Technologia rentgenowska w rutynowej analizie tłuszczu w mięsie

Technologia analizy rentgenowskiej jest powszechnie znana z urządzeń medycznych, czy skanerów bezpieczeństwa na lotniskach, ale jej zastosowania w produkcji żywności są mniej wyeksponowane.

Krótka długość fali promieni rentgenowskich umożliwia penetrację wielu różnych materiałów. Część tych promieni zostaje wchłonięta przez badaną próbkę, a stopień absorpcji zależy od gęstości danego materiału. Na przykład ludzka kość udowa jest widoczna na prześwietleniu, ponieważ absorbuje więcej promieni rentgenowskich niż otaczające ją tkanki.Sytuacja wygląda podobnie z nożyczkami do paznokci, których zapomnimy wyjąć z bagażu podręcznego na lotnisku. One również pochłaniają dużą ilość promieni i dlatego w skanerze będą się wyraźnie odróżniać od pozostałych przedmiotów.

Zalety technologii rentgenowskiej
Technologia rentgenowska to zaledwie jeden z trzech głównych sposobów badania zawartości tłuszczu w mięsie.

Klasycznym rozwiązaniem referencyjnym jest metoda analityczna Soxhleta. Próbka mięsa jest ważona, a następnie przeprowadza się ekstrakcję tłuszczu i waży próbkę ponownie. Zawartość tłuszczu można wtedy obliczyć poprzez podzielenie masy tłuszczu przez masę próbki. 

Kolejnym rozwiązaniem jest analiza w bliskiej podczerwieni, czyli NIR. Jak wspominaliśmy w naszym artykule poświęconym tej technologii, bliska podczerwień to znacznie szybsza i wygodniejsza w użyciu alternatywa dla metody referencyjnej. Wystarczy pobrać próbkę z linii produkcyjnej i przebadać ją, co trwa zaledwie kilka minut. 

Inspekcja x-ray jest jeszcze szybszą metodą, ale najistotniejsza różnica pomiędzy tą technologią a spektroskopią NIR polega na możliwości pomiaru całych partii produkcyjnych mięsa na taśmie przenośnika , podobnie jak skanuje się bagaże podczas kontroli na lotnisku.

Na przykład partia mięsa drobnego będzie zawsze składać się zarówno z fragmentów zawierających bardzo dużo tłuszczu, jak i znacznie chudszych kawałków. Pomiar całej partii umożliwia precyzyjną ocenę całkowitej zawartości tłuszczu, co z kolei ułatwia wydajne sortowanie i segregację, a co za tym idzie również wyższą jakość produktu oraz większą zyskowność pozostałych etapów przetwórstwa. 

Firma Danish Crown poprawiła jakość i podniosła wartość mięsa drobnego wołowego dzięki instalacji analizatora MeatMaster™ II w zakładzie produkcyjnym.
Zobaczmy jak ten system został zintegrowany z procesem i w jaki sposób pomaga przygotowywać partie surowca do produkcji mięsa mielonego.

Technologia DEXA i jej działanie 

W przypadku oznaczania tłuszczu w mięsie szczególnie przydatna jest technologia pomiaru absorpcji podwójnej energii promieniowania rentgenowskiego, czyli DEXA (ang. Dual Energy x-ray absoptiometry - DEXA).

W uproszczeniu polega ona na tym, że mięso przechodzi przez analizator na taśmie przenośnika, jest prześwietlane, a następnie odbywa się detekcja i pomiar skali absorpcji promieni rentgenowskich. Wynik pomiaru wyświetlany jest na ekranie. Uzyskane dane można przesłać do systemu sterującego procesem produkcyjnym, do wykorzystania np. przy przygotowywaniu kontenerów z mięsem drobnym przy użyciu automatycznego systemu sortującego. Opowiadamy o tym bardziej szczegółowo w poniższym filmie. 

Zasadnicze elementy systemu rentgenowskiego DEXA to sam generator promieni X, detektor oraz będąca jego częścią jednostka konwersyjna, która dokonuje przekształcenia energii rentgenowskiej na światło, oraz algorytm przetwarzający obrazy, który oblicza wynik pomiaru.

Aparat DEXA działa poprzez pomiar poziomu absorbcji dwóch widm energii rentgenowskiej.

• Generator prześwietla mięso przechodzące przez analizator na podajniku taśmowym promieniowaniem o wysokiej i niskiej energii. 

• Promienie rentgenowskie przechodzące przez mięso zostają wykryte przez detektor, który składa się ze scyntylatora przekształcającego promieniowanie rentgenowskie na światło widzialne oraz zespołu światłoczułych diod, które przekształcają światło na sygnał elektryczny.

