本发明涉及食品检测的技术领域，尤其涉及一种用于冷藏水产品品质的快速检测方法。
背景技术：
水产品营养丰富，含有许多人类所需的营养物质，例如蛋白质(必需氨基酸赖氨酸、蛋氨酸等)、脂溶性维生素(维生素a、d等)及不饱和脂肪酸(以ω3系列为主)等。以三文鱼为代表的深海鱼类含有丰富的蛋白质和不饱和脂肪酸等营养成分，常作为刺身生食，捕捞后易腐败变质，因此其新鲜度和品质决定了其食用价值。常见的水产品品质和新鲜度的定量检测方法大多为理化指标及微生物菌落数检测，这些方法样品制备复杂、检测耗时长，操作繁琐、对操作人员的要求高，不适应市场推广使用，因此，鱼肉的快速检测及品质/鲜度预测尤为重要。
食品的介电特性反映了食品物料分子中的束缚电荷对外加电场的响应特性，通常用介电常数ε'和介电损耗ε"来描述食品的介电特性，两者分别反映了食品分子对静电能的存储和损耗能力。食品的介电特性受多种因素影响，例如温度、频率等，同时随食品组成成分及其品质变化而变化，介电特性检测方法具有样品制备简单、高效、可靠及简便的特点，可以实现高质量的食品内部品质综合指标的检测及分级技术，促进食品加工和检测的进程，在农产品的成熟度监控、分级包装、贮藏保鲜及肉制品、水产品的新鲜度和货架期等方面的应用前景十分广泛。
食品的介电特性的快速无损检测研究始于20世纪60年代，发展至今已扩展到水果蔬菜的成熟度、损伤的快速检测，谷物、大豆、种子等的水分含量的测定，饮料、啤酒、乳制品的细菌检测和保存期、安全期的控制等方面。此外，介电特性还可以作为介电加热过程中工艺开发的模拟预测，但介电特性与水产品品质和新鲜度关联研究确少有介绍。
技术实现要素：
为了解决现有问题，本发明提供了一种用于冷藏水产品品质的快速检测方法，解决了现有检测方法的样品制备复杂、检测耗时长、操作繁琐、对操作人员的要求高等问题。
本发明可通过以下技术方案实现：
一种用于冷藏水产品品质的快速检测方法，将待检冷藏水产品样品加入容器内，利用开放式同轴探针法测量容器内待检冷藏水产品样品的介电特性值，根据介电特征值和冷藏水产品不同的品质指标之间的关系式，计算得到待检冷藏水产品样品不同的品质指标，进而评价待检冷藏水产品的品质，
所述关系式通过对冷藏水产品进行等存储时间间隔取样，利用同轴探针法测量不同频率下的所有样品的介电损耗因子和不同的品质指标，将测量得到的介电损耗因子与不同的品质指标分别进行线性拟合得到。
进一步，所述间隔设置为每隔一天取样，所述不同频率设置为27.12mhz、40.68mh、915mhz和2450mhz，所述关系式设置为在不同频率下进行线性拟合，其拟合系数r2最大、且指数最高项的系数最大的一个。
进一步，不同的所述品质指标设置为挥发性盐基氮tvb-n含量、硫代巴比妥酸反应物tbars含量和总菌落数tvc，所述关系式设置为ε"915tvb-n＝0.8644×tvb-n 8.10893，ε"915tbars＝25.27218×tbars 2.91659，ε"2450tvc＝2.05565×tvc 6.20418，其中，ε"915tvb-n表示915mhz频率处的挥发性盐基氮tvb-n含量对应的介电损耗因子，ε"915tbars表示915mhz频率处的硫代巴比妥酸反应物tbars含量对应的介电损耗因子，ε"2450tvc表示2450mhz频率处的总菌落数tvc对应的介电损耗因子。
进一步，根据食品安全国家标准gb5009.228-2016，采用全自动凯氏定氮仪fooss4800测量待检冷藏水产品样品的挥发性盐基氮tvb-n含量；参照食品安全国家标准gb4789.2-2016测量待检冷藏水产品样品的总菌落数。
本发明有益的技术效果在于：
