مقایسه طیف سنجی مادون قرمز نزدیک NIR و متوسط MIR برای آنالیز اصالت گیاهان و ادویه ها

آزمایش اصالت و تقلب مواد غذایی پس از رسوایی های اخیر تقلب در مواد غذایی ، اهمیت جدیدی را برای مصرف کنندگان و تولیدکنندگان به دست آورده است.

تقلب در مواد غذایی بر اعتماد مصرف کنندگان تأثیر منفی می گذارد و مهمتر از آن ، برخی از تقلب ها می تواند برای سلامتی مضر باشد.

گیاهان و ادویه جات ترشی جات یکی از رایج ترین کالاهای تقلبی هستند که نمونه اصلی آن پونه کوهی تقلبی با برگ های زیتون و برگ مورد است.

شناسایی تقلبات در مواد غذایی با استفاده از دستگاه طیف سنجی مادون قرمز نزدیک NIR و متوسط

طیف سنجی مادون قرمز (IR) بخاطر مشخصه طیف وسیعی از مواد به خوبی شناخته شده است و طی چند دهه گذشته به میزان قابل توجهی پیشرفت کرده است.

این تکنیک سریع و مقرون به صرفه ، هنگامی که با یک کتابخانه طیفی ترکیب می شود ، می تواند اطلاعات قطعی در مورد نمونه ها را ارائه دهد و به طور ایده آل برای تجزیه و تحلیل کیفی مواد و کمی سازی اجزا مناسب است.

پیشرفت در تکنیک های نمونه برداری ، ابزارهای تجزیه و تحلیل داده ها ، استحکام و قابلیت حمل ابزارها امکان تجزیه و تحلیل آسان طیف وسیعی از نمونه ها را در محدوده محیطی فراهم کرده است.

طیف سنجی IR یا همان دستگاه FT-IR و یا دستگاه طیف سنج NIR همراه با تکنیک های شیمی تجزیه مانند انالیز اجزای اصلی Principal Components Analysis (PCA) یک تکنیک بسیار مفید برای تجزیه و تحلیل غذا است.

این مقاله کاربردی استفاده از طیف سنجی Mid و Near-IR را برای تجزیه و تحلیل اصالت و تشخیص تقلب در گیاهان و ادویه جات ترشی جات مقایسه می کند.

مقایسه طیف سنجی FT-IR مادون قرمز نزدیک NIR و متوسط MIR برای آنالیز اصالت گیاهان و ادویه ها

طیف سنجی مادون قرمز

ناحیه IR طیف به طور کلی به سه زیر ناحیه مختلف تقسیم می شود:

Far-IR : 400 – 30 cm-1
Mid-IR : 4000 – 400 cm-1
Near-IR : 14000 – 4000 cm-1

منطقه Far-IR در درجه اول برای اندازه گیری مولکول های معدنی استفاده می شود ، بنابراین برای تجزیه گیاهان و ادویه ها مناسب نیست.

ناحیه Mid-IR از باندهای جذب اساسی تشکیل شده و اثر انگشت fingerprint مولکولی را ارائه می دهد.

این امر به ویژه برای بررسی ساختاری ساده و مواد اولیه یا شناسایی افزودنی با مقایسه library مفید است.

باندهای جذب در ناحیه Near-IR از باندهای ترکیبی و باندهای ترکیبی از باندهای بنیادی در ناحیه Mid-IR بوجود می آیند.

ناحیه Near-IR به ویژه برای کاربردهای غذایی ، از جمله تعیین میزان رطوبت ، چربی و پروتئین مفید است.

مقایسه طیف سنجی FT-IR ناحیه متوسط MIR و نزدیک NIR برای تجزیه و تحلیل گیاهان و ادویه جات

غذاها معمولاً مخلوط هستند و منابع متعدد تنوع طبیعی را در بر می گیرند.

در بسیاری از موارد مخصوص گیاهان و ادویه جات ، طیف سنجی IR همراه با تکنیک های شیمی تجزیه کمومتری مانند PCA ، که تنوع را در بر می گیرد ، می تواند برای طبقه بندی نمونه استفاده شود.

متداول ترین تکنیک های نمونه برداری برای نمونه های غذایی عبارتند از Atlenuated Total Reflectance (ATR) برای IR-Mid و بازتاب انتشار diffuse reflectance برای Near-IR.

بازتاب انتشار Diffuse reflectance ممکن است با Mid-IR استفاده شود اما جذب بدون رقت نمونه بسیار قوی خواهد بود.

جدول 1 روشهای نزدیک و متوسط IR Near- and Mid- IR را برای تجزیه و تحلیل گیاهان و ادویه ها مقایسه می کند.

مقایسه طیف سنجی مادون قرمز نزدیک NIR و متوسط

به عنوان یک تکنیک سطحی surface technique ، ATR برای مایعات و اندازه گیری مواد یکدست homogeneous بسیار مناسب است ، اما برای آنالیز دقیق ، مانند تشخیص تقلب در گیاهان و ادویه جات ترشی جات ، رضایت بخش نیست.

در حالت بازتاب انتشار Diffuse reflectance ، تابش Near-IR می تواند بسیار بیشتر به داخل نمونه نفوذ کرده و طول مسیر موثرتر طولانی ایجاد کرده و طیف های قوی تری را تولید کند ، بنابراین در آنالیز و تشخیص تقلبات موثرتر است.

Mid-IR با ATR از یک منطقه نمونه کوچک استفاده می کند و تکرارپذیری حاصل از نمونه گیری به دلیل تفاوت فشار و اتصال متفاوت نمونه ، متناقض است.

