Salt content in pickled vegetables by near-infrared spectroscopy (NIRS)

Význam tématu

Kontrola obsahu soli v nakládané zelenině je klíčová pro zajištění kvality, konzistence chuti a bezpečnosti potravin. Sůl ovlivňuje mikrobiální stabilitu i senzorické vlastnosti hotových výrobků, proto je její sledování nezbytné během výroby i v hotovém zboží. Tradiční mokré chemické metody jsou přesné, avšak časově náročné a vyžadují spotřebu činidel. Blízká infračervená spektroskopie (NIRS) nabízí rychlé, bezkontaktní a nechemické řešení pro rutinní analýzu, které lze implementovat přímo do výrobních kontrol a zkrátit dobu odezvy na změny v procesu.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem prezentované Application Note (AN-NIR-155) bylo ověřit proveditelnost a přesnost kvantifikace obsahu soli (NaCl) v hotových nakládaných potravinách — konkrétně v nakládaných olivách a paprikách — pomocí NIR spektrometrie v difuzní reflexi. Studie porovnávala NIR predikce se standardními referenčními hodnotami stanovenými potenciometrickou titrací (Metrohm AN-T-003) a hodnotila výkonnost kvantifikačních modelů pro rutinní kontrolu kvality.

Použitá metodika a instrumentace

• Vzorky: Celkem 152 vzorků — 107 vzorků nakládaných oliv a 45 vzorků nakládaných paprik s různým obsahem soli. Vzorky byly rozdrceny/zemlety před měřením.
• Spektroskopie: Spektra zaznamenána v oblasti 1000–2250 nm v režimu difuzní reflexe. Pro kompenzaci nehomogenity byla použita rotace vzorku a multipolohové měření.
• Kalibrace: Pro modelování byly použity NIR spektra spolu s referenčními hodnotami obsahu soli získanými potenciometrickou titrací. Soubory dat byly rozděleny na kalibrační (75 %) a validační (25 %) sadu.
• Hodnocení: Kvalita predikcí byla hodnocena pomocí korelačních diagramů a standardních metrik (R2P, SEC, SECV, SEP), které odrážejí přesnost a prediktivní schopnost modelů při rutinním použití.

Použitá instrumentace

• OMNIS NIR Analyzer Solid (NIR spektrometr pro pevné a viskózní vzorky), měření v < 10 s.
• Malý kelímek OMNIS NIR, 60 mm (small cup) a držák small holder OMNIS NIR, 60 mm pro jednoznačné umístění a rotaci vzorku.
• Software OMNIS s licencemi pro samostatný provoz a nástrojem Quant Development pro vytváření kvantifikačních modelů.
• Referenční metoda: Potenciometrická titrace podle Metrohm Application Note AN-T-003.

Hlavní výsledky a diskuse

• Model pro nakládané olivy dosáhl velmi dobrých výsledků: R2P = 0,940, SEC = 0,26 % (hm.), SECV = 0,32 %, SEP = 0,42 %. To ukazuje vysokou shodu mezi NIR predikcí a referenční titrací a dobrou prediktivní přesnost pro externí data.
• Model pro nakládané papriky vykázal solidní, avšak nižší výkon: R2P = 0,885, SEC = 0,59 %, SECV = 0,83 %, SEP = 0,86 %. Vyšší chybovost může souviset s větší nehomogenitou matrice, rozdílnou texturou nebo variabilitou rozložení soli ve vzorcích paprik.
• Navzdory tomu, že NaCl nemá výrazné vlastní NIR absorpční pásy, jeho přítomnost ovlivňuje absorbanci vody (změny výšky, šířky a pozice vodních pásem). Tyto změny dokáže multivariační analýza zachytit a využít k přesné kvantifikaci soli.
• Rozdělení dat na kalibrační a validační sadu a použití multipolohového měření významně přispělo k robustnosti modelů vůči nehomogenitě vzorků.

Přínosy a praktické využití metody

• Rychlost: měření trvá řádově v sekundách (< 10 s), což umožňuje výrazné zrychlení rozhodovacích cyklů ve výrobě.
• Bezchemikálií: metoda je netoxická a nevyžaduje spotřebu činidel ani generování odpadu.
• Neinvazivní a opakovatelná: možnost provádět vícenásobná měření pro snížení variability.
• Integrace do procesu: OMNIS NIR lze snadno integrovat do at-line nebo on-line kontrol, automatizovat měření a provázat s další analytikou (např. titrací) pro ověřování.
• Úspora provozních nákladů: snížení potřeby častých referenčních analýz a pracovní zátěže laboratoře.

Budoucí trendy a možnosti využití

• Rozšíření modelů na další typy nakládaných produktů (okurky, kořenová zelenina) a na různé receptury slanosti.
• Vylepšení robustnosti modelů pomocí větších a více diverzifikovaných datových souborů a metod pro transfer kalibrací mezi přístroji a provozy.
• Integrace NIR do kontinuálních výrobních linek pro online monitoring koncentrace soli a automatickou regulaci procesu.
• Využití pokročilých chemometrických metod a strojového učení pro zvýšení přesnosti při heterogenních matricích.
• Možné kombinace s hyperspektrálními přístupy pro prostorové zobrazení rozložení soli ve vzorcích.

Závěr

Prezentovaná Application Note demonstruje, že NIR spektroskopie realizovaná na OMNIS NIR Analyzer Solid je vhodná pro rychlou a nákladově efektivní kvantifikaci obsahu soli v nakládaných potravinách. Modely pro olivy dosahují velmi dobré přesnosti, pro papriky je predikce také použitelná, přičemž větší variability matrice ovlivňují přesnost. Metoda přináší jasné operační výhody pro rutinní kontroly kvality a má vysoký potenciál pro další rozšíření a integraci do výrobních procesů.

Reference

1. Metrohm Application Note AN-NIR-155: Salt content in pickled vegetables by near-infrared spectroscopy.
2. Metrohm Application Note AN-T-003: Potentiometric titration (referenční metoda použitá pro stanovení obsahu soli).
3. Produktová dokumentace OMNIS NIR Analyzer Solid (Metrohm) — konfigurace a možnosti přístroje a příslušenství.