Prosjektnummer
900749
Videreutvikling av VIS/NIR-spektroskopi som metode for bestemmelse av kvalitet
Objektive kvalitetsvurderinger av fisk er etterspurt både fra industri, kontrollmyndigheter og forbrukere. I dette arbeidet er en målemetode basert på spektroskopi videreutviklet for kvalitetvurdering av torsk. Det er fokusert på to utfordringer i dette arbeidet:
1) varierende lagringstemperatur frem mot vurdering og
2) råstoff med ulik utblødning. To typer råstoff ble brukt i forsøk, linefanget og garnfanget torsk, for å fremprovosere ulik blodmengde i filétene. Det er ikke påvist forskjeller i mikrobiologisk vekst mellom disse gruppene, og det er heller ikke påvist noen korrelasjon mellom mengde restblod og mikrobiologisk vekst.
1) varierende lagringstemperatur frem mot vurdering og
2) råstoff med ulik utblødning. To typer råstoff ble brukt i forsøk, linefanget og garnfanget torsk, for å fremprovosere ulik blodmengde i filétene. Det er ikke påvist forskjeller i mikrobiologisk vekst mellom disse gruppene, og det er heller ikke påvist noen korrelasjon mellom mengde restblod og mikrobiologisk vekst.
Basert på spektroskopidata er det mulig å estimere lagringstid for en ukjent filét dersom lagringstemperaturen er kjent. Det vil si at for hver lagringstemperatur må man ha en modell for bestemmelse av lagringstid. Når lagringstemperaturen ikke er kjent, eller har variert, er dette en dårlig løsning. For å løse dette problemet ble restholdbarhet for alle filéter som inngikk i forsøket beregnet ut fra mikrobiologisk vekstrate på ulike temperaturer (lagret 3 dager rund på is, filetert og deretter lagret på 0, 4 eller 7 °C). På den måten kan alle filétene inngå i en felles modell uavhengig av lagringstemperatur, og det som estimeres er restholsbarhet i dager lagret på 0 °C. Med denne tilnærmingen til restholdbarhet ble det etter prosjektgruppens oppfatning oppnådd svært gode modeller for restholdbarhet basert på VIS/NIR spektroskopi.
-
Presentasjon: Kvalitet hvitfisk: Statusorientering for FHF 27. september 2012
Nofima. Foredrag på møte i Faggruppe hvitfisk filet 27. september 2012 på Gardermoen. Av Heidi Nilsen.
-
Presentasjon: NIR som målemetode for ferskfiskkvalitet
Nofima. På FHF-møte for hvitfiskindustrien 31.10.2013 i Tromsø. Av Karsten Heie, Svein K. Stormo og Bjørn Dissing.
-
Presentasjon: Verktøy for å måle fiskekvalitet – basert på forbrukernes oppfatning
Nofima. Foredrag på møtet i Faggruppe hvitfisk filét 4. mars 2013 på Gardermoen. Av Margrethe Esaiassen (Nofima), Karsten Heia (Nofima), Jens Østli, m.fl. (Nofima). Eyjolfur Reynisson m.fl. (Matis).
-
Nofima. Foredrag på FHF-samling for hvitfisknæringen 15. november 2012 i Tromsø. Av Agnar H. Sivertsen.
-
Rapport: Videreutvikling av VIS/NIR spektroskopi: Bestemmelse av kvalitet
Nofima. Rapport 39/2013. Utgitt september 2013. Av Karsten Heia, Svein K. Stormo, Stein H. Olsen, Bjørn Dissing, Jørn-Owe Johansen, Tone F. Aune og Agnar H. Sivertsen.
