楊 瑩，莊曉萌，張欣欣，曲高陽，霍思宇，張 嵐,2*

(1.吉林醫(yī)藥學(xué)院公共衛(wèi)生學(xué)院，吉林 吉林 132013；2.吉林省中醫(yī)藥管理局二級(jí)實(shí)驗(yàn)室,吉林 吉林 132013)

隨著我國的經(jīng)濟(jì)實(shí)力不斷增強(qiáng)，加工業(yè)與物流業(yè)迅速發(fā)展，食品的種類日益增多，食品安全問題成為消費(fèi)者關(guān)注的焦點(diǎn)[1]。新鮮度是評(píng)價(jià)食品食用價(jià)值最直接、最重要的一項(xiàng)指標(biāo)。食品隨著貯藏溫度和時(shí)間的變化，其新鮮度逐漸下降。尤其對(duì)于動(dòng)物性食品，如何確保其是否新鮮更是不容小覷。一個(gè)好的檢測方法對(duì)保證食品的安全具有重要意義。傳統(tǒng)檢測新鮮度的方法操作復(fù)雜、耗時(shí)，而且包含一定的人為因素，不能快速、準(zhǔn)確地反映肉類的品質(zhì)。因此，探尋一種簡便快速、客觀準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)方法成為當(dāng)前必須解決的課題[2]。

近紅外光譜技術(shù)是近幾年發(fā)展較為迅猛的一種新興光譜分析方法。近紅外光譜是介于可見光和中紅外光之間的電磁波譜。近紅外光譜技術(shù)是通過對(duì)樣品光譜和其性質(zhì)參數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，建立矯正模型，然后通過矯正模型預(yù)測樣品的組成和性質(zhì)，應(yīng)用于常規(guī)分析的一種技術(shù)[3]。近紅外光譜技術(shù)具有檢測快速、無損、同時(shí)測量多種理化性質(zhì)、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，受到歐美等發(fā)達(dá)國家的重視，研究與制定了近紅外光譜的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)，并將該技術(shù)運(yùn)用于水產(chǎn)品中蛋白質(zhì)、脂肪、水分等指標(biāo)的檢測，使近紅外光譜技術(shù)得到普及和發(fā)展[4-6]。20世紀(jì)80年代以來,近紅外光譜技術(shù)被不斷廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、制藥、煙草、食品等各個(gè)領(lǐng)域。國內(nèi)外有許多專家使用近紅外技術(shù)檢測肉制品。例如，已成功地實(shí)現(xiàn)了用近紅外光纖探頭在加熱肉品過程中水分變化的檢測，為肉制品加工提供了一種新的有效、合理的控制方法[7]。此外，由普列托等已證實(shí)近紅外是一個(gè)評(píng)估肉和肉制品質(zhì)量屬性最有效的方法。

1 近紅外光譜技術(shù)在禽類產(chǎn)品新鮮度檢測中的應(yīng)用

雞、鴨、鵝是人們最常見的食用家禽類肉品，具有很好的營養(yǎng)價(jià)值。

劉永亮[8]與其他幾位美國研究者運(yùn)用近紅外光譜法測定時(shí)間、溫度的變化誘導(dǎo)雞肌肉的光譜強(qiáng)度變化。結(jié)果表明，近紅外的方法不僅可以建立光譜帶，還可以監(jiān)測肉質(zhì)中發(fā)生的一系列變化。最終研究了光譜吸收和肉的顏色結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，也證明了二維方法在重疊和分析中的意義，這一結(jié)果可廣泛用于肉類和食品產(chǎn)品的研究。然而肉質(zhì)其他特點(diǎn)，如肉的口感不能得到檢測。

楊勇[9]等以獅頭鵝為研究對(duì)象，采集近紅外光譜測定鵝肉的揮發(fā)性鹽基氮(total volatile basic nitrogen，TVB-N)和pH值。光譜經(jīng)多種預(yù)處理后，應(yīng)用偏最小二乘法建模，最終得出每個(gè)樣品測定時(shí)間在2～5 min以內(nèi)，而傳統(tǒng)檢測方法至少需要30 min以上。因此近紅外光譜法可作為鵝肉新鮮度快速無損檢測的一種方法。

