Εκτίμηση της αλλοίωσης της τσιπούρας (Sparus aurata) με τη χρήση άμεσων οπτικών αισθητήρων

Abstract

Η τσιπούρα (Sparus aurata) αποτελεί ένα από τα βασικότερα είδη της μεσογειακής υδατοκαλλιέργειας με σημαντική οικονομική και διατροφική αξία. Η υψηλή περιεκτικότητά της σε υγρασία, η σχεδόν ουδέτερη τιμή pH την καθιστούν ιδιαίτερα ευαλλοίωτο τρόφιμό καθώς επιταχύνεται η ανάπτυξη των αλλοιωγόνων μικροοργανισμών. Παράλληλα η μη τήρηση της ψυκτικής αλυσίδας κατά την διάρκεια συντήρησης υποβαθμίζουν την οργανοληπτική της ποιότητα και μειώνουν τη διάρκεια ζωή της. Για τον λόγο αυτό, η ανάπτυξη ταχέων και αξιόπιστων μη καταστρεπτικών τεχνικών για την παρακολούθηση της φρεσκότητας και της μικροβιακής ποιότητας των ιχθύων αποτελεί σημαντικό πεδίο έρευνας. Στην πειραματική διαδικασία μελετήθηκαν ολόκληρες απεντερωμένες τσιπούρες (Sparus aurata), που συσκευάστηκαν υπό τροποποιημένη ατμόσφαιρα και συντηρήθηκαν σε τέσσερις διαφορετικές θερμοκρασίες στους 0, 4, 8 και 12 ℃. Για την αξιολόγηση της μικροβιακής αλλοίωσης μελετήθηκαν η ολική μεσόφιλη μικροχλωρίδα (ΟΜΧ), οι ψευδομονάδες (Pseudomonas spp.) και το Brochothrix spp., το Enterobacteriaceae, τα Οξυγαλακτικά Βακτήρια (lab bacteria) και τα Θειοπαραγωγικά Βακτήρια (H2S Producing bacteria). Οι δειγματοληψίες στους 0 ℃ πραγματοποιήθηκαν ανά 3 ημέρες (72 ώρες), στους 4 ℃ ανά 48 ώρες ενώ στους 8 ℃ ανά 24 ώρες και στους 12 ℃ ανά 24 ώρες με 2 αναλύσεις την ημέρα για 2 ημέρες. Παράλληλα με τις δειγματοληψίες πραγματοποιήθηκε η πολυφασματοσκοπική ανάλυση με την τεχνική υπέρυθρου μετασχηματισμού Fourier (FTIR). Τέλος, τοποθετήθηκαν οπτικοί αισθητήρες (OLED) και οι Xρονοθερμοκρασιακοί δείκτες (TTIs) για πιο άμεση και μη παρεμβατική μέθοδο κατανόησης της αλλοίωσης από τις οποίες λαμβάνονταν φάσματα μετά από κάθε δειγματοληψία. Τέλος πραγματοποιήθηκαν μετρήσεις pH και οργανοληπτική αξιολόγηση των δειγμάτων για τον προσδιορισμό της διάρκειας ζωής τους. Από τα μικροβιολογικά αποτελέσματα προέκυψε ότι οι πληθυσμοί των Pseudomonas spp. και των θειοπαραγωγικών βακτηρίων (Shewanella spp.) αποτελούν τους κύριους αλλοιωγόνους μικροοργανισμούς της τσιπούρας υπό συνθήκες τροποποιημένης ατμόσφαιρας (MAP) καθώς παρουσίασαν παρόμοια ανάπτυξη με την Ολική μεσόφιλη χλωρίδα (ΟΜΧ). Παράλληλα διαπιστώθηκε ότι η θερμοκρασία συντήρησης επηρεάζει καθοριστικά την μικροβιακή αλλοίωση καθώς επιταχύνει την ανάπτυξη των μικροοργανισμών και μειώνει τη διάρκεια ζωής τους. Η διάρκεια ζωής στους 0°C ήταν 19 ημέρες, στους 4°C ήταν 12 ημέρες, ενώ όσο αυξάνονταν η θερμοκρασία μειώνονταν η διάρκεια ζωής των ιχθύων όπου στους 8 °C ήταν 6 ημέρες και στους 12°C 5 ημέρες. Οι τιμές pH παραμένουν σχετικά σταθερές, παρουσιάζοντας αύξηση μόνο στα δείγματα που συντηρήθηκαν στους 12℃. Παράλληλα τα φασματικά δεδομένα των οπτικών αισθητήρων (OLED) παρουσίασαν μεταβολές που συσχετίστηκαν με την εξέλιξη της αλλοίωσης και την παραγωγή πτητικών ενώσεων οι οποίες ήταν εμφανέστερες στις υψηλότερες θερμοκρασίες συντήρησης. Αντίστοιχά οι χρονοθερμοκρασιακοί δείκτες (TTIs) ανταποκρίθηκαν αποτελεσματικά στις μεταβολές της θερμοκρασίας σε σχέση με το χρόνο συντήρησης, παρουσιάζοντας συσχέτιση με την εξέλιξη της μικροβιακής αλλοίωσης και τη μείωση της διάρκειας ζωής των δειγμάτων. Στα φασματικά δεδομένα που προέκυψαν από το FTIR εφαρμόστηκαν μοντέλα παλινδρόμησης PLS-R για την ποσοτική πρόβλεψη της μικροβιολογικής ποιότητας και PLS-DA για την διάκριση των δειγμάτων σε φρέσκα και αλλοιωμένα. Τα μοντέλα παλινδρόμησης PLS-R παρουσίασαν χαμηλή προβλεπτική ικανότητα των μικροοργανισμών και τα μοντέλα PLS-DA παρουσίασαν καλύτερά αποτελέσματα ταξινόμησης για τα δεδομένα του δέρματος αλλά με μειωμένη διάκριση των αλλοιωμένων δειγμάτων. Συνολικά τα αποτελέσματα της παρούσας μελέτης καταδεικνύουν ότι η θερμοκρασία συντήρησης αποτελεί καθοριστικό παράγοντα για την εξέλιξη της αλλοίωσης της τσιπούρας. Συνεπώς η χρήση σύγχρονων μη καταστρεπτικών τεχνικών όπως οι οπτικοί αισθητήρες (OLED), οι χρονοθερμοκρασιακοι δείκτες (TTIS) και