像增強結果Fig.4 Image enhancement results

圖5 肌內脂肪檢測結果Fig.5 Test results of intramuscular fat

圖6 肌內脂肪含量比率Fig.6 Ratio of intramuscular fat content

圖7 線性擬合結果Fig.7 Linear fitting results

2.2 肉樣肌內脂肪含量測量結果

本試驗24頭肉牛的眼肌部位超聲波圖像經處理預測后的脂肪含量及對應部位的肉糜脂肪含量見表1。

圖8 肌內脂肪含量預測結果Fig.8 Prediction results of intramuscular fat content

圖9 超聲波圖像的截取Fig.9 Interception of ultrasound images

圖10 眼肌部分的確定Fig.10 Determination of the eye muscles

2.3 預測值與真實值線性擬合結果

將預測值與真實值進行線性擬合，縱坐標為真實值，橫坐標為預測值，得到擬合結果：y=0.81733x+6.2102，R2=0.9048。

3 討 論

昝林森等[9-10]認為，近年來中國經濟快速發展，對牛肉的需求日益增加。中國現有的肉牛品種雖耐粗飼，肉質細嫩，抗逆性好，但比起外國優良品種肉牛，中國肉牛胴體產肉量較低，體型不佳，生長速度較慢，優質牛肉切塊率較低。朱強等[11]認為，中國目前的肉牛改良方法是雜交技術，通過二元雜交或三元雜交，從后代中選擇性狀優良的小牛進行培養。但對小牛的人工選擇方法存在很大主觀選擇偏差，并且因為小牛所展現出的體觀狀態，會使得一些難以發現的性狀在早期被忽視，對選育工作造成影響。

表1 肌內脂肪含量測量結果Table 1 Measurement results of intramuscular fat content

圖11 線性擬合結果Fig.11 Linear fitting results

建立一套肉?；铙w肌內脂肪含量精準預測模型，可減少自然資源的浪費，降低對環境的影響，加快中國肉牛良種改良的進程。在肉牛育成期間，根據其性狀的變化及時對營養需求作出判斷并決定屠宰時間，最大程度開發良種肉牛的生產潛能，既能增加收益，也可以減少資源浪費。李靜等[4]肯定了超聲波技術的準確性和有效性，認為借助超聲波技術來進行選擇將會加快育種的進程。

目前此項技術的短板在于準確性不是很高，研究時的設備不夠先進，并且沒有單獨的針對肉牛活體肌內脂肪含量進行精準測定的方法。王淑輝等[12]曾利用超聲波技術，選擇相同飼養條件下的荷斯坦奶牛、西門塔爾牛、夏洛萊牛、利木贊牛、沿江牛和復州牛共6個品種，每個品種隨機選取5頭牛，得出的預測模型與實際高檔牛肉產肉量的相關度很高，但樣本中牛肉品種繁多，針對肉?；铙w肌內脂肪含量的精準測定方法尚有改進空間。張揚等[13]也利用超聲波技術對新疆褐牛的背膘厚、眼肌高和眼肌面積進行B超圖像的掃描，建立了一項對多個性狀在活體肉牛中預測的方法。其中肌間脂肪含量(%)的預測模型為y=0.256+0.828×宰前肌內脂肪含量，R2=0.647。

4 結 論

本試驗得出模型擬合決定系數R2=0.905，準確度與目前的模型相比有所提高，并嵌套入軟件中，申請軟件著作權一項。