中国肉类食品综合研究中心臧明伍教授级高级工程师等：拉曼光谱快速测定冷冻猪肉酸价和过氧化值

冷冻贮藏是当前肉品贮藏的最重要贮藏方式，可以有效延长冷冻肉品的货架期。冷冻猪肉在贮藏过程中，蛋白氧化、脂肪氧化和微生物及冰晶的传热传质等会大大降低其感官品质、食用品质及加工性能。酸价是评价猪肉脂质水解的指标，可以综合反映脂质水解氧化程度，已成为猪肉品质管理的重要技术参数之一。拉曼光谱技术作为一种指纹识别图谱，在肉品领域应用主要集中在检测肉中蛋白质结构特性、脂肪酸组成及结构变化、持水力、pH值、色泽和微生物等方面，通过对肉中官能团分子对应的特异拉曼光谱信号进行分析得到预测指标。但因为肉品组成成分复杂，肉品拉曼光谱数据量较大且复杂，因此多需要结合化学计量学方法提取相关特征信息。

中国肉类食品综合研究中心的白京、臧明伍*和河南省肉品技术创新中心有限公司赵燕*等基于拉曼光谱技术和化学计量学技术研究冷冻猪肉在冷冻贮藏过程中的酸价和过氧化值的变化，从脂肪氧化角度研究冷冻猪肉在贮藏过程中的变化规律，探明冷冻猪肉贮藏时间和酸价、过氧化值的关系，建立拉曼光谱快速预测冷冻猪肉酸价和过氧化值的快速无损检测方法，旨在为快速预测判断冷冻猪肉品质和贮藏时间提供一定技术支撑。

1 贮藏时间预测

测定得到所有样品的酸价和过氧化值，酸价结果在0.11～2.33 mg/g、过氧化值结果在0.09～11.10 g/100 g范围内分布。

根据不同贮藏时间的酸价和过氧化值结果，应用最小二乘法进行拟合，拟合结果如表1所示。其中，用过氧化值测定结果直接与贮藏时间建立的一元一次方程决定系数大于0.9，P值小于默认显著水平0.05，说明过氧化值与贮藏时间存在显著的线性回归关系。相反，酸价与贮藏时间不存在显著的线性回归关系（R2=0.3122，P=0.0932＞0.05）。利用过氧化值和酸价共同预测贮藏时间拟合效果更好（R2=0.9365，P=0.0160＜0.05）。

2 拉曼光谱分析

由图1可以看出，样品表面脂肪的拉曼特征位移集中在1000～1800 cm－1和2800 cm－1附近，其中1064 cm－1和1124 cm－1为C—C键伸缩振动，1300 cm－1为—CH2—弯曲振动，1443 cm－1为—CH2—剪切振动，1658 cm－1为C＝C伸缩振动，1745 cm－1为C＝O伸缩振动，2725、2834 cm－1和2860 cm－1为—CH3的对称振动。图1b表示原始光谱经SG-5点平滑方法和airPLS预处理后的光谱平均值以及酸价过氧化值最大值样品光谱和酸价过氧化值最小值样品光谱，可以看出拉曼强度在特征位移位置上与酸价和过氧化值呈一定相关性。本实验结果中，酸价和过氧化值的最大值对应同一个样品，最小值也对应同一个样品。

3 酸价和过氧化值的全波段预测模型建立

应用预处理后的全波段拉曼强度建立酸价和过氧化值的预测模型，建模结果如表2所示。当使用SNV和airPLS方法对光谱预处理时，建立的PLSR模型预测酸价和过氧化值的效果均最好，其中酸价和过氧化值校正模型的 分别为0.88和0.82，RMSECV分别为0.36和2.86，验证集 分别为0.68和0.74，RMSEP分别为0.20和2.34。当使用SG-5点平滑方法对拉曼光谱预处理后，建立的PLSR模型预测酸价和过氧化值的能力均变差。而预测酸价和过氧化值得模型RPD分别为2.20（＞1.90）和1.52（＜1.90），表明预测酸价的模型分辨能力较强，而预测过氧化值的模型分辨能力较弱，模型分辨能力有待进一步提高。

