《Journal of Food Engineering》：Prediction of pork tenderness using viscoelastic parameters
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多元素模型预测剪切力评估猪肉嫩度的研究，通过 creep 数据拟合和粘弹性参数建立数学模型，采用 PLSR 和 LS-SVM 算法验证，五元素模型结合 LS-SVM 效果最佳。
Jiaqi Li|Yanlei Li|Xiaojia Zuo|Huaiqun Wang|Wenxiu Wang|Peng Xu|Lanxin Lv
北京工业职业技术学院机械与电气工程学院，中国北京100042
摘要
肉质嫩度是评估肉类品质的关键因素，直接影响消费者的购买决策。本研究通过开发一个多元素模型来预测剪切力，从而评估猪肉的嫩度。利用通用全局优化（UGO）方法对蠕变数据进行处理，以获得粘弹性参数。这些参数与剪切力共同构建了一个数学模型，并通过偏最小二乘回归（PLSR）和最小二乘支持向量机（LS-SVM）来预测肉质嫩度。五元素模型的参数结合LS-SVM时效果最佳，校准集的决定系数为0.9301，预测集的決定系数为0.9282，校准集的均方根误差为1.4822牛顿，预测集的均方根误差为1.6318牛顿。结果表明，该多元素模型能够有效评估肉质嫩度。
引言
猪肉是人们获取多种营养的重要来源，含有蛋白质、脂肪、氨基酸和多种矿物质。同时，猪肉也是中国消费量最大的肉类，约占全球消费和产量的半数（Huang等人，2022年）。根据中国国家统计局2025年的家庭消费统计数据，畜肉价格上涨了2.5%，影响了CPI 0.08个百分点，而猪肉价格上涨了13.8%。随着猪肉价格的上涨，消费者对猪肉品质的要求也在不断提高。肉质嫩度是猪肉的重要品质指标，也是影响消费者购买意愿的最高排名感官属性（Kamruzzaman，2023年）。
然而，肉质嫩度是一个复杂的指标，受品种、年龄、屠宰加工和死后成熟度等因素的影响。此外，蛋白质氧化会改变物理化学指标（如羰基、巯基、ATP、酶活性），从而影响肉的质地（Ren，2019年）。因此，消费者在购买前很难判断肉的嫩度（Kamruzzaman，2023年）。目前，检测肉质嫩度的方法主要是感官评价和仪器评价（Caine等人，2003年）。仪器评价方法包括Warner-Bratzler原理（Chen等人，2013年）、近红外光谱技术（Xiao等人，2025年）、多光谱图像纹理技术（Liu等人，2022年）、机器视觉评价（Zhao等人，2025年）和核磁共振检测（Antequera等人，2021年）。这些方法都会破坏样品的完整性，扫描周期长，设备成本高，不适合在工业生产中广泛使用。然而，粘弹性作为食品的固有属性，能够反映肉制品的物理特性、化学成分和结构组织。建立粘弹性模型以量化剪切力值，可以实现肉类嫩度的准确评估。Myhan等人（2015年）通过应力松弛试验将肉的流变特性与其化学成分相关联，从而建立了一个流变模型，有助于优化肉制品加工。Li等人（2019年）利用六元素模型的粘弹性参数开发了一个预测总挥发性碱性氮（TVB-N）含量的模型，以评估牛肉的新鲜度。He等人（2022年）将粘弹性系统与气流和光学技术相结合，用于预测鸡肉的嫩度。
尽管之前的研究已经探讨了粘弹性参数与肉质嫩度之间的关系，但这些研究大多停留在定性分析阶段，其背后的机制尚未得到定量阐释。因此，本研究旨在利用化学计量方法量化粘弹性参数与肉质嫩度之间的关系，并基于猪肉的粘弹性建立预测剪切力的模型，从而实现无损嫩度评估。具体目标包括：（1）确定不同嫩度等级的猪肉样品的蠕变特性曲线；（2）使用Levenberg–Marquardt（LM）和通用全局优化（UGO）算法拟合蠕变曲线，推导出三元素、四元素和五元素模型的粘弹性参数；（3）运用偏最小二乘回归（PLSR）和最小二乘支持向量机（LS-SVM）算法，建立多元素模型的粘弹性参数与剪切力值之间的定量关系。该模型将有助于阐明这些参数如何影响肉质嫩度，为快速、无损地评估肉质嫩度提供理论基础。
材料
实验中使用的longissimus lumborum（LL）肌肉来自中国河北省保定美莲浩贸易有限公司的第一分公司，选取了180天大的猪的样本，并在4°C的冷藏条件下运输到实验室。所有实验样本均在屠宰后24小时内获取。去除多余的脂肪和结缔组织后，将猪肉切成10厘米×10厘米×3厘米的小块。
剪切力测量结果
剪切力是衡量屠宰后肌肉嫩度的定量指标，与肉质嫩度呈负相关。较低的剪切力值对应较高的肉质嫩度。研究表明，肌纤维的结构和状态是影响肉质嫩度的因素之一，肌纤维占总肌肉纤维的65%左右。这种相关性与肌纤维蛋白的直径、类型和降解程度有关。
结论
与传统检测方法相比，本研究提取了粘弹性参数，并利用线性和非线性建模方法（特别是PLSR和LS-SVM）建立了粘弹性参数与剪切力值之间的定量模型。结果表明，基于五元素粘弹性模型的PLSR和LS-SVM模型的性能优于三元素、四元素和六元素模型。对于五元素模型，LS-SVM模型的表现尤为突出。
作者贡献声明
Jiaqi Li：撰写——初稿、软件开发、方法论设计、数据整理、概念构建。Yanlei Li：撰写——审稿与编辑、监督。Xiaojia Zuo：数据可视化、实验设计。Huaiqun Wang：数据可视化、实验设计。Wenxiu Wang：撰写——审稿与编辑、监督。Peng Xu：数据验证、软件开发。Lanxin Lv：数据验证、软件开发。
利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：32102055）、北京市教委的科技 general 项目（项目编号：KM202310853002）以及青年教师研究能力提升计划（项目编号：BGY2022KY-03QT）的资助。
