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Composição Salmon de medição da carne usando as técnicas espectroscópicas Próximo-infravermelhas de Raman

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

Nesta entrevista, Karen Esmonde-Branca dos sistemas ópticos de Kaiser fala às ciências da vida Notícia-Médicas sobre a composição Salmon de medição da carne usando as técnicas espectroscópicas Próximo-infravermelhas de Raman.

Que são os componentes principais nos salmões que uma ferramenta analítica precisaria de medir durante o processamento?

Nós todos sabemos que o salmão é um prato popular e pode ser um alimento muito saboroso. Nós igualmente sabemos que há uma demanda alta para mundial salmon. Esta procura cria uma necessidade para a eficiência do levantamento inicial dos salmões para o ponto quando é processada na planta. A medida rápida da qualidade pode ajudar a conseguir este objetivo.

Idealmente, você quereria sua ferramenta analítica prever os três atributos principais da qualidade da carne: gordura, cor, e textura. Além, a ferramenta analítica precisaria de ser rápida, não-destrutiva, e robusta ao ambiente da planta, se você está medindo antes da chacina ou na fábrica de tratamento própria.

Para a eficiência máxima, os três componentes preliminares da medida dos salmões poderiam ser medidos usando uma única ponta de prova porque você não quer parar a planta para tomar a uma medida três vezes. Para fazer assim, você precisaria a ferramenta de ser higiênica, ou de não vir no contacto directo com o tecido.

Os testes para estes três componentes são executados o mais frequentemente no laboratório. Para o índice gordo, os povos usam o método americano da sociedade de químicos de petróleo para examinar a saturação gorda, se não sabido como o valor de iodo. Uns métodos mais novos podem usar a cromatografia do líquido ou de gás.

Nós podemos igualmente estes princípios de medida do laboratório quando se trata de determinar a cor. Para a identificação de cor, você olha o cartão da cor de Roche ou faz uma extracção do carotenóide no laboratório e usa a cromatografia ou a reflectância (que são Uv-Vis baseado). Para a consistência, você está fazendo o teste mecânico padrão olhando a deformação mecânica ou fazendo extracções para o índice do colagénio ou de umidade.

Estas técnicas laboratório-baseadas não são eficientes, e mais importante ainda, são destrutivas. Você precisa de tomar uma amostra fora da fábrica de tratamento, trá-la ao laboratório, executa-o sua reacção, e espera-o então. Tal incapacidade não rende a medida do tempo real. Posta simplesmente, uma procura mais alta do produto do salmão é indústria de condução para os testes que são não-destrutivos, automatizado, e inline.

Para obter medidas inline, o campo está olhando várias tecnologias ópticas e da espectroscopia. Estes incluem o Uv-Vis, a imagem lactente hyperspectral, a visão por computador (uma câmera de alta velocidade com cor automatizada), os próximo-infravermelhos para a umidade, e a espectroscopia de Raman.

Crédito de imagem: Shutterstock/udra11

Que a espectroscopia de Raman mede? Como esta técnica da análise beneficia a análise dos produtos salmon?

Luz dispersada medidas da espectroscopia de Raman. Usa um laser que ilumine a amostra. A maioria da luz dispersada não mudarão no comprimento de onda, assim que retornarão como a mesma cor. Contudo, um de cada milhão fotão que o laser interagirá com a vibração molecular das causas (que faz a Raman esse em milhão fenômenos). Nesses casos, perderá um pouco da energia, e nós podemos medir essa mudança da energia.

Essa mudança da energia é baseada nos grupos funcionais ou na química do material que nós estamos examinando. O resultado é um espectro, e às vezes nós chamamos esse espectro uma impressão digital molecular porque nos dá a informação muito específica na química do material.

Porque usa a luz visível ou próximo-infravermelha, a vantagem da espectroscopia de Raman é que nós podemos usar os sistemas óticos visíveis que não exigem materiais da especialidade, que fornece muita flexibilidade da amostra. Nós podemos medir sólidos, líquidos, gáss, e nós podemos fazer este inline ou no laboratório.