利用本发明的方法建立测定不同冷藏时间下三文鱼的介电特性与理化品质指标相关性的模型，其准确性比较可靠，与传统方法相比，只需要测定样品的介电特性即可推算出样品的新鲜度和品质，无需用到其他化学试剂，不破坏环境，也不污染样品，并且检测过程操作简单，所需的样品量较小，对样品的损害极小，有利于推广使用。
附图说明
图1为本发明的总体流程示意图；
图2(a)为利用开放式同轴探针法对三文鱼鱼肉进行介电常数检测，在不同存储时间下，介电常数随频率的变化曲线示意图；
图2(b)为利用开放式同轴探针法对三文鱼鱼肉进行介电损耗因子检测，在不同存储时间下，介电损耗因子随频率的变化曲线示意图；
图3(a)为在常见工业用电磁波频段：27.12mhz、40.68mhz、915mhz、2450mhz频率下，本发明的介电常数随存储时间的变化示意图；
图3(b)为在常见工业用电磁波频段：27.12mhz、40.68mhz、915mhz、2450mhz频率下，本发明的介电损耗因子随存储时间的变化示意图；
图4为本发明的三文鱼品质指标值tvb-n、tbars和总菌落数tvc随存储时间的变化示意图；
图5为本发明的利用开放式同轴探针法对待检冷藏水产品的品质指标进行检测的系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，以冷藏三文鱼为例，对本发明的具体实施方式做进一步阐述。
由于三文鱼水分含量较高，而水分子具有极化特性，因此，选取可能发生取向极化和原子极化的10-2500mhz频率区域，考察三文鱼的介电常数ε′和介电损耗因子ε″随储藏时间变化的规律性和特征，及其品质鲜度与介电特性之间的关联。如图1和5所示，本发明提供了一种用于冷藏水产品品质的快速检测方法，将待检冷藏水产品样品放入hold容器内，利用开放式同轴探针法测量容器内待检冷藏水产品样品的介电特性值，根据介电特性值和冷藏水产品不同的品质指标之间的关系式，计算得到待检冷藏水产品样品不同的品质指标，进而评价待检冷藏水产品的品质，该关系式通过对冷藏水产品进行等存储时间间隔取样，利用同轴探针法测量不同频率下的所有样品的介电损耗因子和不同的品质指标，将测量得到的介电损耗因子与不同的品质指标分别进行线性拟合得到。
选取工业加工及检测常用波段，即1-2500mhz频率区域，探索不同存储时间条件下的冷藏三文鱼的介电常数ε′和介电损耗因子ε″，以及能够代表冷藏三文鱼理化品质的三个指标即挥发性盐基氮tvb-n含量、硫代巴比妥酸反应物tbars含量和总菌落数tvc，揭示其规律性和特征，从而利用介电特性建立快速检测冷藏三文鱼品质的定量模型，具体步骤如下：
1)将新鲜三文鱼肉切割为6×2×2cm3的块状，共60块，分为5组，置于4℃冰箱内分别冷藏1、3、5、6、7天，贮藏后即取出进行介电特性测量和贮藏后理化品质指标的检测。
介电特性的测定：
如图5所示，使用开放式同轴探头法和e5071c型矢量网络分析仪(n1500a)对不同冷藏时间下的三文鱼鱼肉进行介电特性的测量。网络分析仪预热1h后，启动keysightmaterialsmeasurementsuite和n1500a软件，设定扫描类型为线性扫描，设定扫描频率范围为10-2500mhz，扫描点数为1241个。各个参数设置好后进行仪器使用前校准，依次进行空气、短路和25℃去离子水校准，仪器校准完成后，直接从冰箱拿出三文鱼鱼肉样品放入介电系统的样品容器hold里，固定好介电探头进行样品测量，每组样品进行三次介电参数的测量，测量结果的平均值作为该样品的最终测量结果。
理化品质指标的测定：
a)挥发性盐基氮(tvb-n)：根据gb5009.228-2016，采用全自动凯氏定氮仪fooss4800进行冷藏后三文鱼tvb-n的测定，结果以mg/100g表示，每次做三组平行试验。
