基于高光譜成像的咸鴨蛋腌制品質(zhì)快速檢測

咸鴨蛋是中國傳統(tǒng)腌制食品，因其具有獨特的風味和松軟的口感，深受人們的喜愛。在我國，70%以上的鴨蛋用于蛋制品加工，如皮蛋、咸鴨蛋和咸蛋黃等，其中，咸鴨蛋的市場份額更是占到鴨蛋制品的68%左右。

咸鴨蛋中的水分和脂質(zhì)不僅是影響咸鴨蛋品質(zhì)的重要物質(zhì)，也是判斷咸鴨蛋是否腌制成熟的重要參考標準。在鴨蛋的腌制過程中，隨著鹽分向內(nèi)擴散，蛋黃內(nèi)親油基團與親水基團分離，游離態(tài)水分子增多并逐漸從蛋黃向蛋白轉(zhuǎn)移，最終擴散到蛋殼外，這也是咸鴨蛋蛋黃出現(xiàn)硬化的原因。當咸鴨蛋蛋白和蛋黃的含水量分別降至75%和20%，蛋黃油脂含量增加到55%左右時，即可認為咸鴨蛋腌制成熟。因此，水分和脂質(zhì)含量是咸鴨蛋腌制品質(zhì)的重要參考指標。

高光譜成像技術結合了光譜技術與計算機視覺技術，能夠同時獲取對象的光譜信息和圖像信息。該技術能夠獲取儀器波長范圍內(nèi)每一像素的光譜數(shù)據(jù)和圖像信息，并進一步實現(xiàn)理化指標的分布檢測。

水分含量檢測

高光譜數(shù)據(jù)采集后，按照中國國家標準GB5009.3-2016的方法測量每個咸鴨蛋的水分含量。用分析天平稱取約2.000g咸鴨蛋樣本，精確到0.001g，然后將樣品轉(zhuǎn)移到干燥好的鋁盒中。將鋁盒放入100℃的熱風循環(huán)烘箱中烘干4h。隨后每隔1h取出剛入干燥皿冷卻30min，隨后稱量，然后重復上述步驟，直至前后兩次稱量結果相差不超過2mg。含水率計算公式如下:

式中：m1為鋁盒和干燥前樣品的重量，m2為鋁盒和樣品干燥后的重量，m3為鋁盒重量，單位均為克（g）；為樣品含水率，單位為%。

脂質(zhì)含量檢測

高光譜數(shù)據(jù)采集后，按中國國家標準GB5009.6-2016第二章酸水解法的方法測定咸鴨蛋蛋黃的脂類含量。咸鴨蛋蛋黃中的結合態(tài)脂肪必須用強酸使其游離出來，然后溶于有機溶劑。將蛋黃先用鹽酸水解，然后用無水乙醚提取，用氮吹儀除去溶劑后即得游離態(tài)和結合態(tài)脂肪的總含量。脂質(zhì)含量計算公式如下:

式中：m1為玻璃離心管和干燥后樣品的重量，m2為玻璃離心管和干燥前樣品的重量，m3為樣品的重量，單位均為克（g）；為樣品的脂質(zhì)含量，單位為%。

咸鴨蛋中水分和脂質(zhì)含量的變化

水分含量（MC）和脂肪含量（LC）是影響咸鴨蛋品質(zhì)的重要因素。因此，本研究主要對這兩個關鍵性指標進行分析討論，以解釋咸鴨蛋內(nèi)部品質(zhì)特征發(fā)生變化的現(xiàn)象。圖1為蛋清和蛋黃中水分和脂肪含量每三天的變化情況。從圖1（a）中可以看出，隨著腌制過程的進行，各層含水率逐漸降低，這是由于鹽從腌制液擴散到蛋黃中，親脂基團和親水基團相互分離，水分從蛋黃向蛋清移動，最后通過蛋殼擴散出鴨蛋。在腌制過程中，蛋白內(nèi)層和外層含水率差異不顯著，均從85%左右下降到75%左右。這是因為蛋清具有良好的流動性，水分在蛋清中自由移動，整體保持一個平衡地狀態(tài)。蛋黃含水率在腌制過程中呈現(xiàn)下降趨勢，并且蛋黃外層含水率下降速度快于內(nèi)層含水率，腌制后期蛋黃內(nèi)外層含水率又逐漸接近。Chi和Tseng等人發(fā)現(xiàn)，在腌制過程中，蛋黃外層先變硬，然后逐漸向蛋黃內(nèi)層延伸，其中，蛋黃硬度層的形成可能是由于水分含量的降低。當外層和內(nèi)層含水率相近時，整個蛋黃均已硬化，此時整個蛋黃顏色相近，可認為咸鴨蛋已腌制成熟。