Under lagringsforløpet er det en rekke ulike forringelsesprosesser som endrer fiskemuskelen og påvirker vår oppfatning av den. Disse prosessene er sammensatte og avhenger både av råstoff, behandling og temperatur under lagring. For eksempel er trimetylamin (TMA) en kjemisk forbindelse som dannes av bakteriell aktivitet og representerer det vi normalt assosierer med fiskelukt. Kvalitet/ferskhet er derfor vanskelige begrep å definere rent teknisk, og det er vanlig å forenkle begrepene til å omfatte lagringstid på en gitt temperatur, bakterietall eller lignende.
Kvaliteten på sluttproduktet og restholdbarhet vil avhenge av ferskheten på råmaterialet, og det vil derfor være gunstig å kunne måle og dokumentere kvaliteten til produktet ved hjelp av en hurtig og ikke destruktiv metode. En rekke ulike metoder har vært evaluert for å kunne skille mellom ferske og tinte fiskeprodukter, samt for å evaluere ferskhet. De fleste av disse metodene er destruktive, trege og ikke egnet for industriell anvendelse.
Bruk av synlig og nær-infrarød (visible and near infrared – VIS/NIR)-spektroskopi til ferskhetsbestemmelse har vært foreslått ved flere anledninger. Det har vist seg å være en lovende metode, men det gjenstår en del arbeid før en kommersiell løsning er på plass. De største usikkerhetene er knyttet til i hvor stor grad sesongvariasjoner, råstoff og lagringsbetingelser påvirker analyseresultatene. Det har også tidligere vært vist at spektroskopi kan bestemme om et råstoff tidligere har vært fryst.
Det har vært gjennomført et mindre arbeid for måling av forbrukerakseptans ved hjelp av VIS/NIR-spektroskopi. I dette arbeidet ble to ulike lagringsbetingelser anvendt på hel fisk, islagring (0 grader C) og lagring på 4 grader C. Det viste at VIS/NIR-spektroskopi kunne anvendes for å forutsi hvorvidt en konsument ville akseptere produktet uten at lagringsbetingelsen var kjent før analysen. Omfanget av dette arbeidet var lite, og inkluderte ikke problemstillingen med hvor lenge produktet vil forbli akseptabelt etter at analysen ble gjennomført.
Kvaliteten på sluttproduktet og restholdbarhet vil avhenge av ferskheten på råmaterialet, og det vil derfor være gunstig å kunne måle og dokumentere kvaliteten til produktet ved hjelp av en hurtig og ikke destruktiv metode. En rekke ulike metoder har vært evaluert for å kunne skille mellom ferske og tinte fiskeprodukter, samt for å evaluere ferskhet. De fleste av disse metodene er destruktive, trege og ikke egnet for industriell anvendelse.
Bruk av synlig og nær-infrarød (visible and near infrared – VIS/NIR)-spektroskopi til ferskhetsbestemmelse har vært foreslått ved flere anledninger. Det har vist seg å være en lovende metode, men det gjenstår en del arbeid før en kommersiell løsning er på plass. De største usikkerhetene er knyttet til i hvor stor grad sesongvariasjoner, råstoff og lagringsbetingelser påvirker analyseresultatene. Det har også tidligere vært vist at spektroskopi kan bestemme om et råstoff tidligere har vært fryst.
Det har vært gjennomført et mindre arbeid for måling av forbrukerakseptans ved hjelp av VIS/NIR-spektroskopi. I dette arbeidet ble to ulike lagringsbetingelser anvendt på hel fisk, islagring (0 grader C) og lagring på 4 grader C. Det viste at VIS/NIR-spektroskopi kunne anvendes for å forutsi hvorvidt en konsument ville akseptere produktet uten at lagringsbetingelsen var kjent før analysen. Omfanget av dette arbeidet var lite, og inkluderte ikke problemstillingen med hvor lenge produktet vil forbli akseptabelt etter at analysen ble gjennomført.
Å utvikle et robust måleoppsett og videreutvikle analysemodeller for måling av kvalitet/ferskhet og forbrukerakseptans med et håndholdt VIS/NIR-instrument.
Delmål
1. Å bestemme optimal målegeometri.
