Voedselkwaliteitstests die traditioneel uren - of dagen - in het laboratorium moesten worden uitgevoerd, kunnen nu in slechts enkele minuten worden voltooid, zonder dat u zelfs maar van de productielijn hoeft te stappen.
“Dit is een game-changer voor de industrie. Je kunt het laboratorium verlaten en testen in de productielijn of zelfs in het veld”, zegt Luis Rodriguez-Saona, hoogleraar voedingswetenschap en -technologie aan de Ohio State University.
De laatste 16 jaar heeft de voedingswetenschapper van Ohio State's College van voedsel-, landbouw- en milieuwetenschappen heeft het gebruik van infraroodtechnologie onderzocht om de kwaliteit van voedselproducten te bepalen. Rodriguez-Saona is ook een wetenschapper bij het Ohio Agricultural Research and Development Center, de onderzoeksafdeling van het college.
In de afgelopen vier jaar zijn er draagbare scanners op de markt verschenen en zijn werk is van onschatbare waarde gebleken bij het aanpassen ervan aan de behoeften van de voedingsindustrie.
"Met tomatensap kunnen we in minder dan een minuut naar 12 verschillende eigenschappen kijken", zegt Rodriguez-Saona. "Dit alles zou meerdere uren, zo niet dagen duren, om één monster op de traditionele manier te verzamelen en te testen."
Onder andere samenwerkingen heeft Rodriguez-Saona de afgelopen vijf jaar een contract gesloten met de California League van voedselverwerkers om tomatensap en tomatenpuree te testen. Californië produceert meer dan 90 procent van de verwerkte tomaten van het land en bijna de helft van de wereldwijd geteelde verwerkte tomaten.
"De operatie is geweldig", zei Rodriguez-Saona. "Ze hebben zoveel productielijnen en elk uur sturen ze monsters naar het laboratorium om de kwaliteit van verschillende batches te bewaken."
Dergelijke tests zijn nodig om de veiligheid en kwaliteit van het tomatensap te garanderen, waarvan een groot deel wordt verwerkt tot tomatenpuree en andere producten.
Momenteel gebruikt de industrie de technologie als aanvulling op traditionele monitoring, maar het werk van Rodriguez-Saona kan een belangrijke rol spelen bij het verkrijgen van goedkeuring om het als primaire testmethode te gebruiken. Tot nu toe heeft Rodriguez-Saona er vijf gepubliceerd wetenschappelijke artikelen over het gebruik van infraroodtechnologie voor de verwerking van tomaten.
“Nu nemen ze monsters, brengen ze naar het laboratorium voor kwaliteitsborging en het duurt enkele uren om sommige tests af te ronden. Ze hebben ook geschoold personeel nodig om dit werk te doen. Het is tijdrovend en kostbaar.”
Als de tests problemen met het product aan het licht brengen, moet de processor het met korting verkopen of opnieuw verwerken.
"Maar met dit apparaat - het is zo klein, als een lunchbox - kun je dit naar de fabriek brengen om realtime beoordelingen van de kwaliteit van het product te maken en onmiddellijk aanpassingen aan de verwerking maken in plaats van te wachten tot de laboratoriumresultaten terugkomen .”
In zijn studies gebruikt Rodriguez-Saona infraroodsensoren van toonaangevende ontwikkelaars, waaronder Agilent Technologies en Thermo Fisher Scientific. De draagbare infraroodlichtinstrumenten werden oorspronkelijk ontworpen voor het Ministerie van Defensie, de Drug Enforcement Agency en de farmaceutische industrie om de aanwezigheid van explosieven en illegale drugs te identificeren en om geneesmiddelen te testen op vervalsingen. Sommige draagbare scanners zijn zo groot als gereedschapskisten en andere zijn in de hand te houden.
"Wij zijn de eersten die deze instrumenten verkrijgen om te kijken naar toepassingen in de voedingsindustrie," zei hij.
