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Composizione di color salmone di misurazione nella carne facendo uso delle tecniche spettroscopiche vicine all'infrarosso di Raman

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

In questa intervista, Karen Bianca Esmonde dai sistemi ottici di Kaiser parla con scienze biologiche Notizia-Mediche circa la composizione di color salmone di misurazione nella carne facendo uso delle tecniche spettroscopiche vicine all'infrarosso di Raman.

Che cosa sono le componenti principali in salmone che uno strumento analitico dovrebbe misurare durante il trattamento?

Tutti sappiamo che il salmone è un piatto popolare e può essere un alimento molto saporito. Egualmente sappiamo che c'è alta domanda dei consumatori di mondiale di color salmone. Questa domanda crea un'esigenza di risparmio di temi dal sollevamento iniziale del salmone al punto quando è elaborata nell'impianto. La misura rapida di qualità può contribuire a raggiungere questo scopo.

Nel migliore dei casi, vorreste il vostro strumento analitico predire i tre attributi principali di qualità della carne: grasso, colore e tessitura. Inoltre, lo strumento analitico dovrebbe essere rapida, non distruttiva e robusta all'ambiente vegetale, se state misurando prima del macello o nell'impianto di lavorazione stesso.

Per risparmio di temi massimo, le tre componenti primarie di misura del salmone potrebbero essere misurate facendo uso di singola sonda perché non volete fermare l'impianto per richiedere ad una misura tre tempi. Per agire in tal modo, avreste bisogno dello strumento per essere igienico, o per non venire in contatto diretto con il tessuto.

Le prove per queste tre componenti sono eseguite il più spesso in laboratorio. Per il tenore di materia grassa, la gente usa il metodo americano della società dei petrochimici per esaminare la saturazione grassa, altrimenti conosciuto come l'indice di iodio. I più nuovi metodi possono usare il liquido o la gascromatografia.

Possiamo egualmente questi principi di misura del laboratorio quando si tratta della determinazione del colore. Per l'identificazione di colore, esaminate la scheda di colore di Roche o fate un'estrazione del carotenoide in laboratorio ed usate la cromatografia o la riflessione (che sono UV-Forza basata). Per fermezza, state facendo la prova meccanica standard esaminando la deformazione meccanica o facendo le estrazioni per il tenore d'acqua o del collageno.

Queste a tecniche basate a laboratorio non sono efficienti e per di più, sono distruttive. Dovete prelevare un campione dall'impianto di lavorazione, lo portate al laboratorio, eseguite la vostra reazione e poi aspettate. Tale inefficienza non rende la misura in tempo reale. Messa semplicemente, il più alta domanda del prodotto del salmone è l'industria di azionamento per le prove che sono non distruttive, automatizzato ed in linea.

Per ottenere le misure in-linea, il campo sta osservando le varie tecnologie della spettroscopia ed ottiche. Questi includono la UV-Forza, la rappresentazione hyperspectral, la visione artificiale (una macchina fotografica ad alta velocità con colore automatizzato), vicine all'infrarosso per umidità e la spettroscopia di Raman.

Credito di immagine: Shutterstock/udra11

Che cosa la spettroscopia di Raman misura? Come questa tecnica dell'analisi avvantaggia l'analisi dei prodotti di color salmone?

Indicatore luminoso sparso misure di spettroscopia di Raman. Utilizza un laser che illuminerà il campione. La maggior parte dell'indicatore luminoso sparso non cambieranno nella lunghezza d'onda, in modo da ritorneranno come lo stesso colore. Tuttavia, uno su ogni milione fotoni che la luce laser interagirà con la vibrazione molecolare di cause (che rende a Raman quello in milione fenomeni). In questi casi, perderà un po'di energia e possiamo misurare quel cambiamento di energia.

Quel cambiamento di energia è basato sui gruppi funzionali o sulla chimica del materiale che stiamo esaminando. Il risultato è uno spettro ed a volte chiamiamo quello spettro un'impronta digitale molecolare perché ci fornisce le informazioni molto specifiche sulla chimica del materiale.