2. Å utvikle metoder for å skille sprednings- og absorpsjonsbidraget i VIS/NIR-spektrumet.
3. Å avdekke hvordan sprednings- og absorpsjonsbidraget avhenger av varierende utblødningsgrad og variasjon i kjølekjede etter filetering.
4. Å utvikle analysemodeller for bestemmelse av kvalitet/ferskhet (og forbrukerakseptans) basert på VIS/NIR-målinger som takler råstoffvariasjonene studert i punkt 3.
Delmål
1. Å bestemme optimal målegeometri.
2. Å utvikle metoder for å skille sprednings- og absorpsjonsbidraget i VIS/NIR-spektrumet.
3. Å avdekke hvordan sprednings- og absorpsjonsbidraget avhenger av varierende utblødningsgrad og variasjon i kjølekjede etter filetering.
4. Å utvikle analysemodeller for bestemmelse av kvalitet/ferskhet (og forbrukerakseptans) basert på VIS/NIR-målinger som takler råstoffvariasjonene studert i punkt 3.
I dette prosjektet vil det fremkomme essensiell kunnskap som vil bringe VIS/NIR-spektroskopi nærmere et kommersielt produkt for kvalitetsmåling. Gjennom prosjektet vil optimal målegeometri avdekkes, metode for å separere sprednings- og absorpsjonseffekter utvikles, samt en metodikk for robust modellering utvikles. Alle disse punktene er viktige for den videre utviklingen av et kommersielt produkt. Videre vil studiet av variasjoner i kjølekjeden etter filetering og mengde restblod gi viktige innspill til den robuste modelleringen.
Aktiviteter og tidsplan
1. Optimalisere målegeometri
Måleoppsettet som skal benyttes i dette prosjektet refereres til som interaktans, og baserer seg på at prøven belyses på samme siden som målingen foretas, men i ikke overlappende områder. Avstanden mellom områdene bestemmer hvor langt ned i prøven lyset går, og den relative mengden av lys som når måleområdet. Pga. lysets spredningsegenskaper i torskemuskelen vil gangveien gjennom prøven øke med økende bølgelengde. Det som skal optimaliseres i dette arbeidet er avstanden mellom og størrelsen på de to områdene.
2. Studere endringer i bidrag fra spredning og absorpsjon på de målte VIS/NIR spektra
Faktorer som sesongvariasjon og ferskhet er vist å påvirke spredningsegenskapene til fiskemuskelen. Spredningskoeffisienten bestemmer hvor langt lyset vandrer i prøven før det når måleområdet. Man ønsker i en innledende fase av prosjektet å studere effekten av spredning samt varierende konsentrasjon av pigment i muskelen. En ønsker videre å studere effekten av ulik målegeometri, plassering av blodflekker og å evaluere/utvikle metoder for å skille spredning fra absorpsjonseffekter i det målte spekteret. Dette arbeidet er viktig for å utvikle robuste modeller for prediksjon av kvalitet vha. VIS/NIR-spektroskopi.
3. Robuste modeller
Etter at absorpsjons- og spredningsbidraget er estimert fra det målte VIS/NIR spekteret skal modeller for estimering av kvalitet utvikles slik at de inkluderer både informasjon om absorpsjon og spredning. Ved å ha disse bidragene separert vil det være mulig å oppnå bedre prediksjonsmodeller. Det må også undersøkes om blodmengde og blodstatus kan inngå som egne “kvalitetsparametre” både når kvalitet måles som lagringstid og eventuelt som forbrukerakseptans.
4. Referansemetoder
I forbindelse med lagringsforsøkene er det nødvendig med nøyaktig referansemetoder som kan beskrive lagringsforløpet. Aktuelle referansemetoder er: QIM (Quality Index Method: en systematisk og forenklet sensorisk metode), totalkim, spesifikke forringelsesbakterier, filetindeks, TMA og blodinnhold.