Nós podemos usar Raman em três maneiras diferentes. Principalmente, pode quimicamente identificar o que nós estamos olhando. Por exemplo, nós podemos identificar que nossa amostra é uma molécula pequena farmacêutica e está no formulário de cristal. Os espectros de Raman fazem um trabalho excelente da diferenciação entre os formulários de cristal. O segundo uso é para finalidades quantitativas. Por exemplo, nós podemos medir soluções de glicose em uma amostra e podemos medir de 0,5 relvados pelo litro até 15 relvados pelo litro.

Além, a identificação e as medidas quantitativas podem ser integradas para compreender se a impressão digital molecular mudou, e em caso afirmativo, por quanto durante um processo. Uma aplicação muito poderosa desta está identificando o valor-limite de uma reacção baseada no desaparecimento de nossos reagentes e na formação de nossos produtos.

Outras vantagens da espectroscopia de Raman são que fornece directo, tempo real, e medida do em-processo. Alguns sistemas de Raman são compatíveis com ambientes perigosos da área tais como campos petroquímicas e centrais química. O analisador pode “falar” a uma sala de comando através das plataformas industriais de uma comunicação, evitando desse modo a necessidade para a intervenção manual do usuário.

Com espectroscopia de Raman, nós podemos medir a absorção, a refracção, e a dispersão. Alguns materiais têm interacções múltiplas com a mesma matéria, que é certamente verdadeira para os tecidos biológicos que incluem produtos da carne e de peixes. A razão pela qual a espectroscopia é tão poderosa é que pode examinar as propriedades químicas dos materiais baseadas non-destructively em mudanças na transmissão, na absorção, ou no comprimento de onda. A espectroscopia de Raman é uma técnica poderosa porque nós podemos compreender a química de algo no tempo real sem precisar da preparar ou destruir.

Seu fundo está no sistema ótico do biomedical e do tecido. Seu trabalho neste campo relacionou-se a suas experiências com análise salmon do tecido?

Sim. Porque eu estou olhando a espectroscopia de Raman dos salmões, eu olho-a como um alimento. Contudo, scientifically, eu posso igualmente olhá-lo como um tecido biológico e aplicar meu treinamento no sistema ótico biomedicável. O sistema ótico biomedicável é o campo em que nós estamos desenvolvendo a espectroscopia para medir mudanças bioquímicas dos tecidos na saúde, no envelhecimento, e na doença, com o objectivo das medidas clínicas que devem observar estas mudanças bioquímicas que podem preceder ou acompanhar a doença.

Amarrar os princípios de espectroscopia de Raman com resultados do sistema ótico do tecido é o campo da espectroscopia de Raman do tecido. Similar à espectroscopia, nós fazemos sistemas óticos do tecido cada dia. Nós vemo-lo quando nós vamos ver o doutor para uma medida do oxigênio do sangue, por exemplo. Aquele é sistema ótico biomedicável na acção. Nós podemos igualmente ver alguns princípios atrás dos sistemas óticos biomedicáveis quando nós pomos um laser sobre nosso dedo. Nosso dedo incandesce em vez do laser apenas que atravessa em linha recta nosso dedo. Nós pudemos poder ver igualmente também algumas mudanças da intensidade.

Quando o campo da espectroscopia de Raman do tecido estiver ao redor por muito tempo, foi avançado no 2000s adiantado quando Mike Morris e Pavel Matousek podiam primeiramente demonstrar que poderia medir espectros subsuperficiais de Raman. Trazendo em alguns princípios da espectroscopia de Raman do tecido, tal como o volume de amostra compreensivo e a incorporação do uso de fantasma do tecido, pode ajudar-nos a construir uma aproximação detalhada às medidas de qualidade da carne usando Raman.

