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1、计算机视觉技术在瘦肉精快速检测中的应用毕业论文目 录1. 绪论11.1 项目研究的意义11.2 瘦肉精残留检测研究现状与发展方向21.2.1 瘦肉精猪肉感观检验法21.2.2 瘦肉精残留检测研究现状及不足21.2.3 瘦肉精残留检测发展方向51.3 本文的研究容62. 系统构成与工作原理82.1 瘦肉精猪肉快速检验法82.2 仪器原理框图82.3 数字视觉系统82.3.1 硬件采集设备的选择92.3.2 图片文件格式的选择102.4 数字图像处理112.5 系统研究的关键技术133. 肉品图像特征选择与提取153.1 基于计算机视觉的肉品颜色判定153.1.1 肉品原始图像的R通道变换153.
2、1.2 脂肪与肌肉R通道的灰度像素点统计173.1.3 肌肉颜色自动判定的软件实现213.2 基于计算机视觉的脂肪层厚度自动检验223.2.1 肉品原始图像的灰度图像变换223.2.2 肉品灰度图像去小域处理243.2.3 肉品脂肪层的自动识别方法253.2.4 肉品脂肪层厚度的计算263.2.5 脂肪层厚度自动检测的软件实现283.3 肌纤维饱满程度描述29参考文献33致谢35附录1 猪肉样品图像36附录2 肌肉红色度判断仿真程序37附录3 脂肪层厚度检验仿真程序39 .专业.专注. 1. 绪 论瘦肉精即盐酸克伦特罗CLB（Clenbuteral），又称氨哮素、克喘素，化学名称为羟甲叔丁肾上
3、腺素，分子式：C12-H18-Cl2-N2-O，用于治疗哮喘。20世纪80年代初，美国科学家意外发现盐酸克伦特罗进入体后能够改变养分的代谢途径，促进动物肌肉，特别是骨骼肌中蛋白质的合成，抑制脂肪的合成和积累，从而改善胴体品质，使动物生长速度加快，瘦肉相对增加10%以上，所以，称它为“瘦肉精”。1.1 项目研究的意义有关研究发现，食品中含有盐酸克伦特罗对人是有害的。盐酸克伦特罗进入体在胃肠道吸收快，人或动物服后1520分钟即起作用，23小时血浆浓度达到峰值，作用维持时间持久，在体代谢慢，主要分布于肝脏，在肝脏中去甲基后从尿中排出，肌肉中含量较肝脏低很多1。瘦肉精的理化性质非常稳定，需加热到172
4、才能分解，一般的加热方法不能将其破坏。近年来，随着城乡人们生活水平的提高，畜禽肉的食用量越来越大，人们对鲜肉的质量要求越来越高。但不法商贩为牟取暴利，在牲畜喂养过程中使用含有瘦肉精饲料的现象越来越多，肉类瘦肉精超标已经成为严重威胁人们身体健康的一大公害。几年来，全国每年约有600起瘦肉精中毒重大事件上报中央和国务院，国家组织有关部门狠抓食品安全，下决心杜绝瘦肉精坑民行为。但受暴利驱动，瘦肉精违法现象却愈演愈烈。由于检测仪器的缺乏，我国长期以来屠宰执法、工商管理、卫生防疫、质量监督部门的执法检验人员不能直接定性判断含瘦肉精肉品，只能将样品提交中心城市具有瘦肉精检测仪器的单位寻求出证。由于中途移交
5、过程和检测时间过长，造成肉品的变质或贬值。如果经检测肉品合格，执法检验人员还将面临行政诉讼和行政赔偿，大大削弱了执法的质量和效率，国家“三绿工程”（绿色生产、绿色流通、绿色消费）也因此无法畅通执行。因此，瘦肉精快速检测技术与仪器的研究刻不容缓。1.2 瘦肉精残留检测研究现状与发展方向测量信息的获取，无非是从物理、化学和生物三个角度出发，瘦肉精残留检测也是如此。其化学方面的研究方法可以归根于色谱法，生物方面的方法则归根于免疫法，关于物理检测方面目前则鲜有其例。1.2.1 瘦肉精猪肉感观检验法对于现场缺乏检验仪器的场所，有关专家提供了以下三种识别瘦肉精猪肉的感观检验法2。（1）观察活猪该法适合于宰