b)硫代巴比妥酸反应物(tbars)：tbars是一种广泛应用的用于评价脂肪氧化程度的指标。测定方法：取5.0g碎鱼肉与锥形瓶中，加入25ml7.5％的三氯乙酸(内含0.1％的edta)振摇30分钟后，取出三层滤纸过滤，取5ml滤液于试管中，加入5ml0.02m硫代巴比妥酸充分混合均匀，置于90℃恒温水浴锅中加热40分钟，加热完成后冷却水冷却30分钟，1500r/min离心5分钟，取上清液，加入5ml三氯甲烷，静置分层，取上清液，使用紫外分光光度计测量样品在吸光度600nm和532nm处的吸光值，每次做三组平行试验，结果以mgmda/kg表示。
c)总菌落数：总菌落数的测定参照国标gb4789.2-2016进行测定。称取三文鱼鱼肉25.0g，放入无菌均质袋中，加入225ml生理盐水，制成稀释度为1:10的稀释液。根据预实验结果，选择合适的稀释倍数制成菌悬液，倒平板，冷却，培养，计数。每次试验重复三次，最终结果以log(cfu/g)表示。
2)根据测量结果，绘制在测定频率范围内三文鱼的介电特性和三个理化品质指标在冷藏期间随时间变化的曲线。图2和图3给出了冷藏期间三文鱼的介电特性随冷藏时间变化的曲线，由图可知，介电常数ε'和介电损耗因子ε"都随着冷藏时间的增加而增大，且在低频(27.12mhz和40.68mhz)下的增大幅度明显大于高频(915mhz和2450mhz)。图4为冷藏期间三文鱼的三个理化品质指标随贮藏时间变化的关系，从图中可以看到，随着贮藏时间的延长，三文鱼品质逐渐衰败，贮藏7天后，三文鱼tvb-n值由7.42mg/100g增大到17.48mg/100g，未超过二级鲜度(<20mg/100g)的限值，tbars值增大至0.80mgmda/kg，而总菌落数在第6天时超过限值5.7log(cfu/g)。
3)建立基于介电特性构建三文鱼品质的pls(偏最小二乘法)模型：
将在所测的频率范围10-2500mhz内得到的三文鱼随时间变化的介电特性作为自变量，三文鱼的品质指标变化作为因变量构建pls预测模型。由表1可知,在所测频率范围内，利用介电特性对三文鱼模型中的预测集判定系数r2和预测集均方根误差rmsep结果显示，相比于介电常数ε'，介电损耗因子ε"更能预测三文鱼的冷藏品质，尤其是对三文鱼的tbars(r2为0.98468，rmsep为0.01694)预测效果最佳，为最优模型。
表1为基于三文鱼冷藏介电特性构建的三文鱼品质的pls预测模型结果；
4)介电损耗因子ε"与三文鱼品质指标的拟合：
由模型结果可知，介电损耗ε"较介电常数ε′更适合预测三文鱼品质变化，故将冷藏期间三文鱼品质指标值tvb-n、tbars和总菌落数tvc与特定频率下(27.12、40.68、915和2450mhz)的介电损耗因子ε"进行线性拟合，查看三文鱼冷藏品质指标(tvb-n、tbars和总菌落数tvc)与介电损耗因子ε"之间的拟合关系。由表2可知，四个频率下的三文鱼介电损耗因子ε"与品质指标之间的拟合系数(除两个低频27.12和40.68mhz与总菌落数tvc之间的拟合系数外)都在0.9以上，且整体上看，两个高频(915和2450mhz)与品质指标的拟合度更好，更适合用来判断冷藏期间三文鱼的品质变化情况。
总之，介电损耗因子ε"与冷藏三文鱼品质的拟合度较高，可以通过测定冷藏期间三文鱼的介电损耗因子ε"的值，代入拟合方程即可得到相应冷藏时间下的三文鱼品质变化，该方法简单快速准确度较高。
表2为四个频率下(27.12、40.68、915和2450mhz)的三文鱼冷藏期间的品质指标值(tvb-n、tbars和总菌落数tvc)与介电损耗因子ε"之间的拟合方程。