Poiché usa l'indicatore luminoso visibile o vicino all'infrarosso, il vantaggio della spettroscopia di Raman è che possiamo usare le ottica visibili che non richiedono i materiali di specialità, che fornisce moltissima flessibilità di campionatura. Possiamo misurare i solidi, liquidi, gas e possiamo fare questo in linea o in laboratorio.

Possiamo utilizzare Raman in tre modi diversi. In primo luogo, può chimicamente identificare che cosa stiamo esaminando. Per esempio, possiamo identificare che il nostro campione è una piccola molecola farmaceutica ed è nel modulo di cristallo. Gli spettri di Raman fa un lavoro eccellente di differenziazione fra i moduli di cristallo. Il secondo uso è per gli scopi quantitativi. Per esempio, possiamo misurare le soluzioni di glucosio in un campione e possiamo misurare da 0,5 grammi per litro fino a 15 grammi per litro.

Inoltre, l'identificazione e le misure quantitative possono essere integrate per capire se l'impronta digitale molecolare sia cambiato ed in caso affermativo, da cui durante il trattamento. L'un'applicazione molto potente di questa sta identificando il punto finale di una reazione basata sulla scomparsa dei nostri reattivi e sulla formazione di nostri prodotti.

Altri vantaggi della spettroscopia di Raman sono che fornisce diretto, in tempo reale e misura di in-trattamento. Alcuni sistemi di Raman sono compatibili con gli ambienti pericolosi di area quali i campi e gli stabilimenti chimici petrochimici. L'analizzatore può “parlare„ con sala di controllo tramite piattaforme industriali di comunicazione, quindi evitanti l'esigenza di intervento manuale dell'utente.

Con la spettroscopia di Raman, possiamo misurare l'assorbimento, la rifrazione e lo scattering. Alcuni materiali hanno interazioni multiple con la stessa materia, che è certamente vera per i tessuti biologici compreso carne ed i prodotti a base di pesce. La ragione per la quale la spettroscopia è così potente è che può esaminare il non-distruttivo chimico dei beni dei materiali basato sui cambiamenti nella trasmissione, nell'assorbimento, o nella lunghezza d'onda. La spettroscopia di Raman è una tecnica potente perché possiamo capire la chimica di qualcosa in tempo reale senza avere bisogno di prepararlo o distruggere.

Il vostro sfondo è nell'ottica del tessuto e del biomedical. Il vostro lavoro in materia si è riferito ai vostri esperimenti con l'analisi di color salmone del tessuto?

Sì. Poichè sto esaminando la spettroscopia di Raman del salmone, la esamino come alimento. Tuttavia, scientifico, posso anche esaminarlo come tessuto biologico ed applicare il mio addestramento nell'ottica biomedica. L'ottica biomedica è il campo in cui stiamo sviluppando la spettroscopia per la misurazione dei cambiamenti biochimici dei tessuti nella salubrità, nell'invecchiamento e nella malattia, allo scopo delle misure cliniche che devono osservare questi cambiamenti biochimici che possono precedere o accompagnare la malattia.

La legatura dei principi di spettroscopia di Raman con i risultati dell'ottica del tessuto è il campo della spettroscopia di Raman del tessuto. Simile alla spettroscopia, facciamo le ottica del tessuto ogni giorno. Lo vediamo quando andiamo vedere il medico per una misura dell'ossigeno di sangue, per esempio. Quella è l'ottica biomedica nell'atto. Possiamo inoltre vedere alcuni principi dietro le ottica biomediche quando mettiamo un laser sulla nostra barretta. La nostra barretta emette luce invece del laser che passa appena diritto tramite la nostra barretta. Potremmo potere inoltre vedere alcuni cambiamenti dell'intensità pure.

Mentre il campo della spettroscopia di Raman del tessuto è stato a lungo intorno, è stato avanzato nel primi anni '2000 quando Mike Morris e Pavel Matousek potevano in primo luogo dimostrare che potrebbero misurare gli spettri sotto la superficie di Raman. Portando in alcuni principi dalla spettroscopia di Raman del tessuto, come il volume di campionatura di comprensione e comprendere l'uso dei fantasmi del tessuto, può aiutarci a sviluppare un approccio completo alle misure di qualità della carne facendo uso di Raman.

