Identificazione rapida di latte adulterato utilizzando la

Identificazione rapida di latte
adulterato utilizzando la
spettroscopia all’infrarosso
Obiettivo
In Cina, alcuni allevatori aggiungono al latte
crudo vari adulteranti come oli vegetali, proteine idrolizzate, siero e urea per ottenere dei
valori di grasso e proteine più elevati e quindi
essere pagati di più. Questo latte crudo adulterato andrà ad intaccare il prodotto derivato
dal latte, non solo in termini di qualità, ma anche in termini di durata della conservazione,
e causerà perdite notevoli allo stabilimento
interessato. È evidentemente illegale, ma è
difficile identificare tali adulteranti utilizzando i metodi chimici tradizionali. Per esempio,
l’identificazione di proteine idrolizzate aggiunte nel latte richiede un complicato metodo
basato sull’elettroforesi e comunque il limite
di identificazione è del 10% circa. È quindi urgente che i governi e i produttori dell’industria
lattiero-casearia trovino metodi alternativi per
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individuare l’adulterazione del latte.
Questo articolo descrive lo studio di un metodo rapido per l’identificazione di adulteranti
nel latte.
Lo studio è basato sullo spettro del medio
infrarosso, cioè la differenza in spettro tra il
latte crudo normale e il latte anomalo. Prima
di tutto, sono stati raccolti alcuni campioni,
sia di latte normale che anomalo, e sono stati scansionati in uno strumento MilkoScan™
FT 120 che si basa su un interferometro FTIR
(Fourier Transform Infrared Spectroscopy)
che scansiona l’intero spettro nell’intervallo
dell’infrarosso medio (2500-25000nm). Poiché viene rilevato l’intero spettro è possibile
vedere la differenza spettrale tra il latte normale e quello anomalo. Dopo di che è stata fatta
una calibrazione PCA (analisi dei componenti
principali). Usando la calibrazione, è quindi
possibile individuare il latte con adulteranti.
La durata dell’analisi è di circa 45 secondi e
il limite di identificazione è dello 0.2% circa.
Questa tecnica porterà una nuova prospettiva
nel settore lattiero-caseario per la rilevazione
delle adulterazioni nel latte.
Materiali
Campione: In questo studio sono stati usati un
totale di 50 campioni normali di latte crudo
provenienti da diverse specie di vacche e da
diversi allevamenti. Allo stesso tempo, sono
stati preparati diversi tipi di adulteranti, come
oli vegetali, proteina idrolizzata, siero e urea.
Questi adulteranti sono stati aggiunti al latte
normale per ottenere 20 campioni di latte anomalo. Tutti i campioni sotto stati rapidamente
sottoposti a scansione, evitando così la loro
alterazione dopo il prelievo. Per validare la ca-
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Fattore
Fig. 1: Relazione tra fattore e varianza spiegata
cumulativa
1
2
3
4
5
6
7
8
49.97
73.01
85.53
88.37
90.31
91.89
93.23
94.19
9
94.93
Tabella 1: Relazione tra fattore e varianza spiegata cumulativa
librazione PCA, sono stati usati altri 10 campioni (normali e anomali).
Per le analisi è stato usato un MilkoScan FT
120 multifunzione con un modulo di assicurazione qualità.
dare le equazioni di calibrazione, potrebbe non
essere sufficiente. Sono stati quindi utilizzati
campioni indipendenti dal set di calibrazione,
il che ha portato a valori di performance di validazione per questa calibrazione.
Metodi
Scansione campioni: Dopo aver raccolto 50
campioni normali e 20 campioni anomali,
sono stati raccolti i dati degli spettri misurando
l’assorbimento dal campione del latte nell’intervallo del medio infrarosso tra 2500 e 25000
nm, utilizzando il MilkoScan FT 120 dotato di
un modulo di assicurazione qualità (FOSS).
Ogni campione di latte è stato scansionato due
volte e sono stati raccolti in modo continuo gli
spettri di trasmittanza nella regione del medio
infrarosso. Si è reso necessario usare l’intero
intervallo dello spettro per avere differenze significative tra i campioni.
Creazione dei gruppi di campioni: Dopo
aver scansionato i campioni, sono stati creati
due file denominati Normali e Anomali. Nel
file Normali sono stati raccolti tutti i campioni normali allo scopo di fare una calibrazione.
Nel file Anomali sono stati raccolti sia campioni Normali che Anomali per una validazione intrinseca della calibrazione.
Usando i due file, (Normali e Anomali), è
stata fatta una calibrazione PCA (Principle
Component Analysis - analisi dei componenti principali). Nel fare la calibrazione, è stato
