ASD | 地物光谱仪在快速检测沙丁鱼新鲜度方面的应用

近红外光谱和可见光-近红外光谱技术被认为是评估鱼类新鲜度的快速、无损、环保的有效工具。虽然其在鳕鱼、鲑鱼等鱼类中的应用已有报道，但针对蓝鱼类沙丁鱼的研究相对较少。本研究基于 PLS 确认的 PCA 分类方法，利用沙丁鱼样本的平均光谱，探索了 VisNIRS 技术在沙丁鱼新鲜度评估中的应用。结果表明，这种方法具有快速、简单和无损的特点，为沙丁鱼保质期的准确分类提供了一种高效解决方案。

研究所用沙丁鱼由塞维利亚中央批发市场 (Mercasevilla S. A.) 的鱼类批发商捐赠，确保在取样前两小时内送达市场，保持最佳新鲜度。鱼类通常在到达市场前 12 小时内从港口运来。随着时间推移，沙丁鱼的新鲜度下降，其表面金属光泽逐渐消失，呈现暗淡颜色，反映出新鲜度的变化。本研究采用商业日 (CD) 作为新鲜度指标，以沙丁鱼取样后的天数表示。

本研究选取了 17 条样本，作为常规分析的适量数量。沙丁鱼被装入带冷却块的恒温冷却器中运送至格拉萨研究所 (CSIC) 实验室。到达后样本编号并在尾部贴标签，用碎冰覆盖保存（图1）。

图 1. 第 0 天的沙丁鱼样本。

所有光谱记录均在塞维利亚格拉萨研究所 (IG-CSIC) 的实验室完成，空调温度为 20°C。为确保光谱仪的基线稳定性，仪器在使用前开启一小时。由于温度会影响近红外光谱，实验室工作协议确保光谱记录均在相同的温度条件下进行。本研究将沙丁鱼保存在 5°C 冷却室的碎冰中，以维持低温条件，模拟其商业保存环境。实验设计考虑了温度对光谱的影响，以保证测量结果的可靠性。

在商业日(CD) 0、1、2、3 和 6 对相同沙丁鱼样品进行光谱采集。每条沙丁鱼在胸鳍两侧采集光谱，每个 CD 记录 34 个光谱，整个试验共获取 170 个光谱。光谱采用ASD Labspec 地物光谱仪 (ASD, Malvern Panalytical Ltd) 采集，每个光谱为 10 次重复反射光谱的平均值。仪器配备三个检测器，覆盖 350-2500 nm 波长范围。

图 2. 沙丁鱼样品的重复光谱。

大部分沙丁鱼两侧的光谱存在差异。图 3 展示了一个明显显示这些差异的样本。然而，在所有样本中，沙丁鱼两侧之间的差异随着测定而变化。

图 3. 沙丁鱼两侧光谱差异的示例。

另一方面，基于每个 CD 样品的平均反射光谱进行的 PCA-CD 测试，将光谱变量简化为主成分（见图 4）。CD 表示沙丁鱼新鲜度，从 0 到 6 级完全对应。结果显示，对于 CD 0，第一个主成分 (PC1) 占主导地位，而第二个主成分 (PC2) 权重最低。随着 CD 增加，PC1 的重要性逐渐下降，而 PC2 在第 1 天和第 2 天得分增加，但在第 3 天后开始降低。对于 CD 6，PCA 分析表明，当沙丁鱼远低于最佳新鲜度时，其他主成分（非 PC1 和 PC2）变得更为重要。

图 4. 每个商业日（CD）平均反射光谱的 PCA。

图 5. PLS-AS 和所有沙丁鱼样品的光谱。

这项研究表明，VISNIR 反射光谱适用于预测沙丁鱼的新鲜度。对每个商业日的平均沙丁鱼光谱进行的 PCA-CD 完全一致地协调了 CD 样本集。这一结果强调，可以使用相对较少数量的沙丁鱼样本的平均光谱来预测其新鲜度。同样，使用每个商业日样本的平均光谱进行的 PLS-CD 测试显示，预测的 CD 与从分析第 0 天开始经过的天数完全一致。使用所有样本的光谱拟合的 PLS-AS 之前通过 CD 对其进行了平均，显示出与 PLS-CD 模型的良好一致性，但后者提供了比 PLS-AS 更好的沙丁鱼新鲜度预测，与 PCA-CD 完全一致。

使用欧几里得距离的判别分析和聚类分析的准确性不足以将其本身用作沙丁鱼新鲜度预测的方法，但两者都可以被视为支持方法，证实了 PCA-CD 和 PLS-CD 的结果。这里提出的 PCA-CD 和 PLS-CD 方法可以使用适当的定期验证协议进行调整，以用于批发或零售市场以及食品链中的常规分析。