因此,南京农业大学食品科技学院的赵 楠、刘 强、屠 康*和南京晓庄学院食品科学学院的张 伟*等人拟通过收集不同程度腐败鸡蛋液的光谱特性和菌落信息,结合多元统计分析方法,为实现高光谱技术对鸡蛋液中菌落总数的定量分析提供参考。
1、鸡蛋液中菌落总数的变化情况分析
随贮存时间的延长,两组样本蛋清中菌落数量变化趋势呈现S型曲线,存在明显的迟缓期和对数生长期,其中对照组变化相对平稳。污染组样本初始菌落数为3.2(lg(CFU/g)),在初始培养3 d内,菌落数量增幅仅为0.3(lg(CFU/g));培养至第7天,增幅达到4.5(lg(CFU/g))。由于在接菌的初始阶段,蛋清中的抗菌成分(如溶菌酶和卵转铁蛋白等)仍对外界病源微生物起到抵抗作用;此外,这也由菌种自身生长特性所决定,在接种至新的环境中,需要通过短暂调节才能实现后期的快速增长和繁殖,类似的研究现象也出现在琼脂平板和猪肉上。
2、基于高光谱技术的鸡蛋液中菌落总数的预测
光谱分析
综上原因,对于鸡蛋液样本来说,随微生物数量的增加,蛋清和蛋黄均会发生相应的变化,导致整体鸡蛋液样本对可见-近红外光(400~1 000 nm)的吸收能力变强,反射率变小。
光谱预处理
对于蛋清和全蛋液,原始光谱经预处理后,除Autoscale预处理外其他预处理方法下PLS模型的RCV均有所下降;交互验证均方根误差(RMSECV)均有所上升,表明并不是所有的预处理方法都对模型的预测精度有所提高。
特征波长的提取
根据SPA得出的均方根误差(RMSE)作为挑选特征变量数的依据。蛋清、蛋黄和全蛋液样本的变量个数分别为11、12和15时,RMSE最小为0.48、0.54(lg(CFU/g))和0.69(lg(CFU/g)),此后随着变量数增加,RMSE不再减小,因此蛋清样本的特征波段数为11 个,蛋黄样本的特征波长数为12 个,鸡蛋样本的特征波段数为15 个。
模型的建立
对于蛋清样本,比较全波段-PLS和全波段-SVM模型,全波段-PLS模型中RC和RP(0.84和0.79)低于全波段-SVM模型中的RC和RP(0.85和0.80),RMSEP(0.67(lg(CFU/g)))高于SVM模型中的RMSEP(0.64(lg(CFU/g)));经SPA算法筛选特征波段后所建的SPA-PLS模型中RP下降0.01,RMSEP上升0.02(lg(CFU/g)),SPA-SVM模型中RP上升0.01,RMSEP下降0.01(lg(CFU/g))。
结 论
在鸡蛋液污染过程中,微生物经历短暂适应期后快速繁殖扩增,并对蛋黄膜造成破坏,致使鸡蛋出现散黄腐败现象,侵染全过程均会严重影响光谱的吸收和反射特性。
对原始光谱进行预处理后建立PLS预测模型发现:Autoscale预处理效果相对最佳,对应蛋清样本的RCV和RMSECV为0.83和0.51(lg(CFU/g)),蛋黄样本的RCV和RMSECV为0.78和0.51(lg(CFU/g)),全蛋液样本的RCV和RMSECV为0.79和0.65(lg(CFU/g))。
对比全波段与特征波段下的蛋清、蛋黄和全蛋液样本的PLS和SVM预测模型发现,SPA-SVM预测效果最优。蛋清样本的RC和RP为0.85和0.81,RMSEC和RMSEP为0.50(lg(CFU/g))和0.63(lg(CFU/g));蛋黄样本的RC和RP为0.86和0.82,RMSEC和RMSEP为0.42(lg(CFU/g))和0.47(lg(CFU/g));全蛋液样本RC和RP为0.83和0.75,RMSEC和RMSEP为0.60(lg(CFU/g))和0.75(lg(CFU/g));其中蛋清和蛋黄样本所建模型预测效果均高于全蛋样本所建模型。
在整个污染过程中,分析微生物在蛋液中生长情况和建模的效果表明,实际生产过程中建议选择蛋清的平均光谱对微生物进行预测。对于单个样本来说,整个预测过程只需几分钟便可完成,证实高光谱成像技术可以用于鸡蛋液中菌落污染程度的快速预测,为后续鸡蛋质量安全控制提供新的方案和思路。