spfpХранение и переработка сельхозсырьяStorage and Processing of Farm Products2072-96692658-767XРОСБИОТЕХ10.36107/spfp.2025.1.627spfp-627Research ArticleКОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА И БЕЗОПАСНОСТИ ПРОДУКЦИИ АПКCONTROL OVER QUALITY AND SAFETY OF AGRIBUSINESS PRODUCTSПотенциал рамановской спектроскопии как метода экспресс-оценки срока хранения и свежести филе охлажденной радужной форелиThe Potential of Raman Spectroscopy as a Rapid Method for Monitoring Shelf Life and Freshness of Refrigerated Rainbow Trout Fillethttps://orcid.org/0000-0002-2869-8709ВилковаДарья ДмитриевнаVilkovaDaria Dmitrievna

ведущий научный сотрудник кафедры биологии, заведующий лаборатории прикладной биотехнологии Череповецкого государственного университета, PhD инженер биологических систем

dariavilkova333@gmail.comhttps://orcid.org/0009-0008-6466-3854БеловаМария АлексеевнаBelovaMaria Alexeevna

младший научный сотрудник лаборатории прикладной биотехнологии Череповецкого государственного университета

mabelova@chsu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1330-9782КутузовМихаил НиколаевичKutuzovMikhail Nikolaevich

старший преподаватель кафедры биологии Череповецкого государственного университета

kutuzov35@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-4282-9728НовиченкоОльга ВикторовнаNovichenkoOlga Victorovna

доцент кафедры биотехнологии, аквакультуры, почвоведения и управления земельными ресурсами, старший научный сотрудник лаборатории «Биотехнология, микробиология и почвоведение» Астраханского государственного университета им. В.Н. Татищева, старший научный сотрудник кафедры биологии Череповецкого государственного университета, кандидат технических наук

ollevi@bk.ruШтерКонстантин ВладимировичShterKonstantin Vladimirovich

студент Череповецкого государственного университета

kvshter@chsu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8988-5911НикитинИгорь АлексеевичNikitinIgor Alexeevich

заведующий кафедрой пищевых технологий и биоинженерии Российского экономического университета им. Г.В. Плеханова, главный научный сотрудник кафедры биологии Череповецкого государственного университета, доктор технических наук

nikito.igor@gmail.comЧереповецкий государственный университетРоссияCherepovets State UniversityRussian FederationАстраханский государственный университет им. В.Н. Татищева, Череповецкий государственный университетРоссияAstrakhan State University name of V.N. Tatishchev, Cherepovets State UniversityRussian FederationРоссийский экономический университет им. Г.В. Плеханова, Череповецкий государственный университетРоссияPlekhanov Russian University of EconomicsRussian Federation202517042025331161171Copyright © Вилкова Д.Д., Белова М.А., Кутузов М.Н., Новиченко О.В., Штер К.В., Никитин И.А., 20252025Вилкова Д.Д., Белова М.А., Кутузов М.Н., Новиченко О.В., Штер К.В., Никитин И.А.Vilkova D.D., Belova M.A., Kutuzov M.N., Novichenko O.V., Shter K.V., Nikitin I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.spfp-mgupp.ru/jour/article/view/627Введение

Введение: Радужная форель (Oncorhynchus mykiss) является одним из наиболее востребованных для потребителей видов пресноводной рыбы во всём мире. Филе радужной форели представляет большую пищевую и биологическую ценность. Однако свежая рыба является скоропортящимся продуктом с ограниченным сроком хранения. Обеспечение высокого качества и безопасности свежей рыбы является актуальной задачей для переработчиков и поставщиков. Среди методов неразрушающего контроля качества метод рамановской спектроскопии имеет потенциал использования для обеспечения качества и мониторинга безопасности пищевых продуктов. Несмотря на свою эффективность рамановская спектроскопия остается в значительной степени недостаточно исследованной для оценки свежести и сроков хранения рыбной продукции. Данная работа восполняет недостающие знания в этой области.

Цель

Цель: Изучить возможность применения метода спектроскопии комбинационного рассеяния для оценки срока хранения и свежести филе охлажденной радужной форели, а также определить ключевые спектральные характеристики, которые позволяют отслеживать изменения качества продукта в процессе хранения.

Материалы и методы

Материалы и методы: В качестве объекта исследования использовалось филе охлажденной радужной форели, которое хранилось при температуре +2±2 °C. Определение срока хранения, свежести и качества проводилось с использованием рамановского спектрометра серии Nanoscope NS100 с длиной волны возбуждения 785 нм и рабочим диапазоном 100–3200 см-1. Измерения проводились в течение 16 дней холодильного хранения.

