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Composition saumonée de mesure de viande utilisant des techniques spectroscopiques de Raman de Proche-infrared

insights from industryKaren Esmonde-WhiteFood and Beverage Product Manager Kaiser Opitcal Systems

Dans cette entrevue, Karen Blanc Esmonde des systèmes optiques de Kaiser parle aux sciences de la vie Nouvelles-Médicales au sujet de la composition saumonée de mesure de viande utilisant des techniques spectroscopiques de Raman de Proche-infrared.

Quelles sont les composantes principales dans les saumons qu'un outil d'analyse devrait mesurer pendant le traitement ?

Nous tous savons que le saumon est une assiette populaire et peut être un aliment très savoureux. Nous savons également qu'il y a requête du client élevée pour mondial saumoné. Cette demande produit un besoin de rendement d'augmenter initial des saumons à la remarque quand elle est traitée à la centrale. La mesure rapide de la qualité peut aider à atteindre cet objectif.

Dans le meilleur des cas, vous voudriez que votre outil d'analyse prévoit les trois attributs principaux de la qualité de viande : graisse, couleur, et texture. De plus, l'outil d'analyse devrait être rapide, non destructif, et robuste à l'environnement de centrale, si vous mesurez avant l'abattage ou dans l'installation de transformation elle-même.

Pour le rendement maximum, les trois composantes primaires de mesure des saumons pourraient être mesurées utilisant une sonde unique parce que vous ne voulez pas cesser la centrale pour prendre à une mesure trois fois. Pour faire ainsi, vous auriez besoin de l'outil pour être hygiénique, ou pour ne pas venir en contact direct avec le tissu.

Des essais pour ces trois composantes le plus souvent sont réalisés dans le laboratoire. Pour la matière grasse, les gens emploient la méthode américaine de la société des chimistes du pétrole pour examiner la grosse saturation, autrement connu comme teneur en iode. Des méthodes plus neuves peuvent employer le liquide ou la chromatographie gazeuse.

Nous pouvons également ces principes de la mesure de laboratoire quand il s'agit de déterminer la couleur. Pour l'identification de couleur, vous regardez la carte de couleur de Roche ou faites une extraction de caroténoïde dans le laboratoire et employez la chromatographie ou la réflectivité (qui sont UV-Force basée). Pour la fermeté, vous faites le contrôle mécanique normal en regardant la déformation mécanique ou en faisant des extractions pour la teneur en collagène ou en eau.

Ces techniques basées sur laboratoire ne sont pas efficaces, et avant tout, elles sont destructrices. Vous devez prélever un échantillon hors de l'installation de transformation, la portez au laboratoire, exécutez votre réaction, et puis attendez. Une telle inefficacité ne fournit pas la mesure en temps réel. Tout simplement, une demande plus élevée du produit du saumon est industrie motrice pour les tests qui sont non destructifs, robotisé, et en ligne.

Pour obtenir des mesures intégrées, l'inducteur regarde des technologies variées optiques et de spectroscopie. Celles-ci comprennent l'UV-Force, la représentation hyperspectral, la vision par ordinateur (une caméra à grande vitesse avec la couleur robotisée), le proche-infrared pour l'humidité, et la spectroscopie de Raman.

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Que la spectroscopie de Raman mesure-t-elle ? Comment cette technique d'analyse bénéficie-t-elle l'analyse des produits saumonés ?

La lumière dispersée par mesures de spectroscopie de Raman. Elle utilise un laser qui illuminera l'échantillon. La majeure partie de la lumière dispersée ne changera pas dans la longueur d'onde, ainsi elle retournera comme même couleur. Cependant, un sur chaque million de photons que la lumière laser agira l'un sur l'autre avec la vibration moléculaire de causes (effectuant à Raman celui dans million de phénomène). Dans ces cas, elle détruira un peu de l'énergie, et nous pouvons mesurer cette modification d'énergie.

Cette modification d'énergie est basée sur les groupes fonctionnels ou la chimie du matériau que nous examinons. Le résultat est un spectre, et parfois nous appelons ce spectre une empreinte digital moléculaire parce qu'elle nous fournit l'information très spécifique sur la chimie du matériau.