Questa comprensione accade perché abbiamo tessuti eterogenei che possono assorbire l'indicatore luminoso e la luce indiretta intorno. Di conseguenza, vediamo i cambiamenti nell'assorbimento o in scattering. Possiamo inoltre vedere molto rapido che l'indicatore luminoso è riflesso a volte appena indietro e passa appena attraverso il tessuto molto. Tutte queste cose stanno accadendo immediatamente e possiamo capire quelle interazioni complesse in laboratorio.

Uno strumento che importante abbiamo in laboratorio siamo modelli fisici specialmente progettati, anche chiamati fantasmi del tessuto. Non sono spaventosi! I fantasmi del tessuto sono utilizzati in ospedali e negli impianti medici ogni giorno per calibrare la nostra strumentazione di imaging biomedico quale la strumentazione dei raggi x, di CT, di MRI e dell'ANIMALE DOMESTICO. Egualmente sono usati per la comunità biomedica dell'ottica perché permettono che noi capiamo la prestazione dello strumento e possono anche essere molto utili nell'analisi alimentare.

Facendo uso di questi modelli ben definiti è particolarmente importante per l'analisi chimica quale la spettroscopia di Raman. Mentre possiamo andare alla memoria, o possiamo lavorare con un impianto di lavorazione per ottenere gli esemplari, non possiamo definire precisamente la composizione. Ché fantasma del tessuto permette che noi facciamo è di sviluppare molto facilmente, molto semplicemente e molto rapidamente qualcosa in laboratorio con una composizione precisamente definita.

Facendo uso dei fantasmi del tessuto ha parecchi vantaggi compreso l'ottimizzazione che sonda prestazione di misura capire, da usare e servire da dati del dispositivo d'avviamento per il nostro modello analitico. Che cosa è interessante circa i fantasmi del tessuto è che perché state facendo questi in laboratorio, potete definire le variazioni di zona anche.

Per esempio, per il fantasma rosso della parte, potete fare le inclusioni grasse distinte in un livello di muscolo. Quello può imitare la parte rossa ed è facile da definire la percentuale di grasso pure. Per un fantasma bianco della parte, vorreste avere qualcosa dove non avete le variazioni di zona molto distinte. Per questo, probabilmente vorreste mescolare le vostre zone un po'più e quello è qualcosa che possiate fare facilmente con un fantasma del tessuto.

Credito di immagine: Shutterstock/Milovzorova Elena

Sono le lunghezze d'onda comuni della spettroscopia di Raman di 785 nanometro e di 1000 nanometro utili per l'analisi dei prodotti alimentari?

In spettroscopia di Raman, parliamo di facendo uso di 785 nanometro o persino di 1000 nanometro come modo diminuire la fluorescenza. Quella è una ragione per cui usiamo quelle lunghezze d'onda. Nelle misure del tessuto, abbiamo assegni complementari di andare a queste lunghezze d'onda. Questi includono saldare gli effetti di assorbimento dell'emoglobina o dell'acqua alle lunghezze d'onda differenti, o la prova di ottimizzare per una o l'altra, che sia una componente realmente importante dell'ottica del tessuto.

Potreste fornirci più dettaglio sugli esperimenti che avete condotto per analizzare i campioni di color salmone?

Abbiamo svolto due studi. Il primo studio era di valutare l'utilità del sistema di 1000 nanometro per grasso di misurazione, colore e le componenti di tessitura in tessuto di color salmone. La spettroscopia di color salmone di Raman è stata intorno per almeno 15 anni, ma tutti era stata fatta a 785 nanometro e mai a 1000 nanometro. Abbiamo avuti il sistema di 1000 nanometro ed abbiamo voluto conoscere che cosa sarebbe accaduto se usassimo questa lunghezza d'onda. Il secondo studio era di valutare la compatibilità di una sonda senza contatto di stampa offset a 785 nanometro per le misure di qualità in-linea della carne. Per entrambi gli studi, abbiamo usato semplicemente i campioni memoria-comprati. Il mio collega era andato alla nostra drogheria locale ed appena preso ogni tipo di esemplare di color salmone che potrebbe trovare, compreso alcuno ha coltivato il salmone atlantico, salmone argentato selvaggio e salmone affumicato.