2 近紅外光譜技術(shù)在畜產(chǎn)品新鮮度檢測中的應(yīng)用

林皇[10]等嘗試運(yùn)用近紅外光譜儀、計(jì)算機(jī)視覺和電子鼻技術(shù)測定豬肉中TVB-N的含量，并通過主成分析法進(jìn)行數(shù)據(jù)融合、BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行模型的建立，這3種技術(shù)的融合顯著提高了豬肉中TVB-N含量的預(yù)測性能。廖易濤[11]等利用近紅外光譜法測定豬肉中的肌內(nèi)脂肪、蛋白質(zhì)和水、pH值及剪切力值的含量來預(yù)測肉的品質(zhì),并利用小波去噪和多個(gè)預(yù)處理方法進(jìn)行了外部驗(yàn)證。結(jié)果表明，近紅外光譜是一種很有前途的技術(shù)，能夠大致預(yù)測完整新鮮豬肉的品質(zhì)屬性。王麗[12]等將常規(guī)分析測定值作為建?；A(chǔ)數(shù)據(jù)，利用PLS定量分析模型，并檢測了近紅外光譜前期處理方法對(duì)模型的影響，以此建立了豬肉新鮮度指標(biāo)的快速檢測方法。結(jié)果表明，樣本的預(yù)測值與真實(shí)值之間沒有顯著差異(P>0.05)，這一結(jié)論對(duì)快速評(píng)估豬肉新鮮度的指標(biāo)提供了參考價(jià)值。

姜沛宏[13]等以牛后腿肉為研究對(duì)象，開發(fā)了檢測牛肉新鮮度的識(shí)別系統(tǒng)。他們通過機(jī)器視覺和近紅外光譜技術(shù)評(píng)價(jià)肉品的新鮮度，并采用BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立模型，該模型預(yù)測準(zhǔn)確率達(dá)到98.31%，實(shí)現(xiàn)了近紅外光譜技術(shù)在肉品新鮮度檢測方面的應(yīng)用。PANAGOU[14]等通過紅外光譜分析在有氧條件及不同溫度下利用偏最小二乘法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)快速檢測牛肉的腐敗進(jìn)程。這一實(shí)驗(yàn)很好地運(yùn)用了近紅外技術(shù)進(jìn)行了兩種方法測定肉品腐敗程度的比較，其應(yīng)用于肉品檢測具有重要的意義?；赟HACKELFORD等發(fā)現(xiàn)的一種高效、可重復(fù)的在線光譜評(píng)價(jià)酮體品質(zhì)的方法，SHACKELFORD[15]等使用可見光和近紅外反射通過spectroscopy123模型驗(yàn)證來建立選擇牛肉嫩度的技術(shù)。這一實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步證實(shí)了SHACKELFORD等的發(fā)現(xiàn)，同時(shí)這項(xiàng)技術(shù)促進(jìn)了以嫩度為基礎(chǔ)的牛肉商品化系統(tǒng)的形成。

3 近紅外光譜技術(shù)在水產(chǎn)品保鮮中的應(yīng)用

HE[16]等總結(jié)了光譜和成像技術(shù)在魚肉及其制品品質(zhì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用。近紅外光譜、計(jì)算機(jī)視覺和高光譜成像已被用于紋理分析、物理和化學(xué)屬性測定及微生物檢測中。與傳統(tǒng)的感官評(píng)價(jià)和破壞性儀器測量相比，這3種光學(xué)技術(shù)提高了工作效率和降低了手動(dòng)檢查的強(qiáng)度,使魚的品質(zhì)評(píng)價(jià)變得快速、簡單。雖然計(jì)算機(jī)視覺表現(xiàn)良好，但在外部特征估計(jì)方面沒有提供需要的光譜信息。作為重要的光學(xué)檢查和分析技術(shù)，預(yù)計(jì)近紅外光譜、計(jì)算機(jī)視覺和高光譜成像技術(shù)可能逐步成為一種常規(guī)的方法，用于魚產(chǎn)品的安全與質(zhì)量監(jiān)測。

劉源[17]等建立了測定大黃魚新鮮度最優(yōu)TVB-N定量模型。他們以TVB-N作為冰鮮大黃魚新鮮度的評(píng)價(jià)指標(biāo)，使用近紅外光譜技術(shù)測定不同貯藏時(shí)間下大黃魚的新鮮度，運(yùn)用多種方法建模并進(jìn)行了比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，只有當(dāng)光譜預(yù)處理方法采用趨近歸一化結(jié)合一階導(dǎo)數(shù)和單位長度歸一化結(jié)合一階導(dǎo)數(shù)、建模方法采用偏最小二乘法和波數(shù)范圍為5000～7144 cm-1、7404～10 000 cm-1時(shí)可以達(dá)到最佳建模效果。在此模型下，定標(biāo)集相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.992，校正標(biāo)準(zhǔn)偏差達(dá)到1.045，驗(yàn)證集相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.999，預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)偏差達(dá)到0.990。該模型預(yù)測準(zhǔn)確度較高，能快速、有效檢地測冰鮮大黃魚的TVB-N值，在水產(chǎn)品鮮度評(píng)價(jià)方面得到了良好的應(yīng)用前景。