Puisqu'elle emploie la lumière visible ou de proche-infrared, l'avantage de la spectroscopie de Raman est que nous pouvons employer les blocs optiques visibles qui n'exigent pas des matériaux de spécialité, qui fournit beaucoup de souplesse d'échantillonnage. Nous pouvons mesurer des solides, liquides, gaz, et nous pouvons faire cet en ligne ou dans le laboratoire.

Nous pouvons employer Raman de trois voies différentes. En premier lieu, il peut chimiquement recenser ce que regardons nous. Par exemple, nous pouvons recenser que notre échantillon est une petite molécule pharmaceutique et il est sous la forme en cristal. Les spectres de Raman réalise une excellente fonction de la différenciation entre les formes en cristal. La deuxième utilisation est pour des buts quantitatifs. Par exemple, nous pouvons mesurer des solutions de glucose dans un échantillon et pouvons mesurer à partir de 0,5 grammes par litre jusqu'à 15 grammes par litre.

De plus, l'identification et les mesures quantitatives peuvent être intégrées pour comprendre si l'empreinte digital moléculaire a changé, et si oui, par combien pendant un procédé. Une application très puissante de ceci recense le point final d'une réaction basée sur la disparition de nos réactifs et la formation de nos produits.

D'autres avantages de la spectroscopie de Raman sont qu'elle fournit direct, en temps réel, et mesure de dans-procédé. Quelques systèmes de Raman sont compatibles avec les environnements risqués d'endroit tels que les inducteurs pétrochimiques et les usines chimiques. L'analyseur peut « parler » à une salle de commande par l'intermédiaire des plates-formes industrielles de transmission, évitant de ce fait le besoin d'intervention de l'utilisateur manuelle.

Avec la spectroscopie de Raman, nous pouvons mesurer l'absorption, la réfraction, et la dispersion. Quelques matériaux ont des interactions multiples avec la même question, qui est certainement vraie pour les tissus biologiques comprenant des produits de viande et des pêches. La raison pour laquelle la spectroscopie est si puissante est qu'elle peut examiner les propriétés chimiques des matériaux non-destructively basées sur des changements de boîte de vitesses, d'absorption, ou de longueur d'onde. La spectroscopie de Raman est une technique puissante parce que nous pouvons comprendre la chimie de quelque chose en temps réel sans devoir le préparer ou détruire.

Votre mouvement propre est dans le bloc optique biomédical et de tissu. Votre travail dans ce domaine a-t-il associé à vos expériences avec l'analyse saumonée de tissu ?

Oui. Car je regarde la spectroscopie de Raman des saumons, je la regarde comme aliment. Cependant, scientifiquement, je peux également le regarder comme tissu biologique et appliquer ma formation dans le bloc optique biomédical. Le bloc optique biomédical est l'inducteur dans lequel nous développons la spectroscopie pour les modifications biologiques de mesure des tissus dans la santé, le vieillissement, et la maladie, dans le but des mesures cliniques devant observer ces modifications biologiques qui peuvent précéder ou accompagner la maladie.

L'attachement des principes de la spectroscopie de Raman avec des résultats de bloc optique de tissu est l'inducteur de la spectroscopie de Raman de tissu. Assimilé à la spectroscopie, nous faisons des blocs optiques de tissu chaque jour. Nous le voyons quand nous allons voir le docteur pour une mesure de l'oxygène de sang, par exemple. C'est bloc optique biomédical dans l'action. Nous pouvons également voir quelques principes derrière des blocs optiques biomédicaux quand nous mettons un laser sur notre doigt. Notre doigt rougeoie au lieu du droit allant de laser juste par notre doigt. Nous pourrions pouvoir voir également quelques modifications de l'intensité aussi bien.

Tandis que l'inducteur de la spectroscopie de Raman de tissu a été autour pendant longtemps, il a été avancé dans le 2000s tôt quand Mike Morris et Pavel Matousek pouvaient d'abord expliquer qu'ils pourraient mesurer les spectres sous la surface de Raman. Apportant quelques principes de la spectroscopie de Raman de tissu, telle que le volume d'échantillonnage de compréhension et comporter l'utilisation des fantômes de tissu, peut nous aider à établir une approche globale aux mesures de qualité de viande utilisant Raman.