• Sygnał ten poddawany jest digitalizacji i przesyłany do komputera. 

• Następnie algorytm przetwarzający obrazy wykorzystuje uzyskane dane do określenia relatywnego współczynnika pochłaniania promieniowania rentgenowskiego w różnych punktach produktu.

• Na tej podstawie następuje kalkulacja średniej zawartości tłuszczu w badanym produkcie.

Wykrywanie ciał obcych
Oprócz oznaczania tłuszczu, rentgen mięsa umożliwia wykrywanie wszelkich ciał obcych, takich jak fragmenty kości, czy metalowe przedmioty, które w jakiś sposób przedostały się do partii mięsa.  

Takie obiekty mogą pochodzić np. z maszyn produkcyjnych lub być zagnieżdżone w surowcu. Wykrywanie ciał obcych może odbywać się na wczesnym etapie procesu produkcyjnego, w celu ochrony urządzeń lub już w gotowym produkcie, w celu ochrony konsumenta. Analizator może również wysłać sygnał do automatycznego systemu usuwającego zanieczyszczone fragmenty mięsa z przenośnika taśmowego (np. do plastikowego kontenera). Więcej informacji na ten temat przedstawiamy w naszej animowanej prezentacji typowego systemu rentgenowskiego w procesie produkcji mięsa.

Animacja prezentuje analizator MeatMaster II podczas skanowania pojemników z mięsem w celu oceny masy i procentowej zawartości tłuszczu.

Segregacja  elementów
Rentgen mięsa umożliwia również obiektywną ocenę poszczególnych elementów  mięsa, jak np. boczek wieprzowy, czy szynka wieprzowa, według jednolitego systemu kategorii, co nie jest możliwe w przypadku zastosowania tradycyjnej oceny wizualnej. Segregacja odbywa się w oparciu o zawartość tłuszczu, ale może również uwzględniać technologię obrazową. 

Korzyści z tego rozwiązania odczują przede wszystkim producenci boczku, szynek  dojrzewających oraz inni producenci mięs gotowych wytwarzanych z poszczególnych całych elementów. Z kolei dostawcy mięsa surowego mogą w ten sposób zagwarantować, że ich dostawy są zgodne ze specyfikacją (rozmiar, długość, szerokość, grubość), mają odpowiednią zawartość tłuszczu i są wolne od ciał obcych.

Czy promieniowanie rentgenowskie może być niebezpieczne dla żywności i operatorów urządzeń analitycznych? 
Ekspozycja żywności na promieniowanie rentgenowskie oraz instalacja aparatów rentgenowskich w halach produkcyjnych nasuwa pewne pytania o potencjalną szkodliwość tej technologii. 

Napromieniowana żywność nie staje się radioaktywna, a minimalny poziom promieniowania, które stosuje się do neutralizacji bakterii w żywności jest ponad tysiąc razy silniejszy od promieniowania generowanego przez aparaty rentgenowskie wykorzystywane w procesach produkcji mięsa. Produkty poddane takiej analizie nie wymagają żadnych specjalnych oznaczeń.

Poziom promieniowania wytwarzany przez urządzenia do inspekcji x-ray w zakładach produkcji mięsa jest porównywalny z najniższym poziomem, jakiego doświadczają ludzie podczas zabiegów medycznych. Istnieje również szereg rygorystycznych przepisów w zakresie projektowania, budowy i instalacji aparatów rentgenowskich, które egzekwowane są przez odpowiednie władze. Aparaty rentgenowskie stosowane w zakładach przetwórstwa mięsa są bezpieczne i nie zagrażają obsługującym je operatorom, oczywiście pod warunkiem, że obsługa odbywa się w sposób prawidłowy. W tym kontekście aparaty stosowane w zakładach mięsnych można porównać ze skanerami do bagażu, których używa się na lotniskach na całym świecie.

Im bardziej precyzyjny jest system, z którego korzystamy, tym szybciej nastąpi zwrot z inwestycji w analizator rentgenowski.
Oczywiście pomiary odbywają się w konfiguracji in-line, czyli bezpośrednio w linii produkcyjnej i muszą być realizowane z odpowiednią prędkością, aby nie hamować procesu produkcyjnego.

7 cech dobrego analizatora rentgenowskiego

• Stały poziom efektywności
  Analizatory do oznaczania tłuszczu muszą pracować stabilnie w dłuższej perspektywie czasowej, a także wymagają odpowiedniej kalibracji i systemu kontroli jakości. Jest to szczególnie istotne w przypadku oznaczania tłuszczu, które odbywa się z użyciem znacznie bardziej zaawansowanych urządzeń niż np. wykrywanie kości w mięsie.

