Metodi analitici on-line con strumentazione infrarossa per la determinazione rapida ed economica di analiti in latte ovino
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- Viola Gattini
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1 9 Mostra Nazionale Ovini Razza Sarda 6 Mostra Regionale Agroalimentare Macomer, Aprile 2015 Metodi analitici on-line con strumentazione infrarossa per la determinazione rapida ed economica di analiti in latte ovino M. Caredda, M. Addis, I. Ibba, R. Leardi, M. F. Scintu, G. Piredda, G. Sanna
2 Qual è il metodo di analisi attualmente utilizzato per determinare gli acidi grassi nel latte o nel formaggio? Tecnica Gascromatografica Analisi in laboratorio
3 Qual è il metodo di analisi attualmente utilizzato per determinare gli acidi grassi nel latte o nel formaggio? Tecnica Gascromatografica Analisi in laboratorio Raccolta del latte
4 Qual è il metodo di analisi attualmente utilizzato per determinare gli acidi grassi nel latte o nel formaggio? Tecnica Gascromatografica Analisi in laboratorio Raccolta del latte Trasporto in un laboratorio chimico, spesso distante
5 Tecnica Gascromatografica Analisi in laboratorio Estrazione del grasso dal latte o dal formaggio per via chimica o fisica
6 Tecnica Gascromatografica Analisi in laboratorio Estrazione del grasso dal latte o dal formaggio per via chimica o fisica Trasformazione dei lipidi estratti in derivati analizzabili per via strumentale
7 Tecnica Gascromatografica Analisi in laboratorio Strumento di analisi: Gascromatografo
8 Tecnica Gascromatografica Analisi in laboratorio Strumento di analisi: Gascromatografo La risposta dello strumento è un cromatogramma che deve essere analizzato da un operatore per associare ogni picco ad un acido grasso, che viene quantificato
9 Analisi in laboratorio: svantaggi Quindi, l analisi comunemente utilizzata per gli acidi grassi (Gascromatografia) richiede molto tempo, è costosa, ed è distruttiva L analisi di laboratorio (Gascromatografia) ha elevate performance ma non è utilizzabile per le analisi di routine I controlli di qualità di routine del latte ovino devono essere rapidi ed economici
10 Metodo infrarosso Milkoscan Analisi tramite infrarosso Utilizzato dall ARA Sardegna nel latte ovino per determinare proteine totali grasso totale
11 Metodo infrarosso Milkoscan Analisi tramite Infrarosso Utilizzato dall ARA Sardegna nel latte ovino per determinare proteine totali grasso totale
12 Metodo infrarosso Milkoscan Analisi tramite Infrarosso Utilizzato dall ARA Sardegna nel latte ovino per determinare proteine totali grasso totale Proteine totali Grasso totale Pochi secondi
13 Metodo infrarosso Effettuare un elaborazione per l analisi degli acidi grassi Pochi secondi Acidi Saturi Acidi Polinsaturi Acido Linoleico CLA
14 Metodo infrarosso Il latte prelevato dalla sonda viene irradiato con una luce infrarossa Lo spettro registrato è caratteristico di quel campione di latte (impronta digitale) I picchi di assorbimento dello spettro sono dovuti ai componenti chimici (grasso, proteine, etc) contenuti nel campione di latte Lo spettro contiene INFORMAZIONE! Elaborazione per utilizzare l informazione legata agli acidi grassi per analizzare nuovi campioni di latte
15 Metodo infrarosso Come si effettua l elaborazione? 1 a fase Raccogliere un dato numero di campioni di latte Analizzare il latte in laboratorio con la tecnica Gascromatografica Misurare il contenuto di acidi grassi Saturi Polinsaturi Vaccenico CLA 2,68 0,25 0,26 0,09 2,76 0,75 0,14 0,06 3,02 0,61 0,21 0,11 3,66 0,52 0,22 0,11 3,98 0,41 0,17 0,06