根据测量结果，绘制介电常数和介电损耗因子在常见工业用电磁波频段：27.12mhz、40.68mhz、915mhz、2450mhz频率下随冷藏时间变化的曲线，以及每个检测浓度点的误差线，该误差线为标准偏差所界定的误差范围(图2)。对4个常用工业用电磁波频率下的介电特性和冷藏过程得到的品质指标进行线性拟合，基于表1的pls模型结果发现，ε"与冷藏期间品质指标相关性优于ε′，因此只列出了ε"的拟合方程结果，如表2所示。由拟合关系系数可以看出，高频情况下的拟合关系系数大于低频下的拟合关系系数，且915mhz频率下的ε"和tvb-n及tbars的拟合关系系数相对较高，而2450mhz频率下的与tvc的拟合关系系数较高，因此，选择关系式为ε"915tvb-n＝0.8644×tvb-n 8.10893，ε"915tbars＝25.27218×tbars 2.91659，ε"2450tvc＝2.05565×tvc 6.20418，其中，ε"915tvb-n表示915mhz频率处的挥发性盐基氮tvb-n含量对应的介电损耗因子，ε"915tbars表示915mhz频率处的硫代巴比妥酸反应物tbars含量对应的介电损耗因子，ε"2450tvc表示2450mhz频率处的总菌落数tvc对应的介电损耗因子，利用上述拟合方程的关系式，只需测量得到该频率下的ε"，通过公式计算即可得到相应冷藏时间下的品质指标值，从而推断出冷藏样品的新鲜度和质量。由拟合方程验证得到的ε"值及标准偏差如表3-1，3-2，3-3所示，从中我们可以看到，其测量结果非常符合实际情况。
表3-1由915mhz下的ε"与tvb-n拟合方程得到的ε"计算值与实验值的比较
表3-2由915mhz下的ε"与tbars拟合方程得到的ε"计算值与实验值的比较
表3-3由2450mhz下的ε"与tvc拟合方程得到的ε"计算值与实验值的比较
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。
1.一种用于冷藏水产品品质的快速检测方法，其特征在于：将待检冷藏水产品样品放入介电系统的样品容器内(圆柱形hold)，利用开放式同轴探针法测量容器内待检冷藏水产品样品的介电特性值，根据介电特性值和冷藏水产品不同的品质指标之间的关系式，计算得到待检冷藏水产品样品不同的品质指标，进而评价待检冷藏水产品的新鲜度和品质。
所述关系式通过对冷藏水产品进行等存储时间间隔取样，利用同轴探针法测量不同频率下的所有样品的介电损耗因子和不同的品质指标，将测量得到的介电损耗因子与不同的品质指标分别进行线性拟合得到。
2.根据权利要求1所述的用于冷藏水产品品质的快速检测方法，其特征在于：所述间隔设置为每隔一天取样，所述不同频率设置为27.12mhz、40.68mh、915mhz和2450mhz，所述关系式设置为在不同频率下进行线性拟合，其拟合系数r2最大的一个。
3.根据权利要求2所述的用于冷藏水产品品质的快速检测方法，其特征在于：不同的所述品质指标设置为挥发性盐基氮tvb-n含量、硫代巴比妥酸反应物tbars含量和总菌落数tvc，所述关系式设置为ε"915tvb-n＝0.8644×tvb-n 8.10893，ε"915tbars＝25.27218×tbars 2.91659，ε"2450tvc＝2.05565×tvc 6.20418，其中，ε"915tvb-n表示915mhz频率处的挥发性盐基氮tvb-n含量对应的介电损耗因子，ε"915tbars表示915mhz频率处的硫代巴比妥酸反应物tbars含量对应的介电损耗因子，ε"2450tvc表示2450mhz频率处的总菌落数tvc对应的介电损耗因子。
4.根据权利要求1所述的用于冷藏水产品品质的检测方法，其特征在于：根据食品安全国家标准gb5009.228-2016，采用全自动凯氏定氮仪fooss4800测量待检冷藏水产品样品的挥发性盐基氮tvb-n含量；参照食品安全国家标准gb4789.2-2016测量待检冷藏水产品样品的总菌落数。
技术总结