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Composición de color salmón de medición de la carne usando las técnicas espectroscópicas del infrarrojo cercano de Raman

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

En esta entrevista, Karen Esmonde-Blanca de los sistemas ópticos de Kaiser habla con las ciencias de la vida Noticia-Médicas sobre la composición de color salmón de medición de la carne usando las técnicas espectroscópicas del infrarrojo cercano de Raman.

¿Cuáles son los componentes principales en los salmones que una herramienta analítica necesitaría medir durante el tramitación?

Todos sabemos que el salmón es un plato popular y puede ser una comida muy sabrosa. También sabemos que hay alta demanda del consumidor para mundial de color salmón. Esta demanda crea una necesidad de la eficiencia del aumento inicial de los salmones al punto cuando se tramita en la instalación. La medición rápida de la calidad puede ayudar a lograr esta meta.

Idealmente, usted quisiera que su herramienta analítica predijera los tres atributos principales de la calidad de la carne: grasa, color, y textura. Además, la herramienta analítica necesitaría ser rápida, no destructiva, y robusta al ambiente de la instalación, si usted está midiendo antes de la matanza o en la planta de tratamiento sí mismo.

Para la eficiencia máxima, los tres componentes primarios de la medición de salmones se podrían medir usando una única antena porque usted no quiere parar la instalación para tardar a una medición tres veces. Para hacer así pues, usted necesitaría la herramienta para ser higiénica, o para no venir en contacto directo con el tejido.

Las pruebas para estos tres componentes se realizan lo más a menudo posible en el laboratorio. Para el contenido de grasa, la gente utiliza el método americano de la sociedad de los químicos de aceite para examinar la saturación gorda, si no conocido como el valor de yodo. Más nuevos métodos pueden utilizar la cromatografía del líquido o de gas.

Podemos también estos principios de la medición del laboratorio cuando se trata de determinar color. Para la identificación de color, usted observa la tarjeta del color de Roche o hace una extracción del carotenoide en el laboratorio y utiliza la cromatografía o la reflexión (que son Ultravioleta-Fuerza basada). Para la firmeza, usted está haciendo la prueba mecánica estándar observando la deformación mecánica o haciendo las extracciones para el contenido del colágeno o de agua.

Estas técnicas laboratorio-basadas no son eficientes, y más importante, son destructivas. Usted necesita sacar una muestra fuera de la planta de tratamiento, la trae al laboratorio, realiza su reacción, y después espera. Tal ineficacia no rinde la medición en tiempo real. Puesta simple, una demanda más alta del producto del salmón es industria que impulsa para las pruebas que son no destructivas, automatizado, y en línea.

Para conseguir mediciones en línea, el campo está considerando diversas tecnologías ópticas y de la espectroscopia. Éstos incluyen las Ultravioleta-Fuerzas, la proyección de imagen hyperspectral, la visión por ordenador (una cámara de alta velocidad con color automatizado), del infrarrojo cercano para la humedad, y la espectroscopia de Raman.

Haber de imagen: Shutterstock/udra11

¿Qué la espectroscopia de Raman mide? ¿Cómo esta técnica del análisis beneficia al análisis de los productos de color salmón?

Luz dispersa dimensiones de la espectroscopia de Raman. Utiliza un laser que ilumine la muestra. La mayor parte de la luz dispersa no cambiará en longitud de onda, así que volverá como el mismo color. Sin embargo, uno fuera de cada millón de fotones que la luz laser obrará recíprocamente con la vibración molecular de las causas (que hace Raman el que está en millón de fenómenos). En estos casos, perderá un poco de energía, y podemos medir ese cambio de la energía.

Ese cambio de la energía se basa en los grupos funcionales o la química del material que estamos examinando. El resultado es un espectro, y a veces llamamos ese espectro una huella dactilar molecular porque nos da la información muy específica sobre la química del material.