16 Metodo infrarosso Come si effettua l elaborazione? 2 a fase Registrare lo spettro infrarosso degli stessi campioni di latte
17 Metodo infrarosso Come si effettua l elaborazione? 3 a fase Saturi Polinsaturi Vaccenico CLA 2,68 0,25 0,26 0,09 2,76 0,75 0,14 0,06 3,02 0,61 0,21 0,11 3,66 0,52 0,22 0,11 3,98 0,41 0,17 0,06 Trovare la relazione che associa l informazione degli spettri ai valori degli acidi grassi (regressione PLS)
18 Metodo infrarosso modelli matematici di predizione contenenti la relazione tra spettri e acidi grassi spettri di nuovi campioni di latte Modelli di predizione Acidi grassi Saturi Acidi grassi Polinsaturi Acidi grassi Omega 3 Acido Linolenico CLA
19 Metodo infrarosso: acidi grassi Quali sono gli acidi grassi scelti per cui costruire i modelli di predizione? Importanti da un punto di vista salutistico Classi di acidi grassi Saturi Insaturi Monoinsaturi Polinsaturi Omega 6 Omega 3 C4:0 acido butirrico C6:0 acido caproico C8:0 acido caprinico C10:0 acido caprilico C12:0 acido laurico C14:0 acido miristico C16:0 acido palmitico C18:0 acido stearico Acidi grassi singoli Vaccenico C18:1-t11 Oleico C18:1-c9 Linoleico C18:2-c9,c12 Linolenico C18:3-c9,c12,c15 CLA C18:2-c9,t11 Acidi grassi rilevanti per i controlli di qualità
20 Calibrazione dello strumento: campionamento In collaborazione con l ARA, sono stati raccolti 250 campioni di latte ovino provenienti da diverse zone e di diversi periodi Periodi: , primavera e autunno Zone: Bonassai, Oristano, Monastir Ampia variabilità dei dati Analisi degli acidi grassi tramite metodica Gascromatografica (in laboratorio) Saturi Polinsaturi Vaccenico CLA 2,68 0,25 0,26 0,09 2,76 0,75 0,14 0,06 3,02 0,61 0,21 0,11 3,66 0,52 0,22 0,11 3,98 0,41 0,17 0,06 Acquisizione dello spettro infrarosso (Milkoscan FT6000 del laboratorio dell ARA)
21 Calibrazione dello strumento: campionamento In collaborazione con l ARA, sono stati raccolti 250 campioni di latte ovino provenienti da diverse zone e di diversi periodi Periodi: , primavera e autunno Zone: Bonassai, Oristano, Monastir Ampia variabilità dei dati 150 utilizzati per costruire i modelli utilizzati per testare i modelli Campioni incogniti per i modelli
22 Costruzione dei modelli di predizione 150 campioni elaborati per costruire i modelli di predizione Individuare le regioni con l informazione degli acidi grassi Acidi grassi Saturi CLA C18:2 c9,t11 Omega 3 Utilizzo degli Algoritmi genetici * Algoritmi che ricercano le regioni dello spettro che si accordano con ogni acido grasso * Leardi, (1992). Journal of Chemometrics 6,
23 Costruzione dei modelli Acidi grassi Saturi Spettri dei 150 campioni di latte, solo le regioni spettrali selezionate per gli acidi grassi saturi Modello per gli acidi grassi saturi campione Saturi 1 5,36 2 3,86 3 4, , ,53 + Valori degli acidi grassi saturi dei 150 campioni di latte (analisi di laboratorio) Costruzione del modello di predizione stabile per gli acidi grassi saturi (regressione PLS)
24 Predizione dei campioni incogniti 100 campioni incogniti usati per testare i modelli Modello Saturi Modello Omega 3 Modello CLA Acidi grassi Saturi Acidi grassi Polinsaturi Acidi grassi Omega 3 Acido Linolenico CLA modelli costruiti con 150 campioni 100 campioni incogniti
