黃惠珍 劉善文 福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院數(shù)字農(nóng)業(yè)研究所 福州 350003

在如今品質(zhì)消費(fèi)的時(shí)代下， 現(xiàn)有家禽產(chǎn)品雖多樣，但高端且個(gè)性化產(chǎn)品供給不足，市場(chǎng)細(xì)分將給差異化競(jìng)爭(zhēng)創(chuàng)造更多機(jī)遇[1]。 因此，亟待高效分級(jí)農(nóng)產(chǎn)品，推出優(yōu)品賣高價(jià)，提高農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值[2]，推動(dòng)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略發(fā)展。 另一方面， 據(jù)研究發(fā)現(xiàn)， 土雞具有晝夜節(jié)律性，白天在外站立或活動(dòng)行為較多[3]，晚上習(xí)慣回雞舍的趴臥行為和棲息行為表現(xiàn)較多[4]，由此認(rèn)為土雞作為群體動(dòng)物同樣具有社會(huì)分層且棲息高度影響雞肉品質(zhì)。 此外， 在傳統(tǒng)雞舍中因管理需要，人員時(shí)常進(jìn)出，不僅易攜帶細(xì)菌感染雞群，還易造成應(yīng)激，影響雞群的生長發(fā)育[5]。 因此在互聯(lián)網(wǎng)5G 時(shí)代，通過智能裝置取代人工檢測(cè)與評(píng)定[6]，可使更多的農(nóng)事活動(dòng)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和自動(dòng)化[7]，使數(shù)據(jù)精確有說服力[8]、可追溯防篡改和可參考可對(duì)照。 采用數(shù)字設(shè)施配置禽類棲息空間環(huán)境[9]，對(duì)研究禽類棲息活動(dòng)與肉質(zhì)性狀關(guān)系具有指導(dǎo)和參考意義[10]。 白士寶等[11]以棲桿為載體，安裝質(zhì)量傳感器，實(shí)時(shí)獲取體重?cái)?shù)據(jù)；郭云等[12]基于NFC 技術(shù)的物聯(lián)網(wǎng)溯源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)管；王明等[13]建立基于物聯(lián)網(wǎng)的北京油雞健康散養(yǎng)系統(tǒng)， 實(shí)現(xiàn)了雞個(gè)體識(shí)別和數(shù)據(jù)采集自動(dòng)化的預(yù)期目標(biāo)；毛濤濤等[14]構(gòu)建基于LabVIEW 平臺(tái)的蛋雞棲架分布監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)采集蛋雞在飼養(yǎng)過程中上棲架的頻次、所處位置等數(shù)據(jù)，為蛋雞棲架布置形式、棲架優(yōu)化等提供數(shù)據(jù)支持；姬真真等[15]研究籠養(yǎng)和棲架舍飼散養(yǎng)對(duì)產(chǎn)蛋前期蛋雞健康水平（發(fā)病率和死淘率）及福利狀況的影響，研究表明棲架舍飼散養(yǎng)相比籠養(yǎng)可以提高蛋雞健康水平。目前，對(duì)禽類棲息位置與雞肉品質(zhì)的相關(guān)性鮮有報(bào)道。本研究基于物聯(lián)網(wǎng)與射頻技術(shù)，在保侍土雞自由活動(dòng)、減少應(yīng)激干擾的情況下[13]開展土雞飼養(yǎng)階段24 h 活動(dòng)的自動(dòng)監(jiān)管，采集雞只個(gè)體棲息高度位置和停留時(shí)間的數(shù)據(jù)； 通過抽樣檢測(cè)雞肉氨基酸含量等明確雞只個(gè)體棲息高度位置與雞肉品質(zhì)相關(guān)性。 根據(jù)停留時(shí)間， 測(cè)定不同棲息高度位置下土雞雞胸肉的營養(yǎng)成分， 建立土雞棲息高度與雞肉品質(zhì)的關(guān)系模型。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)動(dòng)物 選擇同批次63 日齡河田雞128 羽，入舍前全部戴上智能腳環(huán)，讓其在同一雞舍中自由活動(dòng)，試驗(yàn)期為150 d。 系統(tǒng)采集雞只棲息的高度位置、棲息時(shí)間和活動(dòng)軌跡，分析雞群棲息分布規(guī)律。

