Инфракрасная спектроскопия как метод экспресс-оценки сроков хранения и свежести охлажденной радужной форели

Введение: Во всех отраслях агропромышленного комплекса, в том числе и в рыбном хозяйстве, интенсивно развиваются исследования состава и качества продукции экспресс-методами. Традиционные химические методы не отвечают требованиям проводить исследования продуктов, поступающих на потоке в кратчайшие сроки.  Среди методов экспресс-анализа набирают популярность спектральные методы.  В настоящее время недостаточно изучен спектральный диапазон для определения срока хранения рыбного сырья.

Цель: Разработка экспресс метода оценки сроков хранения и свежести охлажденной радужной форели методом инфракрасной спектроскопии в среднем диапазоне и исследование возможностей современных методов математического анализа данных для создания точных и надежных аналитических методик.

Материалы и методы: Объектами представленных исследований явилась охлажденная радужная форель, а именно стейки, хранившиеся при +4 °C. Для определения срока хранения, свежести и качества использовался спектрометр ИК-Фурье в среднем диапазоне «ФТ-801» с использованием приставки нарушенного полного внутреннего отражения в диапазоне 4000–700 см^-1 в течение 16 дней хранения.

Результаты: Инфракрасная спектроскопия в среднем диапазоне позволила дифференцировать образцы радужной форели в зависимости от дня хранения. Каждому дню хранения соответствовал свой уникальный спектр. Диапазон 1700–1500 см^-1 позволяет четко разделить образцы первого и последнего дня хранения стейков, а интенсивность поглощения увеличивается со временем хранения при длинах волн, соответствующих амидам и аминогруппам. Эти различия могут быть обусловлены биохимическими изменениями в образце вследствие порчи рыбы.

Выводы: Результаты этого исследования могут быть использованы для разработки нового быстрого и неразрушающего метода оценки свежести рыбы, который будет иметь практическое значение для органов контроля безопасности пищевой продукции, для потребителей, которым важно знать качество употребляемой продукции. Разработанные методы имеют большой потенциал для предприятий пищевой промышленности как средство оптимизации процессов контроля качества продукции.

1. Abbas, O., Pissard, A., & Baeten, V. (2020). Near-infrared, mid-infrared, and Raman spectroscopy. In Chemical Analysis of Food (pp. 77–134). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-813266-1.00003-6

2. Alexandrakis, D., Downey, G., & Scannell, A. G. M. (2012). Rapid non-destructive detection of spoilage of intact chicken breast muscle using near-infrared and fourier transform mid-infrared spectroscopy and multivariate statistics. Food and Bioprocess Technology, 5(1), 338–347. https://doi.org/10.1007/s11947-009-0298-4

3. Ammor, M. S., Argyri, A., & Nychas, G.-J. E. (2009). Rapid monitoring of the spoilage of minced beef stored under conventionally and active packaging conditions using Fourier transform infrared spectroscopy in tandem with chemometrics. Meat Science, 81(3), 507–514. https://doi.org/10.1016/j.meatsci.2008.10.015

4. Boughattas, F., Le, B., & Karoui, R. (2020). Mid infrared spectroscopy coupled with chemometric tools for qualitative analysis of canned tuna with sunflower medium. Journal of Food Composition and Analysis, 91, 103519. https://doi.org/10.1016/j.jfca.2020.103519

5. Ceylan, Z., Unal Sengor, G. F., & Yilmaz, M. T. (2018). Nanoencapsulation of liquid smoke/thymol combination in chitosan nanofibers to delay microbiological spoilage of sea bass (Dicentrarchus labrax) fillets. Journal of Food Engineering, 229, 43–49. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2017.11.038

6. Ellis, D. I., Broadhurst, D., & Goodacre, R. (2004). Rapid and quantitative detection of the microbial spoilage of beef by Fourier transform infrared spectroscopy and machine learning. Analytica Chimica Acta, 514(2), 193–201. https://doi.org/10.1016/j.aca.2004.03.060

7. ElMasry, G., Nakazawa, N., Okazaki, E., & Nakauchi, S. (2016). Non-invasive sensing of freshness indices of frozen fish and fillets using pretreated excitation-emission matrices. Sensors and Actuators, B: Chemical, 228, 237–250. https://doi.org/10.1016/j.snb.2016.01.032

8. Franceschelli, L., Berardinelli, A., Dabbou, S., Ragni, L., & Tartagni, M. (2021). Sensing technology for fish freshness and safety: A review. Sensors (Switzerland), 21(4), 1–24. https://doi.org/10.3390/s21041373

9. Freitas, J., Vaz-Pires, P., & Câmara, J. S. (2021). Quality Index Method for fish quality control: Understanding the applications, the appointed limits and the upcoming trends. Trends in Food Science & Technology, 111, 333–345. https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.03.011

10. Guizani, N., Rahman, M. S., Al-Ruzeiqi, M. H., Al-Sabahi, J. N., & Sureshchandran, S. (2014). Effects of brine concentration on lipid oxidation and fatty acids profile of hot smoked tuna (Thunnus albacares) stored at refrigerated temperature. Journal of Food Science and Technology, 51(3), 577–582. https://doi.org/10.1007/s13197-011-0528-4

