Presentasjon lastes. Vennligst vent

Presentasjon lastes. Vennligst vent

Spektroskopi i næringsmiddelindustrien Effektiv prosesskontroll og bedre forståelse Praktiske eksempler fra Norge Jens Petter Wold.

Liknende presentasjoner


Presentasjon om: "Spektroskopi i næringsmiddelindustrien Effektiv prosesskontroll og bedre forståelse Praktiske eksempler fra Norge Jens Petter Wold."— Utskrift av presentasjonen:

1 Spektroskopi i næringsmiddelindustrien Effektiv prosesskontroll og bedre forståelse Praktiske eksempler fra Norge Jens Petter Wold

2 Næringsmiddelindustrien i dag: Under press!
Konsumentene krever lavere priser og høy kvalitet Økende vektlegging på næringsinnhold og helse Økende krav til dokumentasjon og sporbarhet Matproduksjonen blir mer og mer industrialisert Sterkt behov for avanserte kvalitetsmålinger for prosess og produktkontroll Den ideelle målemetoden er rask og fortrinnsvis on-line  ikke-destruktiv nøyaktig  robust etc.

3 Utfordringer ved målinger på mat
Matvarer er komplekse! Mange typer matvarer: kjøtt, fisk, frukt, pulvere, væsker, cerealer, meieriprodukter etc……. Stort sett heterogene produkter Ikke alltid lett å måle: Hilke egenskaper ønsker vi å måle? Kemiske, fysikalske, sensoriske Hvordan kan vi måle det? Spektroskopiske metoder, optikk Hvor på prøven kan det måles? Fysiologi, produksjonsprosess, optikk Når kan/må det måles? Interne bio-prosesser (enzymatiske, modning, harskning) Referansemetodene er ofte upresise Må ta hensyn til

4 Raske spektroskopiske teknikker brukes mer og mer som effektivt verktøy innen næringsmiddelforskning
Muliggjør svært effektive og informative tilnærminger til komplekse problemstillinger Visualisering ved bruk av spektrale bilder gir bedre forståelse Muliggjør bredspektret og effektiv screening Genotype Fenotype beskrives med Raman, NIR, FT-IR

5 Myk og eksplorativ tilnærming
Klassisk tilnærming Spektroskopi og kjemometri

6 Nærinfrarød spektroskopi - NIR
Måler typiske hovedkomponenter i næringsmidler: fett, vann, protein, sukker….. En rekke ulike on-line systemer for næringsmidler eksisterer Protein i korn Sukker i frukt (epler, appelsiner, mandariner, meloner) I Norge brukes bl.a On-line måling av fett, vann, protein i kvernet kjøtt On-line måling av vann i potetgull

7 On-line NIR måler fett i batcher av oppmalt kjøtt
Fatland Jæren AS: ”En pengemaskin!” ”viktig konkurranse-fortrinn”

8 Hva når produktene er heterogene og av begrenset størrelse?
Eksempel: Vannmåling i klippfisk Vannet er ujevnt fordelt Tørr på utsiden fuktig inni Dekket av salt Varierende størrelse Manuell vraking er ressurskrevende og usikker Split cod is an important export product of Norway. Quality of split cod is traditionally judged manually by trained graders. It depends on size, shape, texture, colour, odour, and moisture content. The water content is one of the most important criteria in the market: low per cent of moisture gives higher price per kg fish, not only because one pays for more proteins, but also because dry fish is more stable during storage. Disagreement between buyer and seller has generated the need for an objective measurement of moisture content. Such measurements would also disburden the responsibility among the graders. The accuracy for manual grading of moisture is about  2%-units.

9 Refleksojnsmålinger - måler overflaten
Detektor

10 Lyset tvinges inn i prøven
Spek.

11 NIR skanner for klippfisk

12 Transfleksjonsbilde - et spekter i hvert bildepunkt
Split cod to the left, transflection image to the right Higher intensity at thicker parts

13 NIR spektra fra klippfisk
Abs. Less signal at shorter wavelengths (right part) due to stronger scattering. Water absorption at 980nm Less scattering but more water absorption at longer wavelengths. Silicon detector have very poor performance beyond 1040 nm.