圖1 不同腌制天數(shù)不同分層咸鴨蛋水分及脂質(zhì)含量

圖1（b）描述了蛋黃在腌制過程中脂質(zhì)含量的變化。通過預實驗并參考其他研究中對蛋白中脂質(zhì)含量的測定，發(fā)現(xiàn)蛋白中幾乎不含脂類物質(zhì)，因此在本研究不考慮蛋白中脂質(zhì)含量變化情況。由圖1（b）可以看出，兩層的脂質(zhì)含量都隨著腌制時間的延長而增加。脂質(zhì)變化趨勢與水分變化趨勢相反。這是因為隨著水分從蛋黃向蛋清的遷移，蛋黃中水分含量減少，脂類的含量相對升高。蛋黃外層脂肪含量高于內(nèi)層，而外層水分含量卻低于內(nèi)層，這也表明蛋黃中脂肪含量與水分含量呈現(xiàn)負相關的關系。

反射光譜的提取

黑白校正后，用ENVI5.3.1計算每個樣本ROI內(nèi)所有像素的平均光譜值。各組咸鴨蛋的平均光譜曲線如圖2所示。

圖2 咸鴨蛋不同分層的平均光譜曲線

從圖2可以看出，不同天數(shù)的反射光譜具有相似的特征。隨著腌制時間的延長，咸鴨蛋的反射率逐漸降低，造成這種現(xiàn)象的原因可能是腌制過程中咸鴨蛋內(nèi)部物質(zhì)的組成及含量發(fā)生了變化，如水分、脂類和蛋白質(zhì)等物質(zhì)。

圖3 經(jīng)不同方法預處理后的光譜

水分和脂質(zhì)的可視化分布

在咸鴨蛋腌制過程中，水分和脂質(zhì)在鹽分作用下發(fā)生遷移，不同腌制時期其分布有明顯的差異，因此，水分和脂質(zhì)的可視化分布圖能夠更好地幫助研究人員判斷腌制效果，調(diào)整腌制工藝。圖5顯示了咸鴨蛋在不同腌制階段的水分分布圖。樣品右側漸變顏色條的不同顏色代表了不同含量的水分含量和脂質(zhì)含量。從深藍色到綠色再到紅色的漸變代表著水分含量或脂質(zhì)含量越來越高。從水分分布圖可以看到，在腌制初期，蛋黃水分含量略低于蛋白，且其水分分布較為均勻。而隨著腌制時間的延長，蛋黃外層逐漸變藍，表明其水分含量逐漸降低，蛋黃中的水分逐漸向蛋白遷移。隨著腌制過程持續(xù)進行，蛋黃外側深藍色區(qū)域逐漸擴大并向蛋黃中心拓展，這就是咸鴨蛋腌制過程中蛋黃硬化的過程。

圖4 不同腌制時間咸鴨蛋剖面水分分布圖

注：（a）：3d；（b）：6d；（c）：9d；（d）：12d；（e）：15d；（f）：18d；（g）：21d；（h）：24d。

圖5 咸鴨蛋剖面脂質(zhì)分布圖

注：（a）：3d；（b）：6d；（c）：9d；（d）：12d；（e）：15d；（f）：18d；（g）：21d；（h）：24d。

圖5顯示了咸鴨蛋在不同腌制階段的脂質(zhì)分布圖。由圖可以看到，蛋白部分幾乎不含脂質(zhì)。隨著腌制時間的延長，蛋黃部分顏色由藍逐漸向紅色轉(zhuǎn)變，說明在腌制過程中，咸鴨蛋蛋黃部分脂質(zhì)含量逐漸升高。并且蛋黃外層顏色先由藍色向紅色轉(zhuǎn)變。結合水分含量的變化，進一步驗證了在腌制過程中，蛋黃外層率先發(fā)生硬化現(xiàn)象，然后逐漸向內(nèi)層拓展，到腌制后期，蛋黃內(nèi)、外層都發(fā)生硬化，整個蛋黃水分及脂質(zhì)分布又趨于統(tǒng)一。

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審核編輯 黃宇