Wat zit er in ons voedsel? Zijn de geleverde ingrediënten wel "authentiek"? Spectrale detectiemethoden kunnen hierop een antwoord bieden.
Hoewel het paardenvleesschandaal al twee jaar achter ons ligt, vormt fraude met levensmiddelen toch nog een belangrijk onderwerp dat sterk leeft binnen de voedingsindustrie. Onder fraude wordt hier de bewuste toevoeging van niet authentieke componenten, en/of de vervanging of verwijdering van authentieke componenten bedoeld omwille van economische motieven. Hierbij ligt de focus dus voornamelijk op het economische aspect zonder dat de algemene voedselveiligheid in het gedrang komt. Op basis van een review1 uit 2012 blijkt dat dergelijke fraude het vaakst voorkomt in de productcategorieën van de natuurlijke aromacomponenten, kruiden, vissen en schaaldieren, graanproducten en oliën. Een overzicht van de gerapporteerde studies uit de literatuur is publiek toegankelijk via de website van de US Pharmacopeial Convention5.
Detectie strategieën voor fraude
Aangezien uit de hierboven vermelde database blijkt dat 95% van de gemelde gevallen handelen over een vervangingstype, kunnen in principe 2 strategieën aangewend worden voor de detectie van deze fraude. De eerste strategie is gebaseerd op de specifieke detectie van de niet authentieke component (op voorwaarde dat deze ook geweten is) terwijl bij de tweede benadering de zuiverheid van het product specifiek getest wordt (zonder dat hierbij gekeken wordt naar wat niet aanwezig zou mogen zijn). Algemeen kan gesteld worden dat analytische technieken, gebaseerd op de eerste benadering (‘targeted analysis’), de niet gewenste componenten in zeer lage concentraties kunnen opmeten terwijl de tweede benadering het voordeel biedt dat ook niet a priori geweten toegevoegde componenten (‘untargeted analysis’) kunnen gedetecteerd worden (weliswaar in hogere concentraties).
Referentietechnologieën om de echtheid van voedingsproducten te bepalen volgens de eerste strategie zijn veelal gebaseerd op chromatografische analyses van de niet-vluchtige (HPLC) en de vluchtige componenten (GC) of op DNA-gerelateerde analyses. Deze analyses zijn zeer specifiek gericht op de identificatie en de kwantificatie van individuele componenten en vereisen meestal gespecialiseerde apparatuur en kennis waardoor deze in de praktijk niet door de voedingsbedrijven zelf kunnen uitgevoerd worden. Daarom wordt in dit artikel het potentieel toegelicht van spectrale analyses ter controle van de ‘echtheid’ van inkomende producten. Deze technologie biedt immers de mogelijkheid om zowel ‘targeted analysis’ als ‘untargeted analysis’ uit te voeren met als bijkomend voordeel dat deze studie ter plaatse zelf uitgevoerd kan worden.
Infrarood spectroscopie
Aangezien technologieën gebaseerd op infrarood spectroscopie al frequent worden toegepast binnen de voedingsindustrie voor onder meer toepassingen op het gebied van proces- en productkwaliteitscontrole, zijn de voordelen ervan ook al wel bekend binnen de industrie. Zo werkt deze technologie op een niet-destructieve manier en kan het op een eenvoudige manier geïntegreerd worden in routine-analyses voor inkomende en uitgaande producten. Ook komen er meer en meer draagbare toestellen op de markt waardoor een snelle kwaliteitscontrole kan uitgevoerd worden voordat de (inkomende) producten verder verwerkt worden6. Technologisch gezien wordt traditioneel een onderscheid gemaakt tussen analyses in het nabije infrarood gebied (‘near infrared’, NIR, tussen 750 nm en 2500 nm) en het midden infrarood gebied (‘mid infrared’, MIR, tussen 2500 nm en 25000 nm).
Lichtstraling, afkomstig uit deze golflengtegebieden, gaan specifiek interageren met de C-H, N-H, O-H, en S-H verbindingen in de voedingsproducten. Het bekomen absorptiespectrum reflecteert dus de algemene chemische samenstelling van het voedingsproduct en in vergelijking met een traditionele analyse, waarbij dit spectrum wordt gebruikt voor de kwantificatie van één (of meerdere) component(en), wordt hier de bekomen ‘fingerprint’ omgezet in (semi-)kwantitatieve informatie over de (mogelijke) vervanging van authentieke componenten in een voedingsproduct door toepassing van multivariate statische data-analyse. Hierbij worden stalen met een absorptiespectrum, die sterk verschillen van het gemiddeld spectrum van referentiestalen, beschouwd als abnormale stalen met een mogelijk probleem van fraude. Deze benadering vereist wel een nauwkeurige proefopzet en een correct gebruik van de toegepaste statistiek. Een schematisch overzicht van deze benadering staat weergegeven in figuur 1.