Esta compreensão acontece porque nós temos os tecidos heterogêneos que podem absorver a luz e saltar a luz ao redor. Conseqüentemente, nós vemos mudanças na absorção ou na dispersão. Nós podemos igualmente ver que a luz está reflectida às vezes apenas para trás e apenas atravessa o tecido muito, muito ràpida. Todas estas coisas estão acontecendo imediatamente, e nós podemos compreender aquelas interacções complexas no laboratório.

Uma ferramenta que importante nós temos no laboratório somos modelos físicos especialmente projetados, igualmente chamados fantasma do tecido. Não são assustadores! Os fantasma do tecido são usados nos hospitais e em facilidades médicas cada dia para calibrar nosso equipamento da imagem lactente médica tal como o equipamento dos raios X, do CT, do MRI, e do ANIMAL DE ESTIMAÇÃO. São usados igualmente para a comunidade biomedicável do sistema ótico porque permitem que nós compreendam o desempenho do instrumento, e podem igualmente ser muito úteis na análise de alimento.

Usar estes modelos bem definidos é especialmente importante para a análise química tal como a espectroscopia de Raman. Quando nós pudermos ir à loja, ou nós podemos trabalhar com uma fábrica de tratamento para obter espécimes, nós não podemos definir a composição precisamente. Que fantasma do tecido permite que nós façam é construir muito facilmente, muito simplesmente, e muito rapidamente algo no laboratório com uma composição precisamente definida.

Usar fantasma do tecido tem diversos benefícios incluir aperfeiçoando que ponta de prova desempenho da medida a se usar, compreender, e servir como dados do acionador de partida para nosso modelo analítico. O que é interessante sobre fantasma do tecido é que porque você está fazendo estes no laboratório, você pode definir as variações zonais demasiado.

Por exemplo, para o fantasma vermelho da parcela, você pode fazer inclusões gordas distintas em uma camada de músculo. Isso pode imitar a parcela vermelha, e é fácil definir também a porcentagem da gordura. Para um fantasma branco da parcela, você quereria ter algo onde você não tem as variações zonais muito distintas. Para isto, você quereria provavelmente misturar um pouco suas zonas mais, e aquele é algo que você pode facilmente fazer com um fantasma do tecido.

Crédito de imagem: Shutterstock/Milovzorova Elena

São os comprimentos de onda comuns da espectroscopia de Raman de 785 nanômetro e de 1000 nanômetro úteis para a análise dos produtos alimentares?

Na espectroscopia de Raman, nós falamos sobre a utilização de 785 nanômetro ou mesmo de 1000 nanômetro como uma maneira de reduzir a fluorescência. Aquela é uma razão que nós usamos aqueles comprimentos de onda. Em medidas do tecido, nós temos benefícios adicionais de ir a estes comprimentos de onda. Estes incluem o equilíbrio dos efeitos da absorção da água ou da hemoglobina em comprimentos de onda diferentes, ou a tentativa aperfeiçoar para um ou o outro, que é um componente realmente importante do sistema ótico do tecido.

Poderia você dar-nos mais detalhe nas experiências que você conduziu para analisar as amostras salmon?

Nós executamos dois estudos. O primeiro estudo era avaliar o serviço público do sistema de 1000 nanômetro para a gordura de medição, a cor, e os componentes da textura no tecido salmon. A espectroscopia Salmon de Raman foi ao redor no mínimo 15 anos, mas tudo tinha sido feita em 785 nanômetro e nunca em 1000 nanômetro. Nós tivemos o sistema de 1000 nanômetro e quisemo-lo conhecer o que aconteceria se nós usamos este comprimento de onda. O segundo estudo era avaliar a compatibilidade de uma ponta de prova do não-contacto do offset em 785 nanômetro para medidas de qualidade inline da carne. Para ambos os estudos, nós usamos simplesmente amostras loja-compradas. Meu colega tinha ido a nossa mercearia local e apenas pegarado cada tipo do espécime salmon que poderia encontrar, incluir algum cultivou salmões atlânticos, salmões de coho selvagens, e salmão fumado.