1.1.1 定制智能腳環(huán) 以普通腳環(huán)制作硅膠模具，使用滴膠將線圈和芯片嵌入腳環(huán)中， 并保持水平位置（見圖1）。 再進(jìn)行腳環(huán)試套試驗(yàn)，從幾種腳環(huán)內(nèi)徑15.7 mm、16.4 mm、16.8 mm、17.4 mm、17.8 mm 中篩選最適宜腳環(huán)內(nèi)徑、寬度，確保智能腳環(huán)在成年雞只自由活動(dòng)中不易脫落或人為輕易摘除。經(jīng)試驗(yàn)，最終選取內(nèi)徑為16.4 mm 帶有NFC 防偽芯片標(biāo)識(shí)雞只身份的腳環(huán)作為本試驗(yàn)的智能設(shè)備（被動(dòng)式電子標(biāo)簽）。 芯片內(nèi)置隨機(jī)數(shù)生成器及128 位密鑰加密算法[16]，讀取時(shí)給出不同的隨機(jī)驗(yàn)算碼，服務(wù)器端根據(jù)驗(yàn)算碼及ID 進(jìn)行合法性驗(yàn)算，進(jìn)一步加強(qiáng)數(shù)據(jù)安全性，徹底解決防復(fù)制、防篡改、防偽冒認(rèn)證等問題[17]。

1.1.2 智能電子棲架 試驗(yàn)點(diǎn)智能電子棲架采用雙邊階梯型[18]，利用直徑10 cm 左右的毛竹（與地面呈45°、兩根斜支撐桿制成腳架）和直徑2 cm 的圓形小木棍（制作5 根與地面平行而高度不一的橫向棲桿，分布高、中、低三層，分別距離地面150 cm、100 cm、50 cm，側(cè)面如“A”字形）組合搭建[19]。 使用大功率射頻讀寫器[20]（讀取電子標(biāo)簽編號(hào)）、讀寫器天線（發(fā)射接收射頻信號(hào)）、卡片式工控終端（獲取讀寫器讀取的標(biāo)簽信息）、壓鑄鋁防水接線盒（防護(hù)卡片式工控終端） 等零配件組裝為電子棲架所需的物聯(lián)傳感系統(tǒng)[21]（見圖2），每根棲桿各安裝一個(gè)射頻讀寫器，棲桿內(nèi)部安裝天線，應(yīng)試驗(yàn)需要，雞舍內(nèi)設(shè)置兩臺(tái)相同配置的智能電子棲架。

1.2 方法

1.2.1 系統(tǒng)管理平臺(tái) 系統(tǒng)管理平臺(tái)預(yù)存每個(gè)射頻讀寫器所在棲桿的高度位置信息，通過佩戴的NFC智能腳環(huán)自動(dòng)獲取雞只在電子棲桿的停留時(shí)長，系統(tǒng)實(shí)時(shí)記錄和存儲(chǔ)雞群的活動(dòng)軌跡， 用于統(tǒng)計(jì)與分析。

1.2.2 其他輔助物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備 雞舍內(nèi)外指定區(qū)域安裝高清智能攝像系統(tǒng)（一臺(tái)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控主機(jī)， 若干個(gè)300 萬高幀率高清星光級(jí)夜視海康威視網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)），對(duì)雞群的活動(dòng)軌跡進(jìn)行影像記錄以及對(duì)是否有其他動(dòng)物騷擾雞群進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。