Figuur 1. Voorbeeld van de ontwikkeling van een geschikt algoritme voor de detectie van spectra die sterk afwijken van de gemiddelde spectra met (A) alle spectra van de dataset; (B) spectra afkomstig van een puur staal (i) en een puur staal, vermengd met andere componenten (ii en iii); en (C) de ontwikkeling van een teststatistiek voor de detectie van afwijkende spectra.
Enkele voorbeelden uit de voedingsindustrie
Een globaal overzicht van de gerapporteerde studies over fraudedetectie op voedingsmiddelen door infrarood spectroscopie, kan teruggevonden worden in een review door Cozzolino3. Uit deze publicatie blijkt dat de technologie heel wat potentieel biedt voor de detectie van fraude in tal van voedingsmiddelen (figuur 2).
Zo zijn er een aantal studies verschenen over het gebruik van infrarood spectroscopie voor de classificatie en de discriminatie van natuurlijke producten zoals thee, koffie (onderscheid arabica en robusta variëteiten), oliën, tabak, kruiden (zoals saffraan). Ook op het gebied van alcoholische dranken zijn er al een aantal studies uitgevoerd zoals het onderscheiden van wijnen, afkomstig van verschillende oorsprong maar gemaakt op basis van eenzelfde druivensoort. Ook was het mogelijk om cognacs te onderscheiden van andere gedistilleerde dranken zoals armagnac, whisky, bourbon, rum,… Daarnaast zijn er ook nog tal van studies verschenen over de echtheid van olijfolie (en ander type oliën). Voorts zijn er ook een groot aantal studies uitgevoerd op fruit-gerelateerde producten zoals fruitsappen en -purees, confituren,… Ook honing is een typisch product waarbij spectrale analyses in het infrarood gebied potentieel bieden om de echtheid ervan te verifiëren.
Ook op vlees zijn er al een aantal rapporten verschenen zoals bijvoorbeeld de detectie van het voederpatroon van varkens (natuurlijk voederpatroon vs. voederpatroon met vnl. commerciële voeders) op basis van een analyse van de samenstelling van het onderhuids vetweefsel. Een dergelijke benadering kon ook gebruikt worden om te achterhalen of lammetjes gevoed werden met melkvervanger of gezoogd werden. Een zeer recente evolutie hierbij is de introductie van hyperspectrale camerasystemen4 voor onder meer de controle van vleesproducten (vermenging van varkensgehakt in lamsgehakt) en schaaldieren (detectie van gelatine in garnaalsoorten).
Figuur 2. Een overzicht van een aantal producten waarop authenticiteitsanalyses succesvol konden toegepast werden door middel van infrarood spectroscopie.
Samenvatting
Uit de literatuur blijkt dat spectrale analyses kunnen instaan voor een snelle kwaliteitscontrole van de echtheid van voedingsproducten, zeker gezien het feit dat meer en meer draagbare toestellen beschikbaar worden voor de voedingsindustrie. Toch moet deze technologie steeds in functie van de specifieke applicatie op punt worden gesteld aangezien de nodige aandacht moet geschonken worden aan het uitvoeren van de gepaste kalibratie- en validatie-experimenten. De meeste gerapporteerde studies leiden tot classificatienauwkeurigheden tussen de 90% en 100% waardoor besloten kan worden dat spectrale analyses niet onfeilbaar zijn maar toch al een eerste goede indicatie kunnen geven over de ‘echtheid’ van voedingsproducten.
|
In het kader van het i-FAST-project, en meer specifiek het MOBISPEC-validatietraject, wordt het potentieel van draagbare spectroscopische systemen voor applicaties binnen de voedingsindustrie bestudeerd. Het gebruik van draagbare spectroscopische sensorsystemen, hetzij via een puntmeting of hetzij via hyperspectrale analyse, kan dus een efficiënt hulpmiddel om op een snelle manier de ‘echtheid’ van inkomende voedingsproducten te controleren. |
Meer Info:
Indien u interesse heeft in deelname aan het MOBISPEC-validatietraject, kan u steeds contact opnemen met Flanders’Food door een mail te sturen naar veerle.degraef@flandersfood.com.
Technologische vragen omtrent dit artikel kan u richten aan steven.vermeir@biw.kuleuven.be
Referenties:
[1] Moore J.C., Spink J., and Lipp M. 2012. Development and application of a database of food ingredient fraud and economically motivated adulteration from 1980 to 2010. Journal of Food Science, 77, R118-R126.
[2] Lopez M.I., Trullols E., Pilar Callao M., and Ruisanchez I. 2014. Multivariate screening in food adulteration: untargeted versus targeted modeling. Food Chemistry, 147, 177-181.
[3] Cozzolino D. 2012. Recent trends on the use of infrared spectroscopy to trace and authenticate natural and agricultural food products. Applied Spectroscopy Reviews, 47, 518-530.
[4] Kamruzzaman M., Makino Y., and Oshita S. 2015. Non-invasive analytical technology for the detection of contamination, adulteration, and authenticity of meat, poultry, and fish: a review. Analytica Chimica Acta, 853: 19-29.
