基于声学特性的鸡蛋品质无损检测研究

黄振

摘要：鸡蛋作为大众喜爱的食品，产量逐年增加。而鸡蛋自产出起，其品质受到各种因素的影响，如先天不足，运输不当，储存变质等，造成了部分的人力物力的浪费。所以对鸡蛋品质的研究是非常重要且有必要的，而当前对鸡蛋品质研究的方法有数种，涵盖光学，力学，电磁学，但其中还未有声学方向的研究。正是基于这点，本介绍基于声学特性的鸡蛋品质无损检测研究，从而跟高的判断鸡蛋的品质。

关键词：鸡蛋品质;无损检测;声学特性;对比分析

1前言

在当今时代，随着经济业，运输业，现代农业和食品加工业的快速发展，农产品及农产品的衍生制品的生产数量和消耗量已经极为庞大。由于市场的需求，导致工廠的不合理，不健康的扩张从而引发各种食品质量良莠不齐的现象，而人们对食品质量安全的重视程度在历年的各种不健康、不合格的生产报道下变得越来越高。在此情形下，禽蛋行业对产品的质量及其安全的检测的需求也同步增大，由此农产品检测技术的高效与实用性显得越发的重要。在禽蛋行业的传统检测方法中，因为检测产品的品质而造成的产品损坏的数量已经大到无法忽视。近些年来，无损检测技术的发展变得尤为迅速，当前已适用于各行各业如建筑工程，材料制造，食品安全等等。而无损检测相对于破坏性检测，具有非破坏性、全面性、可靠性等优点，已经成为食品科学的一个重要的研究热点。目前，国内外用于无损检测禽蛋的主要方法有以下四种：荧光光谱、红外光谱、图像处理、介电特性检测技术。

2基于声学特性的鸡蛋品质无损检测技术

2.1研究材料与仪器介绍

2.1.1原材料的选择

鸡蛋又可以叫鸡卵，是母鸡所产的卵。鸡蛋的结构相对其它哺乳动物的胚胎相对简单，它可以简单的说是由蛋壳、蛋清和蛋黄组成的，蛋壳部分大约占鸡蛋总重量的12%，蛋清部分大约占鸡蛋总重量的占56%，蛋黄部分大约占鸡蛋总重量的占32%。

鸡蛋一个重约50g，在这其中常见的营养物质部分蛋白质有6.5克，脂肪有5.5克。鸡蛋中的蛋白质是对人体来说是一种高效的蛋白质，因为组成鸡蛋蛋白质的氨基酸比例是符合人体消化系统的需求的，因此鸡蛋的蛋白质非常容易被人体消化。据研究表明在食用鸡蛋后，人体对鸡蛋氨基酸的消化使用率高达98%，可以说鸡蛋营养价值是很高的，天然适合成为人类常食用的食物。鸡蛋的构造中还有气室即鸡蛋大头的空仓，以及胚盘和卵黄系带等。简单的来说，鸡蛋从外到内分别是：蛋壳--壳膜--蛋白--蛋黄。所以在检测中可以根据试验情况选择不同品种的鸡蛋。

2.1.2 CTS-65型非金属超声波检测仪介绍

CTS-65型非金属超声波检测仪是采用数字化及信号处理技术设计而成，该序号的往期型号是广受检测人员喜爱的CTS-25、45型。本仪器的应用领域包括结构件的测试压强、测试残缺等。可测试耐火材料的质量，同样可以测试木料、塑料、橡胶制品、石墨制品、竹炭纤维及石材等材料的物理性能的数据测试。

2.1.3 CTS-65型非金属检测仪使用步骤：

（1）准备阶段：在接通仪器电源之前，检查仪器及线路的完好（包含一根电源线，两根适配该探头型号的探头连接线）。

（2）准备好一个小型凹槽，其高度与大小无硬性要求，可横向放置鸡蛋，而不影响探头对周向位置测量即可。

（3）使用阶段：开机后，首先进行系统参数设置。在设置SET键界面中将显示声时范围调为：200μs;发射电压调为1000V，发射频率由选用探头决定。本研究探头频率为50KHz;调节采样频率为5.00MHz，重复频率为25Hz;选择通用模式为：速度模式;选择读数模式为：自动判读;其它参数默认，设置完成后，按下仪器按键区F4键，进行系统调零。以上步骤完成后，才可以开始测量鸡蛋的穿透声时，获得研究原始数据与图像。

