ASD地物光譜儀在快速檢測(cè)沙丁魚(yú)新鮮度方面的應(yīng)用

沙丁魚(yú)是鯡科一種廣泛分布的遠(yuǎn)洋魚(yú)類，是海洋食物鏈的重要組成部分，也是魚(yú)類生產(chǎn)的關(guān)鍵資源。由于其極易腐爛，新鮮度是沙丁魚(yú)質(zhì)量的關(guān)鍵指標(biāo)。魚(yú)在死亡后會(huì)經(jīng)歷化學(xué)降解和感官特性的變化，這一過(guò)程受到環(huán)境因素、微生物及酶活性的影響。傳統(tǒng)的新鮮度評(píng)估方法包括生化測(cè)量、腐敗和新鮮度指數(shù)等，近年來(lái)，傳感器技術(shù)和光譜分析技術(shù)如中紅外反射、電化學(xué)阻抗譜及正面熒光光譜被廣泛應(yīng)用。這些方法各具優(yōu)缺點(diǎn)，但常面臨復(fù)雜性高或化學(xué)品需求的問(wèn)題。

近紅外光譜和可見(jiàn)光-近紅外光譜技術(shù)被認(rèn)為是評(píng)估魚(yú)類新鮮度的快速、無(wú)損、環(huán)保的有效工具。雖然其在鱈魚(yú)、鮭魚(yú)等魚(yú)類中的應(yīng)用已有報(bào)道，但針對(duì)藍(lán)魚(yú)類沙丁魚(yú)的研究相對(duì)較少。本研究基于 PLS 確認(rèn)的 PCA 分類方法，利用沙丁魚(yú)樣本的平均光譜，探索了 VisNIRS 技術(shù)在沙丁魚(yú)新鮮度評(píng)估中的應(yīng)用。結(jié)果表明，這種方法具有快速、簡(jiǎn)單和無(wú)損的特點(diǎn)，為沙丁魚(yú)保質(zhì)期的準(zhǔn)確分類提供了一種高效解決方案。

研究所用沙丁魚(yú)由塞維利亞中央批發(fā)市場(chǎng) (Mercasevilla S. A.) 的魚(yú)類批發(fā)商捐贈(zèng)，確保在取樣前兩小時(shí)內(nèi)送達(dá)市場(chǎng)，保持最佳新鮮度。魚(yú)類通常在到達(dá)市場(chǎng)前 12 小時(shí)內(nèi)從港口運(yùn)來(lái)。隨著時(shí)間推移，沙丁魚(yú)的新鮮度下降，其表面金屬光澤逐漸消失，呈現(xiàn)暗淡顏色，反映出新鮮度的變化。本研究采用商業(yè)日 (CD) 作為新鮮度指標(biāo)，以沙丁魚(yú)取樣后的天數(shù)表示。

本研究選取了 17 條樣本，作為常規(guī)分析的適量數(shù)量。沙丁魚(yú)被裝入帶冷卻塊的恒溫冷卻器中運(yùn)送至格拉薩研究所 (CSIC) 實(shí)驗(yàn)室。到達(dá)后樣本編號(hào)并在尾部貼標(biāo)簽，用碎冰覆蓋保存（圖1）。

圖 1. 第 0 天的沙丁魚(yú)樣本。

所有光譜記錄均在塞維利亞格拉薩研究所 (IG-CSIC) 的實(shí)驗(yàn)室完成，空調(diào)溫度為 20°C。為確保光譜儀的基線穩(wěn)定性，儀器在使用前開(kāi)啟一小時(shí)。由于溫度會(huì)影響近紅外光譜，實(shí)驗(yàn)室工作協(xié)議確保光譜記錄均在相同的溫度條件下進(jìn)行。本研究將沙丁魚(yú)保存在 5°C 冷卻室的碎冰中，以維持低溫條件，模擬其商業(yè)保存環(huán)境。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)考慮了溫度對(duì)光譜的影響，以保證測(cè)量結(jié)果的可靠性。