25 Acido Grasso Valore medio (g/100g latte) RMSEP RMSEP % Saturi 3,6 ±0,1 2,8 Insaturi 1,8 ±0,1 5,5 Monoinsaturi 1,4 ±0,1 7,1 Polinsaturi 0,49 ±0,04 8,2 Omega-6 0,17 ±0,02 11,8 Omega-3 0,16 ±0,03 18,7 C4:0 Butirrico 0,23 ±0,01 4,4 C6:0 Caproico 0,16 ±0,01 6,2 C8:0 Caprinico 0,14 ±0,01 7,1 C10:0 Caprilico 0,39 ±0,03 7,7 C12:0 Laurico 0,20 ±0,02 10,0 C14:0 Miristico 0,52 ±0,04 7,7 C16:0 Palmitico 1,12 ±0,09 8,0 C18:0 Stearico 0,51 ±0,06 11,8 Vaccenico C18:1-t11 0,18 ±0,04 22,2 Oleico C18:1-c9 0,8 ±0,1 12,5 Linoleico C18:2-c9,12 0,13 ±0,02 15,4 Linolenico C18:3-c9,12,15 0,10 ±0,02 20,0 CLA C18:2-c9,t11 0,09 ±0,02 22,2 RMSEP = Root Mean Square Error of Prediction (errore quadratico medio in predizione) Proprietà dei modelli
26 Risultati dei modelli sui campioni incogniti Acidi Grassi Saturi Valore analisi Valore Gascromatografica predetto 1 2,68 2,63 2 2,76 2,70 3 3,02 3,09 4 3,66 3,70 5 3,98 4,11 6 5,03 5,12 7 3,55 3,48 8 2,80 2,97 9 5,09 5,08 Unità di misura: g/100g di latte
27 Risultati dei modelli sui campioni incogniti Valore analisi Valore Acidi Grassi Saturi Gascromatografica Valore analisi predetto Valore Acidi Grassi Polinsaturi 1 Gascromatografica 2,68 predetto 2, ,760,25 2,70 0, ,020,75 3,09 0, ,660,61 3,70 0, ,980,52 4,11 0, ,030,41 5,12 0, ,550,36 3,48 0, ,800,97 2,97 0, ,090,65 5,08 0,70 9 0,32 0,35 Unità di misura: g/100g di latte
28 Risultati dei modelli sui campioni incogniti Valore analisi Valore Acidi Grassi Saturi Gascromatografica Valore analisi predetto Valore Acidi Grassi Polinsaturi 1 Gascromatografica 2,68Valore analisi predetto 2,63 Valore Acido Vaccenico 2 1 2,76 Gascromatografica 0,25 2,70 0,24predetto ,020,75 0,26 3,09 0,77 0, ,660,61 0,14 3,70 0,60 0, ,980,52 0,21 4,11 0,47 0, ,030,41 0,22 5,12 0,44 0, ,550,36 0,17 3,48 0,34 0, ,800,97 0,14 2,97 0,90 0, ,090,65 0,25 5,08 0,70 0, ,32 0,35 0,35 0,30 9 0,10 0,09 Unità di misura: g/100g di latte
29 Risultati dei modelli sui campioni incogniti Valore analisi Valore Acidi Grassi Saturi Gascromatografica Valore analisi predetto Valore Acidi Grassi Polinsaturi 1 Gascromatografica 2,68Valore analisi predetto 2,63 Valore Acido Vaccenico 2 1 2,76 Gascromatografica 0,25Valore analisi 2,70 0,24predetto Valore 3 CLA C18:2 c9,t ,020,75 Gascromatografica 0,26 3,09 0,77 0,25 predetto ,660,61 0,140,09 3,70 0,60 0,16 0, ,980,52 0,210,06 4,11 0,47 0,18 0, ,030,41 0,220,11 5,12 0,44 0,19 0, ,550,36 0,170,11 3,48 0,34 0,17 0, ,800,97 0,140,06 2,97 0,90 0,12 0, ,090,65 0,250,08 5,08 0,70 0,28 0, ,32 0,350,09 0,35 0,30 0, ,100,07 0,09 0,11 9 0,07 0,07 Unità di misura: g/100g di latte
30 Riepilogo metodo Modelli di predizione Saturi Polinsaturi Omega 3 Acido Vaccenico CLA Pochi secondi risultati istantanei analisi veloce di numerosi campioni (Capacità di analisi: dai 200 ai 500 campioni ogni ora) determinazione simultanea di più componenti, anche minoritari non necessita di personale addestrato costi ridotti non distruttivo L incertezza del metodo (gli errori dei modelli) è congruente con i controlli di qualità Inquadramento dell intervallo di concentrazione in cui un acido grasso è presente nel campione
31 E sul formaggio? Strumento infrarosso: NIR Grasso Proteine pochi secondi
32 E sul formaggio? Classi di acidi grassi Saturi Insaturi Monoinsaturi Polinsaturi Omega 6 Omega 3 C4:0 C6:0 C8:0 C10:0 C12:0 C14:0 C16:0 C18:0 Acidi grassi singoli Vaccenico Oleico Linoleico C18:2 Linolenico C18:3 CLA Controllo in qualsiasi periodo della stagionatura e a prodotto finito Acido Palmitico Acido Oleico CLA Omega 3 pochi secondi
33 Grazie per l attenzione
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