Lebensmittelqualitätstests, deren Durchführung im Labor traditionell Stunden – oder Tage – dauert, können jetzt in nur wenigen Minuten durchgeführt werden, ohne dass Sie sich auch nur von der Produktionslinie entfernen müssen.
„Das ist ein Wendepunkt für die Branche. Es ermöglicht Ihnen, das Labor zu verlassen und in der Produktionslinie oder sogar im Feld zu testen“, sagte Luis Rodriguez-Saona, Professor für Lebensmittelwissenschaft und -technologie an der Ohio State University.
In den letzten 16 Jahren war der Lebensmittelwissenschaftler beim Staat Ohio tätig Hochschule für Lebensmittel-, Agrar- und Umweltwissenschaften hat den Einsatz von Infrarot-Technologie zur Bestimmung der Qualität von Lebensmittelprodukten untersucht. Rodriguez-Saona ist außerdem Wissenschaftlerin am Ohio Agricultural Research and Development Center, dem Forschungszweig des Colleges.
In den letzten vier Jahren sind tragbare Scanner auf den Markt gekommen, und seine Kleinarbeit hat sich als unschätzbar erwiesen, sie an die Bedürfnisse der Lebensmittelindustrie anzupassen.
„Mit Tomatensaft können wir 12 verschiedene Attribute in weniger als einer Minute betrachten“, sagte Rodriguez-Saona. „All dies würde mehrere Stunden, wenn nicht Tage dauern, um eine Probe auf traditionelle Weise zu sammeln und zu testen.“
Neben anderen Kooperationen hat Rodriguez-Saona in den letzten fünf Jahren Verträge mit der Kalifornische Liga der Küchenmaschinen Tomatensaft und Tomatenmark zu testen. Kalifornien produziert mehr als 90 Prozent der verarbeiteten Tomaten des Landes und fast die Hälfte der verarbeiteten Tomaten, die weltweit angebaut werden.
„Die Operation ist erstaunlich“, sagte Rodriguez-Saona. „Sie haben so viele Produktionslinien und schicken jede Stunde Proben an das Labor, um die Qualität verschiedener Chargen zu überwachen.“
Solche Tests sind erforderlich, um die Sicherheit und Qualität des Tomatensafts zu gewährleisten, von dem ein Großteil zu Tomatenmark und anderen Produkten weiterverarbeitet wird.
Derzeit nutzt die Industrie die Technologie, um die traditionelle Überwachung zu ergänzen, aber die Arbeit von Rodriguez-Saona könnte dazu beitragen, die Genehmigung zu erhalten, sie als primäre Testmethode zu verwenden. Bisher hat Rodriguez-Saona fünf veröffentlicht wissenschaftliche Arbeiten über den Einsatz von Infrarottechnologie für die Verarbeitung von Tomaten.
„Jetzt nehmen sie Proben, bringen sie ins Qualitätssicherungslabor, und einige der Tests dauern mehrere Stunden. Auch für diese Arbeiten benötigen sie qualifiziertes Personal. Das ist zeit- und kostenintensiv.“
Wenn der Test irgendwelche Probleme mit dem Produkt feststellt, müsste der Verarbeiter es mit einem Rabatt verkaufen oder es erneut verarbeiten.
„Aber mit diesem Gerät – es ist so klein wie eine Brotdose – können Sie es in die Anlage bringen, um die Qualität des Produkts in Echtzeit zu beurteilen und sofort Optimierungen an der Verarbeitung vorzunehmen, anstatt auf die Laborergebnisse warten zu müssen .“
In seinen Studien verwendet Rodriguez-Saona Infrarotsensoren führender Entwickler, darunter Agilent Technologies und Thermo Fisher Scientific. Die tragbaren Infrarotlichtinstrumente wurden ursprünglich für das Verteidigungsministerium, die Drug Enforcement Agency und die pharmazeutische Industrie entwickelt, um das Vorhandensein von Sprengstoffen und illegalen Drogen zu identifizieren und Arzneimittel auf Fälschungen zu testen. Einige der tragbaren Scanner sind so groß wie Werkzeugkästen, andere sind handgehalten.
„Wir sind die ersten, die diese Instrumente erhalten haben, um Anwendungen in der Lebensmittelindustrie zu untersuchen“, sagte er.