11. Haris, P. I., & Severcan, F. (1999). FTIR spectroscopic characterization of protein structure in aqueous and non-aqueous media. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, 7(1–4), 207–221. https://doi.org/10.1016/S1381-1177(99)00030-2

12. Hassoun, A., & Karoui, R. (2016). Monitoring changes in whiting (Merlangius merlangus) fillets stored under modified atmosphere packaging by front face fluorescence spectroscopy and instrumental techniques. Food Chemistry, 200(200), 343–353. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2016.01.028

13. Karoui, R. (2018a). Spectroscopic technique: Fluorescence and Ultraviolet-Visible (UV-Vis) spectroscopies. In Modern techniques for food authentication (2nd ed., pp. 219-252). Elsevier Inc. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-814264-6.00007-4

14. Karoui, R. (2018b). Spectroscopic technique: Mid-Infrared (MIR) and Fourier Transform Mid-Infrared (FT-MIR) spectroscopies (2nd ed., pp. 23-50). Elsevier Inc. https://doi.org/10.1016/b978-0-12-814264-6.00002-5

15. Karoui, R., & Hassoun, A. (2017). Efficiency of rosemary and basil essential oils on the shelf-life extension of Atlantic mackerel (Scomber scombrus) fillets stored at 2°C. Journal of AOAC International, 100(2), 335–344. https://doi.org/10.5740/jaoacint.16-0410

16. Karoui, R., Hassoun, A., & Ethuin, P. (2017). Front face fluorescence spectroscopy enables rapid differentiation of fresh and frozen-thawed sea bass (Dicentrarchus labrax) fillets. Journal of Food Engineering, 202, 89–98. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2017.01.018

17. Karoui, R., Lefur, B., Grondin, C., Thomas, E., Demeulemester, C., De Baerdemaeker, J., & Guillard, A. S. (2007). Mid-infrared spectroscopy as a new tool for the evaluation of fish freshness. International Journal of Food Science and Technology, 42(1), 57–64. https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.2006.01208.x

18. Khodanazary, A. (2019). Freshness assessment of shrimp Metapenaeus affinis by quality index method and estimation of its shelf life. International Journal of Food Properties, 22(1), 309–319. https://doi.org/10.1080/10942912.2019.1580719

19. Lougovois, V.P., & Kyrana, V.R. (2005). Freshness quality and spoilage of chill-stored fish. In Riley A.P. (Ed.), Food policy, control and research ( pp.35-86). Nova Science Publishers.

20. Maulu, S., Nawanzi, K., Abdel-Tawwab, M., & Khalil, H. S. (2021). Fish nutritional value as an approach to children’s nutrition. Frontiers in Nutrition, 8. https://doi.org/10.3389/fnut.2021.780844

21. Pinilla, C. M. B., Brandelli, A., López-Caballero, M. E., Montero, P., & Gómez-Guillén, M. del C. (2020). Structural features of myofibrillar fish protein interacting with phosphatidylcholine liposomes. Food Research International, 137, 109687. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2020.109687

22. Rostamzad, H., Shabanpour, B., Kashaninejad, M., & Shabani, A. (2011). Antioxidative activity of citric and ascorbic acids and their preventive effect on lipid oxidation in frozen persian sturgeon fillets. Latin American Applied Research, 41(2), 135–140.

23. Saraiva, C., Vasconcelos, H., & de Almeida, J. M. M. M. (2017). A chemometrics approach applied to Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) for monitoring the spoilage of fresh salmon (Salmo salar) stored under modified atmospheres. International Journal of Food Microbiology, 241, 331–339. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2016.10.038

24. Sone, I., Olsen, R. L., Dahl, R., & Heia, K. (2011). Visible/Near‐Infrared Spectroscopy Detects Autolytic Changes during Storage of Atlantic Salmon (S almo salar L.). Journal of Food Science, 76(3). https://doi.org/10.1111/j.1750-3841.2011.02062.x

25. Tito, N. B., Rodemann, T., & Powell, S. M. (2012). Use of near infrared spectroscopy to predict microbial numbers on Atlantic salmon. Food Microbiology, 32(2), 431–436. https://doi.org/10.1016/j.fm.2012.07.009

26. Vilkova, 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.2021.108648

27. Vilkova, D., Sangaré, M., Egorov, M., & Karoui, R. (2023). Mid-infrared spectroscopy enabled rapid differentiation between fresh and frozen–thawed Sevruga (Acipenser stellatus) samples presenting different raw quality. European Food Research and Technology, 249(9), 2299–2310. https://doi.org/10.1007/s00217-023-04290-1

28. Yang, H., Yang, S., Kong, J., Dong, A., & Yu, S. (2015). Obtaining information about protein secondary structures in aqueous solution using Fourier transform IR spectroscopy. Nature Protocols, 10(3), 382–396. https://doi.org/10.1038/nprot.2015.024

29. Yu, H. D., Zuo, S. M., Xia, G., Liu, X., Yun, Y. H., & Zhang, C. (2020). Rapid and nondestructive freshness determination of tilapia fillets by a portable near-infrared spectrometer combined with chemometrics methods. Food Analytical Methods, 13(10), 1918–1928. https://doi.org/10.1007/s12161-020-01816-1