Οι δοκιμές ποιότητας τροφίμων που παραδοσιακά απαιτούν ώρες – ή μέρες – για να πραγματοποιηθούν στο εργαστήριο τώρα, μπορούν να ολοκληρωθούν σε λίγα λεπτά, χωρίς να χρειάζεται καν να απομακρυνθείτε από τη γραμμή παραγωγής.
«Αυτό αλλάζει το παιχνίδι για τη βιομηχανία. Σας επιτρέπει να βγείτε από το εργαστήριο και να δοκιμάσετε στη γραμμή παραγωγής ή ακόμα και στο χωράφι», δήλωσε ο Luis Rodriguez-Saona, καθηγητής επιστήμης και τεχνολογίας τροφίμων στο Πανεπιστήμιο του Οχάιο.
Τα τελευταία 16 χρόνια, ο επιστήμονας τροφίμων με την Πολιτεία του Οχάιο Κολλέγιο Επιστημών Τροφίμων, Γεωργίας και Περιβάλλοντος έχει εξετάσει τη χρήση τεχνολογίας υπέρυθρων για τον προσδιορισμό της ποιότητας των προϊόντων διατροφής. Ο Rodriguez-Saona είναι επίσης επιστήμονας στο Κέντρο Γεωργικής Έρευνας και Ανάπτυξης του Οχάιο, το ερευνητικό σκέλος του κολεγίου.
Τα τελευταία τέσσερα χρόνια, φορητοί σαρωτές εμφανίστηκαν στην αγορά και το έργο του έχει αποδειχθεί ανεκτίμητο για την προσαρμογή τους στις ανάγκες της βιομηχανίας τροφίμων.
«Με το χυμό ντομάτας, μπορούμε να δούμε 12 διαφορετικές ιδιότητες σε λιγότερο από ένα λεπτό», είπε ο Rodriguez-Saona. «Όλο αυτό θα χρειαζόταν πολλές ώρες, αν όχι μέρες, για να συλλεχθεί και να δοκιμαστεί ένα δείγμα με τον παραδοσιακό τρόπο».
Μεταξύ άλλων συνεργασιών, τα τελευταία πέντε χρόνια ο Rodriguez-Saona έχει συμβόλαιο με την California League of Food Processors για να δοκιμάσετε τον χυμό ντομάτας και τον πελτέ ντομάτας. Καλιφόρνια παράγει περισσότερο από το 90 τοις εκατό των επεξεργασμένων ντοματών της χώρας και σχεδόν τις μισές επεξεργασμένες ντομάτες που καλλιεργούνται παγκοσμίως.
«Η επέμβαση είναι καταπληκτική», είπε ο Rodriguez-Saona. «Έχουν τόσες πολλές γραμμές παραγωγής και κάθε ώρα στέλνουν δείγματα στο εργαστήριο για να παρακολουθούν την ποιότητα διαφορετικών παρτίδων».
Τέτοιες δοκιμές απαιτούνται για τη διασφάλιση της ασφάλειας και της ποιότητας του χυμού ντομάτας, μεγάλο μέρος του οποίου προχωρά σε περαιτέρω επεξεργασία σε πάστα ντομάτας και άλλα προϊόντα.
Επί του παρόντος, η βιομηχανία χρησιμοποιεί την τεχνολογία για να συμπληρώσει την παραδοσιακή παρακολούθηση, αλλά το έργο του Rodriguez-Saona θα μπορούσε να είναι καθοριστικό για τη λήψη έγκρισης για τη χρήση της ως κύριας μεθόδου δοκιμών. Μέχρι στιγμής, ο Rodriguez-Saona έχει δημοσιεύσει πέντε επιστημονικές εργασίες σχετικά με τη χρήση τεχνολογίας υπέρυθρων για την επεξεργασία τομάτας.
«Τώρα, παίρνουν δείγματα, τα φέρνουν στο εργαστήριο διασφάλισης ποιότητας και χρειάζονται αρκετές ώρες για να ολοκληρωθούν ορισμένες από τις δοκιμές. Χρειάζονται επίσης εξειδικευμένο προσωπικό για να κάνουν αυτή τη δουλειά. Είναι χρονοβόρο και δαπανηρό.”
