Исследователи Purded борются с продовольственным мошенничеством с помощью новой технологии отпечатков пальцев

03 августа 2023 г.

Когда вы раскошелились на ремесленную еду – швейцарский сыр Грюйер, органический экстракт ванили, итальянское прошутто – вы получили то, за что заплатили? Учитывая, что глобальное мошенничество с продуктами питания оценивается в 40 миллиардов долларов в год, исследователи из Университета Пердью решают вопрос с помощью метода «отпечатков пальцев» пищевых продуктов, достаточно чувствительного, чтобы различать продукты, приготовленные из одних и тех же ингредиентов, но в разных местах.

Пищевое мошенничество, которое Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США официально называет «экономически мотивированной фальсификацией», происходит, когда производители заменяют более дешевый ингредиент более ценным, например, разбавляя оливковое масло растительным маслом или наполняя шафран измельченными стеблями растений. Это преступление сложно поймать, поскольку продукты питания могут быть изменены в любом месте глобальной цепочки поставок. Гарантировать подлинность становится еще сложнее, когда нечестные поставщики просто заменяют аналогичный продукт на более дорогой аналог, например, гималайскую морскую соль или помидоры Сан-Марцано.

«Подумайте о разнице между ветчиной, выращенной на свободном выгуле из Португалии, выдержанной в пещере в течение двух лет, и ветчиной, которую вы покупаете в Walmart», — сказал Бартек Раджва, профессор-исследователь вычислительных наук о жизни в Университете Пердью. «Они оба представляют собой мясо свиньи, одни и те же ингредиенты, но у них совершенно разный вкус, запах и текстура. Чтобы отличить их друг от друга, нам нужна система, которая сможет количественно анализировать эти характеристики. Это большая проблема».

Раджва и его команда разрабатывают запатентованный двухэтапный процесс, позволяющий получить информацию об атомном составе и химической структуре образца пищевого продукта, достаточную для точного определения ингредиентов, приготовления и, возможно, места происхождения.

Опубликованные результаты теста с использованием первого этапа в качестве отдельного метода показали точность 99% при различении имитации ванильного ароматизатора от настоящего ванильного экстракта и около 90% точности при идентификации европейского сыра под торговой маркой «Грюйер» по сравнению с сыром в стиле грюйер, произведенным в Висконсине. . Ранее в этом году Раджва представил более сложный процесс, состоящий из двух частей, на XV конференции Общества инженеров по фотооптическим приборам, определяющим качество и безопасность сельскохозяйственных продуктов и продуктов питания.

Раджва, эксперт в области методов биологического анализа, наткнулся на область аутентификации пищевых продуктов в рамках своей работы по разработке систем распознавания бактериального заражения пищевых продуктов.

«Я начал ходить на конференции по науке о пищевых продуктах и ​​слушать лидеров в этой области, и именно тогда я осознал масштаб проблемы», — сказал Раджва. «Мы говорим об огромном преступном предприятии, которое практически незаметно. В большинстве случаев единственный вред заключается в том, что вы платите надбавку и получаете продукт низкого качества, но бывают случаи, когда это может нанести серьезный вред. "

Для идентификации пищевых продуктов используются многие методы спектроскопии, включая масс-спектрометрию, флуоресцентную спектроскопию и жидкостную хроматографию. Однако, по словам Раджвы, ни один из существующих методов не является надежным, а большинство из них сложны и дороги, что оставляет достаточно места для инноваций в этой области.

Чтобы решить эту проблему, сотрудники Раджвы и Purdue Дж. Пол Робинсон и Юйвон Бэ обратились к спектроскопии лазерного разрушения, методу, который хорошо разработан для использования в материаловедении и металлургии, но не широко используется в пищевой науке. LIBS использует мощный лазер для создания крошечного плазменного шлейфа на поверхности образца. Интенсивность световых волн различной длины, излучаемых плазмой, указывает на тип и пропорции элементов, входящих в состав ингредиентов образца, и даже дает ценную информацию о его текстуре. LIBS создает уникальный цифровой спектр, который с помощью подхода машинного обучения, разработанного командой Раджвы для этой задачи, преобразуется в отпечаток пальца, который можно использовать для проверки подлинности тестируемого продукта питания.

В статье, опубликованной в журнале Foods, команда протестировала несколько образцов сыра в альпийском стиле, кофе, ванильного экстракта, бальзамического уксуса и специй, таких как мускатный орех, перец и куркума. Для многих пищевых продуктов метод оказался очень точным даже при использовании недорогого портативного портативного прибора LIBS. Но для более сложных продуктов, таких как сыр в альпийском стиле, говорит Раджва, спектра LIBS недостаточно.