Πηγή: Πανεπιστήμιο Purdue

Το Purdue University στην πόλη West Lafayette, Ind. ελπίζει να δώσει λύση στο θέμα της παραποίησης τροφίμων με μια νέα τεχνική “δακτυλοσκόπησης” που είναι τόσο ευαίσθητη που μπορεί να διακρίνει μεταξύ τροφίμων που παρασκευάζονται από τα ίδια συστατικά, αλλά σε διαφορετικές τοποθεσίες. Με την εκτίμηση της παγκόσμιας απάτης και νοθείας στα τρόφιμα να ανέρχεται σε 40 δισεκατομμύρια δολάρια ετησίως, οι ερευνητές του πανεπιστημίου εξετάζουν αν πράγματι παίρνουμε τα ποιοτικά τρόφιμα για τα οποία πληρώνουμε.

Η τεχνική της «δακτυλοσκόπησης»

Ο Bartek Rajwa, καθηγητής ερευνών στις υπολογιστικές βιοεπιστήμες στο Πανεπιστήμιο Purdue, αναφέρει: “Σκεφτείτε τη διαφορά μεταξύ του ζαμπόν από την Πορτογαλία, που ωριμάζει σε ένα σπήλαιο για δύο χρόνια, και ενός ζαμπόν που αγοράζετε από το WalMart. Είναι και τα δύο από χοιρινό κρέας, με τα ίδια συστατικά, αλλά έχουν διαφορετική γεύση, μυρωδιά και υφή. Για να τα διακρίνουμε, χρειαζόμαστε ένα σύστημα που μπορεί να αναλύει αυτά τα χαρακτηριστικά με ποσοτικό τρόπο. Είναι μια μεγάλη πρόκληση.”

Ο Rajwa και η ομάδα του αναπτύσσουν μια τεχνική με δύο μέρη, η οποία παρέχει πληροφορίες για την ατομική σύνθεση και τη χημική δομή ενός δείγματος τροφίμου, αρκετά για να εντοπίσει τα συστατικά, την παρασκευή και, πιθανώς, την προέλευση.

Τα αποτελέσματα από ένα δοκιμαστικό χρησιμοποιώντας το πρώτο βήμα ως αυτόνομη μέθοδο ήταν ακριβή κατά 99% στο να διακρίνουν την απομίμηση της γεύσης βανίλιας από την πραγματική εκχύλιση βανίλιας, και περίπου 90% ακριβή στο να αναγνωρίζουν το ευρωπαϊκό τυρί με την επωνυμία “Gruyère” έναντι ενός τυριού στο στυλ Gruyère που παράγεται στο Wisconsin. Φέτος νωρίτερα, ο Rajwa παρουσίασε την πιο εξελιγμένη διπλή διαδικασία στο Συνέδριο της Εταιρείας Φωτο-Οπτικών Οργάνων (SPIE) για την Αγροτική Και Ποιοτική Ασφάλεια των Τροφίμων και της Τροφοκαλλιέργειας ΧΙΕ.

Ο Rajwa, ειδικευμένος στις τεχνικές ανάλυσης των βιολογικών δειγμάτων, ανακάλυψε τον τομέα της αυθεντικοποίησης τροφίμων κατά τη διάρκεια της εργασίας του για την αναγνώριση βακτηριακής μόλυνσης σε τρόφιμα.

“Άρχισα να πηγαίνω σε συνέδρια επιστήμης των τροφίμων και να ακούω τους ηγέτες του τομέα, και τότε συνειδητοποίησα την κλίμακα του προβλήματος,” δηλώνει ο Rajwa. “Μιλάμε για ένα τεράστιο εγκληματικό εγχείρημα που σχεδόν περνάει απαρατήρητο. Συνήθως, ο μόνος κίνδυνος είναι ότι πληρώνετε ένα υψηλότερο ποσό για ένα προϊόν χαμηλής ποιότητας, αλλά υπάρχουν περιπτώσεις που μπορεί να προκαλέσει σοβαρές βλάβες.”