Der Ablauf der Prüfung ist denkbar einfach: Eine erbsengroße Produktprobe wird auf den Scanner gelegt oder mit dem Handspektrometer gescannt. Ein Infrarotlicht zielt auf bestimmte funktionelle Gruppen in den Molekülen ab, aus denen das Lebensmittel besteht; verschiedene Moleküle absorbieren das Licht mit unterschiedlichen Frequenzen.
„Dies erzeugt ein Spektrum, das auf dieser Lichtabsorption basiert“, sagte Rodriguez-Saona. „Wir unterziehen dieses Spektrum einer multivariaten Analyse, um genau die Informationen zu finden, nach denen wir suchen.
„Ich vergleiche das Spektrum mit einem Panoramafoto. Es enthält viele Informationen, aber um die gesuchten Informationen zu finden, müssen Sie sie genau studieren. Die multivariate Analyse ist wie ein Vergrößerungsglas, mit dem Sie dies tun können, indem Sie mithilfe der Chemometrie ein bestimmtes Signal identifizieren, das mit einem bestimmten Molekül assoziiert ist.
„Im Grunde ist es, als würde man Waldo finden.“
Rodriguez-Saona hat die Algorithmen für die Scanner entwickelt, um verschiedene Aspekte der Lebensmittel zu erkennen, und seine Es wurden Studien überprüfen, ob die Ergebnisse mit denen herkömmlicher Labortests übereinstimmen. Die in verarbeiteten Tomaten getesteten Lebensmittelattribute konzentrieren sich auf Konsistenz, Textur und Geschmack, einschließlich löslicher Feststoffe, pH-Wert, Säuregehalt, Viskosität, Zucker und organische Säuren.
Neben der Arbeit mit verarbeiteten Tomaten haben Rodriguez-Saona und sein Team von Doktoranden verschiedene Eigenschaften von Kartoffelchips untersucht, darunter eine Beurteilung der Ölqualität und für Vorhandensein von Acrylamid.
Die Ölqualität ist ein Problem, da Speiseöle und -fette eines davon sind die meisten gefälschten Lebensmittel in der Industrie, und herkömmliche Testmethoden sind zeitaufwändig, kompliziert und kostspielig und erzeugen große Mengen an Abfall, sagte Rodriguez-Saona. Im Juli moderiert er eine Session, Wirtschaftlich motivierte Verfälschung: Herausforderungen und Innovationen bei der Erkennung von Lebensmittelbetrug, an der Jahresversammlung des Institute of Food Technologists in Chicago, und stellt tragbare Technologien vor, um nach Lebensmittelverfälschungsmitteln auszusortieren.
Das Vorhandensein von Acrylamid in Kartoffelchips und anderen bei hohen Temperaturen frittierten Kartoffelsorten ist schon lange ein Thema in der Industrie, und 2010 nannten die Joint Food and Agriculture Organization und ein Komitee der Weltgesundheitsorganisation es ein Problem für die menschliche Gesundheit. Aber die Ausrüstung, die zum Testen auf Acrylamid benötigt wird, ist für die meisten Unternehmen zu teuer, um Tests selbst durchzuführen, und das Senden von Proben an ein Drittlabor kann Wochen dauern, bis Ergebnisse vorliegen, sagte er.
„Der Acrylamidspiegel wird derzeit nur in Kalifornien als Teil der Proposition 65 reguliert, die offiziell als die bekannt ist Safe Drinking Water and Toxic Enforcement Act von 1986, aber ich habe viel mit Unternehmen gesprochen und sie wollen einen kostengünstigen Weg finden, um dies zu messen. Also arbeiten wir daran, das zu entwickeln.“
Rodriguez-Saona bewirbt sich auch um eine Förderung durch das US-Landwirtschaftsministerium.
„Im Moment arbeiten wir mit Unternehmen zusammen und entwickeln Algorithmen, die zu ihren einzigartigen Anwendungen passen. Aber mit USDA-Finanzierung könnten wir an einigen dieser großen Probleme wie Acrylamid oder Verfälschung arbeiten und Algorithmen entwickeln, um Infrarottests an Lebensmitteln durchzuführen, die für jedermann verfügbar wären.“
Lebensmittelhersteller in Ohio und anderswo, die daran interessiert sind, mehr über die Technologie zu erfahren, können Rodriguez-Saona per E-Mail unter kontaktieren rodriguez-saona.1@osu.edu oder rufen Sie 614-292-3339.