Результаты

Результаты: Результаты рамановского спектрального анализа показали различия в спектрах комбинационного рассеяния света в течении срока хранения, которые главным образом отражали степень окисления липидов. Наименьшая интенсивность наблюдалась для образцов свежей рыбы с 0 до 3 дня хранения, что позволяет дифференцировать эти образцы от других. В процессе анализа была выявлена флуоресценция образцов, которая создавала дополнительные шумы у спектров. Трехмерная математическая модель показала наибольший процент от общей дисперсии для охлажденной радужной форели (92 %).

Выводы

Выводы: Полученные результаты демонстрируют потенциал использования рамановской спектроскопии как основу для разработки методики экспресс-оценки и неразрушающего контроля качества и срока хранения рыбы. Данный метод будет иметь практическую значимость для органов контроля безопасности пищевой продукции и для потребителей. Для успешного применения метода необходима минимизация фонов флуоресценции, в том числе с использованием хемометрических методов, что позволит повысить точность прогностических моделей.

Background

Background: Rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) is among the most commercially important freshwater fish species worldwide. Rainbow trout fillets are recognized for their high nutritional value and beneficial biological properties. However, fresh fish is a highly perishable food with a limited shelf life. Ensuring consistent quality and safety of fresh fish products remains a critical challenge for processors and suppliers. Among non-destructive quality evaluation techniques, Raman spectroscopy emerges as a promising approach for quality and safety monitoring in the food industry. Despite its proven effectiveness, Raman spectroscopy remains significantly understudied for assessing freshness and shelf-life in fish products. This research gap was addressed by providing novel insights into the application of Raman spectroscopy for fish freshness monitoring.

Purpose

Purpose: To investigate the potential of Raman spectroscopy for assessing the shelf life and freshness of refrigerated rainbow trout fillets, and to determine key spectral characteristics that enable monitoring of product quality changes during storage.

Materials and Methods

Materials and Methods: The study object was refrigerated rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) fillets stored at +2±2 °C. The shelf-life assessment, freshness evaluation and quality monitoring were performed using a Nanoscope NS100 series Raman spectrometer with 785 nm excitation wavelength and 100-3200 cm⁻¹ spectral range. Measurements were conducted during 16 days of refrigerated storage.

Results

Results: The Raman spectral analysis demonstrated distinct variations in the spectra of rainbow trout samples and corresponding to different storage durations, revealing lipid oxidation levels. The lowest intensity was observed in fresh samples stored for 0–3 days, enabling clear differentiation from other groups. Sample fluorescence was detected during the analysis, introducing additional noise to the spectra. The 3D mathematical model demonstrated the highest percentage of total variance (92%) for chilled rainbow trout.

Conclusion

Conclusion: The obtained results demonstrate the potential of Raman spectroscopy as a rapid-assessment and non-destructive monitoring techniques for fish quality and shelf-life evaluation. This method holds practical significance for food safety regulatory authorities and consumers. Successful implementation of the technique requires minimization of fluorescence background interference, including the application of chemometric approaches, which would improve the accuracy of predictive models.