4 酸价和过氧化值的特征波段预测模型建立

全波段拉曼光谱强度与酸价和过氧化值之间的PLSR系数结果如图2所示。可以看出，与酸价和过氧化值回归相关系数较高的拉曼强度大多集中在300～1700 cm－1和2500～3000 cm－1拉曼位移处。

预测酸价和过氧化值的变量数、RMSECV和每个拉曼位移特征回归系数的变化情况如图3、4所示，随着样品运行次数的增加，单个酸价值和过氧化值的PLSR模型保留的样品拉曼位移变量数逐渐减少，且减少的速度由高到低，表明变量筛选过程是粗筛到细筛。最终选取出变量子集和酸价值、过氧化值预测相关的特征拉曼位移变量，分别为53个和58 个拉曼位移变量，分别为总变量数的2.93%和3.21%，如图5所示。可以看出，预测酸价和过氧化值的特征变量分别集中在495、1064、1124、1300、1443、1658、2834、2860 cm－1和1064、1124、1300、1443、2834、2860 cm－1拉曼位移附近。表明1064、1124、1300、1443、2834、2860 cm－1拉曼位移处代表的信息（C—C键伸缩振动、—CH2—弯曲振动、—CH—剪切振动和—CH3的对称振动）均对预测酸价和过氧化值变化贡献较大，但495 cm－1和1658 cm－1处代表的C—O—C对称变形和C＝C伸缩振动仅对酸价的预测贡献较大。

利用选择的特征拉曼位移处的拉曼强度建立酸价和过氧化值的CARS-PLSR模型（图6），校正模型分别为0.88和0.84，RMSECV分别为0.31和2.33，验证集分别为0.76和0.75，RMSEP分别为0.17和1.87，RPD分别为2.59和1.90。可以得到，CARS-PLSR模型得的效果稍优于全波段建模结果，尤其预测过氧化值的模型RPD≥1.90，分辨能力得到提高，表明CARS算法有效筛选的拉曼特征位移主要含有冷冻猪肉脂肪氧化程度预测的相关信息，其他无关拉曼位移被尽可能剔除。这一结果也为确定表征冷冻猪肉脂肪氧化程度的拉曼特征位移提供依据。

5 结论

结合拉曼光谱技术对不同贮藏时间的冷冻猪肉脂肪氧化程度评价指标进行研究，得出了以下结论：1）在贮藏时间在0～360 d 内，冷冻猪肉过氧化值与贮藏时间的相关性（P=0.0003＜0.05）相比酸价与贮藏时间的相关性更为显著（P=0.0932＞0.05）。2）对全波段光谱，经SNV和airPLS预处理后的PLSR模型效果最好，预测酸价和过氧化值的分别为0.88和0.82，RMSECV分别为0.36和2.86，验证集分别为0.68和0.74，RMSEP分别为0.20和2.34，RPD分别为2.20和1.52。3）CARS-PLSR模型仅使用2.93%和3.21%的变量，分别为0.88和0.84，RMSECV分别为0.31和2.33，分别为0.76和0.75，RMSEP分别为0.17和1.87，RPD分别为2.59和1.90，有效提取了相关特征变量，模型的预测效果、稳定性和分辨能力得到提高，拉曼光谱可以有效检测冷冻猪肉的酸价和过氧化值。

本研究中的目标对象为冷冻猪IV号肉，可以进一步增加不同研究对象种类和数量，从而提高拉曼光谱技术在冷冻原料肉品质指标预测的应用范围。

本文《拉曼光谱快速测定冷冻猪肉酸价和过氧化值》来源于《食品科学》2023年44卷08期301-306页。作者：白京，臧明伍，乔晓玲，赵建生，邹昊，吴嘉佳，徐晨晨，史宇璇，王守伟，赵燕. DOI:10.7506/spkx1002-6630-20220422-286. 点击下方阅读原文即可查看文章相关信息。

实习编辑：彭凯雄. 责任编辑：张睿梅。点击下方阅读原文即可查看全文。

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