Εφαρμογή των σύγχρονων μη επεμβατικών μεθόδων, FTIR, Videometer, Fresh Detect και E-nose, στην εκτίμηση της ποιότητας των ιχθύων και της νοθείας στα προϊόντα τους

Abstract

Οι ιχθύες είναι ένα ευαλλοίωτο τρόφιμο που χαρακτηρίζεται από σύντομη διάρκεια ζωής. Η αλλοίωση, συχνά, επιταχύνεται λόγω λανθασμένων πρακτικών, όπως είναι η μη τήρηση της ψυκτικής αλυσίδας κατά τον χειρισμό, την επεξεργασία και την συντήρηση των ιχθύων μετά τη αλίευση. Εκτός από την αλλοίωση, η ποιότητα ενός προϊόντος ιχθύος υποβαθμίζεται με δόλιες πρακτικές, όπως είναι η σκόπιμη προσθήκη ή υποκατάσταση ενός είδους με ένα φθηνότερο, μη-αναγραφόμενο είδος. O στόχος της παρούσας εργασίας ήταν η εφαρμογή ταχέων, μη επεμβατικών μεθόδων για την εκτίμηση της μικροβιακής αλλοίωσης των ιχθύων υπό μεταβαλλόμενα θερμοκρασιακά προγράμματα και της νοθείας σε μπιφτέκια ιχθύων.

Κατά το πρώτο μέρος της πειραματικής διαδικασίας, διεξήχθησαν δύο ανεξάρτητα πειράματα αλλοίωσης σε δείγματα τσιπούρας (Sparus aurata) και λαβρακιού (Dicentrarchus labrax) ιχθυοτροφείου σε τρία διαφορετικά θερμοκρασιακά προγράμματα (διακύμανση μεταξύ 2 – 15 oC). Συγκεκριμένα, χρησιμοποιήθηκαν ολόκληροι ιχθύες και φιλέτα ιχθύων που συντηρήθηκαν στον αέρα καθώς και φιλέτα ιχθύων υπό τροποποιημένης ατμόσφαιρας συσκευασία (ΜΑΡ, CO2:Ο2:N2 28,4:0,3:71,3 και 25,7:0,6:73,7 % v/v για τσιπούρα και λαβράκι, αντίστοιχα). Πραγματοποιήθηκε δειγματοληψία ανά 24 ώρες και οργανοληπτική αξιολόγηση των δειγμάτων. Ακόμη, τα δείγματα τσιπούρας και λαβρακιού αναλύθηκαν με τις μεθόδους Πολυφασματική Απεικόνιση (MSI), Φασματοσκοπίας Υπέρυθρου με μετασχηματισμό Fourier (FTIR) και την Ηλεκτρονική μύτη (Enose). Τα δεδομένα που προέκυψαν από τις μεθόδους αξιοποιήθηκαν για την δημιουργία μοντέλων πρόβλεψης της μικροβιακής αλλοίωσης με γραμμική παλινδρόμηση με τη μέθοδος των μερικών ελαχίστων τετραγώνων (PLS-R) και τη διακριτική ανάλυση με την μέθοδο των μερικών ελαχίστων τετραγώνων (PLS-DA). Κατά το δεύτερο μέρος του πειράματος, παρασκευάστηκαν μπιφτέκια από σάρκα τσιπούρας και παγκάσιους (Pangasius hypophthalamus), δημιουργώντας 7 κατηγορίες νοθευμένων μπιφτεκιών τσιπούρας από παγκάσιους σε διάφορες αναλογίες (0 , 10, 20, 30, 40, 50 and 100 % (w/w) νοθεία). Τα δείγματα παρασκευάζονταν φρέσκα σε δύο επαναλήψεις πριν την εφαρμογή των μεθόδων MSI, FTIR και της φασματοσκοπίας φθορισμού (Fresh Detect). Η μέθοδος PLS-DA εφαρμόστηκε για την ταξινόμηση των φασματικών δεδομένων που πρόεκυψαν από τα δείγματα στα 7 παραπάνω επίπεδα νοθείας.

