微波加热牛肉品质的高光谱成像无损检测方法研究

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1、硕士学位论文微波加热牛肉品质的高光谱成像无损检测方法研究作者姓名刘昱微学科专业食品科学与工程指导教师孙大文教授所在学院食品科学与工程学院论文提交日期2018年4月Non-destructiveSensingofQualityChangesinBeefduringMicrowaveHeatingusingHyperspectralImagingADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：YuweiLiuSupervisor：Prof.Da-WenSun

2、SouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：TS202.1学校代号：10561学号：201520120715华南理工大学硕士学位论文微波加热牛肉品质的高光谱成像无损检测方法研究本课题得到广东省对外科技合作项目（2013B051000010）资助作者姓名：刘昱微指导教师姓名、职称：孙大文教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：食品科学与工程研究方向：微波加工技术研究论文提交日期：2018年4月20日论文答辩日期：2018年5月29日学位授予单位：华南理工

3、大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：唐书泽委员：孙大文朱志伟韦庆益韩忠摘要牛肉是一种富含多种营养的肉类，微波加热因其高效与高营养保留而成为一种重要的牛肉加工技术，但微波场存在难以监控、不均匀加热等弊端。因此，对微波场处理条件下的牛肉品质变化进行实时监控具有重要的指导意义。本课题探索了牛肉在微波加热过程中各项理化指标（水分含量、色泽、嫩度及多种蛋白质）的动态变化规律，建立了牛肉品质指标的高光谱成像（400-1000nm）定量分析模型，提出了微波加热牛肉的熟度概念并建立了牛肉熟度的快速分级模型，为牛肉的

4、微波加工工业的在线实时监控与精细化操作提供了理论依据。本课题的主要研究结果如下：（1）微波加热能够显著影响牛肉的水分含量和色泽，利用高光谱成像技术实现了对微波加热牛肉的水分含量和色泽的快速检测。在微波加热的后期（45-75s），牛肉的水分含量和a*值显著降低，L*值显著上升；在水分含量预测中，基于9个特征波长的SG-SPA-LS-SVM模型效果最好（R2P=0.869，RMSEP=1.304）；在a*值预测中，基于8个特征波长的SG-RC-MLR模型效果最好（R2P=0.890，RMSEP=0.735）。利用

5、这两个最优模型实现了水分和a*值的可视化分布，也证明了微波加热存在不均匀性。（2）微波加热能够显著影响牛肉的嫩度，利用高光谱成像技术实现了对微波加热牛肉的剪切力（WBSF）和相关蛋白质的快速检测。微波加热过程中，牛肉剪切力值的上升呈现“三段式”，这是由于肌肉内的肌原纤维蛋白和胶原蛋白在不同温度范围内的变性降解所导致的；在WBSF预测中，基于光谱-纹理信息融合的SNV-RC-LS-SVM模型预测效果最好（R2P=0.911，RMSEP=4.491N）；在肌原纤维蛋白的预测中，基于光谱-纹理信息融合的SG-SPA

6、-PLSR模型预测最好（R2P=0.945，RMSEP=11.152mg/g）。（3）将微波加热过程中牛肉的熟度划分为五个等级，利用高光谱成像技术实现了对牛肉熟度等级的快速无损分类。根据微波加热牛肉的品质变化,将牛肉熟度划分为零级、一级、二级、三级和四级熟度；基于光谱与纹理信息融合对牛肉熟度进行分类，结果显示两种简化模型Der2-RC-LS-SVM和Der2-SPA-LS-SVM的预测集分类准确率分别为93.0%和95.0%；基于熟度得分公式所建立的牛肉熟度分类模型，其总分类的预测集准确率为86.0%，证明了

7、利用高光谱技术进行微波加热牛肉熟度的无损快速分级的可行性。关键词：高光谱成像技术；微波加热；牛肉；品质变化；熟度IABSTRACTBeefcontainsrichnutrients.Theuseofmicrowavetotreatbeefhasincreasedinindustrialproductionanddomestichousehold,becauseofitsadvantagesofhighefficiencyandbetternutrientretentioninfoodproducts.Howe

8、ver,itischallengetomonitormicrowaveheatingprocess.Thus,itbecomessignificanttoimprovethequalityattributesandmonitorparameterchangesofbeefduringmicrowaveheatingprocess.Thisstudywasdesignedtotrackthechang