نمونه همگن گیاهان و ادویه جات ترشی جات معمولاً ضعیف است ، و در طیف های مختلف از نمونه های مشابه متفاوت می شود.

ATR برای مواد مبتنی بر برگ ، به طور کلی بخشی از یک برگ را تجزیه و تحلیل می کند ، بنابراین تشخیص تقلب در نمونه ها بعید است مگر اینکه همگن شوند.

اگرچه Near-IR with diffuse reflectance به حجم نمونه های بسیار بیشتری نیاز است ، اما سطح وسیع نمونه برداری و توانایی چرخاندن نمونه در حین اسکن منجر به میانگین فضایی بهتر و نمونه گیری بیشتر و نتایج آنالیزقابل تکرار می شود.

شکل 1 طیف میانی و نزدیک Mid- and Near-IR spectr را از ده قسمت مختلف یک نمونه مریم گلی نشان می دهد.

شکل 2a-2c طیف انحراف استاندارد را برای نمونه برداری از قسمت های مختلف نمونه به صورت بدون پودر و پودر نشان می دهد.

با توجه به اینکه یک خط پایه مسطح در طیف انحراف استاندارد هیچ گونه واریانس را نشان نمی دهد ، واریانس زیادی بین نمونه گیری در طیف Mid-IR از شکل بدون پودر مشاهده شد.

اگرچه هنگام نمونه برداری از پودر مریم گلی با استفاده از Mid-IR (شکل 2b) واریانس کمتری مشاهده شد ، اما در مقایسه با طیف انحراف استاندارد Near-IR (شکل 2C) همچنان بیشتر بود.

این نشان می دهد که همگن سازی یک مرحله آماده سازی نمونه مورد نیاز برای اندازه گیری گیاهان و ادویه جات ترشی جات با روش ATR در طیف سنجی Mid-IR است.

با مقایسه شکلهای 2a و 2c (طیف انحراف استاندارد میانه و نزدیک به IR مریم گلی بدون پودر) ، مشخص است که با استفاده از نمونه گیری Near-IR واریانس به میزان قابل توجهی کمتر است.

Adulterant Screen Methods for Near-IR and Mid-IR

کمپانی پرکین المر که از بهترین برندهای تجهیزات آزمایشگاهی در زمینه ساخت دستگاه طیف سنج FT-IR PerkinElmer میباشد دارای نرم افزار خاص که دارای یک الگوریتم است که از PCA استفاده می کند ، به طور خاص برای غربالگری مواد اولیه و محصولات برای تعیین اصالت ، شناسایی تقلب و برآورد سطوح آن طراحی شده است.

نرم افزار شامل ایجاد یک کتابخانه کامل طیفی spectral library از انواع نمونه های تقلبی برای هر ماده معین است.

یک کتابخانه کامل طیفی spectral library نیاز به طیف خالص ماده تقلب نیز لازم دارد و یک طیف برای ماده خالص تقلب وجود داشته باشد.

روش های لمسی Touch methods PerkinElmer Spectrum® را می توان به آسانی برای متدولوژی ترکیبات تقلب مواد غذایی که شامل یک رابط کاربری ساده است ایجاد کرد.

بنابراین اپراتورهای معمولی را قادر می سازد تا نتایج سریع برای آزمایش اصالت مواد غذایی را بدست آورند.

نرم افزار شناسایی تقلبات صنایع غذایی با دستگاه FT-IR

بیست نمونه مریم گلی و چهار نمونه از مواد دیگر (آویشن ، پونه کوهی ، ریحان و پیازچه) از شرکت The Bart Ingredients Company (بریستول ، انگلستان) به دست آمد.

یک نمونه سنبله از آویشن 10٪ (وزنی/وزنی) در مریم گلی برای نشان دادن روش تهیه شد.

همه نمونه ها بر روی دستگاه PerkinElmer Frontier FT-IR در هر دو حالت Near و Mid اجرا شدند.

Wavenumber ranges for Near- and Mid-IR spectra were 10,000 – 4000 cm-1 and 4000 – 450 cm-1 respectively.

Scanning parameters were set to 8 cm-1 resolution and a one minute scan time.

نتیجه

دامنه قابل توجهی برای تجزیه و تحلیل سریع غذاها در محل با استفاده از ترکیب طیف سنج های IR با PCA برای طبقه بندی مواد پیچیده وجود دارد.

این مقاله کاربردی نشان داده است که طیف سنجی Near-IR نسبت به Mid-IR برای تجزیه و تحلیل گیاهان و ادویه جات ترشی جات مناسب تر است و همچنین می تواند برای سایر غذاهای ناهمگن استفاده شود.

طیف سنجی مادون قرمز نزدیک NIR و متوسط MIR هر دو روشهای غیر مخربی هستند که نیازی به آماده سازی نمونه ندارند.

با این حال ، طول مسیر موثرتر و میانگین فضایی بهتر با بازتاب پراکنده Near-IR برای تشخیص تقلبات غذایی مفید است و استفاده از ظروف نمونه شیشه ای امکان تجزیه و تحلیل سریع را بدون تمیز کردن لوازم جانبی فراهم می کند.

مناطق نمونه برداری بزرگتر و توانایی چرخاندن مواد در طول تجزیه و تحلیل Near-IR منجر به نمونه گیری بیشتر و نمایان تر از محصولات غذایی با طبیعت ناهمگن می شود.

بنابراین طیف سنجی Near-IR راه حل ایده آل برای تجزیه و تحلیل اصالت گیاه و ادویه و تشخیص تقلب است.

Comparison of Near- and Mid-Infrared Spectroscopy for Herb and Spice Authenticity Analysis