Εάν η δοκιμή εντοπίσει προβλήματα με το προϊόν, ο επεξεργαστής θα πρέπει να το πουλήσει με έκπτωση ή να το επεξεργαστεί ξανά.
«Αλλά με αυτή τη μονάδα – είναι τόσο μικρή, σαν κουτί μεσημεριανού γεύματος – μπορείτε να τη φέρετε στο εργοστάσιο για να κάνετε αξιολογήσεις σε πραγματικό χρόνο της ποιότητας του προϊόντος και να κάνετε αλλαγές στην επεξεργασία αμέσως αντί να περιμένετε να επιστρέψουν τα αποτελέσματα του εργαστηρίου .»
Στις μελέτες του, ο Rodriguez-Saona χρησιμοποιεί αισθητήρες υπερύθρων κατασκευασμένους από κορυφαίους προγραμματιστές, συμπεριλαμβανομένων των Agilent Technologies και Thermo Fisher Scientific. Τα φορητά όργανα υπέρυθρου φωτός σχεδιάστηκαν αρχικά για το Υπουργείο Άμυνας, την Υπηρεσία Δίωξης Ναρκωτικών και τη φαρμακοβιομηχανία για τον εντοπισμό της παρουσίας εκρηκτικών και παράνομων ναρκωτικών και για τον έλεγχο των φαρμακευτικών προϊόντων για πλαστά. Μερικοί από τους φορητούς σαρωτές είναι τόσο μεγάλοι όσο οι εργαλειοθήκες και άλλοι είναι φορητοί.
«Είμαστε οι πρώτοι που αποκτήσαμε αυτά τα όργανα για να εξετάσουμε εφαρμογές στη βιομηχανία τροφίμων», είπε.
Η διαδικασία για τη δοκιμή είναι απατηλά απλή: Ένα δείγμα του προϊόντος, μικρότερο από ένα μπιζέλι, τοποθετείται στο σαρωτή ή σαρώνεται με το φασματόμετρο χειρός. Ένα υπέρυθρο φως στοχεύει συγκεκριμένες λειτουργικές ομάδες στα μόρια που αποτελούν το φαγητό. διαφορετικά μόρια απορροφούν το φως σε διαφορετικές συχνότητες.
«Αυτό παράγει ένα φάσμα, το οποίο βασίζεται σε αυτή την απορρόφηση φωτός», είπε ο Rodriguez-Saona. «Υποβάλλουμε αυτό το φάσμα σε πολυπαραγοντική ανάλυση για να εντοπίσουμε τις πληροφορίες που αναζητούμε.
«Εξισώνω το φάσμα με μια πανοραμική φωτογραφία. Περιέχει πολλές πληροφορίες, αλλά για να βρείτε τις πληροφορίες που ψάχνετε, πρέπει να τις μελετήσετε προσεκτικά. Η πολυπαραγοντική ανάλυση είναι σαν ένας μεγεθυντικός φακός που σας επιτρέπει να το κάνετε αυτό, χρησιμοποιώντας χημειομετρικά για να προσδιορίσετε ένα συγκεκριμένο σήμα που σχετίζεται με ένα συγκεκριμένο μόριο.
"Βασικά, είναι σαν να βρίσκεις τον Waldo."
Ο Rodriguez-Saona έχει αναπτύξει τους αλγόριθμους για χρήση από τους σαρωτές για την ανίχνευση διαφορετικών πτυχών των ειδών διατροφής και του μελέτες επαληθεύστε ότι τα αποτελέσματα είναι ίσα με αυτά των παραδοσιακών εργαστηριακών δοκιμών. Τα χαρακτηριστικά των τροφίμων που έχουν δοκιμαστεί σε επεξεργασμένες ντομάτες εστιάζονται στη συνοχή, την υφή και τη γεύση, συμπεριλαμβανομένων των διαλυτών στερεών, του pH, της οξύτητας, του ιξώδους, των σακχάρων και των οργανικών οξέων.
