Preizkuse kakovosti hrane, ki običajno trajajo ure – ali dneve – v laboratoriju, je zdaj mogoče opraviti v samo nekaj minutah, ne da bi se morali odmakniti od proizvodne linije.
"To je sprememba igre za industrijo. Omogoča vam, da izstopite iz laboratorija in testirate v proizvodni liniji ali celo na terenu,« je povedal Luis Rodriguez-Saona, profesor živilske znanosti in tehnologije na državni univerzi Ohio.
Zadnjih 16 let je znanstvenik za hrano iz zvezne države Ohio Visoka šola za živilstvo, kmetijstvo in okolje preučuje uporabo infrardeče tehnologije za ugotavljanje kakovosti živilskih izdelkov. Rodriguez-Saona je tudi znanstvenik v Centru za kmetijske raziskave in razvoj Ohio, raziskovalni veji kolidža.
V zadnjih štirih letih so se na tržišču pojavili prenosni skenerji, njegovo delo pa se je izkazalo za neprecenljivo pri prilagajanju potrebam živilske industrije.
"S paradižnikovim sokom si lahko ogledamo 12 različnih lastnosti v manj kot minuti," je dejal Rodriguez-Saona. "Vse to bi trajalo več ur, če ne celo dni, da bi zbrali in preizkusili en vzorec na tradicionalen način."
Med drugim sodelovanjem je Rodriguez-Saona v zadnjih petih letih sklenil pogodbo z Kalifornijska liga predelovalcev hrane za testiranje paradižnikovega soka in paradižnikove paste. California proizvaja več kot 90 odstotkov predelanih paradižnikov v državi in skoraj polovico predelanih paradižnikov, pridelanih po vsem svetu.
"Operacija je neverjetna," je dejal Rodriguez-Saona. "Imajo toliko proizvodnih linij in vsako uro pošljejo vzorce v laboratorij, da spremljajo kakovost različnih serij."
Takšno testiranje je potrebno za zagotovitev varnosti in kakovosti paradižnikovega soka, katerega velik del gre za nadaljnjo predelavo v paradižnikovo pasto in druge izdelke.
Trenutno industrija uporablja tehnologijo za dopolnitev tradicionalnega spremljanja, vendar bi delo Rodriguez-Saone lahko pripomoglo k pridobitvi odobritve za uporabo kot primarne metode testiranja. Doslej je Rodriguez-Saona objavila pet znanstvenih člankov o uporabi infrardeče tehnologije za predelavo paradižnika.
»Zdaj vzamejo vzorce, jih pripeljejo v laboratorij za zagotavljanje kakovosti in traja nekaj ur, da opravijo nekatere teste. Za to delo potrebujejo tudi usposobljeno osebje. To je zamudno in drago.”
Če testiranje odkrije kakršne koli težave z izdelkom, bi ga moral predelovalec prodati s popustom ali ponovno obdelati.
»Toda s to enoto – tako je majhna, kot škatla za kosilo – lahko to prinesete v tovarno, da v realnem času ocenite kakovost izdelka in takoj spremenite obdelavo, namesto da čakate na vrnitev laboratorijskih rezultatov .”
Rodriguez-Saona v svojih študijah uporablja infrardeče senzorje vodilnih razvijalcev, vključno z Agilent Technologies in Thermo Fisher Scientific. Prenosni infrardeči svetlobni instrumenti so bili prvotno zasnovani za Ministrstvo za obrambo, Agencijo za boj proti drogam in farmacevtsko industrijo za ugotavljanje prisotnosti eksplozivov in prepovedanih drog ter za testiranje farmacevtskih izdelkov za ponaredke. Nekateri prenosni skenerji so veliki kot škatle z orodjem, drugi pa so ročni.
"Smo prvi, ki smo pridobili te instrumente za pregled aplikacij v živilski industriji," je dejal.