1.2.3 土雞棲息位置采集 外置遠(yuǎn)程主機(jī)（樹莓派卡片機(jī)） 預(yù)存每根棲桿中射頻讀寫器的高度位置信息以及所在棲架的位置信息。當(dāng)佩戴NFC 智能腳環(huán)的雞只個(gè)體停留電子棲桿上， 腳環(huán)內(nèi)線圈與電子棲桿內(nèi)部的天線形成磁場(chǎng)，基于13.56 MHz 射頻技術(shù)，NFC 智能腳環(huán)通過該磁場(chǎng)獲取能量并返回電磁波，被電子棲桿上射頻讀寫器轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)信息， 遠(yuǎn)程主機(jī)通過編程語言執(zhí)行機(jī)器指令， 實(shí)時(shí)采集、 存儲(chǔ)NFC 智能腳環(huán)和電子棲桿交換的數(shù)據(jù)信息[14]，包括土雞個(gè)體在所有棲桿上棲息的位置和停留時(shí)間。 系統(tǒng)管理平臺(tái)進(jìn)行批量數(shù)據(jù)特征提取， 結(jié)合高清視頻圖像采集和檢測(cè)，在地面及低、中、高三層棲桿停留次數(shù)多且時(shí)間長的雞群中， 按土雞棲息水平高度層次分別隨機(jī)抽取6 羽健康土雞，合計(jì)24 羽土雞作為雞肉營養(yǎng)成分測(cè)試樣品。

圖1 NFC 腳環(huán)的設(shè)計(jì)與定制

圖2 智能電子棲架構(gòu)建示意圖

1.2.4 雞肉營養(yǎng)成分測(cè)定及方法 由系統(tǒng)管理平臺(tái)抽取樣本雞只，取每羽雞的胸肉，去掉多余脂肪、肌腱及結(jié)締組織后將其分割成1~2 cm 見方的小塊，作為1 份肌肉樣品， 送至福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所， 按食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行氨基酸、蛋白質(zhì)、脂肪、水分、鈣、肌苷酸等指標(biāo)測(cè)定[14]。 各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定依據(jù)如下：（1）氨基酸按食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB5009.124-2016 測(cè)定；（2） 蛋白質(zhì)按食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB5009.5-2016 測(cè)定；（3） 脂肪酸按食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB5009.168-2016 測(cè)定；（4） 脂肪按食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB5009.6-2016 測(cè)定；（5） 水分按食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB5009.3-2016第一法直接干燥法測(cè)定；（6）鈣按食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB5009.5-2016 測(cè)定；（7）肌苷酸以高效液相色譜法按DB37/T 3816-2019 標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定。

水分、粗蛋白質(zhì)、粗脂肪是肌肉營養(yǎng)品質(zhì)評(píng)價(jià)中的常規(guī)性營養(yǎng)指標(biāo)[22]。有研究發(fā)現(xiàn)，肉樣中水分含量越低， 其營養(yǎng)含量就越高， 雞肉中水分含量一般在70. 00%~75.00%，而在該范圍內(nèi)，肉樣中含水量越高，口感越佳[23-24]。 肌肉中干物質(zhì)的主要成分是蛋白質(zhì)，雖然它對(duì)肌肉風(fēng)味沒直接產(chǎn)生影響，但影響肉成熟期蛋白質(zhì)的分解，進(jìn)而形成不同香味氨基酸，促成其肌肉的香味。另外，肌肉中脂肪含量及其分布影響肉質(zhì)嫩度和風(fēng)味[25]。蛋白質(zhì)和脂肪的含量越高，肉品的營養(yǎng)價(jià)值越好。

氨基酸是肌肉鮮味的主要來源之一， 也是評(píng)價(jià)肌肉品質(zhì)的重要指標(biāo)，其含量的高低，直接決定肉品風(fēng)味的優(yōu)劣[26]。 研究認(rèn)為，絲氨酸、谷氨酸、甘氨酸、亮氨酸、丙氨酸、脯氨酸和蘇氨酸是肉香味的必需前體物，如果這些氨基酸含量提高，則預(yù)示著肉品風(fēng)味的改善[27]。 鮮味氨基酸主要包括谷氨酸、天冬氨酸、苯丙氨酸、丙氨酸、甘氨酸、酪氨酸，它們的組成和含量直接影響著肉的鮮美程度[28]，尤其是谷氨酸，是禽肉中主要的鮮味物質(zhì)[26]。 必需氨基酸是人體自身不能合成或合成速度不能滿足人體需要， 必須從食物中攝取的氨基酸[29]，主要包括蘇氨酸、蛋氨酸、纈氨酸、賴氨酸、亮氨酸、異亮氨酸和苯丙氨酸。 另外，蘇氨酸和苯丙氨酸可直接參與蛋白質(zhì)的合成， 苯丙氨酸也可轉(zhuǎn)化成酪氨酸，從而間接參與蛋白質(zhì)的合成，提高肌肉中蛋白含量。