Het testproces is bedrieglijk eenvoudig: een monster van het product, kleiner dan een erwt, wordt op de scanner geplaatst of wordt gescand met de draagbare spectrometer. Een infraroodlicht richt zich op specifieke functionele groepen in de moleculen waaruit het voedsel bestaat; verschillende moleculen absorberen het licht op verschillende frequenties.
"Dit produceert een spectrum dat is gebaseerd op die lichtabsorptie", zei Rodriguez-Saona. “We onderwerpen dat spectrum aan multivariate analyse om de informatie te lokaliseren waarnaar we op zoek zijn.
“Ik vergelijk het spectrum met een panoramische foto. Het bevat veel informatie, maar om de informatie te vinden die u zoekt, moet u deze goed bestuderen. De multivariate analyse is als een vergrootglas waarmee je dat kunt doen, met behulp van chemometrie om een specifiek signaal te identificeren dat is gekoppeld aan een specifiek molecuul.
"Eigenlijk is het alsof je Waldo vindt."
Rodriguez-Saona heeft de algoritmen ontwikkeld die de scanners kunnen gebruiken bij het detecteren van verschillende aspecten van de voedselproducten, en zijn studies controleer of de resultaten op één lijn liggen met die van traditionele laboratoriumtests. Voedselkenmerken die in verwerkte tomaten zijn getest, zijn gericht op consistentie, textuur en smaak, inclusief oplosbare vaste stoffen, pH, zuurgraad, viscositeit, suikers en organische zuren.
Naast het verwerkte tomatenwerk hebben Rodriguez-Saona en zijn team van afgestudeerde studenten verschillende eigenschappen van chips bestudeerd, waaronder een beoordeling van de oliekwaliteit en aanwezigheid van acrylamide.
De kwaliteit van de olie is een probleem, aangezien eetbare oliën en vetten een van de belangrijkste zijn: meest nagemaakte voedingsmiddelen in de industrie, en traditionele methoden om ze te testen zijn tijdrovend, gecompliceerd en kostbaar en genereren grote hoeveelheden afval, zei Rodriguez-Saona. In juli leidt hij een sessie, Economisch gemotiveerde vervalsing: uitdagingen en innovaties bij de detectie van voedselfraude, op de jaarlijkse bijeenkomst van het Institute of Food Technologists in Chicago, en zal presenteren over draagbare technologieën om te screenen op voedselversnijders.
De aanwezigheid van acrylamide in chips en andere soorten aardappelen die bij hoge temperaturen worden gebakken is al lang een probleem in de industrie, en in 2010 noemden de Joint Food and Agriculture Organization en een commissie van de Wereldgezondheidsorganisatie het een zorg voor de menselijke gezondheid. Maar de apparatuur die nodig is om op acrylamide te testen, is voor de meeste bedrijven te duur om zelf tests uit te voeren, en het kan weken duren om monsters naar een extern laboratorium te sturen om resultaten te krijgen, zei hij.
“Acrylamideniveaus worden momenteel alleen in Californië gereguleerd als onderdeel van Proposition 65, officieel bekend als de Safe Drinking Water and Toxic Enforcement Act van 1986, maar ik heb veel met bedrijven gesproken en ze willen een kosteneffectieve manier vinden om dit te meten. Dus we werken eraan om dat te ontwikkelen."
Rodriguez-Saona vraagt ook financiering aan bij het Amerikaanse ministerie van landbouw.
“Op dit moment werken we samen met bedrijven en ontwikkelen we algoritmen die passen bij hun unieke toepassingen. Maar met USDA-financiering zouden we in staat zijn om aan enkele van deze grote problemen te werken, zoals acrylamide of vervalsing, en algoritmen te ontwikkelen om infraroodtesten uit te voeren op voedsel dat voor iedereen beschikbaar zou zijn."
Voedselproducenten in Ohio en elders die meer willen weten over de technologie kunnen contact opnemen met Rodriguez-Saona via e-mail op: rodriguez-saona.1@osu.edu of bel 614-292-3339.