Postopek testiranja je varljivo preprost: vzorec izdelka, manjši od zrna graha, damo na skener ali ga skeniramo z ročnim spektrometrom. Infrardeča svetloba cilja na specifične funkcionalne skupine v molekulah, ki sestavljajo hrano; različne molekule absorbirajo svetlobo pri različnih frekvencah.
"To ustvari spekter, ki temelji na tej absorpciji svetlobe," je dejal Rodriguez-Saona. »Ta spekter podvržemo multivariatni analizi, da natančno določimo informacije, ki jih iščemo.
»Spekter enačim s panoramsko fotografijo. Vsebuje veliko informacij, a če želite najti informacije, ki jih iščete, jih morate natančno preučiti. Multivariatna analiza je kot povečevalno steklo, ki vam omogoča, da to storite z uporabo kemometrije za identifikacijo specifičnega signala, ki je povezan s specifično molekulo.
"V bistvu je tako, kot da bi našli Walda."
Rodriguez-Saona je razvil algoritme, ki jih skenerji uporabljajo pri odkrivanju različnih vidikov živil in njegove Študije preverite, ali so rezultati enaki tistim iz tradicionalnih laboratorijskih testov. Lastnosti živil, preizkušene v predelanih paradižnikih, se osredotočajo na konsistenco, teksturo in okus, vključno s topnimi trdnimi snovmi, pH, kislostjo, viskoznostjo, sladkorji in organskimi kislinami.
Poleg obdelave paradižnika sta Rodriguez-Saona in njegova ekipa podiplomskih študentov preučevala različne lastnosti krompirjevega čipsa, vključno z ocena kakovosti olja in prisotnost akrilamida.
Kakovost olja je vprašanje, saj so jedilna olja in maščobe eno izmed njih večina ponarejenih živil v industriji, tradicionalne metode za njihovo testiranje pa so zamudne, zapletene in drage ter ustvarjajo velike količine odpadkov, je dejal Rodriguez-Saona. Julija moderira sejo, Ekonomsko motivirano ponarejanje: izzivi in inovacije pri odkrivanju goljufij s hrano, na letnem srečanju Inštituta za živilske tehnologe v Chicagu in bo predstavil prenosne tehnologije za odkrivanje pokvarjenih živil.
Prisotnost akrilamida v krompirjevem čipsu in drugih vrstah krompirja, ocvrtega pri visokih temperaturah je že dolgo problem v industriji, leta 2010 pa sta jo Skupna organizacija za prehrano in kmetijstvo ter odbor Svetovne zdravstvene organizacije označila za skrb za zdravje ljudi. Vendar pa je oprema, potrebna za testiranje akrilamida, stroškovno previsoka za večino podjetij, da bi sama izvajala teste, in pošiljanje vzorcev v laboratorij tretje osebe lahko traja tedne, da dobimo rezultate, je dejal.
"Raven akrilamida je trenutno urejen samo v Kaliforniji kot del predloga 65, uradno znanega kot Zakon o varni pitni vodi in toksičnosti iz leta 1986, vendar sem se veliko pogovarjal s podjetji in želijo najti stroškovno učinkovit način za merjenje. Zato si prizadevamo za razvoj tega."
Rodriguez-Saona se prijavlja tudi za financiranje ameriškega ministrstva za kmetijstvo.
»Trenutno sodelujemo s podjetji in razvijamo algoritme, ki ustrezajo njihovim edinstvenim aplikacijam. Toda s financiranjem USDA bi se lahko ukvarjali z nekaterimi od teh večjih težav, kot sta akrilamid ali ponarejanje, in razvili algoritme za izvajanje infrardečega testiranja živil, ki bi bila na voljo vsakomur."
Proizvajalci hrane v Ohiu in drugod, ki jih zanima več o tehnologiji, se lahko obrnejo na Rodriguez-Saona po e-pošti na rodriguez-saona.1@osu.edu ali pokličite 614-292-3339.