Πολλές μέθοδοι φασματοσκοπίας, συμπεριλαμβανομένης της φασματοσκοπίας μάζας, φθορισμού και υγρών, χρησιμοποιούνται για την αναγνώριση των τροφίμων. Ωστόσο, ο Rajwa αναφέρει ότι καμία από τις υπάρχουσες μεθόδους δεν είναι αδιάβλητη, και οι περισσότερες είναι δύσκολες και ακριβές, αφήνοντας αρκετό χώρο για καινοτομία στον τομέα.

Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS)

Για να αντιμετωπίσουν την πρόκληση, ο Rajwa και οι συνεργάτες του από το Πανεπιστήμιο Purdue, J. Paul Robinson και Euiwon Bae, στράφηκαν στην Laser Induced Breakdown Spectroscopy (LIBS), μια μέθοδο που έχει αναπτυχθεί για τη χρήση στην επιστήμη των υλικών και τη μεταλλουργία, αλλά δεν χρησιμοποιείται συνήθως στην επιστήμη των τροφίμων. Η LIBS χρησιμοποιεί έναν υψηλής ισχύος λέιζερ για να δημιουργήσει ένα μικρό νέφος πλάσματος στην επιφάνεια του δείγματος. Η ένταση διαφορετικών μήκων κύματος φωτός που εκπέμπονται από το πλάσμα υποδεικνύει τον τύπο και το ποσοστό των στοιχείων που απαρτίζουν τα συστατικά του δείγματος και παρέχει ακόμα κάποιες χρήσιμες πληροφορίες για την υφή του. Η LIBS δημιουργεί ένα μοναδικό ψηφιακό φάσμα, το οποίο, με μια προσέγγιση μηχανικής μάθησης που ανέπτυξε η ομάδα του Rajwa, επεξεργάζεται το “δακτυλικό αποτύπωμα” που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να επαληθεύσει την ταυτότητα του ελεγχόμενου τροφίμου.

Σε ένα άρθρο που δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Foods, η ομάδα δοκίμασε διάφορα δείγματα τυριών τύπου Άλπεων, καφέ, εκχύλιση βανίλιας, ξύδι μπαλσάμικο και μπαχαρικά όπως μοσχοκάρυδο, πιπέρι και κουρκουμάς. Για πολλά τρόφιμα, η μέθοδος ήταν υψηλά ακριβής, ακόμα και όταν χρησιμοποιείται ένα φορητό όργανο LIBS. Ωστόσο, για πιο πολύπλοκα τρόφιμα, όπως το τυρί τύπου Άλπεων, ο Rajwa αναφέρει ότι το φάσμα LIBS δεν είναι αρκετό.

Για πρόσθετες πληροφορίες που μπορούν να βοηθήσουν στην επαλήθευση της προέλευσης ακόμα και τροφίμων με πολύπλοκη δομή όπως το τυρί και το χοιρινό, εργάζεται πάνω σε ένα δεύτερο βήμα που χρησιμοποιεί τη φασματοσκοπία Raman, η οποία είναι ικανή να αναγνωρίσει συγκεκριμένα οργανικά μόρια, όπως αυτά που σχετίζονται με την παρουσία φυτοφαρμάκων, μυκητοκτόνων ή αντιβιοτικών στα τρόφιμα.

“Σε ένα βαθμό, αυτά αλληλοσυμπληρώνονται, όπου το ένα δεν μπορεί να ανιχνεύσει, το άλλο μπορεί,” αναφέρει ο Rajwa. “Η LIBS δίνει την ποσότητα κάθε ατόμου και η Raman δείχνει πώς είναι οργανωμένα.”

Στο συνέδριο SPIE, ο Rajwa παρουσίασε δεδομένα με τη διπλή μέθοδο που δείχνουν βελτιώσεις στην ακρίβεια σε σχέση με τη LIBS ως αυτοτελή μέθοδο. Τα τελικά αποτελέσματα δεν έχουν ακόμα δημοσιευθεί.

Η έρευνα αυτή χρηματοδοτήθηκε από το Υπουργείο Γεωργίας των ΗΠΑ, τη Γεωργική Υπηρεσία Έρευνας, και με τη βοήθεια της SciAps Inc., η οποία παρείχε φορητά όργανα LIBS.