FLANDERS' FOOD RADAR

Optisch sensorsysteem voor het opsporen van fraude met olijfolie

Het garanderen van voedselauthenticiteit is belangrijk voor hoge kwaliteitsproducten zoals extra ‘vierge’ olijfolie. Traditionele chemische technieken kunnen hiervoor ingeschakeld worden, maar deze zijn tijdrovend en kunnen enkel in een laboratorium omgeving uitgevoerd worden. Maar het kan ook eenvoudiger en directer met een optisch sensorsysteem dat gebaseerd is op diffuus licht absorptie spectroscopie en gebruik maakt van optische vezel technologie.

Authenticiteitscontrole, een belangrijk instrument voor kwaliteitsgarantie

Het garanderen van voedselauthenticiteit is van groot economisch belang aangezien verlies van consumentenvertrouwen, voornamelijk bij hoge kwaliteitsproducten, kan resulteren in een drastische terugval van de verkoop ervan. Eén van de belangrijkste producten inzake authenticiteitscontrole vormt extra ‘vierge’ olijfolie (EVOO, Figuur 1).

De ene olijfolie is de andere niet

Extra ‘vierge’ olijfolie (EVOO) wordt verkregen door onbeschadigde olijfvruchten, die zich in een vroege fase van de rijping bevinden, te vermalen tot een pasta waaruit vervolgens olie geperst en/of gecentrifugeerd wordt.  Het is een tijdrovend proces met een productie efficiëntie van minder dan 20% (men heeft dus minstens 5 kg olijven nodig om 1 liter EVOO te bekomen).  EVOO is van heel hoge kwaliteit en bevat minder dan 0,8% vrije zuren (vrije vetzuren die ontstaan als gevolg van degradatieprocessen).  ‘Vierge’ olijfolie en fijne ‘vierge’ olijfolie bevatten meer vrije zuren (1,5% en 3%). 

Geraffineerde olijfolie is olijfolie van mindere kwaliteit waaruit zuren en smaak- en geurdefecten verwijderd zijn.  Tot slot is er ook nog olijfolie die met behulp van een oplosmiddel en hoge temperaturen gewonnen wordt uit de olijfperskoek. Deze olijfpulpolie is bestand tegen erg hoge temperaturen (tot 210°C) en vindt toepassing bij bakken en frituren.    


Het gebruiksgemak en de snelheid van analyse van dit soort controlesystemen is hierbij van groot belang aangezien deze controle meestal ‘on site’ uitgevoerd dient te worden door de controle instanties. Referentietechnieken, zoals chromatografische analyses, thermische technieken of technieken, gebaseerd op nucleaire magnetische resonantie, kunnen enkel uitgevoerd worden in een laboratorium omgeving met als bijkomend nadeel dat tal van staalvoorbereidingsstappen noodzakelijk zijn vooraleer de echte analyse kan plaatsvinden. Innovatieve sensorsystemen kunnen hiervoor een oplossing bieden. In dit artikel bespreken we een nieuw systeem voor het uitvoeren van dergelijke authenticiteitscontroles, gebaseerd op diffuus licht absorptie spectroscopie in een geïntegreerde sfeer. 

Figuur 1:  Olijfolie, een belangrijk product voor het garanderen van de authenticiteit  

Innovatieve sensoren voor de voedingsindustrie   

Innovatieve sensortechnologieën bieden heel wat mogelijkheden en opportuniteiten met betrekking tot het opmeten van verschillende kwaliteitsparameters op biologische producten. Zo worden in het kader van het Sensors for Food-project validatietrajecten uitgewerkt voor drie veelbelovende technologieën (optische vezel biosensor, hyperspectrale camera’s, millimetergolfsensoren) waarrond al heel wat fundamenteel onderzoek gevoerd is. In dit artikel willen we echter de focus plaatsen op een veelbelovend sensorsysteem in volle ontwikkeling, gebaseerd op diffuus licht absorptie spectroscopie. Dit systeem, ontwikkeld onder leiding van professor Ottevaere aan het Brussels Photonics Team (B-PHOT) van de VUB, laat toe om op een eenvoudige, niet destructieve-wijze de absorptiespectra op te meten van vloeibare levensmiddelen. In eerste instantie werd het systeem samen met Dr. Anna Mignani van het Consiglio Nazionale Delle Ricerche (CNR) in Firenze (Italië) uitgetest voor het garanderen van de authenticiteit van EVOO. 

