International FOOD-konference bød på lovende forskning i fødevareanalyse med supercontinuum laser
Forskere fra Institut for Fødevarevidenskab (FOOD) ved Københavns Universitet har som de første i verden analyseret hele bygkerner med lange nær-infrarøde bølgelængder ved hjælp af en supercontinuum laser. Forskningen har betydning for vores viden om fødevarers indholdsstoffer og kan på sigt føre til bedre kvalitetskontrol af fx brød og øl. Forskningen blev præsenteret på den internationale ICNIRS-konference, der for nylig blev afholdt i København.
Resultaterne fra anvendelsen af en supercontinuum laser på bygkorn i projektet Light & Food blev præsenteret på den internationale ICNIRS konference af ph.d.-studerende Tine Ringsted fra Institut for Fødevarevidenskab ved Københavns Universitet.
Se herunder video fra ICNIRS-konferencen, hvori Tine Ringsted beskriver forskellen på supercontinuum laseren og en traditionel laser.
Ny lyskilde fører til bedre fødevarer
Teknologisk har supercontinuum laseren siden årtusindskiftet undergået en omfattende udvikling på grund af udviklingen inden for fotoniske krystalfibre, som laseren er baseret på. Projektet Light & Food forsker bl.a. i, hvordan man kan bruge den super-kraftige laser til at analysere fødevarer med.
”Supercontinuum laseren har gjort det muligt at måle på meget små objekter med en høj energi. Et supercontinuum instrument kan derfor potentielt bruges til at måle på hele kerner og dermed finde kerner med fx svampe- eller insektangreb, eller sortere korn efter fx bage-, sundheds- eller kvalitetsparametre,” siger Tine Ringsted.
Ved at måle på hver enkelt kerne kan man mere præcist se den variation, som naturligt findes imellem korn fra den samme mark og endda fra det samme strå. De ikke-destruktive og hurtige målinger af enkeltkerner kan derfor bruges i planteavl til at finde eftertragtede egenskaber eller i industriel kornsortering til at øge kvaliteten. En mulig industriel anvendelse kunne være at måle indholdet af kostfiberen beta-glukan. Beta-glukan i byg og specielt havre har sundhedsfremmende egenskaber, som sænkning af serum kolesterol, øget mæthedsfølelse og stabilisering af blodsukker og insulinniveauer efter måltider. Omvendt forholder det sig i bryggeriindustrien, hvor man ikke er interesseret i høje beta-glukan koncentrationer, da det kan tilstoppe filtre og skabe et uklart bundfald i den færdige øl kaldet "bedstemors hoste".
Målinger på bygmel og bygskiver har tidligere vist nogle informationsrige bølgelængder, men det har ikke været muligt at måle igennem bygkernerne ved disse lange nær-infrarøde bølgelængder på grund af udfordringen med at have nok energi fra den traditionelle spektrometer-lampe.
”Supercontinuum laserens kollimerede lysstråle med høj energi betød, at vi kunne måle igennem hele bygkorn ved de informationsrige bølgelængder. Ved brug af multivariat dataanalyse (kemometri) kunne vi generere en matematisk model, der kunne forudsige beta-glukan indholdet fra 3.0-16.8 % i bygkerner med en gennemsnitlig fejl på 1.3 % beta-glukan,” fortæller Tine Ringsted.
Supercontinuum laser. Foto: Lene Hundborg Koss
Laser-sortering øger værdien
”En sortering vil betyde, at du kan få nogle kerner, der har sundhedsfremmende egenskaber til brug i fx brød samt nogle kerner, der er ekstra gode til øllet. Dermed får begge produkter en højere værdi, uden du har gjort andet end at sortere kernerne,” siger Tine Ringsted, der tror på, at fødevareanalyse med supercontinuum laseren vil slå igennem i fødevareindustrien, men at der vil gå nogle år, fordi udviklingen i høj grad er baseret på tværfaglig forskning, hvor meget skal passe sammen.
