Til innholdet

Prosjektnummer

901683

Prosjektinformasjon

Prosjektnummer: 901683
Status: Pågår
Startdato: 02.08.2021
Sluttdato: 30.07.2024

Måling av tekstur på laks – metodeutvikling ved bruk av spektroskopi

​Kvalitet og tekstur på laks er en sammensatt problemstilling
Kvalitet vurderes ut fra flere egenskaper; farge, fettinnhold, næringsinnhold, lukt og smak. Også fiskemuskelens strukturelle egenskaper, uttrykt ved parametere som fasthet-mykhet, elastisitet og spalting, er sentralt i beskrivelse av produktets kvalitet. Tekstur i fisk påvirkes av en rekke faktorer, og det er gjort mange studier som belyser ulike årsakssammenhenger. Tekstur henger blant annet sammen med mengde fett i muskelen, kan variere med sesong, fôringsregime, vekstrate og stress. Det er også et kjent faktum at postmortale endringer, mekanisk belastning og lagringsforhold som temperatur og lagringsmedium, påvirker tekstur. Det er vist at teksturen blir gradvis dårligere under lagring, noe som skyldes enzymatisk degradering av bindevev og muskel. 

Eksisterende målemetoder for tekstur
Det finnes flere metoder – både instrumentelle objektive og sensoriske subjektive og objektive, som registrerer og tallfester teksturegenskaper. Instrumentell teksturmåling gjennomføres ved at ulike prober eller verktøy festes til en kraftmåler. Mye brukte prober er sylinderformede eller sfærer med ulike diameter, og mer spesialiserte verktøy som Warner-Bratzler og Kramer-celle. Måten testen gjennomføres, samt hvordan kraftkurven som registreres analyseres, gir stor variasjon i resultater man kan få ut. Teksturprofilanalyse (TPA), gjennomføres ved å dobbeltkomprimere fisken med flat-endet sylinder og man får ut seks ulike parametere: hardhet, klebeevne, seighet, spenst, sammenhengende, og gummihet. Warner-Bratzler og Kramer simulerer kutting og skjæring, og brukes ofte som et mål på mørhet. Andre måler kraft ved ulike kompresjoner, kraft ved brudd av overflate, og maks kraft målt gjennom hele syklusen, både ved å bruke sfærisk probe, og sylinder. Sensoriske metoder er også et alternativ, der man presser en finger ned i kjøttet og bedømmer om overflaten gjenopprettes, gir varig avtrykk, eller om overflaten brytes. Bretting av fileten i lengderetning for å se om den bretter seg ut igjen, har også vært benyttet. Kvantifisering av sensoriske egenskaper som hardhet, fuktighet, elastisitet, fethet og grovhet på en skala fra 1–9, har også vært gjennomført. I tillegg er det lansert en metode som skal kunne måle filetens evne til spalting (gaping), der strekkfasthet i muskelen måles.

Det er flere utfordringer for måling av tekstur, blant annet håndtering av prøven i forhold til måleoppsett. Respons fra målecelle eller sensorisk testing vil være avhengig av hvor på prøven måling utføres, og dette kan gi utfordring med standardisering og tolkning av resultat. En annen utfordring er at mekanisk eller sensorisk måling innebærer fysisk kontakt mellom probe/finger og fisken. Bruk av slik metodikk er både noe tidkrevende, og medfører også opplæring av operatør/ kvalitetsansvarlig før bruk.

Måling av næringsmiddelkvalitet ved bruk av spektroskopi, avbildende spektroskop
Kvalitetsmåling basert på måling av lys (spektroskopi) har i løpet av de siste 20 årene gått fra å være laboratorie- og fasilitetsstudier til kommersielt utstyr. Lys som sendes inn i et prøvemateriale blir reflektert, absorbert og spredt avhengig av materialets egenskaper, og det er slik mulig å hente ut informasjon om materialets beskaffenhet. Relevant arbeid med bruk av ulike typer spektroskopi til kvalitetsmåling på fisk er blant annet måling av bindevevsegenskaper på laks, kjemisk sammensetning (fett, og fettfordeling), ferskhetsklassifisering av oppdrettslaks, samt måling av blod- og melaninflekker i oppdrettslaks. Det er vist at bruk av synlig og nær-infrarød (visible and near infrared –VIS-NIR) spektroskopi kan være et lovende verktøy for å måle og finne bløt, middels og fast tekstur på laks, og resultatene viste at det var viktig å måle både i det synlige og i NIR-området. Optiske målinger ble gjort på avgrenset områder på fisken og deretter kalibrert mot instrumentell teksturmåling (Kramer-celle). Det er også vist at VIS-NIR hyperspektral avbildning kan predikere tekstur som karakterisert ved texture profile analysis (TPA). TPA utrykker egenskaper som tyggemotstand, hardhet, saftighet m.m. av et produkt.

