Новый метод выявляет подделку продуктов питания
Когда вы платите за артизанальные продукты — швейцарский сыр грюйер, органический экстракт ванили, итальянскую прошутто — вы получаете то, за что заплатили? При глобальном годовом объёме мошенничества на рынке продуктов питания до $40 млрд, исследователи из Университета Пердью решают эту проблему с помощью метода «пищевых отпечатков», достаточно чувствительного, чтобы различать продукты, сделанные из одинаковых ингредиентов, но в разных местах.
Пищевое мошенничество, которое Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) официально называет «экономически мотивированной фальсификацией», происходит, когда производители заменяют более ценный ингредиент более дешёвым, например, разбавляют оливковое масло растительным или добавляют в шафран молотые стебли растений. Это сложно обнаружить, так как продукты могут быть изменены в любой точке глобальной цепочки поставок.
Обеспечить подлинность ещё сложнее, когда недобросовестные продавцы просто подменяют продукт его более дорогим аналогом, например, гималайскую морскую соль или помидоры Сан-Марцано.
Исследователи из Университета Пердью разрабатывают патентующийся двухэтапный процесс, который предоставляет информацию об атомном составе и химической структуре образца пищи, достаточную для определения ингредиентов, способа приготовления и, потенциально, места происхождения.
Опубликованные результаты теста с использованием первого этапа в качестве самостоятельного метода показали точность 99% в различении имитации ванильного ароматизатора и настоящего экстракта ванили и около 90% в идентификации европейского сыра, маркированного как «грюйер», и сыра в стиле грюйер, произведённого в Висконсине. В начале этого года более сложный двухэтапный процесс был представлен на конференции SPIE Sensing for Agriculture and Food Quality and Safety XV.
Для решения задачи команда обратилась к лазерно-искровой эмиссионной спектроскопии (LIBS) — методу, хорошо разработанному для материаловедения и металлургии, но нечасто используемому в пищевой науке. LIBS использует мощный лазер для создания крошечного шлейфа плазмы на поверхности образца. Интенсивность различных длин волн света, излучаемого плазмой, указывает на тип и пропорцию элементов, составляющих ингредиенты образца, и даже даёт ценную информацию о его текстуре. LIBS создаёт уникальный цифровой спектр, который с помощью подхода машинного обучения, разработанного командой, преобразуется в «отпечаток» для верификации тестируемого продукта.
В статье, опубликованной в Foods, команда протестировала несколько образцов альпийского сыра, кофе, экстракта ванили, бальзамического уксуса и специй (мускатный орех, перец, куркума). Для многих продуктов метод был высокоточным даже при использовании недорогого портативного ручного прибора LIBS. Однако для более сложных продуктов, таких как альпийский сыр, спектра LIBS недостаточно.
Для получения дополнительной информации, которая может помочь установить происхождение даже сложных продуктов, таких как сыр или ветчина, разрабатывается второй этап с использованием рамановской спектроскопии, способной идентифицировать специфические органические молекулы, например, связанные с присутствием пестицидов, фунгицидов или антибиотиков в пище.
«В некотором смысле они образуют комплементарную пару: то, что не может обнаружить один, обнаруживает другой, — пояснил Бартек Райва. — LIBS даёт количество каждого атома, а рамановская спектроскопия показывает, как они организованы».
На конференции SPIE были представлены данные по двухэтапному методу, показывающие улучшение точности по сравнению с использованием только LIBS; окончательные результаты ещё не опубликованы.