14 On-line prediktert vanninnhold i hel klippfisk
Prediksjonsfeil=±0.65 % Målt 50 46 44 42 40 38 36 Prediktert vanninnhold [%] % vann

15 Demo hos WestFish i Ålesund

16 Scanning av laksefileter

17 Bilde av fettfordeling i laks - dannes on-line
Fettinnhold [%]

18 Modell for prediksjon av fettinnhold i laksefilet
Målt fett [%] 22 20 18 16 14 12 10 8 6 NIR prediktert fett

19 On-line måling av hele entrecoter
Scanning av kjøtt On-line måling av hele entrecoter

20 On-line prediktert fettinnhold i hele entrecoter
RMSEP=2.6 % % fett Målt 30 25 20 15 10 5 Prediktert fettinnhold [%] magre medium fete

21 Vanninnhold i French fries
Feasibility studie Matforsk/Sintef IKT: Vann og fettinnhold ~±0,7-1,5% Transfleksjon virker bedre enn refleksjon Skanner virker bedre enn lab-instrument Pilotprosjekt planlegges

22 Oppsummering NIR System for heterogene enkeltprodukter er utviklet
Vi har miljøer i Norge som sammen kan skreddersy on-line NIR løsninger for mat spektroskopi/biomaterialer spektroskopi/instrumentering leverandører Industrialisering er på gang

23 Avbildende spektroskopi
Spektral informasjon i hvert pixel (bildepunkt) Gir mulighet for kjemisk avbildning Godt egnet for deteksjon av objekter / områder med ulike spektrale egenskaper Eksempel: Automatisk påvisning av fecal kontaminering av kyllingslakt Finnes lett tilgjengelig og rimelig utstyr for on-line bruk

24 Visuell klassifisering av klippfisk
Blod gulning leverflekker skinnrester Superior Universal

25 Spektrale egenskaper Hvit fisk gulning lever blod

26 S S

27 U/P U

28 P P

29 Fluorescensspektroskopi
Meget følsom metode, måler lave konsentrasjoner Kvantifisering av bindevev i kjøtt Effektiv ikke-destruktiv måling av harskning i ulike næringsmidler (kjøtt, fisk, meieriprodukter)

30 Harskning, kan det måles?
Kan det måles raskt og ikke-destruktivt?? Kan det måles med relevant sensitivitet???

31 Standard harskningsforløp
Frie Peroksider Sekundære Tærtiære komponenter radikaler PV TBARS Stabile fluorescerende komponenter tid

32 Aldehydindusert fluorescens
Kalkun Torsk

33 Fryselagret oppmalt kalkun (0 - 42 uker)
Forsøk: To temp: -10°C -20°C To pakk: vakuum oksygentilgang

34 -20°C vakuum -20°C luft TBARS -10°C vakuum -10°C luft

35 Sammenheng: fluorescens og referansemålinger

36 Følsomhet? Antall uker før signifikant forskjell fra startverdi inntrer

37 Effekt av høy-oksygen pakking
Tverrsnitt av kvernet kalkunlår Fluorescens etter 12 dager Utside av kjøttet Midt i kjøttet Lagret i vakuum 2.5 cm Fluorescensbilde : I de lyse områdene er kjøttet harskt

38 Oppsummering fluorescens og autooksidasjon
Fluorescens kan brukes til å måle harskning direkte på komplekse matprodukter Metoden er følsom, men uspesifikk i forhold til ulike oksidasjonsprodukter Metoden er produktavhengig Virker bra på kjøtt- og fiskeprodukter, oljer Ikke på for eksempel cerealer Må kalibreres mot standard referansemetoder (sensorikk, GC-MS etc.) Kan brukes on-line/at-line

39 Mat belyses time etter time: fotooksidasjon

40 Utvikling av sensoriske egenskaper i ost ved belysning
Eksponeringstid [timer] 0,00 1,00 2,00 3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 10 20 30 40 50 Sensorisk respons Syrlig smak Solsmak Oksidert smak

41 Fluorescensspektra fra de samme ostene
Bølgelengde [nm] Fluorescens int. Eksponeringstid (timer): 1/2 2 4 10 24 48

42 Standard harskningsforløp
fotooksidasjon Standard harskningsforløp Frie Peroksider Sekundære Tærtiære komponenter radikaler TBA Fluorescernede komponenter tid