Måleprinsipp basert på lys muliggjør kontaktløs og hurtig måling. Nofimas forskningsgruppe på anvendt spektroskopi har vært sentrale i utvikling av metode og teknologi på dette området, fra dokumentasjon av måleprinsipp, via data innsamling og etablering av modeller, til kommersielle verktøy for måling av kvalitetsparametere. Nylig eksempel på dette er teknologi for online måling av blod i fisk; metoden gjør det mulig å dokumentere blodnivå i fiskemuskel og blodflekker eller misfarging som oppstår på grunn av slag eller trykk på fisken. Den kommersielle løsningen på blodmåling er utviklet i prosjektaktivitet over flere år.

Hyperspektral avbildning for å måle blod i fiskemuskel, analysealgoritme og sanntidsdeteksjon, ble først utviklet for filet. Å bruke lysmåling direkte på fiskemuskel er naturlig nok enklere enn å bruke lysmåling gjennom skinn. Måling gjennom fiskeskinn betyr kraftig demping av lyset på grunn av absorpsjon, og det er vesentlig enklere å etablere måleprinsipp ved å arbeide direkte med materialet som skal undersøkes. Etter å ha utviklet algoritme for blodmåling på filet ble måle oppsett og metode videreutviklet til også å kunne anvendes til blodmåling på hel fisk med skinn. Kommersialisering av metodeutviklingen er gjort i nært samarbeid med Maritech og Norsk Elektro Optikk, med finansiell støttet blant annet fra FHF, jf. prosjektet “Kvalitetsmåling på hvitfisk gjennom analyse av spektrale bilder i sanntid (KVASS)” (FHF-901489).
Hovedmål
Å undersøke om hyperspektral avbildning/spektroskopisk måling kan utvikles som metode for å predikere tekstur i filet av laks.

Delmål
• Å undersøke sammenheng mellom hyperspektral avbildning av filet av laks, og målt tekstur i samme råmateriale. 
• Å undersøke om hyperspektral avbildning av filet av laks kan benyttes til å predikere teksturutvikling i lagringsforløp.
• Å undersøke om en punktmåling kan være tilstrekkelig for å predikere tekstur i lagringsforløpet basert på de hyperspektrale bildene. Dette for å kunne vurdere alternativ i utvikling av metode/instrumentering; eksempelvis si om det vil være mulig å utvikle et håndholdt måleinstrument.
​En hurtig, objektiv metode for teksturmåling på laks vil være nyttig både i produksjonsfasen i sjø, og gjennom fasen med slakting, bearbeiding og distribusjon. Å enkelt kunne måle status på tekstur og teksturutvikling gir bedre prosess og produktkontroll, og mulighet til å sortere produkter i riktig kategori. Objektiv og rask måling av tekstur kan også utføres i sammenheng med fôring, sulting, hvor det tas ut representativt antall prøvefisk for å vurdere effekt av fôrresept, fôrinntak, sesong, sulting og slaktetidspunkt for vurdering av om råstoffet har ønsket tekstur.

Under videreforedling av laks; filetprodukter eller fisk til røyking eller andre prosesser, vil det være en fordel å ha kunnskap om tekstur og egnethet for prosess. Med økende grad av foredling av oppdrettsfisk i Norge, vil en metode for online måling av tekstur på filet bidra til sikre stabil og høy kvalitet på foredlede lakseprodukter ved å garantere råstoff (laksefileter) med optimal tekstur. Hyperspektral måling på filet innfrir krav til industriell prosesshastighet, og kan slik sett være et informasjons/styringsverktøy i industriell filetproduksjon. Hyperspektral avbildning for teksturmåling utvikles på teknologi som i dag er kommersielt tilgjengelig. Dette betyr at den med stor sannsynlighet raskt kan anvendes i foredlingsanlegg for filetproduksjon. Et annet alternativ er å utvikle instrumentering for et forenklet håndholdt måleverktøy, basert på analyse av sentrale bølgelengder. Ett slik verktøy kan være anvendelig til stikkprøvekontroll av tekstur, for eksempel ved kvalitetsvurdering av produkt i fiskedisk eller stikkprøve kvalitetsvurdering “på merdkanten”.

Optisk måling på hel fisk er utfordrende med hensyn til den kraftige lysabsorpsjonen i skinnet. Med videreutvikling av teknologi for belysning, detektorer og analysekapasitet, vurderer man at det også på sikt vil la seg gjøre å gjennomføre teksturmålinger på hel fisk. Basert på erfaring fra metodeutvikling i KVASS-prosjektet (FHF-901489) er prosjektgruppens løsningsforslag på problemstillingen å etablere hyperspektral avbildning for teksturbestemmelse på filet. Oppbygging av fiskemuskel med fiberstruktur og bindevev; kjemiske komponenter og sammensetning, påvirker lysabsorpsjon og spredning. Man vurderer derfor spektroskopi – hyperspektral avbildning – som en egnet metode for å etablere sammenhenger mellom den spektrale informasjonen og tekstur i muskel. Metode basert på måling på filet/muskel kan ved videre arbeid sannsynligvis implementeres til måling på hel fisk, men første trinn i en utvikling vil være å etablere grunnlag for å bruke teknologien på filet. 

