Contactloos ionenconcentraties, watergehalte en faseveranderingen bepalen
Elektrische impedantie spectroscopie (EIS) is een niet-destructieve methode die in verschillende domeinen gebruikt wordt om bepaalde materiaaleigenschappen op te meten. In organische materialen is EIS in staat om water transfer, ionen concentratie en faseveranderingen te detecteren. In de wetenschappelijke literatuur zijn reeds toepassingsmogelijkheden gerapporteerd voor het bepalen van de rijpheid en versheid van landbouw- en visserijproducten.
Conventionele EIS systemen maken echter gebruik van elektroden die in contact staan met het te analyseren materiaal. Niet echt praktisch dus voor het monitoren van voedingsprocessen in beweging (bij verpompen, mixen, etc.) en een extra punt op de HACCP checklist. Hoog tijd dus om een EIS systeem te ontwikkelen onder de vorm van een contactloze sensor, zo vonden althans enkele Japanse en Hawaiiaanse onderzoekers. Ze dokterden een ontwerp uit dat gebaseerd is op een solenoïde waarin voedingsmiddelen kunnen worden geplaatst. De magnetische permeabiliteit van de solenoïde werd duidelijk beïnvloed door de eigenschappen van de voedingsmiddelen en viel makkelijk te monitoren door het meten van de magnetische impedantie.
Wanneer men een elektrische wisselstroom door een geleidende draadwikkeling (spoel of solenoïde) stuurt dan wordt er een wisselend elektromagnetisch veld opgewekt die een tegenspanning veroorzaakt in de geleider. Dit verschijnsel, zelfinductie genoemd, uit zich als een (schijnbaar) toegenomen weerstand (impedantie) van het materiaal voor de wisselstroom. Als er materialen in de spoel geplaatst worden dan beïnvloeden die de magnetische permeabiliteit en bijgevolg de makkelijk te meten magnetische impedantie waaruit dan de inductie kan worden afgeleid. Ondergaan die materialen een fysische verandering dan verandert de magnetische permeabiliteit eveneens. Dit gegeven maakt het mogelijk om op een contactloze manier fysische veranderingen in materialen waar te nemen en het vormt de basis van elektrische impedantie spectroscopie (EIS) waarbij impedantie wordt opgemeten bij verschillende wisselstroomfrequenties. |
De contactloze EIS sensor uitgetest op een aantal voedingssystemen
De onderzoekers testten de EIS sensor uit op oplossingen van glucose, sucrose en natriumchloride (0-50 % w/v) en vonden duidelijke relaties tussen de concentratie van de oplossingen en hun impedantie parameters. Deze verbanden waren:
- Negatief lineair tussen glucose concentratie en inductie (mH)
- Negatief lineair tussen sucrose concentratie en inductie (mH)
- Exponentieel negatief tussen NaCl concentratie en inductie (mH)
Testen met agar gels (2-10 % w/v) toonde volgende relatie:
- Positief lineair verband tussen hardheid en inductie (mH)
De onderzoeker konden ook aantonen dat de sensor toepasbaar is voor het monitoren van een fermentatieproces, in het bijzonder yoghurt:
- Tijdens de melkzuurfermentatiefase werd een graduele impedantie vermindering vastgesteld, die gevolgd werd door een duidelijke impedantie toename tijdens de coagulatiefase.
De sensor bleek niet succesvol voor het opvolgen van de processing van een pudding. De veranderingen in de inductie correleerden niet met veranderingen in hardheid. Dit is te wijten aan het feit dat de elektrische eigenschappen van de solenoïde sterk beïnvloed worden door temperatuurverhogingen.
Conclusie In deze studie werd aangetoond dat het contactloze EIS sensorsysteem mogelijkheden biedt voor het monitoren van de processing van zowel vloeibare als vaste voeding. Een kanttekening is wel dat tijdens processing geen significante opwarming of afkoeling mag plaatsgrijpen. De onderzoekers verwachten dat in de nabije toekomst de eerste toepassingen van deze techniek voor voedingsproces monitoring zullen opduiken.
Interessante links
- Graduate School of Life and Environmental Sciences, University of Tsukuba
- Biosciences and Bioengineering, University of Hawaii at Manoa
Bronnen
Kitamura Y., Sun J-F., Gautz L. (2008) Study on food process monitoring by solenoid sensor. Journal of Food Process Engineering, in press. Een gratis kopie van dit artikel kan worden aangevraagd bij: causunjf@yahoo.com.