5. Prosjektadministrasjon, rapportering og gjennomføring
Nofima er prosjektansvarlig med Dr. Agnar H. Sivertsen som prosjektleder. Arbeidet vil i hovedsak gjennomføres ved Nofima i Tromsø, og prosjektdeltagere vil være: Dr. Agnar H. Sivertsen, Dr. Karsten Heia, Dr. Margrete Esaiassen og Dr. Takashi Kimiya. Andre deltagere vil bli hentet inn ved behov.
1. Optimalisere målegeometri
Måleoppsettet som skal benyttes i dette prosjektet refereres til som interaktans, og baserer seg på at prøven belyses på samme siden som målingen foretas, men i ikke overlappende områder. Avstanden mellom områdene bestemmer hvor langt ned i prøven lyset går, og den relative mengden av lys som når måleområdet. Pga. lysets spredningsegenskaper i torskemuskelen vil gangveien gjennom prøven øke med økende bølgelengde. Det som skal optimaliseres i dette arbeidet er avstanden mellom og størrelsen på de to områdene.
2. Studere endringer i bidrag fra spredning og absorpsjon på de målte VIS/NIR spektra
Faktorer som sesongvariasjon og ferskhet er vist å påvirke spredningsegenskapene til fiskemuskelen. Spredningskoeffisienten bestemmer hvor langt lyset vandrer i prøven før det når måleområdet. Man ønsker i en innledende fase av prosjektet å studere effekten av spredning samt varierende konsentrasjon av pigment i muskelen. En ønsker videre å studere effekten av ulik målegeometri, plassering av blodflekker og å evaluere/utvikle metoder for å skille spredning fra absorpsjonseffekter i det målte spekteret. Dette arbeidet er viktig for å utvikle robuste modeller for prediksjon av kvalitet vha. VIS/NIR-spektroskopi.
3. Robuste modeller
Etter at absorpsjons- og spredningsbidraget er estimert fra det målte VIS/NIR spekteret skal modeller for estimering av kvalitet utvikles slik at de inkluderer både informasjon om absorpsjon og spredning. Ved å ha disse bidragene separert vil det være mulig å oppnå bedre prediksjonsmodeller. Det må også undersøkes om blodmengde og blodstatus kan inngå som egne “kvalitetsparametre” både når kvalitet måles som lagringstid og eventuelt som forbrukerakseptans.
4. Referansemetoder
I forbindelse med lagringsforsøkene er det nødvendig med nøyaktig referansemetoder som kan beskrive lagringsforløpet. Aktuelle referansemetoder er: QIM (Quality Index Method: en systematisk og forenklet sensorisk metode), totalkim, spesifikke forringelsesbakterier, filetindeks, TMA og blodinnhold.
5. Prosjektadministrasjon, rapportering og gjennomføring
Nofima er prosjektansvarlig med Dr. Agnar H. Sivertsen som prosjektleder. Arbeidet vil i hovedsak gjennomføres ved Nofima i Tromsø, og prosjektdeltagere vil være: Dr. Agnar H. Sivertsen, Dr. Karsten Heia, Dr. Margrete Esaiassen og Dr. Takashi Kimiya. Andre deltagere vil bli hentet inn ved behov.
Resultatene fra prosjektet vil bli formidlet på samlinger i Faggruppe hvitfisk filet. Videre vil Nofima utarbeid to arbeidsnotater og sluttrapport fra prosjektet. Resultatene formidles gjennom hjemmesidene til FHF og Nofima, samt gjennom relevante medier.
-
Rapport: Videreutvikling av VIS/NIR spektroskopi: Bestemmelse av kvalitet
Nofima. Rapport 39/2013. Utgitt september 2013. Av Karsten Heia, Svein K. Stormo, Stein H. Olsen, Bjørn Dissing, Jørn-Owe Johansen, Tone F. Aune og Agnar H. Sivertsen.