Prosjektet legger hovedvekten på laks, begrunnet i produksjonsvolum og omsetning av norsk oppdrettslaks, samt at utfordring med tekstur oftere forekommer på laks enn på ørret. Man vurderer imidlertid at metode med hyperspektral måling av tekstur på laks, med mulige justeringer, også vil være egnet på ørret.
​Forskningsaktiviteten i prosjektet er delt i to faser:

Fase I
Her gjennomføres en større måleserie for å undersøke og etablere sammenheng mellom spektroskopi – hyperspektral avbildning, og tekstur på laks. Denne fasen svarer på første delmål i prosjektet; undersøke sammenheng mellom hyperspektral avbildning av filet av laks, og målt tekstur i samme råmateriale. For å kartlegge målbare sammenhenger i utvikling av verktøy for teksturmåling basert på bruk av spektroskopi, skal det gjennomføres forsøk med laks som representerer stor variasjon i teksturkvalitet og utvikling. Til dette innhentes råstoff med forventet stor variasjon i tekstur. I praksis betyr det å benytte råstoff hvor det er forskjeller med hensyn til følgende: størrelse på fisken; fisk som har fått ulikt fôr; fisk som er filetert før og etter rigor; laks som er lite/mye trengt før slakting; økologisk oppdrettet laks; laks fra ulike lokaliteter og årstider; og råstoff med forskjell i lagringstid og lagringstemperatur. For å opparbeide råstoff som representerer stor variasjon med hensyn til tekstur, gjennomføres denne fasen i en periode over ett år. Arbeidet serspesielt på tekstur i laks med relevans for teknologisk kvalitet; hvordan muskel påvirkes og responderer i prosessen. Referansemetoder for måling av tekstur, er i første fase valgt noe mer omfattende enn det som gjelder teknologisk kvalitet. Aktuelle referansemetoder vil være strekkfasthet, nedtrykk med sylinder til 90 % av filethøyden, samt bruk av sfærisk probe for å etterligne nedtrykk med finger. Disse instrumentelle teksturmålingene, i tillegg til sensorisk vurdering av tekstur, vil bli benyttet og testet som aktuelle referansemålinger.

Med utgangspunkt i data fra kartlegging etableres modeller for teksturmåling basert på spektrale (bølgelengde) data og på hyperspektrale data (spektral og romlig informasjon). Ut fra analyse, modellering og oppsummering, vurderes hvilke referansemålinger for tekstur som skal brukes i videre arbeid i Fase II.

Fase II
Her går arbeidet ut på å videreutvikle metoden til også å predikere tekstur i filet i forløp av lagring. Dette gjøres ved å utføre flere lagringsforsøk ved ulike tidspunkt, og med råstoff fra geografisk forskjellige lokaliteter. Dette er et omfattende arbeid, men er nødvendig for å etablere en robust modell for predikering av teksturforløp under kjølelagring. Lagringsforsøkene gjennomføres ved det som ansees som optimale, standardiserte betingelser; skånsom håndtering og lagring på is. Brudd i kjølekjede og lagring i ulike kjølemedier (is, slush, RSW (nedkjølt sjøvann)) kan gi uforutsette endringer i tekstur og bidra til feil i modell for predikering av tekstur. Forutsetning og ramme for bruk av målemetode og prediksjon, er standardisert lagringsbetingelse for laksen. Målemetoder som skal brukes er hyperspektral avbildning. Bølgelengdeområdet som brukes er synlig til nær infrarødt lys (482 til 2236 nm), og med utvalgte (fra fase I) relevante instrumentelle/sensoriske målinger av tekstur.

Datasett fra fase I og fase II vil være omfattende og med høy grad av detaljering. Analyse og statistisk behandling kan gi grunnlag for å forenkle målemetoden ved å redusere spektral informasjon. Dette er utgangspunkt for delmål 3; å undersøke om resultater kan være grunnlag for forenklet optisk måling.
​I to omganger i prosjektperioden vil bedrifter med tilknytning til prosjektet (fra referansegruppe og ved innkjøp av råstoff) bli invitert til webinar (i tidsplan, vedlegg) om status i prosjektet, oppdatering på resultater, og med mulighet for diskusjon og innspill. Dette bidrar til at prosjektet og mulig anvendelse av teknologi blir tilgjengelig for de aktuelle brukerne.

Formidling fra prosjektet rettes videre mot oppdrettsnæringen ved å oppsøke næringsarena/fora som fagmøter (Havbrukssamlinger i regi av FHF, webinarer for næringsaktører, presentasjon på Aqua Nor), formidle prosjektet via medieoppslag i oppdrett- og fiskeripresse, samt lage videoblogg som kan publiseres både på FHF og Nofimas nettside. Prosjektet avsluttes med en faglig sluttrapport som vil bli publisert på FHF og Nofima sine nettsider.
keyboard_arrow_up