Fødevarekvalitetstests, der traditionelt tager timer – eller dage – at udføre i laboratoriet nu, kan gennemføres på få minutter, uden at det er nødvendigt at gå væk fra produktionslinjen.
"Dette er en game-changer for industrien. Det giver dig mulighed for at komme ud af laboratoriet og teste i produktionslinjen eller endda i marken,” sagde Luis Rodriguez-Saona, professor i fødevarevidenskab og -teknologi ved Ohio State University.
I de sidste 16 år, fødevareforsker med Ohio State's College for Fødevare-, Landbrugs- og Miljøvidenskab har undersøgt brugen af infrarød teknologi til at bestemme kvaliteten af fødevarer. Rodriguez-Saona er også videnskabsmand ved Ohio Agricultural Research and Development Center, kollegiets forskningsafdeling.
Inden for de sidste fire år er bærbare scannere dukket op på markedet, og hans benarbejde har vist sig at være uvurderligt for at tilpasse dem til fødevareindustriens behov.
"Med tomatjuice kan vi se på 12 forskellige egenskaber på mindre end et minut," sagde Rodriguez-Saona. "Alt dette ville tage flere timer, hvis ikke dage, at indsamle og teste en prøve på den traditionelle måde."
Blandt andre samarbejder har Rodriguez-Saona de seneste fem år indgået kontrakt med California League of Food Processors at teste tomatjuice og tomatpure. Californien producerer mere end 90 procent af landets forarbejdede tomater og næsten halvdelen af de forarbejdede tomater, der dyrkes på verdensplan.
"Operationen er fantastisk," sagde Rodriguez-Saona. "De har så mange produktionslinjer, og hver time sender de prøver til laboratoriet for at overvåge kvaliteten af forskellige batcher."
Sådanne test er påkrævet for at sikre sikkerheden og kvaliteten af tomatjuicen, hvoraf meget går videre til videreforarbejdning til tomatpasta og andre produkter.
I øjeblikket bruger industrien teknologien til at supplere traditionel overvågning, men Rodriguez-Saonas arbejde kan være medvirkende til at få godkendelse til at bruge den som sin primære testmetode. Indtil videre har Rodriguez-Saona udgivet fem videnskabelige artikler om at bruge infrarød teknologi til forarbejdning af tomater.
"Nu tager de prøver, bringer dem til kvalitetssikringslaboratoriet, og det tager flere timer at gennemføre nogle af testene. De har også brug for kvalificeret personale til at udføre dette arbejde. Det er tidskrævende og dyrt.”
Hvis testen identificerer problemer med produktet, skal processoren sælge det med rabat eller genbehandle det.
“Men med denne enhed – den er så lille, som en madpakke – kan du bringe den ind i fabrikken for at foretage realtidsvurderinger af produktets kvalitet og foretage justeringer af forarbejdningen med det samme i stedet for at vente på, at laboratorieresultaterne kommer tilbage ."
I sine studier bruger Rodriguez-Saona infrarøde sensorer lavet af førende udviklere, herunder Agilent Technologies og Thermo Fisher Scientific. De bærbare infrarøde lysinstrumenter blev oprindeligt designet til forsvarsministeriet, Drug Enforcement Agency og medicinalindustrien for at identificere tilstedeværelsen af eksplosiver og ulovlige stoffer og for at teste lægemidler for forfalskning. Nogle af de bærbare scannere er så store som værktøjskasser og andre er håndholdte.
"Vi er de første til at få disse instrumenter til at se på anvendelser i fødevareindustrien," sagde han.
Testprocessen er vildledende enkel: En prøve af produktet, der er mindre end en ært, placeres på scanneren eller scannes med det håndholdte spektrometer. Et infrarødt lys retter sig mod specifikke funktionelle grupper i de molekyler, der udgør maden; forskellige molekyler absorberer lyset ved forskellige frekvenser.
"Dette producerer et spektrum, som er baseret på den lysabsorption," sagde Rodriguez-Saona. "Vi udsætter det spektrum for multivariat analyse for at lokalisere den information, vi leder efter.
“Jeg sidestiller spektret med et panoramabillede. Den indeholder en masse information, men for at finde den information, du leder efter, skal du studere den nøje. Den multivariate analyse er som et forstørrelsesglas, der giver dig mulighed for at gøre det ved at bruge kemometri til at identificere et specifikt signal, der er forbundet med et specifikt molekyle.
"Dybest set er det som at finde Waldo."
Rodriguez-Saona har udviklet de algoritmer, som scannerne kan bruge til at detektere forskellige aspekter af fødevarerne, og hans undersøgelser verificere, at resultaterne er på niveau med resultaterne fra traditionelle laboratorietests. Fødevareegenskaber testet i forarbejdede tomater fokuserer på konsistens, tekstur og smag, herunder opløselige faste stoffer, pH, surhed, viskositet, sukkerarter og organiske syrer.
Ud over det forarbejdede tomatarbejde har Rodriguez-Saona og hans hold af kandidatstuderende studeret forskellige egenskaber ved kartoffelchips, herunder en vurdering af oliekvalitet og tilstedeværelse af akrylamid.
Oliekvalitet er et problem, da spiselige olier og fedtstoffer er en af de mest forfalskede fødevarer i industrien, og traditionelle metoder til at teste dem er tidskrævende, komplicerede og dyre og genererer store mængder affald, sagde Rodriguez-Saona. I juli modererer han en session, Økonomisk motiveret forfalskning: udfordringer og innovationer i afsløringen af fødevaresvindel, på Institute of Food Technologists årlige møde i Chicago, og vil præsentere om bærbare teknologier til screening for madforfalskning.
Tilstedeværelsen af akrylamid i kartoffelchips og andre typer kartofler stegt ved høje temperaturer har længe været et problem i industrien, og i 2010 udnævnte Joint Food and Agriculture Organisation og en komité fra Verdenssundhedsorganisationen det til et sundhedsproblem for mennesker. Men det udstyr, der er nødvendigt for at teste for akrylamid, er uoverkommeligt for de fleste virksomheder at køre test på egen hånd, og at sende prøver til et tredjepartslaboratorium kan tage uger at få resultater, sagde han.
"Acrylamidniveauer er i øjeblikket kun reguleret i Californien som en del af Proposition 65, officielt kendt som Safe Drinking Water and Toxic Enforcement Act af 1986, men jeg har snakket meget med virksomheder, og de vil gerne finde en omkostningseffektiv måde at måle for det. Så det arbejder vi på at udvikle.”
Rodriguez-Saona søger også om støtte fra det amerikanske landbrugsministerium.
”Lige nu arbejder vi med virksomheder og udvikler algoritmer, der passer til deres unikke applikationer. Men med USDA-finansiering ville vi være i stand til at arbejde på nogle af disse store problemer, såsom akrylamid eller forfalskning, og udvikle algoritmer til at udføre infrarøde tests på fødevarer, der ville være tilgængelige for enhver."
Fødevareproducenter i Ohio og andre steder, der er interesserede i at lære mere om teknologien, kan kontakte Rodriguez-Saona via e-mail på rodriguez-saona.1@osu.edu eller ring 614-292-3339.