（3）结束后整理阶段：关闭电源后，清理研究材料与量具，将仪器与探头放置于适合存放的阴凉处即可。

2.2超声波的作用机制与原理

物体由于振动才会有波的产生，可以说振动就是波产生的根源。振动的那个物体就叫声源，声源可以是任何形态的物体，也没有大小或形状的要求，只要它在振动就可以叫做声源。而振动的物体发出的声波，如果想要向外传播出去，那就需要介质，介质也是没有形态，大小或形状要求的物体。当然，不同类型的介质当然有不同的传导率（声波在介质传播中的损耗程度）。一般来说，质量越致密，该物体的声波传导率就越高，声波在该介质中传播的损耗越少，对比其它低传导率的介质就能传播的更远。这里需要注意，介质并不随着声波一起向外传播，介质仅仅随着声波上下震荡，从而传播声波中的能量。

本研究选用的CTS-65型非金属检测仪所发出的波，在仪器调节后，发出的波为50kHz，也就是超声波。超声波具有着许多的特性，其中一个是在超声波传播过程中，若该超声波通过一个孔，而这个孔的直径大于该超声波的波长时，超声波会集中起来向着同一个方向传播过去。因为这个性质，在超声波的应用上就生产出了许多工件让超声波定向探测或者集中能量去撞击某个物体。这个特性是由于超声波传播有空洞产生，若超声波传播时前方有一个障碍物，那么超声波会被阻拦，在障碍物后产生一片声影区域。这个特性与光非常相似，也正是由于这两个特性，超声波在无损检测区域有着它自己独特的作用。。

在本研究中，由于鸡蛋是外固内液，因此才用直接接触法。而对物体内部状况判断的依据则是首波的特征，仪器的自动判读正是将首波的数据进行捕捉标注。由于鸡蛋的不规则形状和仪器的灵敏度过高，首波的波幅，即衰减率（显示屏中的A值），经对数据图像分析判别后，发现该数据在研究中无对比分析意义。

2.3基于声学特性的鸡蛋品质无损检测研究方案

2.3.1常温声速测量

第一，将选取的不同鸡蛋分为两组，A组编号为1-10，B组编号为11-20，以方便记录数据，进行对比研究。

第二，在完成本文仪器使用步骤的第一步和第二步后，将探头放置于鸡蛋最大直径的两侧，探头需在同一条直线上。再控制手部力量使探头处于较好的耦合位置，以便于找到最佳接触点。具体操作有：旋转鸡蛋更换探头接触的位置;探头可轻微转动;左右轻微晃动或用力压紧耦合。若探頭在较好的耦合位置，则它的鸡蛋波形图像的特点是前部波形小中部波形大，锯齿分明，中部以后波距均匀（其波形表现可参考附录中编号6的波形图像）。

第三，在稳定耦合后，等待显示屏波形稳定，按下面板中的F5键，将此时的波形图像将被冻结。此时将探头两接触点的位置标注并使用游标卡尺测量记录，获得声程D，记下屏幕中的声时T。即可由V=D/T，获得该鸡蛋的穿透声速。

第四，对每个鸡蛋进行上述重复研究，即可获得每个鸡蛋的超声波穿透声速。

第五，为保证实验的可靠性，减少偶然误差，声时T应在多点研究，以找到最合适的数据记录，同时声程D应多次测量取平均值，测量出每个鸡蛋的较为真实的声速。

2.3.2高温浸泡后声速测量

第一，分别将1号2号11号12号放置于80℃水中浸泡60s后，根据上述测量步骤，重复之后测出轻微加热后的鸡蛋的声速V。

第二，分别将3号4号13号14号放置于80℃水中浸泡120s后，根据上述测量步骤，重复之后测出更长时间加热后的鸡蛋的声速V。

3 论文总结

本研究依照无损检测的要求，在不破坏鸡蛋的情况下对其声学特性进行测量，分析总结出超声波声速对鸡蛋品质鉴定的参照作用。在选材阶段，对两组测量的数据可以作为鸡蛋总体的概括性数据样本。同时，可以预测鸡蛋的超声波声速度，从而确定传播也遵循基本声学定律。测量后从数据结论中对比，正常完好的鸡蛋其超声波声速应当在一个合理的区间（2.0km/s-2.5km/s），而改变鸡蛋内部品质的行为，如加热破坏其蛋白质结构的行为将改变其通透声速的数值，表现为数值增大。

参考文献

[1]黎文.“理想的营养库”——鸡蛋[J].中国保健食品，2009（11）：58-59.

[2]白晓婷，翟亚玲.蛋鸡和鸡蛋行业发展趋势[J].饲料博览，2014（1）：62-64.

[3]姜正军，霍兰芝.我国蛋品加工业的现状与对策[J].食品科技，2004，29（11）：4-6.