Snelle evaluatie van vlees- en 3D karkaskwaliteit op basis van verstrooid licht dankzij SRS

SRS

Voor het uitvoeren van veelvuldige kwaliteitsmetingen maakt men indien mogelijk gebruik van snelle, goedkope en niet-destructieve meetmethoden. Optische meettechnieken zoals Vis/NIR spectroscopie beantwoorden aan deze behoefte voor wat betreft het bepalen van de bruto samenstelling (voor vlees omvat dit typisch: proteïnen, vetten, vocht) of het bepalen van kwaliteitskarakteristieken die in verband staan met chemische veranderingen (bv. versheid). Deze techniek haalt informatie uit het absorptiegedrag van elektromagnetische golven (licht) in het spectrum met golflengtes van 400 tot 2500 nm. Absorptie grijpt hierbij plaats door interactie van deze golven met C-H, N-H, O-H en S-H verbindingen in het te analyseren product. Wanneer licht invalt op vlees, spelen evenwel niet enkel absorptiefenomenen een rol, maar vindt ook verstrooiing plaats door de aanwezige weefselstructuren (Figuur 1). Het door de Vis/NIR detectoren opgevangen gereflecteerde licht zal daardoor zowel absorptie als verstrooiingsinformatie bevatten. Het verstrooiingseffect werd lang als hinderlijk aanzien en bij klassieke Vis/NIR spectroscopie wordt dan ook standaard een empirische correctietechniek toegepast om het weg te werken. Meer en meer groeit evenwel het besef dat uit de verstrooiingseigenschappen informatie over de fysische (door structuur/textuur bepaalde) kwaliteit gehaald kan worden. Dat is uitermate interessant omdat dat in relatie gebracht kan worden met de eet- en technologische kwaliteit van het vlees.

‘Spatially Resolved Spectroscopy’ (SRS) of ‘spatiaal verdeelde Vis/NIR spectroscopie’ werd ontwikkeld om zowel absorptie- als verstrooiingsinformatie te extraheren en te onderscheiden zodat zowel chemische als fysische karakteristieken van een staal afgeleid kunnen worden. SRS meet reflectie op verschillende afstanden van het invalspunt van het licht. Het gereflecteerde licht vlakbij het invalspunt is voornamelijk weerkaatst aan het oppervlak (ondiepe penetratie, minder interactie met het weefsel). Daarentegen heeft het gereflecteerde licht verder van het invalspunt een diepere penetratie en langere interactieweg ondergaan (Figuur 1). Van Beers et al. (2016) tastten de haalbaarheid van SRS voor het evalueren van vleeskwaliteit uit. Een contactloze meetopstelling werd uitgebouwd en getest op stalen van twee spiertypes (platte bil en rugspier) die vacuüm verpakt werden en bij 4°C bewaard. Als referentietechniek (gouden standaard) voor het bepalen van de bulk optische eigenschappen (bulk absorptiecoëfficiënt, bulk scatteringscoëfficiënt en anisotropie-factor) werd spectroscopie met dubbele geïntegreerde sferen uitgevoerd (een destructieve meting op basis van diffuus licht absorptie spectroscopie). De SRS analyse toonde:

• verschillen in de bulk optische eigenschappen van de twee spiertypes
• toenemende verstrooiing in de loop van de bewaring (waarschijnlijk verband houdend met myofibrillaire fragmentatie)
• het effect van spiervezeloriëntatie op de reflectiesignalen (de vorm van de gloedvlek)

Deze resultaten tonen het potentieel van SRS voor het analyseren van vers en vers verpakt vlees. Via het opstellen van lichtsimulatiemodellen kunnen de verkregen optische eigenschappen in relatie gebracht worden met bijvoorbeeld malsheid en andere kwaliteitskarakteristieken.

Een SRS meetapparaat voor toepassingen op karkassen 

Voor toepassing op de werkvloer, bijvoorbeeld aan de slachtlijn in het slachthuis of bij ontvangstcontrole in een vleeswarenbedrijf, zijn draagbare SRS systemen erg handig. Sørensen et al. (2013) ontwikkelden een dergelijk systeem om de vetkwaliteit (joodgetal) van de speklagen bij varkenskarkassen te monitoren (Figuur 2).