Εκτός από την εργασία επεξεργασμένης ντομάτας, ο Rodriguez-Saona και η ομάδα μεταπτυχιακών φοιτητών του έχουν μελετήσει διαφορετικά χαρακτηριστικά των πατατών, συμπεριλαμβανομένου ενός αξιολόγηση της ποιότητας του λαδιού και την παρουσία ακρυλαμιδίου.
Η ποιότητα του λαδιού είναι ένα ζήτημα, καθώς τα βρώσιμα έλαια και λίπη είναι ένα από τα τα περισσότερα παραποιημένα τρόφιμα στον κλάδο και οι παραδοσιακές μέθοδοι για τη δοκιμή τους είναι χρονοβόρες, περίπλοκες και δαπανηρές και δημιουργούν μεγάλες ποσότητες αποβλήτων, είπε ο Rodriguez-Saona. Τον Ιούλιο, συντονίζει μια συνεδρία, Νόθεια με οικονομικά κίνητρα: Προκλήσεις και καινοτομίες στον εντοπισμό της απάτης στα τρόφιμα, στην ετήσια συνάντηση του Ινστιτούτου Τεχνολόγων Τροφίμων στο Σικάγο και θα παρουσιάσει τις φορητές τεχνολογίες για τον έλεγχο για νοθευτές τροφίμων.
Η παρουσία ακρυλαμιδίου σε πατατάκια και άλλα είδη πατάτας τηγανισμένες σε υψηλές θερμοκρασίες είναι από καιρό ένα θέμα στον κλάδο, και το 2010, ο Κοινός Οργανισμός Τροφίμων και Γεωργίας και μια επιτροπή του Παγκόσμιου Οργανισμού Υγείας το ονόμασαν ανησυχία για την ανθρώπινη υγεία. Ωστόσο, ο εξοπλισμός που απαιτείται για τη δοκιμή για ακρυλαμίδιο είναι απαγορευτικός από πλευράς κόστους για τις περισσότερες εταιρείες να κάνουν δοκιμές μόνες τους και η αποστολή δειγμάτων σε εργαστήριο τρίτου μέρους μπορεί να χρειαστούν εβδομάδες για να ληφθούν αποτελέσματα, είπε.
«Τα επίπεδα ακρυλαμιδίου επί του παρόντος ρυθμίζονται μόνο στην Καλιφόρνια ως μέρος της Πρότασης 65, επίσημα γνωστή ως Νόμος επιβολής του ασφαλούς πόσιμου νερού και τοξικών ουσιών του 1986, αλλά έχω μιλήσει πολύ με εταιρείες και θέλουν να βρουν έναν οικονομικά αποδοτικό τρόπο μέτρησης για αυτό. Επομένως, εργαζόμαστε για να το αναπτύξουμε».
Ο Rodriguez-Saona υποβάλλει επίσης αίτηση για χρηματοδότηση από το Υπουργείο Γεωργίας των ΗΠΑ.
«Αυτή τη στιγμή, συνεργαζόμαστε με εταιρείες και αναπτύσσουμε αλγόριθμους που ταιριάζουν στις μοναδικές εφαρμογές τους. Αλλά με τη χρηματοδότηση του USDA, θα είμαστε σε θέση να εργαστούμε για ορισμένα από αυτά τα μεγάλα προβλήματα, όπως το ακρυλαμίδιο ή η νοθεία, και να αναπτύξουμε αλγόριθμους για τη διεξαγωγή δοκιμών υπέρυθρων σε τρόφιμα που θα ήταν διαθέσιμα σε οποιονδήποτε».
Οι κατασκευαστές τροφίμων στο Οχάιο και αλλού που ενδιαφέρονται να μάθουν περισσότερα για την τεχνολογία μπορούν να επικοινωνήσουν με τη Rodriguez-Saona μέσω email στη διεύθυνση rodriguez-saona.1@osu.edu ή καλέστε 614-292-3339.