Orienterend onderzoek naar vleesspeciesidentifikatie m.b.v. NIR

Afdeling Algemene Chemie 1985-11-13

RAPPORT 85.103 Pr.nr. 505.6050

Onderwerp: Ori~nterend onderzoek naar vleesspeciesidentifikatie m.b.v. NIR.

Voorgaande verslagen: 85.66 en 85.79.

Verzendlijst: direkteur, direktie VKA, sektorhoofd, afdeling AC (4x), bibliotheek (2x), projektleider, projektbeheer, Elenbaas, Den Hartog, circulatie.

Afdeling Algemene Chemie RAPPORT 85.103

1985~11~13 Pr.nr. 505.6050

f.~jel~!:_: Ont\-likkeling methoden van onderzoek voor voedings~ en voeder~ middelen met behulp van NIR.

Onde~er~: Ori~nterend onderzoek naar vleesspeciesidentifikatie m.b.v. NIR.

Voorgaande verslagen: 85.66 dd. 1985~08~05 en 85.79 dd. 1985~09~05.

Doel:

Ori~nterend onderzoek naar de mogelijkheid om met behulp van NIRA een bijdrage te leveren in het aantonen van vleessoorten in vleesprodukten.

~nvat.!:_!_~ii=

Aan de hand van een aantal monsters rauw en gevriesdroogd rund- en varkensvlees en mengsels hiervan is nagegaan of m.b.v. NIR onderscheid gemaakt kan worden tussen rund- en varkensvlees en of het percentage rundvlees resp. varkensvlees in mengsels van rund- en varkensvlees te bepalen is.

Hiervoor werden spectra van zowel de ruwe data als van de 1e en 2e af-geleide onderzocht op specifieke verschillen.

Conclusie:

De NIR spectra van rundvlees en varkensvlees verschillen dermate \olelni.g dat gesteld moet worden dat deze techniek ~ met de huidige mogelijk~ heden - voor vleesspeciesidentifikatie niet bruikbaar is.

Wellicht kan na uitbreiding van het golflengte-bereik van de Infra Alyzer~SOO naar het kortgolvige gebied (tot 600 nm) en/of uitbreiding van het rekenprogramma met een Product Identification Discriminant Analysis (p.r.D.A.) rekenprogramma de techniek voor "eenvoudige" pro~ blemen zoals de bepaling van de soort vlees van enkelvoudige prodokten \olel toegepast \-lOrden.

----

---

----

--

---

---

----

-

---

--

--

-

-

-

---

-

---

-

-

--

---Verantwoordelijk drs N.G. van der Veen

(9?1)-Medewerkers/samenstellers: R. Frankhuizen, T.E. Oostenbrink, drs N.G. van der Veen

Projektleider R. Frankhuizen ~i 85103.0

1. Inleiding

Nabij Infrarood Reflektie Analyse (NIRA) is een snel in belangstelling toenemende techniek voor de kwantitatieve en kwalitatieve bepaling van (hoofd)componenten in voedings- en voedermiddelen.

Sinds 1979 houden verschillende onderzoekers zich bezig met onderzoek van vlees met behulp van NIR (1,2,3,4 ,5,6,7,8,9,10) .

Doel van deze onderzoekers is een methode te ont1.;rikkelen waarmee snel en goedkoop componenten bepaald kunnen worden aan de hand 1.;raarvan de samenstelling van eindprodokten bij het produktproces ingesteld kan worden. Als vervolg op dit onderzoek wordt gewerkt aan kwaliteitsindex-metingen m.b.v. NIR (11,12).

In Nederland zijn momenteel een aantal Infra Alyzers-400 in gebruik voor de bepaling van hoofdbestanddelen van vlees en vleesprodukten, o.a. bij Unox, Bekkers, Meesters, CIVO en de Keuringsdienst van Waren in Den Haag. Naar de mogelijkheid van vleesidentifikatie m.b.v. NIRA is voor zover bekend geen onderzoek verricht.

2. Probleemstelling

In verband met de afzet, de eerlijkheid in de handel en de consumenten-ver~.;rachting is het van belang dat er goede, controleerbare regels en normen worden opgesteld voor de identiteit van vleesprodukten.

Er is en wordt op het gebied van de identifikatie en differentiatie van vleesspecies veel onderzoek verricht zonder dat de problemen vol-doende zijn opgelost. Zo kan de identifikatie van vlees in verhitte prodokten bemoeilijkt worden door het optreden van een verandering van het eiwitpatroon ten gevolge van denaturatie.