”Ét er jo fx, at du har et instrument, der kan måle meget hurtigt og give præcise svar, men for at det skal være praktisk muligt, skal man også have en prøveholder, der giver mulighed for, at man kan måle på et stort antal kerner ad gangen,” siger Tine Ringsted og tilføjer, at der allerede er et svensk firma (BoMill), som har udviklet en prøveholder, der kan håndtere tre tons bygkerner i timen, men at de måler på kernerne ved andre kortere bølgelængder.
Gode fremtidsperspektiver
Måling af beta-glukan i bygkerner er bare ét eksempel på, hvor en supercontinuum laser kan bruges. Udover enkeltkerne-målinger, har Light & Food-projektet også undersøgt supercontinuum laseren brugt i et nyt robust spektrometer, der potentielt kan måle mange steder i en fødevareproduktion. Det kan fx bruges i mejeri- eller bryggeriindustrien til at følge et produkt fra start til slut.
Derudover er der et teoretisk potentiale for at bruge supercontinuum laseren til hurtige målinger af gasser – fx aromastoffer eller ethylen fra modnende frugter.
Samlet set giver nær-infrarød spektroskopi mulighed for at måle meget oftere og ikke-destruktivt sammenlignet med traditionelle våde kemiske analyser. En supercontinuum laser giver endnu flere muligheder for målinger på fødevarer, hvorfor den rummer et stort potentiale for at forbedre kvaliteten af vores fødevarer fremover.
Tine Ringsted forsvarede sin ph.d. på Institut for Fødevarevidenskab ved Københavns Universitet mandag den 19. juni 2017 og er nu postdoc.
Emner
Relaterede nyheder
Om Light & Food
Nær-infrarød spektroskopi er en hurtig og ikke-destruktiv analysemetode, hvilket gør det til en meget nyttig teknologi til måling af den kemiske sammensætning af fødevarer. Institut for Fødevarevidenskab deltager i Innovationsfond Danmark-projektet Light & Food, hvis formål er at udvikle en ny type lyskilde til brug for nær-infrarød spektroskopi, den såkaldte supercontinuum laser. Den nye lyskilde kombinerer den kollimerede stråle fra en laser med et bredt spektrum af bølgelængder fra en lampe. Supercontinuum laseren kan endvidere forbindes til fibre, og den er langt mere lysstærk end en traditionel lyskilde. Den har derfor potentialet til at lyse hele vejen igennem diverse fødevarer og give mere nøjagtige oplysninger om indholdet – eller fortælle noget om indholdet, man ikke tidligere har været i stand til at analysere.
Institut for Fødevarevidenskab arbejder i Light & Food forskningsprojektet med at finde ud af, hvilke fødevarer, supercontinuum laseren med fordel kan bruges til at analysere. Tine Ringsted har i sit ph.d.-projekt anvendt den fokuserede supercontinuum laser til at måle beta-glukan igennem intakte bygkerner med lange nær-infrarøde bølgelængder. Derudover har projektet også vist et teoretisk potentiale for gasmålinger af fx aromastoffer, eller ethylen som regulerer modningen af mange frugter. Light & Food har desuden udviklet et nyt robust spektrometer, der har potentiale til online-målinger i fødevareindustrien. Ph.d.-projektets titel er: ”Near infrared spectroscopy of food systems using a supercontinuum laser”, og professor Søren Balling Engelsen er hovedvejleder.
Partnerne i Light & Food:
Institut for Fødevarevidenskab (FOOD), Københavns Universitet
NKT Photonics der producerer supercontinuum laseren
FOSS der udvikler analytiske instrumenter
Finansieret af:
Om ICNIRS
Den 18. internationale konference om nær-infrarød spektroskopi, ICNIRS 2017, er netop blevet afholdt i København fra den 11.-15. juni 2017. Professor Søren Balling Engelsen fra Institut for Fødevarevidenskab ved Københavns Universitet var vært for konferencen, der med 502 deltagere er det største internationale forum om nær-infrarød spektroskopi. Temaet for konferencen var: ”Near-infrared Spectroscopy at Work In Industry”. Se video fra konferencen.