Porque utiliza la luz visible o del infrarrojo cercano, la ventaja de la espectroscopia de Raman es que podemos utilizar las ópticas visibles que no requieren los materiales de la especialidad, que ofrece mucha adaptabilidad del muestreo. Podemos medir los macizo, líquidos, gases, y podemos hacer este en línea o en el laboratorio.

Podemos utilizar Raman en tres maneras diferentes. Sobre todo, puede químicamente determinar lo que estamos observando. Por ejemplo, podemos determinar que nuestra muestra es una pequeña molécula farmacéutica y está en la forma cristalina. Los espectros de Raman hacen un trabajo excelente del distinción entre las formas cristalinas. El segundo uso está para los propósitos cuantitativos. Por ejemplo, podemos medir soluciones de glucosa en una muestra y podemos medir a partir de 0,5 gramos por litro hasta 15 gramos por litro.

Además, la identificación y las mediciones cuantitativas se pueden integrar para entender si la huella dactilar molecular ha cambiado, y si es así por cuánto durante un proceso. Un uso muy potente de esto está determinando la punto final de una reacción basada en la desaparición de nuestros reactivo y la formación de nuestros productos.

Otras ventajas de la espectroscopia de Raman son que ofrece directo, en tiempo real, y medición del en-proceso. Algunos sistemas de Raman son compatibles con los ambientes peligrosos del área tales como campos petroquímicos y fábricas de productos químicos. El analizador puede “hablar” con una sala de control vía las plataformas industriales de la comunicación, de tal modo evitando la necesidad de la intervención manual del utilizador.

Con la espectroscopia de Raman, podemos medir la amortiguación, la refracción, y dispersar. Algunos materiales tienen acciones recíprocas múltiples con la misma materia, que es ciertamente verdad para los tejidos biológicos incluyendo la carne y los productos pesqueros. La razón por la que la espectroscopia es tan potente es que puede examinar las propiedades químicas de los materiales non-destructively basadas en cambios en la transmisión, la amortiguación, o la longitud de onda. La espectroscopia de Raman es una técnica potente porque podemos entender la química algo en tiempo real sin la necesidad prepararla o destruir.

Su fondo está en la óptica del biomedical y del tejido. ¿Su trabajo en este campo se relacionó con sus experimentos con el análisis de color salmón del tejido?

Sí. Pues estoy observando la espectroscopia de Raman de salmones, la observo como comida. Sin embargo, científico, puedo también observarla como tejido biológico y aplicar mi entrenamiento en la óptica biomédica. La óptica biomédica es el campo en el cual estamos desarrollando la espectroscopia para medir cambios bioquímicos de tejidos en salud, el envejecimiento, y la enfermedad, con el objetivo de las mediciones clínicas que deben observar estos cambios bioquímicos que puedan preceder o acompañar enfermedad.

Atar los principios de la espectroscopia de Raman con resultados de la óptica del tejido es el campo de la espectroscopia de Raman del tejido. Similar a la espectroscopia, hacemos las ópticas del tejido cada día. Lo vemos cuando vamos a ver al doctor para una medición del oxígeno de la sangre, por ejemplo. Ésa es la óptica biomédica en la acción. Podemos también ver algunos principios detrás de las ópticas biomédicas cuando ponemos un laser en nuestro dedo. Nuestro dedo brilla intensamente en vez del laser apenas que pasa derecho a través de nuestro dedo. Puede ser que poder también ver algunos cambios de la intensidad también.

Mientras que el campo de la espectroscopia de Raman del tejido ha estado alrededor durante mucho tiempo, avance en el 2000s temprano cuando Mike Morris y Pavel Matousek podían primero demostrar que podrían medir los espectros subsuperficies de Raman. Trayendo en algunos principios de la espectroscopia de Raman del tejido, tal como volumen de muestreo de comprensión e incorporación del uso de los fantasmas del tejido, puede ayudarnos a construir una aproximación completa a las mediciones de calidad de la carne usando Raman.