Lo abbiamo misurato in altrettanti modi che potremmo in laboratorio. Abbiamo misurato la carne in varie posizioni ed egualmente ci siamo raccolti sull'interfaccia. Abbiamo catturato le misure sull'interfaccia dell'indicatore luminoso e di buio facendo uso di una sonda di contatto e di un ottico senza contatto. Potevamo raccogliere i buoni spettri in un e dieci secondi. Abbiamo usato l'analizzatore di Raman Rxn2 che funziona a 1000 nanometro o a 785 nanometro e l'intensità del laser era di circa 80 milliwatt.

Abbiamo usato un contatto ottico, in modo da potevamo ottenere le misure di superficie dei solidi quando potevamo toccare la sonda a quelle sezioni differenti. Queste sonde usano la geometria di backscatter. L'illuminazione e le fibre della raccolta sono insieme vicine e dà una piccola dimensione di punto che fornisce la misura di superficie. Con la sonda di contatto, potevamo vedere l'eterogeneità di zona. Potremmo esaminare la sezione grassa contro la sezione del muscolo ed otteniamo le informazioni appena sul grasso, o le informazioni appena sul muscolo.

Gli usi ottici senza contatto un simili approccio e a diffusione retrograda di Raman fornisce una piccola dimensione di punto, ma è senza contatto. Per la sonda trattata in-linea, abbiamo usato la nostra sonda senza contattoh di PAT. Usa un grande approccio volumetrico per raccogliere il segnale di superficie e sotto la superficie di Raman. Questo approccio è particolarmente utile in lavorazione che comprendono i solidi per una coppia di ragioni. La prima ragione è di ottenere una grande misura del volume che è rapidamente rappresentante del campione con una singola misura. La seconda ragione è che possiamo fare questo senza avere bisogno di mettere a fuoco la sonda sul campione per ogni nuovo campione.  

Che cosa erano i risultati di questi esperimenti?

In primo luogo, abbiamo dovuto ottenere il significato dagli spettri che abbiamo generato. Le bande differenti che abbiamo veduto hanno corrisposto agli attributi differenti nel tessuto. Abbiamo osservato le bande che hanno corrisposto al collageno, ai grassi, alle proteine ed ai pigmenti del carotenoide. Queste bande sono state indicate per informare sulle tre componenti principali di qualità-fermezza, dei grassi e del colore del pesce. Così, potevamo ottenere una misura di multi-attributo con appena una singola sonda e una singola misura.

L'uso di 1000 nanometro ha presentato i sui vantaggi. Ci ha dato l'alta risoluzione spettrale e meno assorbimento di acqua. Direi che in termini di diminuzione della fluorescenza, ha diminuito la fluorescenza leggermente. Realmente sono soddisfatto con il sistema 1000nm perché poteva da fornire rapido gli spettri che sono coerenti con i rapporti della letteratura sulle proteine, sui grassi e sui carotenoidi di color salmone della carne. Facendo uso del sistema di 1000 nanometro con una piccola sonda di dimensione di punto ha permesso che noi vedessimo l'eterogeneità composizionale in carne di color salmone. La sondah di Raman di trattamento di PAT è compatibile con il periodo di ciclo dell'impianto di lavorazione per le misure di qualità in-linea della carne.

Circa Dott. Karen Bianco Esmonde

Il Dott. Karen Bianco Esmonde è uno specialista senior di Marcom a Kaiser Optical Systems Inc.

Dott. Karen Bianco Esmonde

Utile il suo B.S. in chimica dall'università spingente della gesuita, il suo M.S. in chimica, M.Eng. nell'assistenza tecnica farmaceutica ed il Ph.D. nell'assistenza tecnica biomedica dall'università del Michigan. Il Dott. Bianco Esmonde ha in 6 anni di esperienza come chimico analitico nell'industria farmaceutica.

I suoi interessi della ricerca sono nella spettroscopia biologica di Raman, in analisi dei dati trattata e nella progettazione dello strumento.

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