De meetkop van het apparaat bestaat uit twee parallelle sondes, die respectievelijk in verbinding staan met een lichtbron en een NIR spectrometer. Tijdens een meting worden die 4 cm diep in het karkas (onderhuids vetweefsel) geschoten en vervolgens worden NIR transmissie spectra opgenomen op verschillende dieptes tijdens het automatisch terugtrekken van de sondes (SRS principe). Dit neemt slechts 3 seconden in beslag. Een betrouwbaar (R2 0.83, RMSECV 1.44) kalibratiemodel werd opgesteld op basis van 287 SRS en chromatografische (voor joodgetal bepaling) metingen en PLS modeling. Kortom, speklagen met een goede technologische verwerkbaarheid en houdbaarheid (joodgetal ≤ 70) kunnen zo makkelijk geïdentificeerd worden.

Kwaliteitsmetingen op één punt in relatie brengenmet andere karkasdelen

In een experiment om inzicht te krijgen in de vetkwaliteitsverdeling over een karkas heen werden 30 karkassen op telkens 88 verschillende meetpunten met de NitFom gemonitord. Figuur 3 (links) toont een duidelijk verschil tussen rug- en buikspek

Met zowat 800 karkashelften die per uur aan de slachtlijn passeren is het zelfs met de snelle NitFom niet mogelijk om op elk van de 4 primaire deelstukken (ham, lende, schouder en buik) een puntmeting uit te voeren. Interessant is evenwel dat Sørensen et al. (2013) konden aantonen dat er een sterke relatie bestaat tussen de puntmeting op de schouder en de andere karkasdelen (typisch R2 >0.85; Figuur 3, rechts). Met andere woorden, men kan een goede inschatting maken van de vetkwaliteit over een heel karkas heen op basis van één goed geselecteerd meetpunt.

Toepassen op grootschalige monitoring van hammen

In het proTenderHam projectvoorstel willen we inzicht verkrijgen in de kwaliteitsvariatie in verse hammen en kookhammen van varkens in Vlaanderen en in het bijzonder nagaan wat de bijdrage van de ‘genetica’ (de typische eindbeer- en zeugenlijnen die het genetisch basismateriaal vormen van onze vleesvarkens) hierbij is.

Er worden klassieke kwaliteitsmetingen op verse hammen uitgevoerd (pH, temperatuur, PQM geleidbaarheid, gewicht, L*a*b* kleurwaarden, intramusculair vet en dripverlies) evenals op kookham (kookverliezen, snijverliezen, samenstelling, kleur, textuur en smaakpanel). Daarnaast wordt ‘Spatially Resolved Spectroscopy’ (SRS) uitgewerkt om deze kwaliteitsparameters op een snelle en grootschalige manier te kunnen bepalen.

Bedrijven die geïnteresseerd zijn in deelname kunnen contact opnemen met steven.vancampenhout@flandersfood.com

Bronnen en meer info

• Sørensen K.M., Christensen M., Engelsen S.B. 2013 Three-dimensional images of porcine carcass fat quality using spatially resolved near infrared spectroscopy. NIR news 24, 9-11.
• Van Beers R., Aernouts B., Kokawa M., Watté R., Reis M.M. 2016 The potential of optical measurement techniques for the evaluation of meat quality. Presentation Meet Meat Research, December 8th 2016, Melle.
• Vis/NIR spectroscopie:
  • Toepassingen van NIR-spectroscopie in de voedingsindustrie
  • Spectroscopie monitort de voor de consument belangrijke kwaliteitskarakteristieken
  • NIR-spectroscopie: neem de validatieprocedure eens onder de loep
  • Continue samenstellingsbepaling van melkstromen met Vis/NIR spectroscopie: een kwestie van meten in reflectie?
  • Draagbare spectroscopische sensorsystemen voor de voedingsindustrie: hoe ver staan we verwijderd van de implementatie op de werkvloer?
  • Diffuus licht absorptie spectroscopie:
  • Optisch sensorsysteem voor het opsporen van fraude met olijfolie
  • Directe analyse van het joodgetal en de vetzuursamenstelling aan de slachtlijn met het NitFom apparaat (Carometec)