1.2.5 統(tǒng)計(jì)分析方法 用Excel 軟件對(duì)樣品信息和測(cè)定結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)整理， 采用SPSS 19.0 軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析， 組間差異用單因素方差分析ANOVA 法進(jìn)行分析。 試驗(yàn)數(shù)據(jù)以“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤”表示，P<0.05 表示差異顯著，P<0.01 表示差異極顯著，P>0.05 表示差異不顯著。

3 結(jié)果與分析

3.1 土雞棲息位置采集 位置采集結(jié)果見表1。

表1 管理平臺(tái)讀取雞只個(gè)體腳環(huán)信息

3.2 雞肉營養(yǎng)成分測(cè)定 對(duì)樣本雞胸肉中主要化學(xué)成分分析結(jié)果見表2。 處于電子棲桿高、中、低及地面等四個(gè)水平位置的雞胸肉中，天門冬氨酸、蘇氨酸、絲氨酸、谷氨酸、丙氨酸、纈草氨酸、蛋氨酸、異亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸、組氨酸、精氨酸、脯氨酸、蛋白質(zhì)、脂肪、水分、鈣的含量雖有差異，但不顯著（P>0.05）。

四個(gè)水平的雞胸肉甘氨酸含量介于0.9500 g/100g~1.0450 g/100g，常位于棲桿中間水平雞群的甘氨酸含量最低， 與位于其他三組水平位置雞群的甘氨酸含量差異顯著（P<0.05），此外其他水平位置之間雞群的甘氨酸含量沒有顯著性差異（P>0.05），棲息不同水平位置雞群的甘氨酸含量大小，依次為：地面>棲桿高位>棲桿低位>棲桿中位。

四個(gè)水平的雞胸肉胱氨酸含量介于0.1017 g/100g~0.1567 g/100g，常位于棲桿中間水平雞群的胱氨酸含量最低， 與位于其他三組水平位置雞群的胱氨酸含量差異顯著（P<0.05），此外其他水平位置之間雞群的胱氨酸含量沒有顯著性差異 （P>0.05），棲息不同水平位置雞群的胱氨酸含量大小，依次為：地面>棲桿低位>棲桿高位>棲桿中位。

四個(gè)水平的雞胸肉亮氨酸含量介于1.8200 g/100g~1.9517 g/100g，常位于棲桿中間水平雞群的亮氨酸含量最低， 與位于地面及位于棲桿高位雞群的亮氨酸含量差異顯著（P<0.05），此外其他水平位置之間雞群的亮氨酸含量沒有顯著性差異（P>0.05），棲息不同水平位置雞群的亮氨酸含量大小，依次為：地面>棲桿高位>棲桿低位>棲桿中位。

4 結(jié)論與討論

試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明， 活躍在不同高度雞群的雞胸肉中，甘氨酸、胱氨酸及亮氨酸含量有顯著差異，且活躍地面雞群的雞胸肉中這三類氨基酸含量最高，位于棲桿中間位置的雞胸肉中這三類氨基酸含量最低。天門冬氨酸、蘇氨酸、絲氨酸、谷氨酸、丙氨酸、纈草氨酸、蛋氨酸、異亮氨酸、酪氨酸、苯丙氨酸、賴氨酸、組氨酸、精氨酸、脯氨酸、蛋白質(zhì)、脂肪、水分、鈣等指標(biāo)， 在各水平雞群的雞胸肉中含量無顯著性差異。

