基于高光谱成像的咸鸭蛋腌制品质快速检测

咸鸭蛋是中国传统腌制食品，因其具有独特的风味和松软的口感，深受人们的喜爱。在我国，70%以上的鸭蛋用于蛋制品加工，如皮蛋、咸鸭蛋和咸蛋黄等，其中，咸鸭蛋的市场份额更是占到鸭蛋制品的68%左右。

咸鸭蛋中的水分和脂质不仅是影响咸鸭蛋品质的重要物质，也是判断咸鸭蛋是否腌制成熟的重要参考标准。在鸭蛋的腌制过程中，随着盐分向内扩散，蛋黄内亲油基团与亲水基团分离，游离态水分子增多并逐渐从蛋黄向蛋白转移，最终扩散到蛋壳外，这也是咸鸭蛋蛋黄出现硬化的原因。当咸鸭蛋蛋白和蛋黄的含水量分别降至75%和20%，蛋黄油脂含量增加到55%左右时，即可认为咸鸭蛋腌制成熟。因此，水分和脂质含量是咸鸭蛋腌制品质的重要参考指标。

高光谱成像技术结合了光谱技术与计算机视觉技术，能够同时获取对象的光谱信息和图像信息。该技术能够获取仪器波长范围内每一像素的光谱数据和图像信息，并进一步实现理化指标的分布检测。

水分含量检测

高光谱数据采集后，按照中国国家标准GB5009.3-2016的方法测量每个咸鸭蛋的水分含量。用分析天平称取约2.000g咸鸭蛋样本，精确到0.001g，然后将样品转移到干燥好的铝盒中。将铝盒放入100℃的热风循环烘箱中烘干4h。随后每隔1h取出刚入干燥皿冷却30min，随后称量，然后重复上述步骤，直至前后两次称量结果相差不超过2mg。含水率计算公式如下:

式中：m1为铝盒和干燥前样品的重量，m2为铝盒和样品干燥后的重量，m3为铝盒重量，单位均为克（g）；为样品含水率，单位为%。

脂质含量检测

高光谱数据采集后，按中国国家标准GB5009.6-2016第二章酸水解法的方法测定咸鸭蛋蛋黄的脂类含量。咸鸭蛋蛋黄中的结合态脂肪必须用强酸使其游离出来，然后溶于有机溶剂。将蛋黄先用盐酸水解，然后用无水乙醚提取，用氮吹仪除去溶剂后即得游离态和结合态脂肪的总含量。脂质含量计算公式如下:

式中：m1为玻璃离心管和干燥后样品的重量，m2为玻璃离心管和干燥前样品的重量，m3为样品的重量，单位均为克（g）；为样品的脂质含量，单位为%。

咸鸭蛋中水分和脂质含量的变化

水分含量（MC）和脂肪含量（LC）是影响咸鸭蛋品质的重要因素。因此，本研究主要对这两个关键性指标进行分析讨论，以解释咸鸭蛋内部品质特征发生变化的现象。图1为蛋清和蛋黄中水分和脂肪含量每三天的变化情况。从图1（a）中可以看出，随着腌制过程的进行，各层含水率逐渐降低，这是由于盐从腌制液扩散到蛋黄中，亲脂基团和亲水基团相互分离，水分从蛋黄向蛋清移动，最后通过蛋壳扩散出鸭蛋。在腌制过程中，蛋白内层和外层含水率差异不显著，均从85%左右下降到75%左右。这是因为蛋清具有良好的流动性，水分在蛋清中自由移动，整体保持一个平衡地状态。蛋黄含水率在腌制过程中呈现下降趋势，并且蛋黄外层含水率下降速度快于内层含水率，腌制后期蛋黄内外层含水率又逐渐接近。Chi和Tseng等人发现，在腌制过程中，蛋黄外层先变硬，然后逐渐向蛋黄内层延伸，其中，蛋黄硬度层的形成可能是由于水分含量的降低。当外层和内层含水率相近时，整个蛋黄均已硬化，此时整个蛋黄颜色相近，可认为咸鸭蛋已腌制成熟。

图1 不同腌制天数不同分层咸鸭蛋水分及脂质含量

图1（b）描述了蛋黄在腌制过程中脂质含量的变化。通过预实验并参考其他研究中对蛋白中脂质含量的测定，发现蛋白中几乎不含脂类物质，因此在本研究不考虑蛋白中脂质含量变化情况。由图1（b）可以看出，两层的脂质含量都随着腌制时间的延长而增加。脂质变化趋势与水分变化趋势相反。这是因为随着水分从蛋黄向蛋清的迁移，蛋黄中水分含量减少，脂类的含量相对升高。蛋黄外层脂肪含量高于内层，而外层水分含量却低于内层，这也表明蛋黄中脂肪含量与水分含量呈现负相关的关系。

反射光谱的提取

黑白校正后，用ENVI5.3.1计算每个样本ROI内所有像素的平均光谱值。各组咸鸭蛋的平均光谱曲线如图2所示。

图2 咸鸭蛋不同分层的平均光谱曲线

从图2可以看出，不同天数的反射光谱具有相似的特征。随着腌制时间的延长，咸鸭蛋的反射率逐渐降低，造成这种现象的原因可能是腌制过程中咸鸭蛋内部物质的组成及含量发生了变化，如水分、脂类和蛋白质等物质。

图3 经不同方法预处理后的光谱

水分和脂质的可视化分布

在咸鸭蛋腌制过程中，水分和脂质在盐分作用下发生迁移，不同腌制时期其分布有明显的差异，因此，水分和脂质的可视化分布图能够更好地帮助研究人员判断腌制效果，调整腌制工艺。图5显示了咸鸭蛋在不同腌制阶段的水分分布图。样品右侧渐变颜色条的不同颜色代表了不同含量的水分含量和脂质含量。从深蓝色到绿色再到红色的渐变代表着水分含量或脂质含量越来越高。从水分分布图可以看到，在腌制初期，蛋黄水分含量略低于蛋白，且其水分分布较为均匀。而随着腌制时间的延长，蛋黄外层逐渐变蓝，表明其水分含量逐渐降低，蛋黄中的水分逐渐向蛋白迁移。随着腌制过程持续进行，蛋黄外侧深蓝色区域逐渐扩大并向蛋黄中心拓展，这就是咸鸭蛋腌制过程中蛋黄硬化的过程。

图4 不同腌制时间咸鸭蛋剖面水分分布图

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

图5 咸鸭蛋剖面脂质分布图

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

图5显示了咸鸭蛋在不同腌制阶段的脂质分布图。由图可以看到，蛋白部分几乎不含脂质。随着腌制时间的延长，蛋黄部分颜色由蓝逐渐向红色转变，说明在腌制过程中，咸鸭蛋蛋黄部分脂质含量逐渐升高。并且蛋黄外层颜色先由蓝色向红色转变。结合水分含量的变化，进一步验证了在腌制过程中，蛋黄外层率先发生硬化现象，然后逐渐向内层拓展，到腌制后期，蛋黄内、外层都发生硬化，整个蛋黄水分及脂质分布又趋于统一。

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审核编辑 黄宇