冯江涛　张峰　李帆　张扬　刘连杰

摘要：随着市场经济的不断发展，不同种类的肉品价格差别越来越大，不良商贩用低价肉冒充高价肉进行销售就可以获得更高的利润。通常一般从肌肉、脂肪、气味、骨骼和脂肪熔点等方面入手进行鉴别。这类鉴别方法虽然简单可行，但是对经验的依赖性很强，实践当中也容易发生误判的情况。本文拟通过电阻抗谱方法进行肉品类别快速检测，初步完成了四种肉品的阻抗谱检测。对获得的阻抗谱进行了定量的方差分析，用统计方法确定了相位参数可以用于肉品类别的快速鉴别。

关键词：电阻抗谱；肉品；种类鉴别；快速

中图分类号：TS251 文献标志码：A 文章编号：1009-3044（2018）08-0243-03

随着市场经济的不断发展，不同种类的肉品价格差别越来越大，不良商贩用低价肉冒充高价肉进行销售就可以获得更高的利润。常见有用马肉冒充牛肉、驼肉冒充牛肉等，以赚取差价。另外，在一些喜好吃狗肉的地区，因狗肉价格较高，有用羊肉冒充狗肉的情况；反之，在没有吃狗肉喜好的地区，又出现了用狗肉冒充羊肉的情况。通常，畜牧站的专业人士可能会从肌肉、脂肪、气味、骨骼和脂肪熔点等方面人手进行肉品种类的鉴别。但对于普通消费者来讲，要掌握这些鉴别方法还存在一定的困难。单纯地依靠经验鉴别，虽然简单易行，但也容易发生误判。

理论上讲，不同种类的肉品具有不同的结构特点，例如纤维粗细程度不同、组织致密程度不同等等，因此当电流流过这些组织时也应该具有不同的电阻抗特性。因此，我们拟采用电阻抗测量的方法进行不同种类肉品的科学鉴别。

1电阻抗谱测量方案及实验设计

肉品电阻抗谱测量采用图1所示的方案，采用美国AD公司的AD5933芯片完成阻抗测量，采用LABVIEW开发上位机软件，上位机主要负责串口通信、接收阻抗数据并绘制阻抗谱及保存数据文件。AD5933是一款高精度的阻抗测量专用芯片，片上集成DDS信号发生器、A/D转换和离散傅里叶变换模块。DDS信号发生器产生的正弦电压信号由探头的中心圆形激励电极输出给待测肉品，电流响应信号由探头激励电极外围的环形电极返回给A/D模块进行采样，然后由片DSP进行离散傅立叶变换处理，DFT算法会在每个频点上返回一个实部和一个虚部值，即可获得阻抗数据。阻抗数据由单片通过串口返回给PC机上的LABVIEW上位机软件，上位机软件最终完成阻抗谱的绘制。

实验设计总共对猪里脊、猪五花、牛里脊和牛腩四种肉进行阻抗谱测量。每种肉测量6个样本，每个样本加工成正方体，边长约为3厘米。肉一般都存在纤维走向问题，电流路径与纤维走向平行时阻抗低，垂直时阻抗高。为了保证在实际应用中的可操作性，在每个样本的6个平面中各选择对向的一个平面进行测量。最终，每种肉每次测量获得72条阻抗谱，分别是18条阻抗幅值谱、实部谱、虚部谱和相位谱。2017/11/9-2017/11/11進行测量，在不同时间总共测量10次，环境温度约20℃，总共测得四种肉2880条阻抗谱。阻抗谱以3KHz为起点，60KHz为终点，间隔3KHz，总计20个频点。

图2是牛里脊肉的阻抗谱，共分为4组谱线，每组中的每一条谱线为牛里脊的18条阻抗幅值谱、实部谱、虚部谱和相位谱的平均曲线。牛里脊肉的阻抗谱线特点是，整体比较平滑。

2数据统计分析

为了找出可以鉴别肉品种类的最灵敏的阻抗参数，我们引入单因素方差分析法ANOVA分析四种阻抗参数用于区分四种肉品是否具有统计上的显著意义。对每一个频点、每一种类肉，一次测量可获得18个数据，这18个数据为组内数据。组内数据之间的差异反映了测量中的误差，这个误差既包括测量电路的误差，也包括不同样品之间的差异。四种肉品测量数据之间也同样存在差异，这个差异主要体现了肉品自身结构不同而带来的阻抗特性的差异，这个差异称为组间差异。同时，肉种类鉴别时，为了消除不同种类的肉放置的时间不同所带来的差异或变化，我们还对10个时间点所获得的四种肉的阻抗参数进行了统计分析。为了选择出最佳的鉴别参数，我们进行了4个参数、20个频点、10次测量总计800组ANOVA分析。以其中一组方差分析为例，表1为获得四种肉的新鲜样本之后第一时间（第一次测量）测量四种肉在3K Hz频点的72个幅值数据，这些数据分4组、每组测量18个，统计学显著意义取P=0.01进行分析。表2为统计分析结果，F_0.01（3，68）=4.13，可见使用3KHz下的阻抗幅值用于区分新鲜的四种肉品是具有统计学上的显著意义的。

图3-图6分别是阻抗幅值、实部、虚部和相位用于肉品种类鉴别的统计分析结果。对于没有明显变质的肉品，例如常温下放置10个小时以内的肉品，鉴别参数应该对于四种肉具有明显的统计意义上的差别，即高出图中的虚线。由图3可以看出，幅值的灵敏度不高，统计F值最大不超过10，并且对于常温下放置5个小时以上的肉品，幅值已经很难用于种类鉴别。由图4可见，电阻的灵敏度虽然高于幅值，但是对于放置在5个小时以上的肉品，鉴别能力依然达不到统计上的显著意义。由图5可见，在47K Hz以上测量获得的电抗参数具有种类鉴别能力，但对于放置时间为9.5小时的肉缺乏种类鉴别能力。由图6可见，在3K Hz测量获得的相位参数对于常温放置10个小时以内的肉品具有良好的种类鉴别能力。

3分析及结论

实验过程中，我们发现，肉品越是新鲜，不同种类肉之间的阻抗谱差异越大。相反，随着放置时间延长，肉品新鲜度退化，不同种类肉之间的阻抗谱差异越来越小。但是肉品进人明显腐败以后，不同种类肉之间的阻抗谱差异又变得明显起来。例如图4和图6中，肉品放置34小时，不同种类的肉的阻抗参数在各个频点都具有统计学上极为显著的差别。这种现象在相关的研究中也出现过，其认为肉品达到腐败后，细胞完全破碎，内部细胞液完全渗漏到整个肉组织中，导致阻抗不稳定。不过从实践的角度来讲，这一现象并不会妨碍相位参数用于肉品种类鉴别。因为，当肉品发生明显腐败时，一般也无需进行种类鉴别。因此，对于相对新鲜的不同种类的肉品，3KHz频点下的相位参数是具有统计学意义上极为显著的差别的。下一步，我们将对不同种类的肉品，使用相位参数进行分类判决，以进一步验证其准确性。