Nós medimo-lo em tantas como maneiras que nós poderíamos no laboratório. Nós medimos a carne em vários lugar e nós igualmente recolhemos na pele. Nós tomamos medidas na pele da obscuridade e da luz usando uma ponta de prova e um não-contacto de contacto óticos. Nós podíamos recolher bons espectros dentro de um e dez segundos. Nós usamos o analisador de Raman Rxn2 que se opera em 1000 nanômetro ou em 785 nanômetro, e a intensidade do laser era aproximadamente 80 miliwatts.

Nós usamos um contacto ótico, assim que nós podíamos obter as medidas de superfície dos sólidos quando nós podíamos tocar na ponta de prova 2 aquelas secções diferentes. Estas pontas de prova usam a geometria do backscatter. A iluminação e as fibras da coleção são próximas junto, e dá um tamanho de ponto pequeno que forneça a medida de superfície. Com a ponta de prova de contacto, nós podíamos ver a heterogeneidade zonal. Nós poderíamos olhar a secção gorda contra a secção do músculo, e obtemos a informação apenas na gordura, ou a informação apenas no músculo.

Os usos óticos do não-contacto uma aproximação e ele backscattered similares de Raman fornecem um tamanho de ponto pequeno, mas é não-contacto. Para a ponta de prova inline do processo, nós usamos nossa ponta de prova da PANCADINHAh do não-contacto. Usa uma grande aproximação volumétrico para recolher o sinal de superfície e subsuperficial de Raman. Esta aproximação é especialmente útil nos processos que envolvem sólidos para um par razões. A primeira razão é obter uma medida de grande volume que seja representante da amostra rapidamente com uma única medida. A segunda razão é que nós podemos fazer este sem precisar de focalizar a ponta de prova na amostra para cada amostra nova.  

Que eram os resultados destas experiências?

Primeiramente, nós necessários para obter o significado dos espectros que nós geramos. As faixas diferentes que nós vimos corresponderam aos atributos diferentes no tecido. Nós observamos as faixas que corresponderam ao colagénio, às gorduras, às proteínas, e aos pigmentos do carotenóide. Estas faixas foram mostradas para informar nos três componentes principais da qualidade-consistência, das gorduras, e da cor dos peixes. Assim, nós podíamos obter uma medida do multi-atributo com apenas uma única ponta de prova e uma única medida.

O uso de 1000 nanômetro teve suas vantagens. Deu-nos a definição espectral alta e a menos absorção de água. Eu diria que em termos de reduzir a fluorescência, reduziu a fluorescência ligeira. Eu sou realmente satisfeito com o sistema 1000nm porque podia fornecer ràpida os espectros que são consistentes com os relatórios da literatura nas proteínas, nas gorduras, e nos carotenóides salmon da carne. Usar o sistema de 1000 nanômetro com uma ponta de prova pequena do tamanho de ponto permitiu que nós vissem a heterogeneidade compositiva na carne salmon. A ponta de provah de Raman do processo da PANCADINHA é compatível com a época de ciclo da fábrica de tratamento para medidas de qualidade inline da carne.

Sobre o Dr. Karen Esmonde-Branco

O Dr. Karen Esmonde-Branco é um especialista superior de Marcom em Kaiser Sistemas ópticos Inc.

Dr. Karen Esmonde-Branco

Ganhou seu B.S. na química da universidade de roda do jesuíta, seu M.S. na química, M.Eng na engenharia farmacêutica e Ph.D. na engenharia biomedicável da Universidade do Michigan. O Dr. Esmonde-Branco tem sobre 6 anos de experiência como um químico analítico na indústria farmacêutica.

Seus interesses da pesquisa estão na espectroscopia de Raman, na analítica do processo e no projecto biológicos do instrumento.

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    Kaiser Optical Systems, Inc.. (2020, September 01). Composição Salmon de medição da carne usando as técnicas espectroscópicas Próximo-infravermelhas de Raman. News-Medical. Retrieved on September 27, 2021 from https://www.news-medical.net/news/20200615/Measuring-Salmon-Meat-Composition-using-Near-infrared-Raman-Spectroscopic.aspx.

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