Bij het onderzoek tot nu toe zijn het vleeseiwitpatroon - m.b.v. elek-troforese of immunologische technieken - en de vetzuursamenstelling als indikatoren van de vleessoort gebruikt.

Doel van het hier beschreven onderzoek is om na te gaan of het gebruik van NIRA perspektleven biedt voor het vleesspeciesonderzoek.

3. Ori~nterend onderzoek naar verschillen in NIR spectra van enkele monsters rund- en varkensvlees en me~[sels hiervan

Van êên monster rundvlees, êên monster varkensvlees en een 5-tal meng-sels hiervan met bekende samenstelling (tabel 1) zijn NIR spectra op-genomen over het golflengte-gebied van 1100 tot 2500 nm met interval-len van 4 nm.

-- 2

-Tabel 1. Chemische samenstelling en mengverhouding van 7 monsters

rund- en varkensvlees

-% % % % %

Rundvlees Varkensvlees Ehlit

_-

_-

Vet Vocht

-1 0 100 20,17 5,25 7 2,43 2 100 0 20,63 5, 77 72,50 3 50,0 50,0 21,16 5,65 72,63 4 34,4 65,6 20,69 5,63 72,50 5 68,0 32,0 20,73 5,07 73,11 6 33,5 66,5 20,80 5,30 72,70 7 91,4 8,6 21,65 5,24 72,60

·

-De monstervoorbereiding werd uitgevoerd conform het gestelde in RIKILT

-rapport 85.79 dd. 1985-09-05 (13).

In figuur lA en 2A zijn de spectra van rauw rund- en varkensvlees resp. gevriesdroogd rund- en varkensvlees weergegeven.

Om verschillen in de spectra van rund- en varkensvlees beter zichtbaar

te maken werden tevens le en 2e afgeleide spectra geconstrueerd. Deze zijn loleergegeven in figuur lB en lC voor ram1 rund- en varkensvlees en

in figuur 2B en 2C voor gevriesdroogd rund- en varkensvlees.

4. Multiple lineaire regressieberekening

Tussen de gehalten van rundvlees zoals weergegeven in tabel 1 en de ab-sorptie bij de voor rundvlees meest specifieke golflengten in het NIR-gebied werd met behulp van multiple regressie de correlatiecolHfici~nt

alsmede de standaardfout van de verschillen berekend. De gegevens voor

een viertal verschillende berekeningen staan vermeld in tabel 2.

Tabel 2. Calibratie gegevens IA-500 van 7 monsters rauw rund- en varkensvlees

.~---

-·--

---

-Aantal Geselekt. Hoogste Inte

r-Rekenmethode golfl. golfl. _reg.co,_e_f_.-+-_c_e,,_p_t_ -+-__ R_ -i SEE F-value "step up" gedwongen 4 1920,2388 2160,2436 47318 353 0,999 2,1 833 "step up" 4 2388,2436 2404,2092 15493 - 2282 1,00 0,03 2365897 le afgeleide 4 1400,1840 48134 333 0,999 0,07 398139 "step up" 1940,2432

I

I

le afgeleide

I

3 114_0_0_,_1_84-0--'--37730

~

.

--

48

I

0 ,999l2 ,4 "step

u~

t940

___L

_j_

85103.2 - 3

-In figuur 1 is het correlatiediagram weergegeven,dat wil zeggen de enkelvoudige correlatieco~fficient als funktie van de golflengte voor decalibratieset (zie tabel 1).

Figuur 1: Correlatiediagram voor decalibratieset

Aan de hand van het correlatiediagram kan de keuze van het multiple lineaire regressieprogramma gecontroleerd worden, danwel een eigen keuze bepaald worden. Zo kan afgelezen worden uit het diagram dat de correlatie voor een aantal golflengten boven de 2200 nm hoog zijn (lineaire correlatiecotHfici~nten van ca. 0 ,8), maar dat de "breedtes" van deze correlaties zo smal zijn dat deze golflengten voor gebruik niet in aanmerking komen. Door kleine golflengte-verschuivingen (shift) in het spektrum, veroorzaakt door matrixinvloeden, wordt er immers juist naast een golflengte met hoge correlatieco~ffici~nt ge-meten. Het programma kiest echter wel in dit gebied en wel die golf-lengte die de hoogste 'overall" correlatie vertoont, hoewel bruikbare golflengten lijken te liggen tussen 1500 en 1700 nm en tussen 1100 en 1300 om.