Cette compréhension se produit parce que nous avons des tissus hétérogènes qui peuvent absorber la lumière et rebondir la lumière autour. En conséquence, nous voyons des changements d'absorption ou de la dispersion. Nous pouvons également voir que la lumière parfois est juste réfléchie de retour et elle passe juste par le tissu très, très rapidement. Toutes ces choses se produisent immédiatement, et nous pouvons comprendre ces interactions complexes dans le laboratoire.

Un outil important que nous avons dans le laboratoire sommes les modèles matériels particulièrement conçus, aussi fantômes appelés de tissu. Ils ne sont pas effrayants ! Des fantômes de tissu sont employés aux hôpitaux et aux équipements médicaux chaque jour pour étalonner notre matériel d'imagerie médicale tel que le matériel de rayons X, de CT, d'IRM, et d'ANIMAL FAMILIER. Ils sont également employés pour la communauté biomédicale de bloc optique parce qu'ils nous permettent de comprendre le rendement d'instrument, et ils peuvent également être très utiles dans l'analyse alimentaire.

Utilisant ces modèles bien définis est particulièrement important pour l'analyse chimique telle que la spectroscopie de Raman. Tandis que nous pouvons aller à la mémoire, ou nous pouvons travailler avec une installation de transformation pour obtenir des spécimens, nous ne pouvons pas définir la composition avec précision. Quel fantôme de tissu nous permet de faire est d'établir quelque chose dans le laboratoire très facilement, très simplement, et très rapidement avec une composition avec précision définie.

Utilisant des fantômes de tissu a plusieurs avantages comprenant optimiser quelle sonde rendement de mesure à employer, comprendre, et servir de caractéristiques d'hors-d'oeuvres à notre modèle analytique. Ce qui est intéressant au sujet des fantômes de tissu est que parce que vous effectuez ces derniers dans le laboratoire, vous pouvez définir les variations zonales aussi.

Par exemple, pour le fantôme rouge de partie, vous pouvez effectuer de grosses inclusions distinctes dans une couche de muscle. Cela peut imiter la partie rouge, et il est facile de définir le pourcentage de la graisse aussi bien. Pour un fantôme blanc de partie, vous voudriez avoir quelque chose où vous n'avez pas les variations zonales très distinctes. Pour ceci, vous voudriez probablement mélanger vos zones un peu plus, et c'est quelque chose que vous pouvez facilement faire avec un fantôme de tissu.

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Les longueurs d'onde courantes de spectroscopie de Raman de 785 nanomètre et de 1000 nanomètre sont-elles utiles pour l'analyse des produits alimentaires ?

En spectroscopie de Raman, nous parlons utilisant 785 nanomètre ou même 1000 nanomètre comme voie de réduire la fluorescence. C'est une raison pour laquelle nous employons ces longueurs d'onde. Dans des mesures de tissu, nous avons des allocations complémentaires d'aller à ces longueurs d'onde. Celles-ci comprennent équilibrer les effets de l'absorption de l'eau ou d'hémoglobine à différentes longueurs d'onde, ou l'essai de optimiser pour une ou l'autre, qui sont réellement un élément important de bloc optique de tissu.

Pourriez-vous nous fournir plus de petit groupe sur les expériences que vous avez conduit pour analyser les échantillons saumonés ?

Nous avons réalisé deux études. La première étude était d'évaluer l'installation du système de 1000 nanomètre pour la graisse de mesure, la couleur, et les composantes de texture en tissu saumoné. La spectroscopie saumonée de Raman a été autour pendant au moins 15 années, mais elle tous avait été faite à 785 nanomètre et jamais à 1000 nanomètre. Nous avons eu le système de 1000 nanomètre et avons voulu savoir ce qui se produirait si nous employions cette longueur d'onde. La deuxième étude était d'évaluer la compatibilité d'une sonde de non contact de décalage à 785 nanomètre pour des mesures de qualité intégrées de viande. Pour les deux études, nous avons simplement employé les échantillons de commerce. Mon collègue était allé à notre épicerie locale et juste repris chaque type de spécimen saumoné qu'il pourrait trouver, y compris certains a élevé les saumons atlantiques, les saumons de coho sauvages, et les saumons fumés.

