拉曼光谱 | “大丰收脆鱼”的鱼肉脆度居然这样检测?

2022-05-20 05:15:47 奥谱天成(厦门)光电有限公司


很多人以为“大丰收脆鱼”鱼肉的“脆”是烹饪技法实现的,其实不是,是因为“大丰收”本身用的就是脆鱼,也就是脆肉草鱼
脆肉草鱼也叫做脆肉鲩,鱼的品种本身就是草鱼,只是通过一定量的蚕豆喂养,使鱼肉的蛋白质及矿物质提高,从而使肉质更为爽脆。

脆度是脆肉草鱼重要的指标之一,草鱼经过脆化后,营业价值得到提升,口感也明显提高,但过度脆化的脆肉草鱼会出现类似于溶血、缺氧、器官功能性病变等,甚至会由于血液循环障碍直接导致死亡。因此,如果能够有效地检测草鱼脆度,来控制蚕豆的喂养量,使其达到脆度最优化,就可以避免草鱼过度脆化造成的损失

鱼肉的脆度是如何鉴定的?
目前脆肉草鱼脆度在养殖现场主要根据养殖时间依据经验进行判断,在实验室主要采用感官评定质构的TPA模式测试,感官评定和TPA评定方法可以检测脆肉草鱼的脆度,但操作繁琐,时间长,需使用化学试剂,无法实时活体测量。

曼光谱真的能实现草鱼脆度鉴定吗?

拉曼散射光谱是研究分子振动、转动的一种光谱方法,其优点是无损、快速、不受水环境干扰。拉曼光谱能够反映样品中非极性基团振动变化,从而反映氨基酸残基和蛋白二级结构信息,在肉类品质检测应用广泛。

本研究采用拉曼光谱技术,以脆肉草鱼为对象,获取脆肉草鱼的拉曼光谱,采用 PCA 方法对脆肉草鱼脆度进行定性分析;采用 SG、SNV、MSC 和 Normalize 四种方法对拉曼光谱进行预处理,采用 PLSR、SVR、BPNN 这 3 种方法建立模型,对脆肉草鱼脆度进行定量分析,为脆肉草鱼脆度检测提供新方法。

拉曼光谱是一种快速无的光谱检测技术,其空间分辨率为0.5~1.0μm量级,可以通过不同频段的波峰来分析样品中分子成分的化学键或者基团。

图2 不同脆化时间脆肉草鱼的拉曼光谱图
不同脆化时间脆肉草鱼的拉曼光谱图如图2所示,谱带中各频段变化代表了脆肉草鱼的不同蛋白质结构成分信息。

700~1800cm-1频段内反映的蛋白质二级结构主要包括色氨酸、酪氨酸双峰、苯丙氨酸、脂肪族氨基酸、天冬氨酸、谷氨酸、酰胺Ⅰ区和酰胺Ⅲ区,且峰位强度随着脆化时间变长而变高,能够清晰区分不同脆度的脆肉草鱼。

表1 脆肉草鱼蛋白质结构中的部分拉曼光谱振动模式

脆肉草鱼蛋白质结构中的拉曼光谱振动频率以及振动模式如表1所示。

为进一步探究拉曼光谱谱带是否适用于对脆肉草鱼的脆度检测,对不同脆化时间的脆肉草鱼拉曼光谱(700~1800 cm-1)进行主成分分析,脆肉草鱼拉曼光谱的前 5 个主成分的特征值分别占总方差的百分比为 79.37%、6.14%、4.72%、3.63%和 2.43%,累计达到了96.28%。

图3 拉曼光谱的 PCA 分析图

从主成分分析图(图 3)可知,不同脆化时间有比较明显的区分度,0、40 和 80d之间有区分度但不是特别明显,0、40、80与 120 d 之间的重合度都不高,能明显将120d分离,其中0 和120 d 的区分度明显,重合部分少,这与质构分析结果基本一致,说明拉曼光谱能够应用于脆肉草鱼脆度鉴别。

结论
脆肉草鱼的物理特性(脆度)由脆肉草鱼的生化特性(蛋白质含量及二级结构)决定,采用质构仪可以检测脆肉草鱼的物理特性,拉曼光谱能够反映样品中非极性基团振动的变化,从而反映氨基酸残基和蛋白质二级结构信息。
脆肉草鱼拉曼光谱图由光谱波数与光谱强度组成,将拉曼光谱谱带信息作为输入,采用 BP 神经网络自动提取表征脆肉草鱼脆度特征,找出鉴别不同脆度的光谱图差异特征,建立脆度预测模型,可以实现脆肉草鱼脆度的定性分析和定量检测。

文章内容转载自水产学报Journal of Fisheries of ChinaISSN 1000-0615,CN 31-1283/S拉曼光谱检测脆肉草鱼肌肉脆度。

奥谱天成
奥谱天成——致力于开发国际领先的光谱分析仪器,立志成为国际一流的光谱仪器提供商,基于特有的光机电一体化、光谱分析、云计算等技术,形成以拉曼光谱为拳头产品,光纤光谱、高光谱成像仪、地物光谱、荧光光谱、LIBS等多个领域,均跻身于世界前列,已出口到全球50多个国家。

◆   承担“海洋与渔业发展专项资金项目”(总经费4576万元)

◆   2021福建省科技小巨人科技部;

◆   刘鸿飞博士入选科技部“创新人才推进计划”;

◆   国家高新技术企业;

◆   刘鸿飞博士获评福建省高层次人才B类;

◆   主持制定《近红外地物光谱仪》国家标准;

◆   国家《拉曼光谱仪标准》起草单位;

◆   福建省《便携式拉曼光谱仪标准》评审专家单位;

◆   厦门市“双百人才计划”A类重点引进项目(最高等级);

◆   国家海洋局重大产业化专项项目承担者;

◆   “重大科学仪器专项计划”承担者。


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