Molecular Spectroscopy Compendium - Ensure food quality, production, and safety

Význam tématu

V době globalizace potravinářského průmyslu roste nutnost rychlého a spolehlivého monitoringu kvality, autenticity a bezpečnosti potravin i surovin. Metody molekulární spektroskopie, zejména FTIR (střední infračervená), UV-Vis a fluorescence, nabízejí citlivé, neinvazivní a často bezpřípravkové či minimálně náročné postupy. Díky kompaktním, přenosným spektrometrům lze analyzovat vzorky přímo v terénu, ve skladech či na výrobních linkách, čímž se šetří čas, náklady a riziko vzniku bezpečnostních či legislativních incidentů.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem kompendia je představit ucelený přehled aktuálních i nově se objevujících aplikací molekulární spektroskopie v potravinářském průmyslu. Text shrnuje: identifikaci cílových i necílových molekul v různých potravních matricích; metody rychlé autentifikace surovin; stanovení kvality ovoce a zeleniny či identifikaci adulterantů; technologie FTIR (benchtop, přenosné a ruční spektrometry) a UV-Vis/fluorescenční přístroje; příklady konkrétních aplikačních poznámek pokrývajících široké spektrum potravinářských úloh.

Použitá metodika a instrumentace

• FTIR spektrometry Agilent: ruční řady 4100 ExoScan, 4200 FlexScan; přenosné 4500, 5500; benchtop Cary 630 ATR-FTIR; mikroskopická verze Cary 610/660.
• UV-Vis spektrometry: Cary 60; fluorescenční spektrometry: Cary Eclipse.
• Vzorkovací techniky: ATR diamantové mřížky pro tuhé i pastovité materiály, unikátní DialPath přenosová cesty pro kapaliny.
• Multivariátní analýzy: PLSR (partial least squares regression) pro kvantitativní modely; chemometrická softwarová řešení Agilent MicroLab a další.

Hlavní výsledky a diskuse

• Identifikace a kvantifikace adulterantů v hnízdech ptáků, moukách, mléčných výrobcích, čajích i cukrech: příklady silných a charakteristických pásů v IR spektru (uhlíkaté skupiny, amidy, aromatické prstence aj.) umožnily rychlé rozlišení matrice a kontaminantů.
• Field screening rozředění kravského mléka pomocí FTIR s DialPath: model pro detekci 3–50 % ředění s korelací R > 0,98.
• Rychlá autentifikace pesticidů (cis/trans chlordan, lindan, campheclor, aldrin) přenosným FTIR analyzátorem—identifikace do jedné minuty pomocí vestavěných knihoven spekter.
• Stanovení hladin akrylamidu v chipsích pomocí přenosného FTIR se sampĺováním na ATR: SEP ~ 75 ppb, R ~ 0,90–0,95, bez složité přípravy vzorku a spotřeby chemikálií.
• Ovocné a zeleninové matice: FTIR v kombinaci s PLSR dokáže predikovat Brix, pH, obsah cukrů a kyselin u odrůd rajčat in situ s R ≥ 0,75.
• UV-Vis a fluorescenční spektroskopie (ORAC metoda) na stanovení celkové antioxidační kapacity séra: rychlé kinetické měření v multicell holderu při 37 °C s xenonovým bleskovým zdrojem a Peltier chlazením.

Přínosy a praktické využití metody

• Minimální příprava vzorku či žádná: analýza přímo z původního materiálu (prášky, kapaliny, filmy).
• Okamžitá kontrola kvality a bezpečnosti surovin i hotových produktů—eliminace falešných a nekvalitních dodávek.
• Možnost nasazení přímo na místě výroby, v terénu i ve skladech bez nutnosti specializovaného laboratoře.
• Šetří čas a náklady spojené s externím testováním a spotřebním materiálem (rozpouštědla, chromatografické systémy).
• Umožňuje rychlé rozhodování o přijatelnosti šarží a kontinuální sledování výrobních procesů.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace FTIR a chemometrie s automatizovanou detekcí a strojovým učením pro prediktivní modely kvality.
• Rozvoj bezkontaktního spektroskopického měření, například NIR/FTIR imaging nebo hyphenated technik.
• Nasazení v blokchainově zabezpečených systémech sledovatelnosti potravin od pěstitele až k spotřebiteli.
• Rozšíření databází spekter přírodních a syntetických látek pro rychlejší a přesnější autentifikaci.
• Miniaturizace a integrace spektrometrů do smart zařízení pro neustálý monitoring kvality potravin i pitné vody.

Závěr

Molekulární spektroskopie (FTIR, UV-Vis, fluorescence), podpořená kompaktními a přenosnými přístroji Agilent a moderními chemometrickými nástroji, představuje univerzální platformu pro rychlou, citlivou a neinvazivní analýzu potravin a potravinářských surovin. Umožňuje okamžitou detekci a kvantifikaci adulterantů, screening kvality surovin, monitorování chemických parametrů i vysoce citlivé stanovení škodlivin (akrylamid) či antioxidační kapacity, což vede k vyšší bezpečnosti potravin a efektivitě výroby.

Reference

• Li-Chan E. C. Y., Griffiths P. R., Chalmers J. M. (2010) Applications of Vibrational Spectroscopy in Food Science. Wiley.
• Rodriguez-Saona L. E., Allendorf M. E. (2011) FTIR for rapid authentication and adulteration detection of food. Annu. Rev. Food Sci. Technol. 2:467–483.
• Cao G., Prior R. L. (1999) Oxygen Radical Absorbance Capacity. Methods Enzymol. 299:50–62.
• Haaland D., Thomas E. V. (1988) Partial Least Squares Methods for Spectral Analyses. Anal. Chem. 60(11):1193–1202.
• Agilent Technologies (2012) Agilent’s FTIR family—lab results, anywhere you want. PN 5991-1405EN.