6、前检疫。进栏待宰的生猪，凡皮毛异常光亮，呼吸急促，后臀部外形饱满并且突出，四肢严重颤抖或非外因而卧地不起者，可以初步判断为喂养过瘦肉精的猪。（2）观察肉品含有瘦肉精的猪肉具有以下四个方面的特点：肉色较深而鲜艳；脂肪层非常薄，往往肉皮紧贴着肌肉，中间无肥肉；后臀肌肉饱满突出；相对同畜龄品种，骨骼较软。（3）试纸测试正常新鲜猪肉多呈中性或弱碱性，宰后1小时PH值变为6.26.3，自然条件下冷却6小时以上PH值变为5.66.0；含有瘦肉精的猪肉则偏酸性，PH值明显小于正常围。后两种方法适合于宰后检验。1.2.2 瘦肉精残留检测研究现状及不足目前，检测CLB残留的方法主要有以下几种高效液相色谱法HPL
7、C（High Performance Liquid Chromatography）、气相色谱质谱法GC-MS（Gas Chromatographic-Mass Spectrometric）、毛细管区带电泳法CZE（Capillary Zone Electrophoresis）和免疫分析技术IA（Immunoassay），以下逐一介绍。（1）高效液相色谱法色谱法又叫层析法。它是根据各组分的物理或化学性质的差异，将多组分混合物进行分离，而后逐个分析，它是分析混合物的最有利的手段。高效液相色谱法是用高压输液泵将具有不同极性的单一溶剂或不同比例的混合溶剂、缓冲液等流动相泵入装有固定相的色谱柱，经进样阀
8、注入供试品，由流动相带入柱，当两相相对运动时，在固定相中分配系数大的组分洗脱速度较慢，分配系数小的组分洗脱速度较快，因此达到组分的分离，然后使各组分依次进入检测器，色谱信号由记录仪或积分仪记录3。HPLC比较权威，检测灵敏度高，而且假阳性率低，但其检测设备昂贵、实验成本相当高、检测时间长、对实验人员的专业要求相当高；所以除了少数有条件的实验机构将其作为科研研究或作为最后的确认方法，在常规的检测中较少使用该方法。目前，中国将HPLC法作为检测CLB残留的半确证性方法，其最低检测限围为115ng/g4。（2）气相色谱-质谱法用气体作为流动相的色谱法称为气相色谱法，根据固定相的状态不同，又可将其分为
9、气固色谱和气液色谱。质谱法是将试样分子或原子在离子源中电离，离子加速后，在质量分析器的作用下，按大小分离聚焦，可以用质谱方程式表达离子与运动轨道曲线半径R的关系。将这两种方法联合使用的GC-MS联用仪可用于有机复杂组分的分离和鉴定。GC-MS常用于测定血液及组织中CLB残留。GC-MS具有较高的灵敏度，可以准确地对CLB进行定性和定量分析。测定前要对分子上羟基、氨基等极性基团衍生化，硅烷衍生物是最常用的一种，Van Rhijn等报道联合使用三甲基硅烷（TMS）和环状二甲基硅烷吗啉（DMS）两种衍生物可提高检测限5。Wilson等报道用此法检测动物组织中的CLB，检测限达到0.25ng/g6。G
10、C-MS法优点是能在多种残留物同时存在的情况下对某种特定的残留物进行定性、定量分析。GC-MS法与HPLC法相比，检测灵敏度更高，假阳性率更低。中国将GC-MS法定为检测CLB的确证性方法7。GC-MS法的缺点同HPLC相似。（3）毛细管区带电泳法CZE法非常适用于那些难以用传统的液相色谱法分离的离子化样品的分离与分析。具有很大的灵活性，操作简便，所需样品少。应用CZE技术检测人尿中CLB的残留，最低检测限达到0.5ng/ml8。精确度、准确度均已符合生物样品中残留物的检测标准；缺点是检测时间较长，需要复杂的仪器。目前使用围不广。（4）免疫分析技术IA技术，主要有放射免疫分析技术RIA（Rad
