ASD地物光譜儀在快速檢測沙丁魚新鮮度方面的應用
沙丁魚是鯡科一種廣泛分布的遠洋魚類，是海洋食物鏈的重要組成部分，也是魚類生產(chǎn)的關鍵資源。由于其極易腐爛，新鮮度是沙丁魚質量的關鍵指標。魚在死亡后會經(jīng)歷化學降解和感官特性的變化，這一過程受到環(huán)境因素、微生物及酶活性的影響。傳統(tǒng)的新鮮度評估方法包括生化測量、腐敗和新鮮度指數(shù)等，近年來，傳感器技術和光譜分析技術如中紅外反射、電化學阻抗譜及正面熒光光譜被廣泛應用。這些方法各具優(yōu)缺點，但常面臨復雜性高或化學品需求的問題。
近紅外光譜和可見光-近紅外光譜技術被認為是評估魚類新鮮度的快速、無損、環(huán)保的有效工具。雖然其在鱈魚、鮭魚等魚類中的應用已有報道，但針對藍魚類沙丁魚的研究相對較少。本研究基于 PLS 確認的 PCA 分類方法，利用沙丁魚樣本的平均光譜，探索了 VisNIRS 技術在沙丁魚新鮮度評估中的應用。結果表明，這種方法具有快速、簡單和無損的特點，為沙丁魚保質期的準確分類提供了一種高效解決方案。
研究所用沙丁魚由塞維利亞中央批發(fā)市場 (Mercasevilla S. A.) 的魚類批發(fā)商捐贈，確保在取樣前兩小時內送達市場，保持最佳新鮮度。魚類通常在到達市場前 12 小時內從港口運來。隨著時間推移，沙丁魚的新鮮度下降，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，以沙丁魚取樣后的天數(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。沙丁魚被裝入帶冷卻塊的恒溫冷卻器中運送至格拉薩研究所 (CSIC) 實驗室。到達后樣本編號并在尾部貼標簽，用碎冰覆蓋保存（圖1）。
圖 1. 第 0 天的沙丁魚樣本。
所有光譜記錄均在塞維利亞格拉薩研究所 (IG-CSIC) 的實驗室完成，空調溫度為 20°C。為確保光譜儀的基線穩(wěn)定性，儀器在使用前開啟一小時。由于溫度會影響近紅外光譜，實驗室工作協(xié)議確保光譜記錄均在相同的溫度條件下進行。本研究將沙丁魚保存在 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。實驗設計考慮了溫度對光譜的影響，以保證測量結果的可靠性。
在商業(yè)日(CD) 0、1、2、3 和 6 對相同沙丁魚樣品進行光譜采集。每條沙丁魚在胸鰭兩側采集光譜，每個 CD 記錄 34 個光譜，整個試驗共獲取 170 個光譜。光譜采用ASD Labspec 地物光譜儀 (ASD, Malvern Panalytical Ltd) 采集，每個光譜為 10 次重復反射光譜的平均值。儀器配備三個檢測器，覆蓋 350-2500 nm 波長范圍。
圖 2. 沙丁魚樣品的重復光譜。
大部分沙丁魚兩側的光譜存在差異。圖 3 展示了一個明顯顯示這些差異的樣本。然而，在所有樣本中，沙丁魚兩側之間的差異隨著測定而變化。
圖 3. 沙丁魚兩側光譜差異的示例。
另一方面，基于每個 CD 樣品的平均反射光譜進行的 PCA-CD 測試，將光譜變量簡化為主成分（見圖 4）。CD 表示沙丁魚新鮮度，從 0 到 6 級完全對應。結果顯示，對于 CD 0，第一個主成分 (PC1) 占主導地位，而第二個主成分 (PC2) 權重最低。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 天后開始降低。對于 CD 6，PCA 分析表明，當沙丁魚遠低于最佳新鮮度時，其他主成分（非 PC1 和 PC2）變得更為重要。
圖 4. 每個商業(yè)日（CD）平均反射光譜的 PCA。
圖 5. PLS-AS 和所有沙丁魚樣品的光譜。
這項研究表明，VISNIR 反射光譜適用于預測沙丁魚的新鮮度。對每個商業(yè)日的平均沙丁魚光譜進行的 PCA-CD 完全一致地協(xié)調了 CD 樣本集。這一結果強調，可以使用相對較少數(shù)量的沙丁魚樣本的平均光譜來預測其新鮮度。同樣，使用每個商業(yè)日樣本的平均光譜進行的 PLS-CD 測試顯示，預測的 CD 與從分析第 0 天開始經(jīng)過的天數(shù)完全一致。使用所有樣本的光譜擬合的 PLS-AS 之前通過 CD 對其進行了平均，顯示出與 PLS-CD 模型的良好一致性，但后者提供了比 PLS-AS 更好的沙丁魚新鮮度預測，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確性不足以將其本身用作沙丁魚新鮮度預測的方法，但兩者都可以被視為支持方法，證實了 PCA-CD 和 PLS-CD 的結果。這里提出的 PCA-CD 和 PLS-CD 方法可以使用適當?shù)亩ㄆ隍炞C協(xié)議進行調整，以用于批發(fā)或零售市場以及食品鏈中的常規(guī)分析。