43 Regresjon: Oksidert lukt (R=0.90)

44 Sensorisk effekt av belysningsfarger på hvitost
Mørke grønn gul orange rød blå transparent fiolett Syrlig lukt Sollukt Harsk lukt

45 Fluorescens spektra fra den eksponerte osten
Wavelength [nm] 450 500 550 600 650 700 750 Fluorescence emission intensity 10000 20000 30000 40000 50000 60000

46 Enkel og billig instrumentering kan brukes

47 Belysning med og uten antioksidant
Med antioksidant Uten antioksidant

48 Oppsummering fotooksidasjon
Fluorescensspektroskopi er en meget følsom metode for måling av lys-indusert oksidasjon i meieriprodukter Måler nedbrytning av fotolabile prooksidanter Måler dannelse av oksidasjonsprodukter Kan brukes til effektiv evaluering av emballasje, pakkegasser, lyskilder etc. Egner seg også til andre produkter som inneholder lyssensitisere som riboflavin, porfyriner, klorofyll

49 Ramanspektroskopi Vibrasjonsspektroskopi, meget spesifikk, komplementær til FT-IR Punktmålinger Ikke følsom for vann - godt egnet for ikke-destruktive målinger på væsker og næringsmidler med mye vann Egnet for rask måling av fettsammensetning

50 Raman spektra fra laks karotenoider lipids Arb. units
Raman skift [cm-1]

51 Raman probe

52 Prediktert vs. målt pigment i oppdrettslaks
7 R= 0.97 RMSECV= 0.34 mg/kg basert på kryssvalidering 6 5 Predicted carotenoids [mg/kg] 4 3 2 1 1 2 3 4 5 6 7 Measured carotenoids [mg/kg]

53 Raman målinger av pigment in oppdrettslaks
Bedre forståelse for pigmentering

54 Raman spektra fra ulike oljer
Raman shift, cm-1

55 Raman NIR 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500 Raman Shift [cm-1]
Raman Raman Shift [cm-1] Wavelength [nm] NIR

56 Prediksjon av Jodverdi (grad av mettethet) i fett/protein/vann
emulsjoner Raman R=0.99 NIR R=0.91

57 Spesifikke fettsyrer Måling av 14:0 Måling av 20:5(n-3) (EPA)

58 Mulige applikasjoner Raman
Rask kvantifisering av mettet, enumettet og flerumettet fett Påvisning og kvantifisering av marint fett i svinespekk Rask kvantifisering av fettsammensetning i laks som følge av fôring Kvantifisering av karotenoider Autentisitet: Er denne oljen ren?

59 FT-IR spektroskopi og mikroskopi
Vibrasjonsspektroskopi, tyngre analytisk metode Klassifisering av mikroorganismer spektral mikroskopi

60 On-line monitorering avfermenteringsprosesser
On-line metoder brukt: NIR FT-IR Raman Fluorescens Elekstronisk nese Spektroskopisk måling av kjemiske komponenter.

61 Identifisering av bakteriearter, eks. Listeria monocytogenes
Sample wheel IR measurements Cultivation Identification 24 hours 30 minutes for 15 samples Oust A, Kirschner C, Møretrø T, Narvhus J, Kohler A 2004 FEMS microbiology letters Oust A, Kirschner C, Møretrø T, Narvhus J, Kohler A 2004 Microbiological Methods

62 Enda raskere identifisering av bakterier
IR microscopic measurements of colonies Stamping device Cultivation on agar Identification 6-12 hours 10 minutes for 1 sample Oust A, Møretrø T, Kohler A 2005 FT-IR spectroscopy and microspectroscopy for identification of Listeria, manuscript.

63 Spektroskopi, optikk og dataanalyse
Er viktige verktøy for kvalitetskontroll av mat Muliggjør on-line/at-line måling og inspeksjon av det totale produktvolumet Reduserer kostnader og sikrer kvalitet Muliggjør nye og effektive tilnærminger innen matforskning Økende bruk i fremtiden!


Laste ned ppt "Spektroskopi i næringsmiddelindustrien Effektiv prosesskontroll og bedre forståelse Praktiske eksempler fra Norge Jens Petter Wold."

Liknende presentasjoner


Annonser fra Google