陳偉華[18]等采集了絞碎前后羅非魚背部肉及腹部肉的近紅外光譜,并與總TVB-N含量進(jìn)行擬合，建立定量預(yù)測模型。通過比較三點(diǎn)平滑、九點(diǎn)平滑、九點(diǎn)卷積平滑、一階導(dǎo)數(shù)、趨近歸一化、單位長度歸一化、標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)變換、多元散射校正以及它們與一階導(dǎo)數(shù)結(jié)合對(duì)光譜進(jìn)行預(yù)處理的模型效果，得出九點(diǎn)卷積平滑和一階導(dǎo)數(shù)相比于其他預(yù)處理方法可以更好地消除光譜噪音，并且其他方法與一階導(dǎo)數(shù)聯(lián)合使用后，模型預(yù)測準(zhǔn)確性及建模效率得到了提高。模型預(yù)測效果較好、準(zhǔn)確度較高，對(duì)快速、無損評(píng)價(jià)羅非魚新鮮度提供了一種可靠的方法。

謝雯雯[19]等測定了鳙魚、鰱魚和草魚3種魚肉不同新鮮度時(shí)，其TVB-N、硫代巴比妥酸值、K值和pH值，并采集近紅外光譜，構(gòu)建了魚肉新鮮度的評(píng)價(jià)的模型。由內(nèi)部交互驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)差確立了3種魚肉新鮮度指標(biāo)的光譜預(yù)處理方法，運(yùn)用偏最小二乘法分別建立了鳙魚、鰱魚、草魚新鮮度的近紅外光譜定量分析模型。除鳙魚TVB-N和硫代巴比妥酸值的預(yù)測相關(guān)系數(shù)較小外，其他指標(biāo)的校正相關(guān)系數(shù)和預(yù)測相關(guān)系數(shù)均大于0.85。表明該模型具有較好的擬合度和預(yù)測性，對(duì)魚肉新鮮度的快速評(píng)價(jià)具有重要的意義。

黃濤[20]等采用自行搭建的淡水魚近紅外光譜在線采集裝置，對(duì)淡水魚新鮮度進(jìn)行了在線檢測，將樣品置于輸送鏈上以0.5 m/s的速度運(yùn)動(dòng)，采集其近紅外光譜(900～2500 nm)，建立了淡水魚新鮮度在線檢測模型。采用光譜理化值共生距離算法對(duì)樣本集進(jìn)行劃分，其中校正集111條(新鮮57條、變質(zhì)54條)，測試集37條(新鮮19條、變質(zhì)18條)，通過不同的光譜預(yù)處理方法對(duì)預(yù)測結(jié)果的影響的比較。得出最優(yōu)光譜預(yù)處理方法是一階導(dǎo)結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)處理，其所建模型對(duì)校正集的正確識(shí)別率為97.96%，對(duì)測試集的識(shí)別率為95.92%。采用3種不同的選擇方法對(duì)特征波長進(jìn)行篩選，通過建模比較分析明確競爭性自適應(yīng)重加權(quán)算法為最優(yōu)波長選擇方法，用所選的10個(gè)特征波長構(gòu)建淡水魚新鮮度評(píng)價(jià)模型，對(duì)校正集的正確識(shí)別率為100%，對(duì)測試集的識(shí)別率為93.88%。這一研究為近紅外光譜技術(shù)應(yīng)用于淡水魚新鮮度快速檢測提供了在線支持。

張曉敏[21]等以鱸魚為研究對(duì)象，運(yùn)用近紅外光譜技術(shù)結(jié)合偏最小二乘法、特征波段篩選法構(gòu)建了鱸魚貯藏時(shí)間評(píng)估方法。他們還利用簇類獨(dú)立軟模式法和主成分判別分析法完成了對(duì)解凍魚的鑒別，并初步探討了運(yùn)用近紅外光譜技術(shù)進(jìn)行鑒別魚肉的原理。

4 展 望

隨著現(xiàn)代儀器研發(fā)技術(shù)不斷發(fā)展，近紅外光譜技術(shù)的分析系統(tǒng)包括軟硬件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理及分析功能，均會(huì)得到更好地改善。該技術(shù)目前已應(yīng)用于農(nóng)業(yè)、制藥、煙草、食品等領(lǐng)域，在肉品的新鮮度檢測中也充分顯示了其應(yīng)用價(jià)值。近紅外光譜技術(shù)具有快速、無損、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)，越來越受到重視。與此同時(shí)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)正迅速發(fā)展，相信在不久將來幾者將會(huì)聯(lián)合起來，建立強(qiáng)大數(shù)據(jù)庫，其應(yīng)用范圍將更加擴(kuò)大，在檢測技術(shù)方面的誤差也將不斷縮小。