在商業(yè)日(CD) 0、1、2、3 和 6 對(duì)相同沙丁魚(yú)樣品進(jìn)行光譜采集。每條沙丁魚(yú)在胸鰭兩側(cè)采集光譜，每個(gè) CD 記錄 34 個(gè)光譜，整個(gè)試驗(yàn)共獲取 170 個(gè)光譜。光譜采用ASD Labspec 地物光譜儀 (ASD, Malvern Panalytical Ltd) 采集，每個(gè)光譜為 10 次重復(fù)反射光譜的平均值。儀器配備三個(gè)檢測(cè)器，覆蓋 350-2500 nm 波長(zhǎng)范圍。

圖 2. 沙丁魚(yú)樣品的重復(fù)光譜。

大部分沙丁魚(yú)兩側(cè)的光譜存在差異。圖 3 展示了一個(gè)明顯顯示這些差異的樣本。然而，在所有樣本中，沙丁魚(yú)兩側(cè)之間的差異隨著測(cè)定而變化。

圖 3. 沙丁魚(yú)兩側(cè)光譜差異的示例。

另一方面，基于每個(gè) CD 樣品的平均反射光譜進(jìn)行的 PCA-CD 測(cè)試，將光譜變量簡(jiǎn)化為主成分（見(jiàn)圖 4）。CD 表示沙丁魚(yú)新鮮度，從 0 到 6 級(jí)完全對(duì)應(yīng)。結(jié)果顯示，對(duì)于 CD 0，第一個(gè)主成分 (PC1) 占主導(dǎo)地位，而第二個(gè)主成分 (PC2) 權(quán)重最低。隨著 CD 增加，PC1 的重要性逐漸下降，而 PC2 在第 1 天和第 2 天得分增加，但在第 3 天后開(kāi)始降低。對(duì)于 CD 6，PCA 分析表明，當(dāng)沙丁魚(yú)遠(yuǎn)低于最佳新鮮度時(shí)，其他主成分（非 PC1 和 PC2）變得更為重要。

圖 4. 每個(gè)商業(yè)日（CD）平均反射光譜的 PCA。

圖 5. PLS-AS 和所有沙丁魚(yú)樣品的光譜。

這項(xiàng)研究表明，VISNIR 反射光譜適用于預(yù)測(cè)沙丁魚(yú)的新鮮度。對(duì)每個(gè)商業(yè)日的平均沙丁魚(yú)光譜進(jìn)行的 PCA-CD 完全一致地協(xié)調(diào)了 CD 樣本集。這一結(jié)果強(qiáng)調(diào)，可以使用相對(duì)較少數(shù)量的沙丁魚(yú)樣本的平均光譜來(lái)預(yù)測(cè)其新鮮度。同樣，使用每個(gè)商業(yè)日樣本的平均光譜進(jìn)行的 PLS-CD 測(cè)試顯示，預(yù)測(cè)的 CD 與從分析第 0 天開(kāi)始經(jīng)過(guò)的天數(shù)完全一致。使用所有樣本的光譜擬合的 PLS-AS 之前通過(guò) CD 對(duì)其進(jìn)行了平均，顯示出與 PLS-CD 模型的良好一致性，但后者提供了比 PLS-AS 更好的沙丁魚(yú)新鮮度預(yù)測(cè)，與 PCA-CD 完全一致。

使用歐幾里得距離的判別分析和聚類分析的準(zhǔn)確性不足以將其本身用作沙丁魚(yú)新鮮度預(yù)測(cè)的方法，但兩者都可以被視為支持方法，證實(shí)了 PCA-CD 和 PLS-CD 的結(jié)果。這里提出的 PCA-CD 和 PLS-CD 方法可以使用適當(dāng)?shù)亩ㄆ隍?yàn)證協(xié)議進(jìn)行調(diào)整，以用于批發(fā)或零售市場(chǎng)以及食品鏈中的常規(guī)分析。