076 基于智能手机的图像分析用于猕猴桃冷藏期间品质的快速评价
文摘
科学
2023-05-27 17:00
陕西
| 主题 | 基于智能手机的图像分析用于猕猴桃冷藏期间品质的快速评价 |
| 题目 | Smartphone-Based Image Analysis for Rapid Evaluation of Kiwifruit Quality during Cold Storage |
| 期刊 | Foods |
| 中科院分区 | 2区 | 影响
因子 | 5.561 |
| 第一作者 | Hongbo Li | 通讯作者 | Haizhen Mo
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| 单位 | School of Food and Biological Engineering, Shaanxi University of Science and Technology |
| 原文链接 | https://doi.org/10.3390/foods11142113 |
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猕猴桃作为富含维生素C的水果，选择货架期品质最佳的食用时间对消费者来说仍是一个难题。本文主要研究猕猴桃采后冷藏时间、品质指标、挥发性风味物质与手机拍照RGB值读数的相关性。结果表明，猕猴桃果实中心部位的R/B比值(Central R/B)和B/G比值(CentralB/G)与贮藏时间和所有品质指标均有显著相关性。中心R/B与可滴定酸、维生素C、2，6 -壬二烯醛含量和硬度呈负相关，与贮藏时间、失重率、可溶性固形物含量、可溶性总糖、菌落总数和1，3 -环辛二烯呈正相关。我们提供了一种新颖和智能的策略，通过使用智能手机捕获和计算RGB值来预测猕猴桃的保质期和质量参数。
于2021年10月28日，从陕西省宝鸡市眉县的商业果园中采摘300个成熟度约为80 %的‘徐香’猕猴桃(绿果猕猴桃)，置于2℃冰箱中贮藏，每3 d取样1次，连续取样1个月。然后，每次随机选取24个猕猴桃果实用于测定果肉硬度、果肉颜色、可溶性固形物含量、水分分布和风味物质等理化性质的变化。每个指标试验选取3个不同的猕猴桃，每个试验重复3次。文中缩写：Weight Loss (WL)——失重；Soluble Solids Content (SSC)——可溶性固形物含量；Total Soluble Sugars (TSS)——总可溶性糖；Titratable Acidity (TA)——可滴定酸；Total Plate Counts (TPC)——平板计数；Volatile Flavor Compounds (VFC)——挥发性风味物质。‘徐香’猕猴桃在低温(2℃)贮藏过程中表皮和纵切面的变化如图1A所示。随着贮藏时间的延长，猕猴桃果肉颜色逐渐变黄，可溶性固形物含量逐渐增加(图2A )。不同果实部位的R/G、R/B和B/G值热图见图1B。采后贮藏15 d后，3个部位的B/G值均呈下降趋势，R/G和R/B值总体呈上升趋势。不同部位猕猴桃R/G、R/B和B/G值与贮藏时间的相关性见图1C。贮藏时间与中心R/B (r=0.94)呈显著正相关，与中心B/G (r=-0.95)呈显著负相关。因此，中心部分的RGB值可以用来预测猕猴桃的腐烂时间。
图1 ‘徐香’猕猴桃在冷藏过程中外观和果肉颜色发生变化。2℃贮藏1个月的‘徐香’猕猴桃果皮和纵切面( A )。不同果实部位(B)的R/G、R/B和B/G值的热图。不同果实部位的R/G、R/B和B/G值与贮藏时间(C)的相关性，其中+ 1.0和- 1.0分别代表两个特征之间更强的正相关和负相关。猕猴桃在2℃贮藏过程中品质性状的变化大致可分为3个阶段，即在采后贮藏第12天和第24天，几乎所有的特性都发生了显著变化(图2 )。在2℃贮藏1个月后，WL从0.26%线性增加到7.85 %。在本研究中，随着贮藏时间的延长，果肉硬度值从2.45 N下降到0.62 N。硬度与TA (r=0.93)、VC (r=0.90)呈正相关，与WL (r=- 0.99)、SSC (r=-0.97)、TSS (r=-0.97)、TPC(r=-0.93)呈负相关。猕猴桃SSC在冷藏1个月内总体呈上升趋势，变化范围为13.77~16.64 °Brix。同时，由于利用淀粉产生的糖类补充呼吸作用增强消耗的能量，其含量在贮藏后期趋于平缓。在‘徐香’猕猴桃中，2 ℃贮藏期间 TA 从213 mmol/kg下降到 83 mmol/kg，VC含量在0 ~ 30 d迅速下降到280 mg/kg FW。
TPC超过1000 CFU/g 的水果类产品被认为是不可食用的。本研究中，‘徐香’猕猴桃TPC在贮藏15 d后迅速上升，在第30天达到峰值( 580 CFU/g)。现有文献主要关注鲜切猕猴桃或猕猴桃汁中的细菌总数，而针对贮藏过程中TPC变化的研究较少。在本研究中，TPC与WL (r=0.96)、TSS (r= 0.90)和SSC (r=0.95)呈正相关，与硬度(r=-0.93)、TA (r=-0.92)和VC (r=-0.97)呈负相关。
