CN116380983A - 一种利用生物阻抗技术评估冰鲜大黄鱼鲜度品质的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及鱼类鲜度无损检测领域，特别涉及一种利用生物阻抗技术评估冰鲜大黄鱼鲜度品质的方法。一种利用生物阻抗技术评估冰鲜大黄鱼鲜度品质的方法，该方法包括如下步骤：S1、将新鲜捕获的健康的养殖大黄鱼，立即杀死处理后进行冰藏；S2、利用阻抗分析仪测定S 1的冰鲜大黄鱼在2kHz或100kHz频率下的背、腹部肌肉生物阻抗值；S3、将S2测定的生物阻抗值Z_2kHz或Z_{100 kHz}代入大黄鱼阻抗与各品质变化预测模型中，计算得出关键组分和鲜度指标的数值，关键组分包括蛋白质、脂肪、水分，鲜度指标包括色差、pH、水分活度、汁液流失率和菌落总数；S4、直接采用计算得到的数值代替实测值来评估鱼体品质。

Description

一种利用生物阻抗技术评估冰鲜大黄鱼鲜度品质的方法

技术领域

本发明涉及鱼类鲜度无损检测领域，特别涉及一种利用生物阻抗技术评估冰鲜大黄鱼鲜度品质的方法。

背景技术

大黄鱼又叫黄花鱼，隶属于鲈形目、石首鱼科、黄鱼属，是我国特有的地方性种类，分布广泛，浙江和福建是主要养殖产区。其体色金黄诱人、肉质细嫩鲜美，富含蛋白质、多不饱和脂肪酸等营养物质，有着“海水国鱼”的美誉，深受广大消费者的青睐，已成为我国重要的海水养殖经济鱼类。随着城乡居民消费升级，人们对大黄鱼的需求量出现增长趋势，也对大黄鱼鲜度品质提出了更高的要求。

由于大黄鱼捕捞出水后会立即死亡，目前主要以冰鲜的形式进行市场流通，而且冰鲜大黄鱼的鲜度品质及质量安全直接关系到其销售价值、加工价值和食用安全性，因此快速而有效监测新鲜大黄鱼鲜度品质变化是有着重要意义。在储藏过程中，冰鲜无法抑制大黄鱼内源性蛋白酶的活性以及微生物的生长繁殖等，易在物理、化学、生物等方面发生变化，导致鱼肉中各组分营养成分出现不同程度的损失，鱼体的鲜度品质下降，影响生产和销售。不同新鲜度的大黄鱼可加工成不同的产品，因此急需建立一种能够快速预测冰鲜大黄鱼鲜度品质变化的方法，从而减少大黄鱼在商业活动中的经济损失。

蛋白质、脂肪、水分、色差、pH、水分活度、汁液流失率以及菌落总数等传统指标通常作为鱼类鲜度品质变化的重要指标，能较准确地反映鱼肉的新鲜度和腐败程度变化。鱼类死亡后，僵直期肌肉中糖原降解产生乳酸，导致pH下降，随后在酶和微生物作用下，氨基酸和蛋白质降解产生氨及胺类等碱性物质使pH上升。冰藏期间，鱼体会发生蛋白质变性、脂肪氧化、细胞失水、汁液逐渐流失、鱼肉颜色变化、微生物数量增加等，导致鱼体品质下降。目前水产品鲜度品质传统检测方法通常具有破坏性、费时费力费材、步骤繁琐等缺点，无法适应且满足当下企业、商超、市场监管者、消费者等快速、无损、准确检测的需求。

近年来，新型检测方法逐渐成为研究与应用的热点，如气味指纹技术、感官仿生、光谱技术和生物传感器等新型快速检测手段，这些方法具有速度快、无损检测和应用广泛的优点，但存在着价格昂贵、不便携带的缺陷性，阻碍了这些方法的广泛应用。生物阻抗技术是利用生物体的电学特性及其变化提取组织状态信息的无损伤检测方法，它通常借助置于体表的电极系统向检测对象送入微小的交流测量电流或电压，获取能够反映相关物化状态的电学信息，具有无损、快速、便携、廉价、反映信息丰富等特点，在鱼类无损检测领域有着较好的应用潜力。目前未见有一种根据冰藏过程中大黄鱼生物阻抗情况来对鱼体品质进行无损监测评估的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用生物阻抗技术评估冰鲜大黄鱼鲜度品质的方法，该方法利用生物阻抗技术，可以快速、无损地检测鱼体的整体情况，克服了传统鲜度指标测定的费时、繁琐、破坏性等问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种利用生物阻抗技术评估冰鲜大黄鱼鲜度品质的方法，该方法包括如下步骤：