η φασματοσκοπία υπέρυθρου με μετασχηματισμό Fourier FTIR αποτελούν αποτελεσματικές τεχνικές για την παρακολούθηση της αλλοίωσης και την πρόβλεψης της διάρκειας ζωής των αλιευτικών προϊόντων οι οποίες χρειάζονται μερικές βελτιώσεις.Abstract The gilthead seabream (Sparus aurata) is one of the most important species in Mediterranean aquaculture, with significant economic and nutritional value. Its high moisture content and nearly neutral pH make it a highly perishable food, as it accelerates the growth of spoilage microorganisms. At the same time, failure to maintain the cold chain during storage degrades its organoleptic quality and shortens its shelf life. For this reason, the development of rapid and reliable non-destructive techniques for monitoring the freshness and microbial quality of fish is an important area of research. In the experimental procedure, whole gutted sea bream (Sparus aurata) was studied these were packaged under modified atmosphere and stored at four different temperatures: 0, 4, 8, and 12 °C. To evaluate microbial spoilage, the Total Viable Count (TVC), Pseudomonas spp., Brochothrix spp., Enterobacteriaceae, lactic acid bacteria, and hydrogen sulfide-producing bacteria (H2S-producing bacteria). Sampling at 0 °C was perfomed every 3 days ( 72 hours) and 4 °C was performed every 48 hours, while at 8 °C it was performed every 24 hours and at 12 °C every 24 hours with two analyses for two days. In parallel with the sampling, spectroscopic analysis was performed using the Fourier transform infrared (FTIR) technique. Finally, optical sensors (OLED) and Time-Temperature Indices (TTIs) as a more direct and non-invasive method for understanding spoilage, from which spectra were obtained after each sampling. Finally, pH measurements and organoleptic evaluations of the samples were performed to determine their shelf life. The microbiological results showed that the populations of Pseudomonas spp. and the sulfur-producing bacteria (Shewanella spp.) are the main spoilage microorganisms in sea bream under modified atmosphere packaging (MAP) conditions, as they exhibited growth like that of the Total Viable Count (TVC). At the same time, it was found that storage temperature significantly affects microbial spoilage, as it accelerates the growth of microorganisms and shortened their shelf life. The shelf life at 0°C was 19 days, at 4°C it was 12 days, while as the temperature increased, the shelf life of the fish decreased, being 6 days at 8°C and 5 days at 12°C. pH values remained relatively stable, showing an increase only in the samples kept at 12°C. At the same time, the spectral data from the optical sensors (OLED) showed changes that correlated with the progression of spoilage and the production of volatile compounds, which were more pronounced at higher storage temperatures. Similarly, the time-temperature indices (TTIs) responded effectively to temperature changes in relation to storage time, showing a correlation with the progression of microbial spoilage and the reduction in the shelf life of the samples. PLS-R regression models were applied to the spectral data obtained from FTIR for the quantitative prediction of microbiological quality, and PLS-DA for the classification of samples into fresh and spoiled. The PLS-R regression models showed low predictive ability for microorganisms, and the PLS-DA models yielded better classification results for the skin data but with reduced discrimination of spoiled samples. Overall, the results of this study demonstrate that storage temperature is a determining factor in the progression of sea bream spoilage. Consequently, the use of modern non-destructive techniques such as optical sensors (OLED), time-temperature indicators (TTIS), and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) are effective techniques for monitoring spoilage and predicting the shelf life of fishery products, though they require some improvements.