• Dokładność i szybkość
  Oznaczanie tłuszczu metodą prześwietlania mięsa powinno pomóc uzyskać właściwy balans pomiędzy kawałkami o wysokiej i niskiej zawartości tłuszczu w gotowym produkcie, jak np. mielone mięso wołowe lub  mięso drobne. Odpowiedni poziom precyzji pomiaru z dokładnością do 1% (SD) pozwoli zbliżyć się do docelowej specyfikacji zawartości tłuszczu i uniknąć strat mięsa chudego bez ryzyka wyjścia poza specyfikację oraz zwrotów lub kar. Im dokładniejszy system pomiaru, tym szybciej nastąpi zwrot z inwestycji w analizator rentgenowski. Oczywiście pomiary odbywają się w konfiguracji in-line, czyli bezpośrednio w linii produkcyjnej i muszą być realizowane z odpowiednią prędkością, aby nie hamować procesu produkcyjnego. Więcej informacji na temat oznaczania tłuszczu in-line przedstawiamy w filmie powyżej. 

• Niewielki rozmiar
  Analizatory rentgenowskie są często dosyć dużymi urządzeniami (ok. 2 m szerokości), a instalacja nowego systemu w linii produkcyjnej często wymaga przemieszczenia innych urządzeń. Optymalnie urządzenia powinny być jak najmniejsze i odpowiednio przystosowane do instalacji w ciasnych przestrzeniach.

• Możliwość pomiaru wszystkich rodzajów mięsa
  Jedną z głównych korzyści, jakie oferuje analiza rentgenowska jest możliwość pomiaru wszystkich typów próbek mięsa, przy różnych sposobach prezentacji. Oznacza to, że każdy system rentgenowski powinien być w stanie badać mięso w różnych formach, jak np. całe  elementy,  mięso drobne czy mięso mielone w kartonach lub w pojemnikach , a także mięso luzem na przenośniku (również schłodzone lub zamrożone).

• Stopień ochrony IP69K i łatwość czyszczenia
  Analizatory z oznaczeniem IP69K są bardzo odporne i nadają się do stosowania w trudnych warunkach hal produkcyjnych w zakładach przetwórstwa mięsa. Każdy analizator rentgenowski powinien również umożliwiać łatwy demontaż w celu wyczyszczenia elementów, które wchodzą w kontakt z mięsem, jak np.  taśma przenośnika . 

• Kalibracja fabryczna
  Instalacja i uruchomienie urządzenia powinny być możliwe w ciągu zaledwie kilku dni, dzięki zastosowaniu fabrycznej kalibracji, która wymaga jednie zmiany podstawowych ustawień w celu dostosowania do lokalnych warunków. Np. kalibracje do wieprzowiny, wołowiny czy drobiu zapewnią użytkownikowi możliwość obsługi szerokiego zakresu produktów.
   

• Komunikacja sieciowa umożliwiająca efektywne zarządzanie analizatorem
  Komunikacja sieciowa to coś więcej niż tylko możliwość połączenia urządzenia z internetem. Funkcje sieciowe powinny pozwalać nam zajrzeć „do środka” analizatora, żeby sprawdzić jego wydajność i wprowadzić odpowiednie korekty lub np. zaktualizować kalibracje. Jest to nieodzowne, jeżeli chcemy mieć możliwość zdalnej kontroli i monitorowania większej liczby urządzeń z centralnej lokalizacji. W takiej sytuacji wszelkie aktualizacje i kalibracje można przeprowadzać zdalnie co jest znacznie wydajniejsze i wygodniejsze. Pozwala to nie tylko oszczędzić czas, ale również znacznie obniżyć koszty.

Analizatory rentgenowskie FOSS

MeatMaster™ II umożliwia ciągły pomiar zawartości tłuszczu i wagi mięsa przechodzącego przez analizator na wbudowanym podajniku taśmowym. Skanuje do 38 ton mięsa na godzinę przy jednoczesnym wykrywaniu ciał obcych.

MeatMaster II C ma zaledwie 1.58 m długości, a więc jest o blisko metr krótszy od standardowego analizatora MeatMaster II, co sprawia, że doskonale sprawdza się wszędzie tam, gdzie przestrzeń jest ograniczona. Umożliwia pomiar mięsa w  kartonach i pojemnikach,  jak również mięsa mrożonego w blokach.

MeatMaster II AG to kolejna specjalistyczna wersja naszego analizatora do mięsa, przeznaczona dla producentów wymagających najwyższej precyzji oznaczania tłuszczu w mięsie mielonym pomiędzy  wilkiem a mieszalnikiem.