基于人齿触觉仿真技术牛肉嫩度快速检测机理与方法研究

嫩度是牛肉的主要食用品质之一，直接影响着牛肉的食用价值和商品价值，因此对牛肉嫩度进行客观、准确、快速的检测具有十分重要的意义。本研究分析牛肉在咀嚼过程中的变化机理及变化过程，并在传统离散单元法基础上进行模型二次开发，建立人齿咀嚼牛肉高度非线性数字化动态仿真模型，论证基于人齿触觉仿真技术检测牛肉嫩度的可行性。利用CATIA软件建立人齿咀嚼牛肉机械装置计算机仿真模型，通过DMU对机械模型进行运动仿真模拟分析，验证运动机构是否可行。优选仿真人齿材料，研制仿真人齿，检测其抗折性、耐磨性、防腐性。研制基于压力传感器的牛肉嫩度检测机电一体化装置，包括自动控制人齿仿真咀嚼运动装置及传感器检测装置。利用Vc++开发牛肉嫩度检测专家系统，建立牛肉嫩度检测神经网络模型。此方法可应用于超市及质监部门，要求软件系统及装置总价格不超过5000元（计算机除外），牛肉嫩度检测时间不超过10分钟，准确率达到90%以上。

嫩度是牛肉的主要食用品质之一，直接影响着牛肉的食用价值和商品价值，本项目针对牛肉被咀嚼过程中的变化机理及牛肉嫩度的检测方法进行了系统的研究，取得了良好的效果。（1）针对牛肉被咀嚼过程中的物理化学特性、质构特性和微观结构特性进行系统分析。结果显示，在咀嚼过程中蛋白质含量、肌内脂肪含量和pH值变化不明显，样品重量随着咀嚼次数的递增逐渐增加。质构特性检测结果显示，随着咀嚼次数的增加，除内聚性外，其余流变学参数如粘力、粘性、弹力、弹性长度、弹性、胶着性和咀嚼性都呈现良好的相关性。利用电镜扫描分析牛肉被咀嚼过程中的肌纤维的变化情况，得出结论，咀嚼次数越多肌纤维碎裂程度越大；利用红外光谱法分析咀嚼过程中牛肉官能团特性，结果显示仅有一个官能团有变化。（2）基于离散单元法研究牛肉在口腔中咀嚼破碎的过程，建立咀嚼破碎模型并进行仿真模拟。通过试验和测得牛肉与牛肉、牛肉与牙齿之间的相关参数，将咀嚼破碎后的牛肉微颗粒作为离散单元法的最小单位，利用 bongding 模型将微颗粒粘结为可以咀嚼的牛肉块体，并进行牛肉在口腔中咀嚼破碎过程的模拟分析。（3）利用CATIA软件构建人齿咀嚼牛肉机械仿真模型；通过数字化电子样机(DMU)对机械设备进行运动仿真模拟分析，使检测装置更加完善，结果更加准确。研制了基于单片机控制的牛肉嫩度机电一体化检测装置，可以对牛肉进行人齿口腔仿真咀嚼。对应变片进行半桥连接，使其在咀嚼牛肉过程中发生形变而产生电压信号。利用应变仪（DH-3817）对产生的数据进行采集分析，并对牛肉嫩度进行快速检测。（4）建立牛肉嫩度检测新标准。对应变仪采集的压电信号进行嫩度等级分级，确定了较老、正常、嫩、较嫩、极嫩5个等级，使牛肉嫩度等级评定客观化。（5）开发牛肉嫩度快速检测信息数据库。牛肉嫩度快速检测信息数据库分为5个模块，注册、登录与权限管理模块，牛肉质构数据信息管理模块，牛肉理化信息管理模块，专家感官评定信息管理模块和人员信息管理模块。软件系统及装置总价格不超过5000元（计算机除外），牛肉嫩度检测时间不超过5分钟，准确率达到了90%。