11、ioimmunoassay）和酶免疫分析技术EIA（Enzyme Immunoassay）。RIA最低检测限可达到0.5ng/g，国外已生产出RIA测定CLB的试剂盒，还建立了放射受体分析法。检测CLB较高效的EIA是酶联免疫分析技术ELISA（Enzyme-Linked Immunosorbent Assay），检测限可达0.05ng/g，最高可达0.003ng/g9。ELISA试剂盒的工作基础是样品中瘦肉精和酶联瘦肉精之间为与板上经抗体包被的微孔中有限的结合位点结合而进行的竞争反应。样品或标准溶液加入到微孔中，然后加入已经稀释的酶联瘦肉精，混合物在室温下温育。在温育过程中，样品中的瘦肉精或
12、酶联瘦肉精与固定在微孔板上的微孔中的抗体结合。温育之后，洗涤微孔板3次以去除没有结合的样品中的瘦肉精和酶联瘦肉精，加入底物进行显色反应以检测结合的酶联瘦肉精。可于白色背景上，直接用肉眼观察结果：反应孔颜色越深，阳性程度越强，阴性反应为无色或极浅，依据所呈颜色的深浅，以“+”、“-”号表示。定量测试结果可通过用微孔板读数仪测定（650nm）10。英国的Randox Laboratories Ltd和德国的R-biopharm公司均开发出了检测肉品、饲料中CLB残留的ELISA试剂盒11。现在国产瘦肉精检测试剂盒及试纸也已经开发成功，是由农业部、普瑞康生物技术及三方共同研发完成。该试剂盒更加着重于
13、对血清样本的检测，使检验结果在准确性及稳定性方面有了一定的提高，灵敏度可达到5ng/g12。不过相比前面的几种方法，ELISA法的假阳性率高则是个不争的事实，所以只能用于初步筛选， ELISA也是国家标准检测方法之一13。综上所述，HPLC、GC-MS、CZE的最低检测限都在0.5ng/g以上，而且检测程序烦琐、用时长，仪器贵重、难于操作，无法用于现场检测；EIA法最低检测限可达0.05ng/g，灵敏度和精确度都符合标准，但假阳性率高而且也不能用于现场检测。表1.1给出了以上各种方法的特点比较。根据表1.1，可以考虑将几种方法联合使用。一般来说，ELISA和HPLC主要用于筛选；GC-MS则具
14、有足够的监测灵敏度，主要用于最后确认与仲裁；CZE目前使用围不广。农业部最近发文公布了一些行业标准，以期更好地指导瘦肉精检测工作，如猪尿中克伦特罗检测方法酶联免疫吸附测定法、动物组织中盐酸克伦特罗的测定气相色谱质谱法、饲料中盐酸克伦特罗的测定高效液相色谱法和气相色谱质谱测定法。利用上述方法构建一个完整的瘦肉精检测体系，除测量精度可以达到要求外，原有问题仍然没有消失检测手段复杂，费用过高，检验时间过长。猪尿中克伦特罗酶联免疫吸附测定方法是猪尿中克伦特罗的残留常规快速筛选检测方法，但酶联免疫试剂盒成本较贵，为保证质量，用德国产的试剂盒一般需要30004000元，做样品时不可能只做一个样品，一般一批
15、近40个猪尿样品一起做，最快也要12天。其它的动物组织如猪肝、猪肉的残留测定，因一般单位均没有气相色谱质谱仪（每台仪器约150万元左右），而用酶联免疫法测定，一批样品要23周。饲料中瘦肉精残留用高效液相法测定，一个样品最快也需要12天。对于生猪和肉类食品进行瘦肉精专项检验，最低的价格一次也要200多元，这个成本无论摊给政府或企业，或是养猪户都显然难以承受。表1.1 瘦肉精检测方法比较方法检测限优点缺点标准HPLC115ng/g灵敏度高，假阳性率低检测设备昂贵、实验成本高、检测时间长、对实验人员的专业要求高是GC-MS0.25ng/g与HPLC法相比，检测灵敏度更高，假阳性率更低价格昂贵，样品处理时间长，难于操作是CZE0.5ng/ml具有很大的灵活性，操作简便检测时间较长，需要复杂的仪器否ELISA0.05ng/g灵敏度和精确度高假阳性率高是1.2.3 瘦肉精残留检测发展方向需要是创造的源泉和动力，CLB残留的检测技术的发展成就了金标免疫检测技术DIGFA（Dot-immuogold Filtration Assay）和生物传感器技术BS（