Από τα μικροβιολογικά αποτελέσματα φάνηκε ότι οι επικρατέστεροι αλλοιωγόνοι μικροοργανισμοί στα δείγματα τσιπούρας και λαβρακιού και στις δύο συνθήκες συντήρησης ήταν οι Pseudomonas spp. και τα βακτηρία που παράγουν H2S. Η διάρκεια ζωής των φιλέτων λαβρακιού στα διάφορα θερμοκρασιακά προγράμματα που εφαρμόστηκαν, σύμφωνα με τα οργανοληπτικά χαρακτηριστικά προσδιορίστηκε στις 6 ημέρες στον αέρα και στις 5 ημέρες υπό MAP, ενώ για τα φιλέτα τσιπούρας στις 4 ημέρες στον αέρα και στις 5 ημέρες υπό ΜΑΡ. Από τα μοντέλα που αναπτύχθηκαν από τα δεδομένα των MSI, FTIR και Enose καλύτερη επίδοση εμφάνισε η μέθοδος FTIR για τους ολόκληρους ιχθύες και τα φιλέτα ιχθύων στον αέρα και υπό MAP. Όσον αφορά τη νοθεία, σε αντίθεση με τη μέθοδο FTIR, τα PLS-DA μοντέλα από το MSI και το Fresh Detect έδωσαν αρκετά ικανοποιητικά αποτελέσματα στην αναγνώριση των νοθευμένων μπιφτεκιών από παγκάσιους (73,9 και 82,8 %, αντίστοιχα) σε σχέση με τα αμιγώς μπιφτέκια τσιπούρας (96,7 και 83,3 %, αντίστοιχα). Ωστόσο, τα μοντέλα αδυνατούσαν να κατηγοριοποιήσουν τα νοθευμένα μπιφτέκια στις σωστές κατηγορίες νοθείας.

Fishes are perishable food products characterized by short shelf life. Spoilage is often accelerated due to improper practices, including non-compliance with the cold chain during handling, processing and storage of fishes after their capture. In addition to spoilage, the quality of a fish product is debased by fraudulent practices, as is the intentionally addition or replacement of fish species by low-priced, undeclared species. The objective of this work was to evaluate the microbial deterioration of fishes stored under dynamic temperature profiles and the adulteration of fish burgers by using rapid, non-invasive methods.

In the first part of the experimental procedure, two independent spoilage experiments were performed on sea bream (Sparus aurata) and sea bass (Dicentrarchus labrax) samples stored in three different dynamic temperature profiles (range between 2 - 15 oC). In particular, aerobically packaged whole fishes and their fillets were used as well as fillets under modified atmosphere packaging conditions (ΜΑΡ, CO2:Ο2:N2 28,4:0,3:71,3 and 25,7:0,6:73,7 % v/v for sea bream and sea bass, respectively). Microbiological analysis and sensory evaluation were performed every 24 hours. In parallel, samples were subjected to Multispectral imaging (MSI), Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR) and Electronic nose (Enose). The acquired data were used to create Partial Least Square – Regression (PLS-R) and Partial Least Square – Discriminant Analysis (PLS-DA) models for the prediction of microbial spoilage. In the second part, patties of sea bream and pangasius flesh (Pangasius hypophthalamus) were prepared, creating 7 categories of adulterated sea bream burgers in different proportions (0, 10, 20, 30, 40, 50 and 100 % (w/w) adulteration). Fresh duplicate of samples were prepared before the application of MSI, FTIR and fluorescence spectroscopy (Fresh Detect). The PLS-DA method was applied to classify the spectral data obtained from the samples into the above 7 levels of adulteration.

The microbiological results revealed that Pseudomonas spp. and H2S-producing bacteria were the dominant spoilage microorganisms in the sea bream and sea bass samples in both storage conditions. Based on sensory evaluation, the shelf life of sea bass fillets stored under different temperature profiles was determined at 6 days in the air and 5 days under MAP, while for sea bream fillets in the air at 4 days and 5 days under MAP. Among the models developed by MSI, FTIR and Enose data, the FTIR method had better performed for whole fish and fish fillets in air and under MAP. Regarding adulteration, unlike FTIR method, the PLS-DA models obtained by MSI and Fresh Detect gave quite satisfactory results in the identification of adulterated burgers (73.9 and 82.8%, respectively) in relation to pure sea bream burgers (96.7 and 83.3%, respectively). However, the models were unable to categorize adulterated burgers into the corresponding adulteration categories. More data are needed to increase the sensors efficiency.