possibile regolare le due variabili (fattore e
soglia, come illustrato in Fig. 1) per ottenere
calibrazioni PCA diverse con diversi limiti di
individuazione degli adulteranti aggiunti al
latte crudo.
Validazione indipendente dei campioni:
Usare solo la validazione intrinseca, per vali-
Risultati
Costruzione della calibrazione e validazione intrinseca:
Quando si usano i due gruppi di campioni per
fare una calibrazione PCA, si devono prendere
in considerazione due variabili, fattore e soglia.
La variabile “fattore” era correlata con la
varianza spiegata cumulativa dello spettro,
dove più elevato è il fattore, più elevata è la
varianza spiegata dello spettro, il che significa che è più chiara la differenza tra campioni
diversi.
Tuttavia, con l’aumentare del numero del
fattore, sarà aggiunto sempre più rumore allo
spettro. Tale rumore influenza la forma dello
spettro. Quindi nel fare una calibrazione, dovremo trovare un numero ragionevole di fattore. Da una parte, si deve riuscire a distinguere
al massimo la differenza tra spettri, dall’altra
si deve aggiungere poco rumore allo spettro.
Secondo la procedura dello strumento, quando la varianza spiegata cumulativa è superiore
a 90%, è il momento di scegliere un numero
di fattore. La tabella 1 e la Fig. 1 mostrano la
relazione tra il numero di fattore e la varianza
spiegata cumulativa. In questo studio abbiamo
scelto un fattore 5, che aveva una varianza
spiegata correlata dello spettro di 90.31%.
La “soglia” della variabile era in relazione
con il limite di identificazione del latte con
adulteranti, dove più bassa è la soglia, più basso è il limite. Allo stesso modo per il fattore,
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Varianza spiegata cumulativa (%)
si deve scegliere una soglia per evitare errori
nella misura del latte normale. Se la soglia è
impostata a un valore troppo basso, la calibrazione potrebbe far passare campioni di latte
normale per campioni anomali. Prima di impostare questa variabile, quindi, va tenuto in
considerazione questo punto. In questo studio,
abbiamo impostato la soglia a 2,2 (come illustrato in Fig. 2) e il risultato della validazione
intrinseca è illustrato in Fig. 3. Come illustrato
in Fig. 2 e Fig. 3, quando si fa una calibrazione
il fattore delle variabili chiave è 5 e la soglia
è 2,2. La validazione intrinseca per campione
(comprendendo 8 campioni normali e 20 campioni di latte con adulteranti), è anch’essa buona, senza alcun errore di riconoscimento dei
28 campioni di validazione.
Validazione dei campioni indipendenti
Per validare la calibrazione sono stati usati nove campioni normali e cinque campioni
anomali come campioni di validazione indipendenti (Tabella 2). Come illustrato in Fig.
4, se il risultato della misurazione supera 2,2
(la soglia della calibrazione PCA), il risultato è
mostrato in rosso, indicando che si tratta di un
campione anomalo. Più elevato è il risultato,
più adulterante è stato aggiunto al campione.
Tuttavia, se il campione è normale, darà un
numero inferiore a 2,2 e sarà mostrato con un
carattere nero. La figura 4 mostra che per tutti
i diversi campioni, la calibrazione ha preso la
decisione corretta, provando quindi che è adatta per i nuovi campioni e che si può usare per
le analisi di routine.
Conclusione
È stato possibile scoprire il latte adulterato
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Campione
Normale
Validazione 1
Validazione 2
Validazione 3



Validazione 4
Validazione 5


Validazione 6
Validazione 7
Validazione 8



Validazione 9
Validazione 10
Fig. 2: Risultato della calibrazione
Fig. 3: Risultato validazione intrinseca
Validazione 11
Validazione 12
Validazione 13
Validazione 14
Anormale






Tabella 2: Campioni indipendenti di validazione
Fig. 4: Risultato della validazione per i campioni indipendenti
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usando questa calibrazione, ed il metodo è stato rapido ed accurato. La durata dell’analisi è
di circa 45 secondi e il limite di identificazione è dello 0.2% circa. Questa tecnica porterà
una nuova prospettiva per l’industria lattierocasearia se si troverà a gestire sempre più latte
adulterato.
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LUO Haifeng Department of Application
Technology, FOSS China Beijing Representative Office,Beijing 100081,China
Autore corrispondente: LUO Haifeng,E-mail:
[email protected]
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