S1、将新鲜捕获的健康的养殖大黄鱼，立即杀死处理后进行冰藏；

S2、利用阻抗分析仪测定S1的冰鲜大黄鱼在2kHz或100kHz频率下的背、腹部肌肉生物阻抗值；

S3、将S2测定的生物阻抗值Z_2kHz或Z_{100 kHz}代入大黄鱼阻抗与各品质变化预测模型中，

其中，Z_2kHz为电流频率为2kHz测定下的鱼体阻抗值，Z_100kHz为电流频率为100kHz测定下的鱼体阻抗值；

计算得出关键组分和鲜度指标的数值，关键组分包括蛋白质、脂肪、水分，鲜度指标包括色差、pH、水分活度、汁液流失率和菌落总数；

S4、直接采用计算得到的数值代替实测值来评估鱼体品质。

鱼体死后理化上表现为pH波动、离子移位(Ca²⁺、K⁺)、蛋白质降解、脂肪氧化等，结构上表现为肌原纤维、细胞内外液空间、细胞膜通道、磷脂双分子层、胞外基质等的改变，鱼体电学特性随着理化和结构的改变发生显著变化。本发明根据4℃冰藏下大黄鱼的关键组分(蛋白质、脂肪、水分)及鲜度指标(色差、pH、水分活度、汁液流失率、菌落总数)的变化，建立了大黄鱼阻抗与鲜度品质变化的预测模型，能够更加直观、准确和全面地评估鱼体内部整体的变化情况。

本发明的评估方法中，每个品质指标均有一个预测函数模型，检测时根据实际需求调用预测函数模型，根据组分或鲜度指标的数值来判断鱼体的新鲜度，实现快速、无损的品质检测。

由于大黄鱼阻抗在冰藏初期(0-24h)会出现峰值，在研究中发明人使用阻抗测定模型评估鱼体品质时，通过鱼体的冰藏时间或间隔15分钟测定两次鱼体阻抗来判断其阻抗实测值为峰前或峰后；Z_2kHz明显升高为峰前，无变化或略有降低为峰后。

为提高阻抗与贮藏时间及品质指标之间拟合方程的准确性和实用性，各频率条件下以Y＝Z_{24 h}(24h的峰阻抗值)的水平线为基线，将0h阻抗值(峰前数据)垂直于峰值水平基线等距调整至上方(空心图标，见图2)。共同利用峰前调整阻抗值(空心图标)和峰后实测阻抗值(实心图标)进行数据分析，拟合调整后的数据发现(红色虚线，见图2)，不同频率阻抗值与冰藏时间均呈极强的函数关系(r＝0.9829～0.9965，P＜0.05)。一般鱼贮藏24h的时候阻抗值会达到高峰，但目前的研究均无法利用24h时的阻抗值来进行品质分析，本发明通过数学分析的方式，将24h的数据也应用到模型的建立中，从而提高了检测方法的准确性和便利性。

因此，本发明具有如下有益效果：

1、利用生物阻抗技术，可以快速、无损地检测鱼体的整体情况，克服了传统鲜度指标测定的费时、繁琐、破坏性等问题；

2、综合了生物阻抗与蛋白质、脂肪、水分、色差、pH、水分活度、汁液流失率以及菌落总数等多种品质指标的相关关系，不仅仅局限于单一的理化或结构指标，能够更加全面准确地评估大黄鱼在冰藏过程中整体的变化情况；