在非必需氨基酸中，甘氨酸具有獨(dú)特的甜味，甘氨酸、精氨酸、天冬氨酸、丙氨酸和谷氨酸是形成肉制品香味所必需的前體氨基酸， 與肉質(zhì)的鮮味有直接關(guān)系[30]，谷氨酸具有形成肉鮮味并緩沖酸堿等特殊功效。 活躍地面雞群的雞胸肉中甘氨酸含量1.0450 ±0.04278 g/100g、 胱 氨 酸 含 量 0.1567 ±0.02338 g/100g 及亮氨酸含量1.9517±0.03656g/100g， 分別遠(yuǎn)高于活躍在棲桿中間位置雞群的雞胸肉中甘氨酸含量0.9500±0.07403 g/100g、 胱氨酸含量0.1017±0.02137 g/100g 及亮氨酸含量1.8200±0.08099 g/100g。

對(duì)照雞肉風(fēng)味品質(zhì)評(píng)定的化學(xué)指標(biāo)中的滋味物質(zhì)， 表現(xiàn)甜味的呈味物質(zhì)甘氨酸及表現(xiàn)苦味的呈味物質(zhì)亮氨酸， 都是在地面活動(dòng)頻率高的雞群中含量最高， 且與其他活動(dòng)表現(xiàn)的雞群有顯著性差異。 說明喜歡活動(dòng)空間大且地面行走、運(yùn)動(dòng)量多的雞群，可能通過改變體內(nèi)與風(fēng)味物質(zhì)的合成， 尤其是氨基酸中呈味物質(zhì)的有關(guān)代謝，使雞肉品質(zhì)發(fā)生改變，呈現(xiàn)口感多樣化。

表2 不同棲息水平位置土雞雞胸肉指標(biāo)測(cè)定值

隨著城鄉(xiāng)居民生活水平的提高及科技信息技術(shù)的發(fā)展，人們對(duì)于農(nóng)產(chǎn)品不僅要求安全衛(wèi)生、營養(yǎng)價(jià)值高，還期望食品口感和風(fēng)味獨(dú)特，因此，種養(yǎng)過程中農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)鑒定和產(chǎn)品篩選對(duì)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益影響越來越大。 雞肉品質(zhì)分析是一項(xiàng)較為復(fù)雜的研究工作，不僅包含理化指標(biāo)，還有感官指標(biāo)。 但由于雞飼養(yǎng)的內(nèi)外環(huán)境差異以及評(píng)價(jià)人員個(gè)人喜好， 在感官指標(biāo)評(píng)定中易出現(xiàn)偏差。 而利用現(xiàn)代科技信息手段，特別是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，能精準(zhǔn)感知單體雞只的活動(dòng)范圍和軌跡， 捕獲土雞全產(chǎn)業(yè)鏈過程的全信息化關(guān)鍵數(shù)據(jù)，建立土雞檔案數(shù)據(jù)庫；通過采樣檢測(cè)，全面獲取雞只個(gè)體的理化指標(biāo)數(shù)據(jù)，利用分析軟件， 快速建立農(nóng)業(yè)養(yǎng)殖生產(chǎn)過程與農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)評(píng)價(jià)模型，進(jìn)一步為雞肉品質(zhì)評(píng)判提供有力事實(shí)依據(jù)。

隨著智能信息技術(shù)的更替發(fā)展和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者觀念的轉(zhuǎn)變，智慧農(nóng)業(yè)未來可期。 基于物聯(lián)網(wǎng)和NFC技術(shù)的農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)評(píng)定分級(jí)，不但實(shí)現(xiàn)回溯農(nóng)產(chǎn)品信息和定制認(rèn)養(yǎng)銷售，保障農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全，建立農(nóng)戶與消費(fèi)者的互信關(guān)系， 還能增強(qiáng)優(yōu)質(zhì)農(nóng)產(chǎn)品市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力， 激發(fā)市場(chǎng)主體活力， 推動(dòng)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)更好發(fā)展。 本課題組今后將進(jìn)一步細(xì)化研究數(shù)字信息在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用，降低數(shù)字裝備成本，讓農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)進(jìn)行生產(chǎn)要素配置與產(chǎn)銷精準(zhǔn)對(duì)接， 開辟以產(chǎn)業(yè)興農(nóng)促鄉(xiāng)村振興的新路徑。