филе радужной форелирамановская спектроскопиясвежесть рыбыконтроль качества пищевых продуктовхранение в охлажденном виденеразрушающий мониторингинтерференция флуоресценциихемометрические методыrainbow trout filletsRaman spectroscopyfish freshnessfood quality controlrefrigerated storagenon-destructive monitoringfluorescence interferencechemometric toolsМатериалы подготовлены в рамках выполнения проекта «Разработка экспресс-аналитических методов на основе больших данных спектрального анализа для определения сроков хранения и безопасности пищевого рыбного сырья», https://rscf.ru/project/23-76-10038/ за счет средств гранта Российского научного фонда № 23-76-10038.The materials were prepared as part of the project "Development of Rapid Analytical Methods Based on Big Data from Spectral Analysis for Determining the Shelf Life and Safety of Fish Raw Materials," https://rscf.ru/project/23-76-10038/, funded by the Russian Science Foundation (grant No. 23-76-10038).ReferencesChen, Z., Wu, T., Xiang, C., Xu, X., & Tian, X. (2019). Rapid identification of rainbow trout adulteration in Atlantic salmon by Raman spectroscopy combined with machine learning. Molecules, 24(15), 2851. https://doi.org/10.3390/molecules24152851Chen, Z., Wu, T., Xiang, C., Xu, X., & Tian, X. (2019). Rapid identification of rainbow trout adulteration in Atlantic salmon by Raman spectroscopy combined with machine learning. Molecules, 24(15), 2851. https://doi.org/10.3390/molecules24152851Cheng, J., Dai, Q., Sun, D., Zeng, X., Liu, D., & Pu, H. (2013). Applications of non-destructive spectroscopic techniques for fish quality and safety evaluation and inspection. Trends in Food Science & Technology, 34(1), 18–31. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2013.08.005Cheng, J., Dai, Q., Sun, D., Zeng, X., Liu, D., & Pu, H. (2013). Applications of non-destructive spectroscopic techniques for fish quality and safety evaluation and inspection. Trends in Food Science & Technology, 34(1), 18–31. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2013.08.005Chytiri, S., Chouliara, I., Savvaidis, I. N., & Kontominas, M. G. (2004). Microbiological, chemical and sensory assessment of iced whole and filleted aquacultured rainbow trout. Food Microbiology, 21(2), 157–165. https://doi.org/10.1016/S0740-0020(03)00059-5Chytiri, S., Chouliara, I., Savvaidis, I. N., & Kontominas, M. G. (2004). Microbiological, chemical and sensory assessment of iced whole and filleted aquacultured rainbow trout. Food Microbiology, 21(2), 157–165. https://doi.org/10.1016/S0740-0020(03)00059-5Czamara, K., Majzner, K., Pacia, M.Z., Kochan, K., Kaczor, A., & Baranska, M. (2015). Raman spectroscopy of lipids: A review. Journal of Raman Spectroscopy, 46(1), 4–20. https://doi.org/10.1002/jrs.4607Czamara, K., Majzner, K., Pacia, M.Z., Kochan, K., Kaczor, A., & Baranska, M. (2015). Raman spectroscopy of lipids: A review. Journal of Raman Spectroscopy, 46(1), 4–20. https://doi.org/10.1002/jrs.4607Hassoun, A., & Karoui, R. (2017). Quality evaluation of fish and other seafood by traditional and nondestructive instrumental methods: Advantages and limitations. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 57(9), 1976–1998. https://doi.org/10.1080/10408398.2015.1047926Hassoun, A., & Karoui, R. (2017). Quality evaluation of fish and other seafood by traditional and nondestructive instrumental methods: Advantages and limitations. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 57(9), 1976–1998. https://doi.org/10.1080/10408398.2015.1047926Hassoun, A., Sahar, A., Lakhal, L., & Aït-Kaddour, A. (2019). Fluorescence spectroscopy as a rapid and non-destructive method for monitoring quality and authenticity of fish and meat products: Impact of different preservation conditions. LWT, 103, 279–292. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2019.01.021Hassoun, A., Sahar, A., Lakhal, L., & Aït-Kaddour, A. (2019). Fluorescence spectroscopy as a rapid and non-destructive method for monitoring quality and authenticity of fish and meat products: Impact of different preservation conditions. LWT, 103, 279–292. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2019.01.021Hernández, M. D., López, M. B., Álvarez, A., Ferrandini, E., García, B. G., & Garrido, M. D. (2009). Sensory, physical, chemical and microbiological changes in aquacultured meagre (Argyrosomus regius) fillets during ice storage. Food Chemistry, 114(1), 237–245. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2008.09.045Hernández, M. D., López, M. B., Álvarez, A., Ferrandini, E., García, B. G., & Garrido, M. D. (2009). Sensory, physical, chemical and microbiological changes in aquacultured meagre (Argyrosomus regius) fillets during ice storage. Food Chemistry, 114(1), 237–245. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2008.09.045Herrero, A. (2008). Raman spectroscopy a promising technique for quality assessment of meat and fish: A review. Food Chemistry, 107, 1642-1651. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2007.10.014Herrero, A. (2008). Raman spectroscopy a promising technique for quality assessment of meat and fish: A review. Food Chemistry, 107, 1642-1651. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2007.10.014Jaafreh, S., Breuch, R., Günther, K. et al. (2018). Rapid poultry spoilage evaluation using portable fiber-optic Raman spectrometer. Food Analytical Methods, 11, 2320–2328. https://doi.org/10.1007/s12161-018-1223-0Jaafreh, S., Breuch, R., Günther, K. et al. (2018). Rapid poultry spoilage evaluation using portable fiber-optic Raman spectrometer. Food Analytical Methods, 11, 2320–2328. https://doi.org/10.1007/s12161-018-1223-0Kashani Zadeh, H., Hardy, M., Sueker, M., Li, Y., Tzouchas, A., MacKinnon, N., Bearman, G., Haughey, S. A., Akhbardeh, A., Baek, I., Hwang, C., Qin, J., Tabb, A. M., Hellberg, R. S., Ismail, S., Reza, H., Vasefi, F., Kim, M., Tavakolian, K., & Elliott, C. T. (2023). Rapid assessment of fish freshness for multiple supply-chain nodes using multi-mode spectroscopy and fusion-based Artificial Intelligence. Sensors, 23(11), 5149. https://doi.org/10.3390/s23115149Kashani Zadeh, H., Hardy, M., Sueker, M., Li, Y., Tzouchas, A., MacKinnon, N., Bearman, G., Haughey, S. A., Akhbardeh, A., Baek, I., Hwang, C., Qin, J., Tabb, A. M., Hellberg, R. S., Ismail, S., Reza, H., Vasefi, F., Kim, M., Tavakolian, K., & Elliott, C. T. (2023). Rapid assessment of fish freshness for multiple supply-chain nodes using multi-mode spectroscopy and fusion-based Artificial Intelligence. Sensors, 23(11), 5149. https://doi.org/10.3390/s23115149Landry, J.D., Torley, P.J., & Blanch, E.W. (2020). Detection of biomarkers relating to quality and differentiation of some commercially significant whole fish using spatially off-set Raman spectroscopy. Molecules, 25, 3776. https://doi.org/10.3390/molecules25173776Landry, J.D., Torley, P.J., & Blanch, E.W. (2020). Detection of biomarkers relating to quality and differentiation of some commercially significant whole fish using spatially off-set Raman spectroscopy. Molecules, 25, 3776. https://doi.org/10.3390/molecules25173776Ocaño-Higuera, V. M., Maeda-Martínez, A. N., Marquez-Ríos, E., Canizales-Rodríguez, D. F., Castillo-Yáñez, F. J., Ruíz-Bustos, E., Graciano-Verdugo, A. Z., & Plascencia-Jatomea, M. (2011). Freshness assessment of ray fish stored in ice by biochemical, chemical and physical methods. Food Chemistry, 125(1), 49–54. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2010.08.034Ocaño-Higuera, V. M., Maeda-Martínez, A. N., Marquez-Ríos, E., Canizales-Rodríguez, D. F., Castillo-Yáñez, F. J., Ruíz-Bustos, E., Graciano-Verdugo, A. Z., & Plascencia-Jatomea, M. (2011). Freshness assessment of ray fish stored in ice by biochemical, chemical and physical methods. Food Chemistry, 125(1), 49–54. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2010.08.034Poli, B. M., Messini, A., Parisi, G., Scappini, F., Vigiani, V., Giorgi, G., & Vincenzini, M. (2006). Sensory, physical, chemical and microbiological changes in European sea bass (Dicentrarchus labrax) fillets packed under modified atmosphere/air or prepared from whole fish stored in ice. International Journal of Food Science and Technology, 41(4), 444–454. https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.2005.01094.xPoli, B. M., Messini, A., Parisi, G., Scappini, F., Vigiani, V., Giorgi, G., & Vincenzini, M. (2006). Sensory, physical, chemical and microbiological changes in European sea bass (Dicentrarchus labrax) fillets packed under modified atmosphere/air or prepared from whole fish stored in ice. International Journal of Food Science and Technology, 41(4), 444–454. https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.2005.01094.xRaskovic, B., Heinke, R., Roesch, P., & Popp, J. (2016). The Potential of Raman Spectroscopy for the Classification of Fish Fillets. Food Analytical Methods, 9, 1301-1306. https://doi.org/10.1007/s12161-015-0312-6Raskovic, B., Heinke, R., Roesch, P., & Popp, J. (2016). The Potential of Raman Spectroscopy for the Classification of Fish Fillets. Food Analytical Methods, 9, 1301-1306. https://doi.org/10.1007/s12161-015-0312-6Rødbotten, M., Lea, P., & Øydis U. (2009). Quality of raw salmon fillet as a predictor of cooked salmon quality. Food Quality and Preference, 20, 13–23. https://doi.org/10.1016/j.foodqual.2008.06.004Rødbotten, M., Lea, P., & Øydis U. (2009). Quality of raw salmon fillet as a predictor of cooked salmon quality. Food Quality and Preference, 20, 13–23. https://doi.org/10.1016/j.foodqual.2008.06.004Sowoidnich, K., Schmidt, H., Kronfeldt, H., & Schwägele, F. (2012). A