3、可有效促进水产品安全监控、优化渔业资源配置和提高水产品最优化利用水平，有效促进海洋渔业经济和水产品产业的健康发展。

附图说明

图1为冰藏过程中，大黄鱼背、腹部肌肉阻抗值的变化；

图2为冰藏过程中，大黄鱼背、腹部肌肉蛋白质、脂肪、水分的变化；

图3为冰藏过程中，大黄鱼背部肌肉色差、pH、水分活度、汁液流失率、菌落总数的变化。

图4为冰藏大黄鱼背、腹部肌肉组分使用阻抗函数方程计算出的预测值和直接化学分析预测值之间的关系；

图5为冰藏大黄鱼背部肌肉鲜度使用阻抗函数方程计算出的预测值和直接化学分析预测值之间的关系。

具体实施方式

下面通过具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的具体说明。应当理解，本发明的实施并不局限于下面的实施例，对本发明所做的任何形式上的变通和/或改变都将落入本发明保护范围。

在本发明中，若非特指，所有的份、百分比均为重量单位，所采用的设备和原料等均可从市场购得或是本领域常用的。下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域的常规方法。

实施例：

1 材料与方法

1.1 原料与仪器

原料：大黄鱼购自舟山市半岛水产养殖有限公司，均为中国浙江舟山海域深水网箱养殖鱼。选择标准为肥瘦相似、鳞片完整、活力强且无病害。将大黄鱼立即杀死处理淋洗后取肌肉部分并放入无菌蒸煮袋中，置于碎冰中，储藏在4℃冰箱内。

仪器：Fish Analyzer阻抗分析仪(日本Yamato公司)；CR-10型色差仪(柯尼卡美能达公司)；723PC可见光光度计(上海菁华科技仪器有限公司)；8695型笔式pH计(衡欣科技股份有限公司)；LDZF-75L-I高压蒸汽灭菌器(上海申安医疗器械厂)；SZT(F)-06A脂肪测定仪(苏州市天威仪器有限公司)；JC-HD型智能水分活度测量仪(青岛聚创环保集团有限公司)等。

1.2试验方法

1.2.1生物阻抗

采用Fish Analyzer阻抗分析仪测量不同频率下(2、5、20、50、100kHz)冰藏大黄鱼背部肌肉、腹部肌肉的阻抗。

1.2.2蛋白质

使用由南京建成生物公司制造的总蛋白(TP)考马斯亮蓝法测定试剂盒，测定冰藏大黄鱼背部肌肉和腹部肌肉的总蛋白含量，具体操作依据试剂盒使用说明进行。

1.2.3脂肪

分别称取5.000g冰藏大黄鱼背部、腹部肌肉，参照GB 5009.6-2016《食品安全国家标准食品中脂肪的测定》中的索氏抽提法测定冷藏大黄鱼背部肌肉和腹部肌肉的粗脂肪含量。

1.2.4水分

参照GB 5009.3-2016《食品安全国家标准食品中水分的测定》中的直接干燥法测定冰藏大黄鱼背部肌肉和腹部肌肉的水分含量。称取2.000g剁碎后的样品，放入恒重后的称量瓶中，置于105℃干燥箱中进行干燥直至恒重。

1.2.5水分活度

参照GB 5009.238-2016《食品安全国家标准食品水分活度的测定》中的水分活度仪扩散法进行测定。称取2.000g剁碎后的大黄鱼背部肌肉，迅速放入样品皿中，封闭测量仓，进行测量。

1.2.6色差

用吸水纸吸取肌肉表面多余水分，测定前色差仪进行校正，分别对背部肌肉的亮度(L^*)和黄度(b^*)进行测量并记录(每次测量的位置没有皮肤的在白肉处)。

1.2.7pH

将校准后的笔式pH计放置于去皮的鱼体背部肌肉表面，在同一试样不同点的测定，记录所有的测定点及各自的pH。

1.2.8汁液流失率

样品从冰箱中取出后称质量(m₁/g)，用滤纸拭去样品表面的汁液，称质量(m₂/g)，按如下公式计算背部肌肉及腹部肌肉的汁液流失率。

1.2.9菌落总数

参考GB 4789.2-2016《食品安全国家标准食品微生物学检验菌落总数测定》的方法进行测定背部肌肉的菌落总数。

1.2.10阻抗模型准确性验证实验

通过测量冰藏过程中鱼体背、腹部肌肉在2、5、20、50和100kHz电流频率下的阻抗值，代入大黄鱼品质预测模型并计算得出品质的预测值。随后，利用传统品质指标检测的方式对鱼体背、腹部肌肉进行物化检测并得出品质的实测值。经线性回归分析，计算求得预测品质指标与化学分析实测值之间的相关系数(r)，从而验证阻抗预测模型的实际应用意义。