Esta comprensión suceso porque tenemos tejidos heterogéneos que puedan absorber la luz y rebotar la luz alrededor. Por lo tanto, vemos cambios en la amortiguación o dispersar. Podemos también ver que la luz a veces apenas está reflejada detrás y apenas pasa a través del tejido muy, muy rápidamente. Todas estas cosas están suceso inmediatamente, y podemos entender esas acciones recíprocas complejas en el laboratorio.

Una herramienta importante que tenemos en el laboratorio somos modelos físicos especialmente diseñados, también llamados fantasmas del tejido. ¡No son asustadizos! Los fantasmas del tejido se utilizan en hospitales e instalaciones médicas cada día para calibrar nuestro equipo de la proyección de imagen médica tal como equipo de las radiografías, del CT, de MRI, y del ANIMAL DOMÉSTICO. También se utilizan para la comunidad biomédica de la óptica porque permiten que entendamos funcionamiento del instrumento, y pueden también ser muy útiles en análisis de alimentos.

Usando estos modelos bien definidos es especialmente importante para el análisis químico tal como espectroscopia de Raman. Mientras que podemos ir al almacén, o podemos trabajar con una planta de tratamiento para conseguir especímenes, no podemos definir la composición exacto. Un qué fantasma del tejido permite que hagamos es construir algo en el laboratorio muy fácilmente, muy simple, y muy rápidamente con una composición exacto definida.

Usando fantasmas del tejido tiene varias ventajas incluyendo la optimización de qué antena funcionamiento de la medición a utilizar, de la comprensión, y servicio como datos del motor de arranque para nuestro modelo analítico. Cuál es interesante sobre fantasmas del tejido es que porque usted está haciendo éstos en el laboratorio, usted puede definir las variaciones zonales también.

Por ejemplo, para el fantasma rojo de la porción, usted puede hacer partículas extrañas gordas distintas en una capa del músculo. Eso puede imitar la porción roja, y es fácil definir el porcentaje de la grasa también. Para un fantasma blanco de la porción, usted querría tener algo donde usted no tiene las variaciones zonales muy distintas. Para esto, usted querría probablemente mezclar sus zonas un poco más, y ése es algo que usted puede hacer fácilmente con un fantasma del tejido.

Haber de imagen: Shutterstock/Milovzorova Elena

¿Son las longitudes de onda comunes de la espectroscopia de Raman de 785 nanómetro y 1000 nanómetro útiles para el análisis de los productos alimenticios?

En espectroscopia de Raman, hablamos usando 785 nanómetro o aún 1000 nanómetro como manera de reducir fluorescencia. Ésa es una razón que utilizamos esas longitudes de onda. En mediciones del tejido, tenemos ventajas adicionales de ir a estas longitudes de onda. Éstos incluyen el equilibrio de los efectos de la amortiguación del agua o de la hemoglobina en diversas longitudes de onda, o intentar optimizar para una o la otra, que es un componente realmente importante de la óptica del tejido.

¿Podría usted darnos más detalle en los experimentos que usted conducto para analizar las muestras de color salmón?

Realizamos dos estudios. El primer estudio era fijar la utilidad del sistema de 1000 nanómetro para la grasa de medición, el color, y los componentes de la textura en el tejido de color salmón. La espectroscopia de color salmón de Raman ha sido alrededor por lo menos 15 años, pero todos había sido hecha en 785 nanómetro y nunca en 1000 nanómetro. Teníamos el sistema de 1000 nanómetro y quisimos conocer qué suceso si utilizamos esta longitud de onda. El segundo estudio era fijar la compatibilidad de una antena sin contacto del codo doble en 785 nanómetro para las mediciones de calidad en línea de la carne. Para ambos estudios, utilizamos simple muestras almacén-compradas. Mi colega había ido a nuestro colmado local y apenas tomado cada tipo de espécimen de color salmón que ella podría encontrar, incluyendo alguno cultivó el salmón atlántico, los salmones de coho salvajes, y salmón ahumado.