Nous l'avons mesuré d'autant de voies que nous pourrions dans le laboratoire. Nous avons mesuré la viande dans l'emplacement varié et nous nous sommes également rassemblés sur la peau. Nous avons pris des mesures sur la peau d'obscurité et de lumière utilisant une sonde de contact et un optique de non contact. Nous pouvions rassembler de bons spectres dans une et dix secondes. Nous avons employé l'analyseur de Raman Rxn2 qui fonctionne à 1000 nanomètre ou à 785 nanomètre, et l'intensité de laser était environ 80 milliwatts.

Nous avons employé un contact optique, ainsi nous pouvions obtenir les mesures extérieures des solides quand nous pouvions toucher la sonde à ces différentes parties. Ces sondes emploient la géométrie rétrodiffusion. L'illumination et les fibres de ramassage sont proches ensemble, et elle donne une petite taille d'endroit qui fournit la mesure extérieure. Avec la sonde de contact, nous pouvions voir l'hétérogénéité zonale. Nous pourrions regarder la grosse partie contre la partie de muscle, et obtenons l'information sur juste la graisse, ou l'information sur juste le muscle.

Les utilisations optiques de non contact une approche et lui rétrodiffusés assimilés de Raman fournit une petite taille d'endroit, mais elle est de non contact. Pour la sonde de processus intégrée, nous avons employé notre sonde de non contacth de PAT. Elle emploie une grande approche volumétrique pour rassembler le signe extérieur et sous la surface de Raman. Cette approche est particulièrement utile dans les procédés concernant des solides pour quelques raisons. La première raison est d'obtenir une mesure de large volume qui est préposé du service de l'échantillon rapidement avec une mesure unique. La deuxième raison est que nous pouvons faire ceci sans devoir orienter la sonde sur l'échantillon pour chaque échantillon neuf.  

Quels étaient les résultats de ces expériences ?

D'abord, nous avons dû obtenir la signification des spectres que nous avons produits. Les différentes bandes que nous avons vues ont correspondu à différents attributs dans le tissu. Nous avons observé les bandes qui ont correspondu au collagène, aux graisses, aux protéines, et aux pigments de caroténoïde. Ces bandes ont été montrées pour aviser sur les trois composantes principales de la qualité-fermeté, des graisses, et de la couleur de poissons. Ainsi, nous pouvions obtenir une mesure à plusieurs attributs avec juste une sonde unique et une mesure unique.

L'utilisation de 1000 nanomètre a eu ses avantages. Elle nous a donné la définition spectrale élevée et moins d'absorption d'eau. Je dirais qu'en termes de réduire la fluorescence, elle a réduit la fluorescence légèrement. Je suis réellement satisfait avec le système 1000nm parce qu'il pouvait fournir les spectres rapidement qui sont compatibles avec des états de littérature sur les protéines, les graisses, et les caroténoïdes saumonés de viande. Utilisant le système de 1000 nanomètre avec une petite sonde de taille d'endroit nous a permis de voir l'hétérogénéité compositionnelle en viande saumonée. La sondeh de Raman de procédé de PAT est compatible avec le temps de cycle de l'installation de transformation pour des mesures de qualité intégrées de viande.

Au sujet de M. Karen Blanc Esmonde

M. Karen Blanc Esmonde est un spécialiste supérieur en Marcom chez Kaiser Optical Systems Inc.

M. Karen Blanc Esmonde

Il a gagné son B.S. en chimie d'université de roulement de jésuite, son M.S. en chimie, M.Eng. dans le bureau d'études pharmaceutique et Ph.D. en génie biomédical de l'Université du Michigan. M. Blanc Esmonde a sur 6 ans d'expérience en tant que pharmacien analytique dans l'industrie pharmaceutique.

Ses intérêts de recherches sont dans la spectroscopie biologique de Raman, l'analytique de processus et le modèle d'instrument.

Citations

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    Kaiser Optical Systems, Inc.. (2020, September 01). Composition saumonée de mesure de viande utilisant des techniques spectroscopiques de Raman de Proche-infrared. News-Medical. Retrieved on September 23, 2021 from https://www.news-medical.net/news/20200615/Measuring-Salmon-Meat-Composition-using-Near-infrared-Raman-Spectroscopic.aspx.

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