1.2.11数据处理与分析

采用WPS Office软件处理实验数据，结果以平均值±标准差表示。采用SPSS26.0软件进行单因素方差分析，通过Duncan检验进行显著性分析，P＜0.05表示差异显著，P＜0.001表示差异极显著。我们分别分析了5个电流频率的阻抗与组分、鲜度之间的函数关系，用r检验法检验其显著性并选取拟合度最高且有实际意义的方程作为评估鱼体品质的理想模型。采用Graphpad Prism9软件进行作图。

2 结果与分析

2.1 阻抗分析

冰藏大黄鱼阻抗变化如图1所示，大黄鱼背部肌肉和腹部肌肉的各频率阻抗呈现先快速上升后缓慢下降的趋势，在冰藏24h时达到峰值，随后均以不同的速度下降，直至储藏结束。冰藏期间，不同频率下鱼体背部肌肉的阻抗均高于腹部肌肉，并且鱼体在低频率的阻抗值高于高频率下的阻抗值。冰藏时间会影响阻抗变化，且随着鱼的肌肉组织僵直、自溶、腐败，细胞生命状态不断衰竭，使肌肉组织后期在高频和低频状态下的生物阻抗差距越来越小。

2.2蛋白质分析

由于鱼类新鲜度的变化与品质下降首先是由蛋白质的变化引起的，蛋白质的降解产物有可能作为水产品潜在的品质评价指标或鲜度指示物。如图2a所示，大黄鱼死后，随着贮藏时间的延长，背、腹部肌肉的蛋白质含量在不断下降，可能是由于在肌肉组织中的内源性蛋白酶和来自腐败菌的外源性蛋白酶作用下，肌肉蛋白质分子结构改变和降解。

2.3脂肪分析

不同冰藏时间下，大黄鱼脂肪含量变化如图2b所示，随着贮藏时间的延长，脂肪含量在不断减少，说明脂肪不断氧化分解。

2.4水分分析

肌肉的保水能力是反映肌肉品质的重要指标，直接影响鱼肉的质构、鲜度及感官品质。如图2c所示，不同冰藏时间下大黄鱼背部肌肉和腹部肌肉均随贮藏时间的延长而呈下降趋势，肌原纤维细胞内液和外液浓度不断改变，细胞内外水分发生转移，使得鱼体的阻抗发生变化。

2.5色差分析

大黄鱼的色泽是影响消费者购买行为的决定性因素，同时也是鲜鱼货架期的一个重要因素影响。冷藏过程中，大黄鱼色差的变化见表1。

表1

注：不同组别中不同小写字母表示两者存在显著差异(P＜0.05)

如表1可知，随着时间的推移，大黄鱼背部肌肉的L^*值均呈显著下降趋势，由47.89(0h)下降至44.07(144h)，大黄鱼背部肌肉的b^*值则由0.51(0h)上升至3.73(144h)，L^*值不断降低说明鱼体在贮藏期间汁液流失，表面自由水含量降低，光泽度降低；b^*值的增加可能与脂质氧化的增加有关。

2.6pH分析

测定冷藏大黄鱼肌肉从冷藏第0h至144h的pH，结果如图3a所示。由图可知，大黄鱼背部肌肉在整个贮藏过程中呈现出先下降后升高的“V型”变化趋势。pH的降低可能归因于乳酸的形成，而增加可能是由于内源性或微生物酶作用下，鱼体内蛋白质、氨基酸及其含氮物质被分解为产生的挥发性碱(例如，氨、三甲胺、组胺等)增加造成的。

2.7水分活度分析

水分活度(A_w)的定义是某一种食品的平衡蒸汽压与相同温度下纯水饱和蒸汽压的比值，其大小对食品色泽、气味及质构性质等的稳定性有很大影响，已成为了表征食品稳定性及微生物安全性的重要指标之一。由图3b可知，大黄鱼背部肌肉的初始水分活度均为0.861，冷藏24h时上升最快，上升至0.931，微生物繁殖具有较好的繁殖环境，随后趋于平缓。

