近红外光谱技术在水产品现场/在线检测中的应用基础

  近红外光谱分析技术是一种利用物质对近红外光的吸收、散射、反射和透射等特性来确定其成分含量的检测技术，属分子振动光谱，可用于全部有机物和部分无机物的定性定量分析。近红外技术以其绿色、无损、快速等特点，近年来受到各行各业检测领域的广泛认可，不仅在传统的近红外应用领域如食品、农产品、饲料、烟酒、石油化工、科学药物、生物医学和环境污染分析等遍地开花，在新的现场检测和在线监测领域也蒸蒸日上，如现代发酵、半导体、电子制造、精密加工、智能农业等等。

  随着全社会对食品安全问题的高度关注，人们不再仅仅追求水产品的感官享受，对水产品的品质及安全性也越来越重视。水产品是海洋和淡水渔业生产的水产动植物产品及其加工产品的总称，富含蛋白质、不饱和脂肪酸、游离脂肪酸和微量元素等营养成分，在此基础上其水分含量也很高，可加快微生物的繁殖速度，使其鲜度下降，腐败，甚至危机食用者的生命安全。近20年来，国内外学者对近红外在水产品检测方面的研究做了大量工作，为现在的现场检测和在线监测打下了非常坚实的基础，不仅成功验证了众多检测方向的可行性，同时也积累了许多成功经验。本文将从以下几方面为大家进行介绍：

1. 水产品原料、辅料及添加剂的成分分析；

2. 水产品掺伪鉴别；

3. 品质评估及感官评价；

4. 新鲜度检测及货架期预测；

1. 水产品原料、辅料及添加剂的成分分析

  根据上海海洋大学蓝蔚青等人的归纳总结，近红外光谱技术对水产品中水分、蛋白质、脂肪、不饱和脂肪酸、游离脂肪酸的定量检测都已取得了成功，样品涵盖了多种新鲜/冰鲜鱼类、冷冻鱼类、鱼糜、鱼粉、鱼肉酱、虾、蟹、贝类等。

  天津大学的任瑞娟等人通过多项研究佐证了近红外对氯化钠、黄豆粉、淀粉、柠檬酸、脱脂乳粉、抗坏血酸、乳化剂、亚硝酸盐、磷酸盐、糖、明胶等多种辅助材料、香辛料和添加剂成分含量检测的可行性。

2. 水产品掺伪鉴别

  目前市场上水产品的掺伪主要有品种掺假、产地混掺和外物非法添加等，利用近红外光谱技术可以实现的检测有以下公开实例：

（1）淡水鱼品种及鱼肉制品定性鉴别；

（2）蟹肉掺假定性定量检测；

（3）鱼粉中掺入三聚氰胺的定性定量检测；

（4）鱼肝油中掺有羊油的定性定量鉴别；

（5）鱼肉的成分与溯源地分析；

（6）人工饲养和野生海鱼鉴别；

（7）鱼粉中鱼骨粉及肉骨粉掺假鉴别；

  近红外光谱技术以其快速、无损、无需样品预处理等特点，作为水产品掺伪检测的重要手段之一，必将具有十分可观的发展前景。

3. 品质评估及感官评价；

  水产品的品质分析对于促进行业发展、提升产品质量、以及提高人们对水产品的消费信任都有重要意义，此品质分析通常根据产品的成分、色泽、气味和质构等要素进行等级划分。近红外光谱技术在等级评定中的已有研究有以下方面：

（1）冷鲜肉和复冻肉的鉴定及分级；

（2）新鲜与冻融鱼肉的血红蛋白和肌红蛋白的氧化程度判别；

（3）鱼肉是否经过腥味净化鉴定；

（4）根据水分、蛋白质、粗脂肪、盐溶性蛋白、凝胶强度、持水率和白度值等理化指标对鱼肉进行等级评价；

（5）根据胶原蛋白含量评价海参品质及产地判别；

  感官评价主要用在水产制品的评价中，是一种物性指标，同前面提到的理化指标同样重要，以深受人们喜爱的传统水产制品鱼丸为例，其品质的影响因素主要有原料鱼种、辅料及添加剂、弹性、感官品质、及鱼丸成型的热力学过程等。

  鱼丸的弹性是评价鱼丸品质的最直接的指标，目前国内水产品物理性质及感官指标主要采用主观评价和仪器测量的方法，主观评价需要靠经验丰富的专业感官员进行人工测评，干扰因素较多，误差也比较大；而目前的仪器检测，取样过程复杂且耗时较长。虽然弹性是物性指标，但鱼丸的弹性往往取决于其中水分、蛋白质及淀粉的含量，所以上海海洋大学的罗阳尝试利用质构仪的检测数据建立了间接的近红外弹性模型，相关系数均达到了0.96以上，证明了近红外分析技术进行鱼丸弹性检测的可行性。在此基础上，罗阳建立了近红外鱼丸感官品质模型，能够快速地明确人本身对鱼丸的喜好度，为建立全面感官模型奠定了基础。

  鱼丸成型热力学过程是关系鱼丸品质的一个重要过程。鱼丸在加热过程中抑制了其中病原微生物、腐败微生物及有害毒素的滋生，不同加热温度制成的鱼丸在感官品质上有着极大的差异。在不适宜的温度下凝胶的鱼丸不仅感官性状较差，而且容易滋生腐败微生物，极大的缩短了鱼丸的货架期。鱼丸的凝胶成型是由于加热过程中肌原纤维蛋白凝胶化，形成一定强度的网状结构，渤海大学的励建荣等人建立了鱼丸凝胶温度的近红外检测模型，可对货架产品进行快速检测。

4. 新鲜度检测及货架期预测

  水产品的新鲜度与其中的水分、蛋白质和脂肪含量密不可分，水分含量对水产品的品质与风味产生影响，蛋白质水解变性易导致肌肉持水性下降，脂肪含量同肉的多汁性与嫩度直接相关。通过近红外光谱技术获得水分、蛋白质和脂肪的含量信息，从而准确检测水产品新鲜度的研究已经非常全面、成熟，对水产品品质、安全运输、贮藏等方面都具有重要意义。

  水产品的货架期是指从感官和食品安全角度分析，水产品在到达消费者手中，其质量保持不变的时间段。预测货架期就是用理化指标、特定腐败菌与多指标综合评价，反应水产品品质的变化情况。利用近红外光谱技术将上述指标建立货架期模型，可以全面提高预测精度，是未来的研究热点和发展趋势。

  对已知成分的快速定性定量检测是近红外的已知强项，离线检测向在线监测和现场检测的转移技术也十分成熟，仅需正确的打开方式——仪器的小型化/微型化、专业化、智能网络化及现场在线订制化，便可满足行业内的一应需要。