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图2 2℃贮藏1个月的‘徐香’猕猴桃(A)硬度、失重率(WL)、可滴定酸(TA)、可溶性总糖( TSS )、菌落总数(TPC)、可溶性固形物(SSC)、维生素C (VC)。质量指标热图(B)。
猕猴桃不同部位T2的连续分布如图3所示。根据T2，拟合的连续指数曲线大致可以分为三部分：T21( 0.01 ~ 10 ms)、T22( 10 ~ 100 ms)和T23( 100 ~ 10 000 ms)。这3个组分的面积分别代表紧密结合水、软结合水和自由水的含量。对于猕猴桃的中心和中果皮部位，T23在其他采样日的弛豫峰相对于第0天向右偏移，表明在低温采后贮藏过程中水分活度增加。而自由水的相对含量随着贮藏时间的延长先增加后减少。这种自由水的增加可能与猕猴桃果实成熟期有关，而减少的原因可能是果实的水分蒸发。在贮藏后期，观察到T22和T23峰的融合，这是由于严重的细胞损伤导致水从液泡迁移到细胞质，最终融合并避免了软结合水和自由水的分离。![]()
图3 冷藏期间猕猴桃果实中部(A)和中果皮(B)的水分分布。采用HS - SPME - GC / MS联用技术对’徐香’猕猴桃低温贮藏过程中的58种化合物进行了鉴定和定量分析。这些化合物包括酮类、醇类、醛类、酯类和烃类以及少量的萜类化合物。相应的热图和PCA分别如图4和图5所示。第27天，VFC与第30天果实相似，但与其他采样日差异显著。贮藏24 d后，猕猴桃由成熟阶段进入腐烂阶段，导致与果实腐烂相关的化合物如18 - Crown - 6含量升高，可能是导致上述结果的原因。采用非线性最小二乘法拟合VFCs与贮藏时间(图6A )。与猕猴桃的品质指标不同，10种VFCs的含量随时间的变化没有明显的趋势(图6C )。因此，我们进一步分析了所有识别出的VFCs与储存时间的相关性。结果表明，2，6 -壬二烯醛( r = -0.78)和1，3 -环辛二烯( r = 0.80)与贮藏时间t具有较高的相关性。![]()
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图5 ‘徐香’猕猴桃挥发性风味物质的主成分分析( PCA )。不同采样日之间的醇类物质没有显著差异。除这些化合物外，还鉴定出了庚烯酮、N -羟基苯甲酰亚胺甲酯和α -荜澄茄烯，这可能是’徐香’猕猴桃的挥发性特征，因为它们在其他品种中没有发现。我们认为，贮藏15 d的‘徐香’猕猴桃果实处于成熟期，此阶段酯类物质含量高，醛类物质含量低，口感最好。![]()
图6 采用非线性最小二乘法拟合分析VFCs -贮藏时间(A)和品质指标-贮藏时间(B)之间的关系。对筛选出的10个VFCs及所有品质指标随贮藏期的延长进行热图分析 (C)。
相关系数是衡量多个变量之间关联程度的指标。由图7可知，2℃贮藏下猕猴桃的中心R/B和中心B/G均与贮藏时间和所有品质指标表现出较强的相关性，由上述结果(图7 )选出的2个VFC相关系数绝对值在0.70 ~ 0.97之间。尤其值得注意的是，中心R/B与贮藏时间(r=0.96)、TPC (r=0.95)、SSC (r=0.92)、TSS (r=0.94)和WL (r=0.97)呈显著正相关，与硬度(r=-0.94)呈显著负相关，与中心B/G呈显著负相关。因此，我们认为猕猴桃中部的果肉颜色，特别是R/B和B/G可以作为一个有效的指标来估计贮藏时间、风味物质和品质参数，包括物理特性、主要营养成分和细菌总数。通过智能手机捕捉和计算猕猴桃的RGB值来估计贮藏时间后，我们可以进一步预测此时猕猴桃不同部位的水分状况。![]()
图7 所有品质参数、猕猴桃中心部位果肉颜色与筛选出的两个VFCs与贮藏时间的相关性。
本研究测定了‘徐香’猕猴桃采后低温贮藏 (2℃)过程中品质指标和挥发性风味物质的变化，并对各指标进行了相关性分析。结果表明，随着贮藏时间的延长，果实硬度、维生素C和可滴定酸含量逐渐降低，失重率、可溶性固形物含量、可溶性总糖和菌落总数逐渐增加。结果表明，猕猴桃的中心R/B和中心B/G与贮藏时间和各项品质指标均有较强的相关性。中心R/B与可滴定酸、维生素C、2，6 -壬二烯醛含量和硬度呈负相关，与贮藏时间、失重率、可溶性固形物含量、可溶性总糖、菌落总数和1，3 -环辛二烯含量呈正相关。在此基础上，基于智能手机的图像分析可以反映猕猴桃的新鲜度。我们提供了一种新颖和智能的策略，通过使用智能手机捕获和计算RGB值来预测猕猴桃的保质期和质量参数。特别是对于供应链末端的普通消费者或水果零售商而言，快速评价采后猕猴桃的品质，可以避免错过最佳食用期而造成腐烂浪费。邮箱：mihoutaojia517@163.com
文献解读：张敏
编辑：张敏
校稿：赵沁雨、兰天
审核：马婷婷
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