Forskere fra Institut for Fødevarevidenskab ved Københavns Universitet og Institut for Kemi ved Aarhus Universitet har som de første i verden analyseret hele bygkerner med lange nær-infrarøde bølgelængder ved hjælp af en ny type lyskilde, Supercontinuum laseren. Forskningen har betydning for vores viden om fødevarers indholdsstoffer og kan på sigt f.eks. føre til bedre kvalitetskontrol af f.eks. brød og øl.
Teknologisk har supercontinuum laseren siden årtusindskiftet undergået en omfattende udvikling på grund af udviklingen inden for fotoniske krystalfibre, som laseren er baseret på. Projektet Light & Food (se faktaboksen) forsker bl.a. i, hvordan man kan bruge den superkraftige laser til at analysere fødevarer med.
– Supercontinuum laseren har gjort det muligt at måle på meget små objekter med en høj energi. Et supercontinuum instrument kan derfor potentielt bruges til at måle på hele kerner og dermed finde kerner med f.eks. svampe- eller insektangreb, eller sortere korn efter f.eks. bage-, sundheds- eller kvalitetsparametre, siger post.doc. ved Institut for Fødevarevidenskab på Københavns Universitet, Tine Ringsted.
Ved at måle på hver enkelt kerne kan man mere præcist se den variation, som naturligt findes imellem korn fra den samme mark og endda fra det samme strå. De ikke-destruktive og hurtige målinger af enkeltkerner kan derfor bruges i planteavl, til at finde eftertragtede egenskaber eller i industriel kornsortering til at øge kvaliteten. En mulig industriel anvendelse kunne være at måle indholdet af kostfiberen beta-glukan. Beta-glukan i byg og specielt havre har sundhedsfremmende egenskaber, som sænkning af serum kolesterol, øget mæthedsfølelse og stabilisering af blodsukker og insulinniveauer efter måltider. Omvendt forholder det sig i bryggeriindustrien, hvor man ikke er interesseret i høje beta-glukan-koncentrationer, da det kan tilstoppe filtre og skabe et uklart bundfald i den færdige øl kaldet ”bedstemors hoste”.
Målinger på bygmel og bygskiver har tidligere vist nogle informationsrige bølgelængder, men det har ikke været muligt at måle igennem bygkernerne ved disse lange nær-infrarøde bølgelængder på grund af udfordringen med at have nok energi fra den traditionelle spektrometer-lampe.
– Supercontinuum laserens kollimerede lysstråle med høj energi betød, at vi kunne måle igennem hele bygkorn ved de informationsrige bølgelængder. Ved brug af multivariat dataanalyse (kemometri) kunne vi generere en matematisk regressions model, der kunne forudsige beta-glukan indholdet fra 3,0-16,8% i bygkerner med en gennemsnitlig fejl på 1,3% beta-glukan, fortæller Tine Ringsted.
Laserbaseret kernesortering øger værdien af f.eks. øl og brød
– En sortering af kerner vil betyde, at du kan få nogle kerner, der har sundhedsfremmende egenskaber til brug i f.eks. brød samt nogle kerner, der er ekstra gode til øllet. Dermed får begge produkter en højere værdi, uden du har gjort andet end at sortere kernerne, siger Tine Ringsted, der tror på, at fødevareanalyse med supercontinuum laseren vil slå igennem i fødevareindustrien, men at der vil gå nogle år, fordi udviklingen i høj grad er baseret på tværfaglig forskning, hvor behov og teknologi skal passe sammen.
– Ét er jo f.eks., at du har et instrument, der kan måle meget hurtigt og give præcise svar, men for at det skal være praktisk muligt, skal man også have en prøveholder, der giver mulighed for, at man kan måle på et stort antal kerner på kort tid, siger Tine Ringsted og tilføjer, at der allerede er et svensk firma (BoMill), som har udviklet en prøveholder, der kan håndtere tre tons bygkerner i timen, men at de måler på kernerne ved andre kortere bølgelængder.
Gode fremtidsperspektiver
Måling af beta-glukan i bygkerner er bare ét eksempel på, hvor supercontinuum laseren kan bruges. Udover enkeltkerne-målinger har Light & Food-projektet også undersøgt supercontinuum laseren brugt i et nyt robust spektrometer, der potentielt kan måle mange steder i en fødevareproduktion. Det kan f.eks. bruges i mejeri- eller bryggeriindustrien til at følge et produkt fra start til slut. Derudover er der et teoretisk potentiale for at bruge supercontinuum laseren til hurtige målinger af gasser – f.eks. aromastoffer eller ethylen, som er et gasformigt plantehormon fra modnende frugter.
Samlet set giver nær-infrarød spektroskopi mulighed for at måle meget oftere og ikke-destruktivt sammenlignet med traditionelle våde kemiske analyser.
– En supercontinuum laser giver endnu flere muligheder for målinger på fødevarer, hvorfor den rummer et stort potentiale for at forbedre kvaliteten af vores fødevarer fremover, siger Tine Ringsted.
Se nedenstående film, hvor Tine Ringsted beskriver forskellen på supercontinuum laseren og en traditionel laser.
Faktaboks:
Om Light & Food
Nær-infrarød spektroskopi er en hurtig og ikke-destruktiv analysemetode, hvilket gør det til en meget nyttig teknologi til måling af den kemiske sammensætning af fødevarer. Innovationsfond Danmark-projektet Light & Food har til formål at udvikle og anvende en ny type lyskilde, den såkaldte supercontinuum laser, til brug ved f.eks. nær-infrarød spektroskopi. Den nye lyskilde kombinerer den kollimerede stråle fra en laser med et bredt spektrum af bølgelængder fra en lampe. Supercontinuum laseren kan endvidere forbindes til fibre, og den er langt mere lysstærk end en traditionel lyskilde. Den har derfor potentialet til at lyse hele vejen igennem diverse fødevarer og give mere nøjagtige oplysninger om indholdet – eller fortælle noget om indholdet, man ikke tidligere har været i stand til at analysere.
Light & Food forskningsprojektet har blandt andet undersøgt, hvilke fødevarer supercontinuum laseren med fordel kan bruges til at analysere. Den fokuserede supercontinuum laser er f.eks. blevet anvendt til at måle beta-glukan igennem intakte bygkerner med lange nær-infrarøde bølgelængder. Derudover har projektet også vist et teoretisk potentiale for gasmålinger af f.eks. aromastoffer eller ethylen, som regulerer modningen af mange frugter. Light & Food har desuden udviklet et nyt robust spektrometer, der har potentiale til online-målinger i fødevareindustrien.
Partnerne i Light & Food:
Institut for Fødevarevidenskab, Københavns Universitet
Aarhus Universitet
DTU
NKT Photonics der producerer supercontinuum laseren
FOSS, der udvikler analytiske instrumenter
Finansieret af: Innovationsfonden