Diffuus licht absorptie spectroscopie

Het detectieprincipe gebeurt dus op basis van diffuus licht absorptie spectroscopie in het golflengtegebied van 400-1700 nm. Specifiek wordt in deze techniek gebruik gemaakt van een geïntegreerde sfeer (Figuur 2) waarin de verschillende stalen in een recipiënt worden geplaatst. Hierdoor blijven de lichtgolven binnenin de sfeer met als bijkomend voordeel dat minder rekening moet gehouden worden met het ‘scattering’ (verstrooiing)-fenomeen, één van de voornaamste nadelen van absorptie spectroscopie. Verstrooiing treedt op wanneer de lichtgolven kleine deeltjes (zoals bv. gesuspendeerde partikels in EVOO) op hun pad tegenkomen waardoor de oorspronkelijke golf gaat afwijken van de originele richting. Hierdoor gaat er ruis geïntroduceerd worden in het originele signaal wat de data-analyse complexer maakt. Door de reductie van het verstrooiingsverschijnsel, moeten er bijgevolg ook geen specifieke staalvoorbereidingsstappen, zoals filtratie, uitgevoerd worden. Door deze sfeer uit te rusten met optische vezel technologie voor zowel het instralen van het licht in de sfeer als het geleiden van het (uitgaande) licht naar een spectrometer, wordt een zeer efficiënt sensorsysteem bekomen voor het uitvoeren van absorptie spectroscopie. Optische vezels geleiden de golven op een zeer efficiënte en snelle manier. Analoge opstellingen, gebaseerd op twee sferen, ‘double integrating spheres’ (DIS) worden in andere onderzoeksgroepen (MeBioS, KU Leuven) ook gebruikt voor het uitvoeren van spectroscopische analyses op biologische producten. 

Figuur 2: Afbeelding van de geïntegreerde sfeertechnologie, gebruikt voor authenticiteitscontrole op olijfolie  

Als resultaat van de analyse wordt vervolgens een spectroscopische ‘fingerprint’ van het oliestaal bekomen, hetgeen een reflectie is van de chemische samenstelling van de stalen. Na toepassing van multivariate statistische data-analyse technieken kunnen de EVOO stalen onderscheiden worden van de stalen die vervalst werden met verschillende fracties van goedkopere (olijf)olie varianten. Het was zelfs mogelijk om kwantitatieve analyses uit te voeren door de hoeveelheid niet authentieke (olijf)olie in te schatten op basis van het opgemeten absorptiespectrum. 

Toekomstperspectief: toepassing in processing van dranken en vloeibare levensmiddelen  

Het onderzoek spitst zich momenteel toe op de verdere miniaturisatie van de technologie in combinatie met de integratie ervan met een on-line systeem. Dit moet het mogelijk maken om de stalen tijdens het productieproces op te volgen zodat ten allen tijde een uniforme kwaliteit kan gegarandeerd worden. Voorts wordt de techniek ook uitgetest voor het opmeten van diverse kwaliteitsparameters in andere staalmatrices zoals bier of melk. 

Nuttige links

Bronnen

  • Mignani A.G., Ciaccheri L., Ottevaere H., Thienpont H., Conte L., Marega M., Cichelli A., Attilio C., Antonio C. (2011) Visible and near-infrared absorption spectroscopy by an integrating sphere and optical fibers for quantifying and discriminating the adulteration of extra virgin olive oil from Tuscany. Anal Bioanal Chem, 399, 1315–1324. DOI 10.1007/s00216-010-4408-y 
  • Van Overmeire S., Ottevaere H., Mignani A.G., Ciaccheri L., Desmet G., Thienpont H. (2010) Tolerance analysis of a micro-optical detection system for on-line monitoring of lubricant oils. J Micromech Microeng, 20, 105018. DOI 10.1088/0960-1317/20/10/105018
  • Optische spectrale signaturen van vloeistoffen dmv (micro)fotonica voor identificatie van voedselkwaliteit, presentatie van prof. Heidi Ottevaere, (VUB, onderzoeksgroep B-PHOT) op ‘Vrijdag VIS-Dag’ van 28 september 2012 (Leuven)

Nuttige links

Reacties