-- 4

-5. Discussie

In figuur lA zijn de NIR-spectra van rauw rund- en varkensvlees over elkaar uitgezet. Gekozen is hier voor monsters die qua chemische

samen-stelling weinig van elkaar verschilen (zie tabel 1 monster 1 en 2). Hierdoor kan voorkomen worden dat intercorrelaties ontstaan tussen

enerzijds de vleessoort en anderzijds parameters als vet-, vocht- en eh1itgehalte. Deze parameters zijn immers door de grote variatie van

vlees per diersoort en tussen dieren van hetzelfde soort ongeschikt

voor produktherkenning.

De verschillen tussen beide spectra in figuur lA zijn klein en weinig

specifiek, hetgeen reden is om van de oorspronkelijke spectra le en 2e

afgeleide spectra te construeren.

Bestudering van deze spectra (figuur lB en lC) laten eveneens weinig

specifieke verschillen zien. Oe verschillen zijn max. ca. 30 millllog bij ca. 1150 nm.

In figuur 2A zijn de spectra weergegeven van gevriesdroogd rund- en

varkensvlees. Zoals veno~acht vertonen de spectra meer specifieke

pie-ken dan die van de niet gevriesdroogde monsters, terwijl de maximale

absorptie van 1.8 tot 0,9 is teruggebracht. Absorptiepieken in de

spectra liggen echter voor rund- en varkensvlees bij dezelfde

golf-lengten. Ook afgeleide spectra (figuur 2B en 2C) bieden weinig

per-spektief, hoewel de verschillen tussen de spectra voor rund- en

varkensvlees wat groter zijn dan bij de overeenkomstige spectra voor

rauw vlees. Anderzijds gaan door het vriesdrogen een aantal wellicht

voor vleesherkenning karakteristieke kenmerken (struktuur, pigment

enz.) verloren.

Van een aantal gemaakte correlatieberekeningen is de berekening m.b.v. de le afgeleide met 3 golflengten de beste. Het intercept heeft hier

een normale waarde (zie tabel 2) . Oe hoogte van de regressieco~ffici~n­

ten wijzen echter op een zeer grote onbetrouwbaarheid. Immers wanneer

zeer kleine absorptieverschillen met zeer grote regressieco~ffici~nten

vermenigvuldigd worden, dan kan, indien de meting een kleine onnau~o~­

keurigheid bevat, een zeer grote fout geintroduceerd worden.

-- 5

-Het een en ander is bevestigd door van een 10-tal mengsels rund- en

varkensvlees met bekende samenstelling m.b.v. de berekende ijklijn het

percentage rundvlees te voorspellen. Er werd geen enkele correlatie

berekend tussen de voorspelde percentages rundvlees en de werkelijke

percentages.

Samengevat moet dan ook gesteld worden dat met de huidige mogelijkhe-den NIR voor vleesspeciesimogelijkhe-dentifikatie niet bruikbaar is. Wellicht is dit in beperkte mate \<lel het geval wanneer gebruik gemaakt kan \<lOrden van het kortgolvige gebied van 600 tot 1100 nm.

Zowel uit bestudering van de spectra, in het bijzonder tussen de 1100

en 1200 nm, als uit literatuuronderzoek valt af te leiden dat het

ge-bied van 600 tot 1100 nm \<lellicht meer bruikbare informatie bevat voor vleesidentifikatie dan het bij dit onderzoek gebruikte golflengtegebied

van 1100 tot 2500 nm.

Ook de mogelijke bruikbaarheid van Product Identification Discriminant

Analysis (P. I.D .A.) dient onderzocht te worden.

Conclusie:

De nabij infrarood reflectie spectra van rundvlees en varkensvlees

verschillen dermate weinig dat gesteld moet \mrden dat deze techniek

-met de huidige mogelijkheden - voor vleesspeciesidentifikatie niet

bruikbaar is.

wellicht kan na uitbreiding van het golflengtebereik van de Infra

Alyzer-500 naar het kortgolvige gebied (tot 600 nm) en/of uitbreiding

van het rekenprogr~1ma met een Product Identification Discriminant

Analysis (P. I.D .A.) rekenprogramma de techniek voor "eenvoudige"

pro-blemen zoals de bepaling van de soort vlees van enkelvoudige produkten

wel toegepast worden.

