Classification of Food and Flavor Samples using a Chemical Sensor

Význam tématu

Rychlá a spolehlivá klasifikace potravin a příchutí je klíčová pro kontrolu kvality, odhalování padělků a monitorování konzistence surovin. Tradiční chromatografické metody jsou časově náročné, proto se uplatní technologii senzoru kombinovaného s multivariatní analýzou, která umožňuje téměř okamžitý výsledek.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem bylo ověřit využitelnost chemického senzoru založeného na kvadrupólové hmotnostní spektrometrii (MS) s headspace autosamplerem pro tři různé aplikace v oblasti potravin a nápojů: ovocné příchutě (jahoda, malina), whisky s různým stářím a nealkoholické nápoje. Studie demonstruje, jak lze zabudované chemometrické nástroje využít k rozpoznání aroma „otisků“, detekci nesrovnalostí a kvantifikaci složek.

Použitá metodika a instrumentace

Headspace vzorkování probíhalo v automatickém autosampleru GERSTEL ChemSensor 4440 připojeném přímo k Agilent 5973N kvadrupólové MS. Softwarově bylo nasazeno pirouette 3.02 a instep 1.2 od Infometrix pro SIMCA, PCA, HCA, PLS a další algoritmy. Rozsahy sběru signálu byly 35–150 amu pro příchutě, 46–150 amu pro sodovky a 48–170 amu pro whisky. Doba analýzy se pohybovala mezi 0,75 a 1 minutou, s kapacitou až 44 vzorků za 3 hodiny.

Hlavní výsledky a diskuse

• Nealkoholické nápoje: jediný široký píkový TIC zastřešuje celé spektrum. PCA rozlišila čtyři značky a odhalila výrazný rozdíl mezi nápojem značky C v plastu a v plechovce.
• Ovocné příchutě: SIMCA modely vykázaly vzájemné vzdálenosti tříd výrazně nad hranicí 3, což potvrzuje dobrou diskriminaci mezi jahodou, malinou, hruškou a exotickými příchutěmi. PLS regresí bylo možné kvantifikovat poměry jahody a maliny s vysokou přesností.
• Whisky: HCA a PCA uspořádaly vzorky dle stáří a odhalily i jemné odchylky v kalibračních materiálech. Adulterované vzorky se 2 % cizí whisky byly jasně mimo tři standardní elipsy.

Přínosy a praktické využití metody

Metoda umožňuje rychlou detekci nekonzistencí ve vstupních surovinách i finálních produktech bez chromatografické separace. Umožňuje automatické třídění, kvantifikaci a rozhodování pass/fail přímo na výrobní lince či v QA/QC laboratoři.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Integrace s on-line monitorováním výrobních procesů a robotizovanými vzorkovači.
• Rozšíření spektra aplikací na měření pachových profilů v zemědělství, farmaceutickém průmyslu či environmentální analýze.
• Propojení s pokročilými algoritmy strojového učení pro predikci složení a stárnutí produktů.

Závěr

Představený GERSTEL ChemSensor 4440 s kvadrupólovou MS a integrovanou chemometrií prokázal schopnost rychlé, spolehlivé a vysoce specifické klasifikace i kvantifikace v různých segmentech potravinářské a nápojové analytiky. Metoda je ideální pro aplikace vyžadující vysokou propustnost a okamžitá rozhodnutí.

Reference

1. Gardner J.W., Philip P.N. Electronic noses: Principles and Applications. Oxford University Press, 1999.
2. Heiden A.C., Müller C., Steber H. Pittsburgh Conference, New Orleans, Poster 1892, 2002.
3. Kinton V.R., Pfannkoch E. Proc. 25th Int. Symp. Capillary Chromatography, Riva del Garda, Poster C25, 2002.
4. Kinton V.R., Pfannkoch E., Whitecavage J. Pittsburgh Conference, New Orleans, Poster 2042, 2002.