Lo medimos de tantas maneras que podríamos en el laboratorio. Medimos la carne en diversas situaciones y también cerco en la piel. Tomamos mediciones en piel de la oscuridad y de la luz usando una antena de contacto y un óptico sin contacto. Podíamos cerco buenos espectros en el plazo de un y diez segundos. Utilizamos el analizador de Raman Rxn2 que opera en 1000 nanómetro o 785 nanómetro, y la intensidad del laser era cerca de 80 milivatios.

Utilizamos un contacto óptico, así que podíamos conseguir las mediciones superficiales de los macizo cuando podíamos tocar la antena a esas diversas secciones. Estas antenas utilizan la geometría del retrodifusor. La iluminación y las fibras de la colección son cercanas juntas, y da una pequeña talla de sitio que ofrezca la medición superficial. Con la antena de contacto, podíamos ver la heterogeneidad zonal. Podríamos observar la sección gorda comparado con la sección del músculo, y conseguimos la información sobre apenas la grasa, o la información sobre apenas el músculo.

Las aplicaciones ópticas sin contacto una aproximación y él retrorreflejados similares de Raman ofrecen una pequeña talla de sitio, pero es sin contacto. Para la antena de proceso en línea, utilizamos nuestra antena sin contactoh de la PALMADITA. Utiliza una aproximación volumétrica grande para cerco la señal superficial y subsuperficie de Raman. Esta aproximación es especialmente útil en los procesos que implican los macizo por un par de razones. La primera razón es obtener una medición de gran capacidad que sea representante de la muestra rápidamente con una única medición. La segunda razón es que podemos hacer esto sin la necesidad enfocar la antena sobre la muestra para cada nueva muestra.  

¿Cuáles eran los resultados de estos experimentos?

Primero, necesitamos conseguir el significado de los espectros que generamos. Las diversas bandas que vimos correspondieron a diversos atributos en el tejido. Observamos las bandas que correspondieron al colágeno, a las grasas, a las proteínas, y a los pigmentos del carotenoide. Estas bandas se han mostrado para informar en los tres componentes mayores de la calidad-firmeza, de las grasas, y del color de los pescados. Así pues, podíamos conseguir una medición multiatributa con apenas una única antena y una única medición.

El uso de 1000 nanómetro tenía sus ventajas. Nos dio la alta resolución espectral y menos amortiguación de agua. Diría que en términos de reducir fluorescencia, redujo fluorescencia ligeramente. Estoy satisfecho realmente con el sistema 1000nm porque podía ofrecer los espectros rápidamente que son constantes con partes de la literatura sobre las proteínas, las grasas, y los carotenoides de color salmón de la carne. Usando el sistema de 1000 nanómetro con una pequeña antena de la talla de sitio permitió que viéramos la heterogeneidad compositiva en la carne de color salmón. La antenah de Raman del proceso de la PALMADITA es compatible con la duración de ciclo de la planta de tratamiento para las mediciones de calidad en línea de la carne.

Sobre el Dr. Karen Esmonde-Blanco

El Dr. Karen Esmonde-Blanco es especialista mayor de Marcom en Kaiser Optical Systems Inc.

El Dr. Karen Esmonde-Blanco

Ella ganó su B.S. en química de la universidad rodante de la jesuita, su M.S. en química, M.Eng en la ingeniería farmacéutica y el Ph.D. en la ingeniería biomédica de la Universidad de Michigan. El Dr. Esmonde-Blanco tiene durante 6 años de experiencia como químico analítico en la industria farmacéutica.

Sus intereses de la investigación están en la espectroscopia biológica de Raman, el analytics de proceso y el diseño del instrumento.

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    Kaiser Optical Systems, Inc.. (2020, September 01). Composición de color salmón de medición de la carne usando las técnicas espectroscópicas del infrarrojo cercano de Raman. News-Medical. Retrieved on September 19, 2021 from https://www.news-medical.net/news/20200615/Measuring-Salmon-Meat-Composition-using-Near-infrared-Raman-Spectroscopic.aspx.

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