Literatuur

- -

_{1. W}

---

_{.V . Kruggel, M.L. Riley, R.A. Field und H.D. Radloff}

Use of infrared reflectance for the determination of fat, protein and moisture in fresh meat

J. Animal Sci. 49 (1979) 244.

2. W.G. Kruggel, R-:A'. Field, M.L. Riley, H.D. Radloff and K.M.

Horton

Near infrared reflectance determination of fat, protein and

malsture in fresh meat

J, Assoc. Off. Anal. Chem. 64 (1981) 692-700.

3. I. Ben Gera and K.H. Norri

s--Direct spectrophotometric determination of fat and malsture in meat products

J, Food Sci. 33 (1968) 64-67.

4. E. Lanza

Determination of moisture, protein, fat en calories in raw park and beef by near infrared spectroscopy

J, Food Sci. 48 (1983) 471-474.

5. E. Hauser undU. \~ebe r

Der Einsatz der Infrarot-Reflexions-Analyse bei der schnellen

Ermittlung der ,.,ertbestimmenden Anteile von Fleisch und Fleisch-waren: 1. Mittellung

Fleischwirtschaft 3 (1978) 452-459.

6. E· Hauser und

u.

\~ëber

Der Einsatz der Infrarot-Reflexions-Analyse bei der schnellen Ermi ttlung der ,.,ertbestimmenden Anteile von Fleisch und Fleisch

-waren: 2. Mitteilung

Fleisch,.,irtschaft 60 (1980) 482-485.

7. H. Arneth

-IR-spektroskopische Schnellanalyse der Hauptbestandteile van

Fleisch und Fleischwaren

Fleischwirtschaft 64 (1984) 193-197.

8. P.I. Farnell

--An infrared spectroscopie methad for the rapid simultaneous dete

r-mination of fat and ruoisture in rueat and meatproducts

Analyst 100 (1975) 661-667.

9. B .T. Nadaiand V. Mihalyi-Kengyel

Investigations of different equations predicting moisture, fat and

protein content of raw rueat by NIR-technique Acta Allmentaria 13 (1984) 343-353.

10. R. Frankhuizen enN .G. van der Veen

Bepaling van de samenstelling van gehakt met behulp van NIR

Voedingsmiddelentechnologie 18 (1985) 45-47. 11. G.S. Birth, C.E. Davis and H.E. Tmmsend

The scatter coefficient as a measure of park quality J, Anim. Sci. 46 (1978) 639-645.

12. C.E. Davis, G.S. Birth and W.E. Townsend

Analysis of speetral reflectance for measuring park quality J, Anim. Sci. 46 (1978) 634.

13. RIKILT-rapportS5.79. Hanstervoorbereiding en meting van monsters vlees m.b.v. NIR, dd. 1985-09-05.

Figuur 1A: NIR-spektrum van rauw rundvlees (1) en rauw

varkensvlees (2), gemeten in een open cup.

w (_) 1 •

se

er z ril ~ 0 1.69 ~ 111 er ~ 1.4e; 1 • 2(1

'~\

...

'\..

-~

"'·· _--~;, _.j

t.eee

.

se,

.2Ei

Figuur~:

NIR-spektra van

ge~alen,

gevriesdroogd rundvlees

(i)

Figuur 1B:

1e

Afgeleide NIR-spektra van

rauw

rundvlees (1) en

rauw

varkensvlees (2), gemeten

in

een open cup.

1699 1888 2989 2299 2499

Figuur 1C: 2e Afgeleide NIR-spektra van rauw rundvlees (1)

en

rauw varkensvlees (2),

gemeten in

een open cup.

WAYELEHGTH (n•l

Figuur 2B: 1e Afgeleide NIR-spektra van gemalen,

gevriesdroogd

rundvlees (1)

en

varkensvlees (2),

gemeten

in

een

gesloten

cup.

-.96

-.es

-.ie&e~l--~,~~~~~~~~--~~~--~~~~~~~~--W~R~V~E~L~E~H~G~T~H~C~n~a)

_{1299 1488 1699 1899 2890 2298 2499}

Figuur 2C: 2e Afgeleide NIR-spektra van gemalen,

gevriesdroogd

rundvlees (1) en varkensvlees \2), gemeten in een

---~·~ten- cup- __ _

--

r

WAYELEHGTH Cna)