2.8汁液流失率分析

汁液流失率是衡量鱼肉持水能力的一个标准。由于在冰藏过程中，蛋白质等大分子物质发生降解，肌肉内部水分流失，使其持水力不断下降。由图3c可知，在冷藏过程中，大黄鱼汁液流失率呈现上升趋势，流失速率较稳定。

2.9菌落总数分析

微生物是评价鱼类鲜度和安全性的重要指标，根据研究表明，大黄鱼的菌落总数达到6.001g(CFU/g)以上，将超出安全食用限度。在不同贮藏时间下的大黄鱼菌落总数变化如图3d所示，由图3d可知，大黄鱼微生物数量呈现上升趋势，初始菌落总数为3.071g(CFU/g)，当96h时达到阈值。

3阻抗预测模型建立及验证

3.1预测模型的建立

我们分别利用幂函数分析了不同冰藏时间下，大黄鱼背、腹部肌肉2、5、20、50和100kHz阻抗值(0-24h为调整值，48-144h为实测值)与组分及鲜度指标的函数回归相关性，其中相关性最强的函数如表2所示。在实际检测过程中，由于大黄鱼阻抗在冰藏初期会出现峰值，使用阻抗测定模型评估鱼体品质时，须判断其阻抗实测值为峰前或峰后。因此，测定者需了解鱼体的冰藏时间或间隔15分钟测定两次鱼体阻抗，(Z_{2 kHz}明显升高为峰前，无变化或略有降低为峰后)。在实际测定冰藏大黄鱼品质情况时，测定者可测定不同频率(2、5、20、50和100kHz)下背、腹部肌肉的阻抗值，并利用建立的特定频率阻抗与组分、鲜度之间的函数关系方程来评估鱼体品质。

表2

将测出的鱼体阻抗值Z_{2 kHz}或Z_100kHz，代入至表2中的各个预测模型，即可得到鱼体各种品质指标的数值，从而判断鱼体品质情况。替代了传统用实验的方法来测定鱼体品质情况，节省鱼类资源、节省时间、节省实验室试剂耗材的浪费。

3.2阻抗模型验证

根据表2的函数方程模型对另外一部分冰藏中大黄鱼的肌肉组分及鲜度指标进行预测，并用Y＝X方程评估模型预测值与实验实测值之间的关系。由图4、5可知，大黄鱼肌肉组分及鲜度的预测值与实测值之间均存在显著相关性。实验实测值均为利用传统检测方式进行检测得到的值。因此，验证说明预测模型可准确用于评估冰藏大黄鱼的品质。

4总结

实验结果表明，随着贮藏时间的延长，大黄鱼肌肉阻抗与各项鲜度品质指标均出现了不同程度的变化，且显著相关(P＜0.05)。生物阻抗可以反映大黄鱼冰藏过程中鲜度变化，可作为一种无损、快速的方法评估大黄鱼品质。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

以上对本发明所提供的一种利用生物阻抗技术评估冰鲜大黄鱼鲜度品质的方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (1)

1.一种利用生物阻抗技术评估冰鲜大黄鱼鲜度品质的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：

S1、将新鲜捕获的健康的养殖大黄鱼，立即杀死处理后进行冰藏；

S2、利用阻抗分析仪测定S1的冰鲜大黄鱼在2kHz或100kHz频率下的背、腹部肌肉生物阻抗值；

S3、将S2测定的生物阻抗值Z_2kHz或Z_100kHz代入大黄鱼阻抗与各品质变化预测模型中，

其中，Z_2kHz为电流频率为2kHz测定下的鱼体阻抗值，Z_100kHz为电流频率为100kHz测定下的鱼体阻抗值；

计算得出关键组分和鲜度指标的数值，关键组分包括蛋白质、脂肪、水分，鲜度指标包括色差、pH、水分活度、汁液流失率和菌落总数；

S4、直接采用计算得到的数值代替实测值来评估鱼体品质。

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