Portable 671 nm Raman Sensor System for Rapid Meat Spoilage Identification. Vibrational Spectroscopy, 62, 70-76. https://doi.org/10.1016/j.vibspec.2012.04.002Sowoidnich, K., Schmidt, H., Kronfeldt, H., & Schwägele, F. (2012). A Portable 671 nm Raman Sensor System for Rapid Meat Spoilage Identification. Vibrational Spectroscopy, 62, 70-76. https://doi.org/10.1016/j.vibspec.2012.04.002Sui, Y., Zhang L., Lu, S., Yang, D., & Zhu, C. (2020). Research on the shrimp quality of different storage conditions based on Raman spectroscopy and prediction model. Spectroscopy and Spectral Analysis, 40, 5, 1607-1613. https://doi.org/10.3964/j.issn.1000-0593(2020)05-1607-07Sui, Y., Zhang L., Lu, S., Yang, D., & Zhu, C. (2020). Research on the shrimp quality of different storage conditions based on Raman spectroscopy and prediction model. Spectroscopy and Spectral Analysis, 40, 5, 1607-1613. https://doi.org/10.3964/j.issn.1000-0593(2020)05-1607-07Sun, Y., Tang, H., Zou, X., Meng, G., & Wu, N. (2022). Raman spectroscopy for food quality assurance and safety monitoring: A review. Current Opinion in Food Science, 47, 100910. https://doi.org/10.1016/j.cofs.2022.100910Sun, Y., Tang, H., Zou, X., Meng, G., & Wu, N. (2022). Raman spectroscopy for food quality assurance and safety monitoring: A review. Current Opinion in Food Science, 47, 100910. https://doi.org/10.1016/j.cofs.2022.100910Velioğlu, H., Temiz, T., & Boyacı, I. (2015). Differentiation of fresh and frozen-thawed fish samples using Raman spectroscopy coupled with chemometric analysis. Food Chemistry, 172, 283–290. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2014.09.073Velioğlu, H., Temiz, T., & Boyacı, I. (2015). Differentiation of fresh and frozen-thawed fish samples using Raman spectroscopy coupled with chemometric analysis. Food Chemistry, 172, 283–290. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2014.09.073Vilkova, D., Chene, C., Kondratenko, E., & Karoui, R. (2021). A comprehensive review on the assessment of the quality and authenticity of the sturgeon species by different analytical techniques. Food Control, 133, 108648. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2021.108648Vilkova, D., Chene, C., Kondratenko, E., & Karoui, R. (2021). A comprehensive review on the assessment of the quality and authenticity of the sturgeon species by different analytical techniques. Food Control, 133, 108648. https://doi.org/10.1016/j.foodcont.2021.108648Wu, L. & Pu, H., & Sun, D. (2018). Novel techniques for evaluating freshness quality attributes of fish: A review of recent developments. Trends in Food Science & Technology, 83. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2018.12.002Wu, L. & Pu, H., & Sun, D. (2018). Novel techniques for evaluating freshness quality attributes of fish: A review of recent developments. Trends in Food Science & Technology, 83. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2018.12.002Xu, K., Yi, Y., Deng, J., Wang, Y., Zhao, B., Sun, Q., Gong, C., Yang, Z., Wan, H., He, R., Wu, X., Yao, B., Zhang, M., & Tang, Y. (2022). Evaluation of the freshness of rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) fillets by the NIR, E-nose and SPME-GC-MS. RSC Advances, 12(19), 11591-11603. https://doi.org/10.1039/d2ra00038eXu, K., Yi, Y., Deng, J., Wang, Y., Zhao, B., Sun, Q., Gong, C., Yang, Z., Wan, H., He, R., Wu, X., Yao, B., Zhang, M., & Tang, Y. (2022). Evaluation of the freshness of rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) fillets by the NIR, E-nose and SPME-GC-MS. RSC Advances, 12(19), 11591-11603. https://doi.org/10.1039/d2ra00038eYao, J., Yue, Z., Lin, H., Wang, L., Wang, K., & Li, J. (2023). Non-destructive monitoring the freshness of sea bass fillets using Raman spectroscopy with orthogonal signal correction and multivariate analysis. Microchemical Journal, 191, 108859. https://doi.org/10.1016/j.microc.2023.108859Yao, J., Yue, Z., Lin, H., Wang, L., Wang, K., & Li, J. (2023). Non-destructive monitoring the freshness of sea bass fillets using Raman spectroscopy with orthogonal signal correction and multivariate analysis. Microchemical Journal, 191, 108859. https://doi.org/10.1016/j.microc.2023.108859Zhong, N., Li, Y., Li, X., Guo, C., & Wu, T. (2021). Accurate prediction of salmon storage time using improved Raman spectroscopy. Journal of Food Engineering, 293, 110378. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2020.110378Zhong, N., Li, Y., Li, X., Guo, C., & Wu, T. (2021). Accurate prediction of salmon storage time using improved Raman spectroscopy. Journal of Food Engineering, 293, 110378. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2020.110378

The authors declare that there are no conflicts of interest present.