Spektroskopia optyczna w ocenie jakości żywności

Celem monografii jest przedstawienie zagadnień związanych z zastosowaniem metod spektroskopii optycznej w połączeniu z chemometrią do oceny różnych aspektów jakości żywności. Ze względu na złożony charakter produktów żywnościowych tradycyjne techniki pomiarowe oraz metody oznaczeń pojedynczych analitów nie pozwalają na szybką pełną ocenę jakości. Rozwijane są nowe metody oparte na wydajnych technikach analitycznych, umożliwiające w krótkim czasie analizę dużej liczby próbek, pozwalające na automatyzację procedur analitycznych i kontrolę jakości w całym łańcuchu żywnościowym. W ostatnich dziesięcioleciach wykazano przydatność metod spektroskopii optycznej połączonej z analizą chemometryczną do oceny jakości żywności. Widma mierzone dla produktów spożywczych są determinowane przez właściwości fizyczne i chemiczne próbki. Ze względu na unikatowy charakter stanowią one rodzaj odcisku palca. Analiza spektralnych "odcisków palca" z zastosowaniem metod wielowymiarowych pozwala na jakościową i ilościową charakterystykę właściwości próbki. Zastosowania praktyczne metod spektroskopii optycznej opierają się na opracowaniu modeli kalibracyjnych opisujących zależność między widmami a właściwościami próbek. Opracowane modele kalibracyjne są wykorzystywane do oznaczania wybranych właściwości na podstawie pomiaru widm badanej próbki. Dzięki temu złożone analizy chemiczne są zastępowane przez łatwe i szybkie pomiary widm. Metody spektroskopii optycznej stosuje się do oznaczania składników i właściwości żywności i monitorowania procesów zachodzących w produktach spożywczych. Ważnym zakresem zastosowań są badania autentyczności i zafałszowań żywności. Metody te stosowane są w kontroli procesów technologicznych w przemyśle spożywczym. Z praktycznego punktu widzenia metody te mają wiele zalet w stosunku do tradycyjnych metod analizy. Stosowane bezpośrednio na próbce, nieniszczące, na podstawie pojedynczego pomiaru widma może być oznaczonych jednocześnie wiele składników i właściwości produktu. Są szybkie, proste i przyjazne środowisku. Metody te okazują się szczególnie przydatne w przypadku rutynowej analizy dużej liczby próbek, a ich stosowanie przynosi korzyści ekonomiczne. Monografia składa się z siedmiu rozdziałów. W rozdziale pierwszym przedstawiono współczesne trendy i wyzwania związane z produkcją żywności, omówiono ewolucję metod analizy żywności i przedstawiono koncepcję zastosowań spektroskopii optycznej jako metody odcisku palca w badaniach żywności. W rozdziale drugim omówiono podstawy teoretyczne technik spektroskopowych oraz charakterystykę poszczególnych technik spektroskopii optycznej: metod spektroskopii cząsteczkowej absorpcyjnej w zakresie podstawowej i bliskiej podczerwieni, nadfioletu i światła widzialnego oraz fluorescencji. W tym rozdziale przedstawiono również charakterystykę widm składników żywności. W rozdziale trzecim omówiono techniki pomiaru widm, przyrządy służące do pomiarów i zagadnienia związane z rejestracją widm żywności. Rozdział czwarty poświęcony jest charakterystyce metod chemometrycznych stosowanych do eksploracji danych oraz analizy klasyfikacyjnej i regresji. W rozdziale piątym przedstawiono etapy opracowania wielowymiarowych modeli kalibracyjnych. W rozdziale szóstym przedstawiono zastosowania metod spektroskopowych do oceny jakości różnych grup żywności. Rozdział siódmy stanowi podsumowanie monografii. Przedstawiono w nim zalety i ograniczenia metod spektroskopii optycznej z perspektywy analitycznej, ekologicznej i ekonomicznej. Monografia może być przydatna dla naukowców zajmujących się badaniem żywności z zastosowaniem spektroskopii optycznej oraz analityków wdrążających zastosowania i stosujących te metody w rutynowej kontroli żywności.

Wstęp
Rozdział 1. Koncepcja zastosowania spektroskopii optycznej do oceny jakości żywności
1.1. Wprowadzenie
1.2. Współczesne wyzwania wobec przemysłu rolno-spożywczego
1.3. Ewolucja metod badania żywności
1.4. Charakterystyka technik spektroskopowych jako technik odcisku palca
Rozdział 2. Techniki spektroskopii optycznej stosowane w badaniach żywności
2.1. Wprowadzenie
2.2. Podstawy spektroskopii optycznej
2.3. Spektroskopia w zakresie podstawowej podczerwieni
2.4. Spektroskopia w zakresie bliskiej podczerwieni
2.5. Spektroskopia w zakresie nadfioletu i widzialnym
2.6. Spektroskopia fluorescencyjna
Rozdział 3. Pomiar widm żywności
3.1. Wprowadzenie
3.2. Techniki pomiarów widm
3.2.1. Techniki transmisyjne
3.2.2. Techniki odbiciowe
3.2.3. Techniki pomiarów fluorescencji
3.3. Aparatura do pomiaru widm
3.3.1. Spektrofotometry absorpcyjne
3.3.2. Elementy budowy spektrofotometrów absorpcyjnych
3.3.3. Spektrofluorymetry
3.3.4. Parametry charakteryzujące spektrofotometry i spektrofluorymetry
3.3.5. Podział spektrofotometrów w zależności od zastosowań
Rozdział 4. Metody chemometryczne stosowane do analizy widm
4.1. Wprowadzenie
4.2. Charakterystyka i metody analizy danych spektroskopowych
4.3. Metody eksploracyjne
4.3.1. Analiza głównych składowych
4.3.2. Analiza skupień
4.3.3. Równoległa analiza czynnikowa
4.4. Metody regresji
4.4.1. Regresja prosta
4.4.2. Regresja wielokrotna
4.4.3. Regresja głównych składowych
4.4.4. Regresja cząstkowych najmniejszych kwadratów
4.4.5. Interpretacja wyników analizy regresji
4.4.6. Metody kalibracyjne drugiego rzędu
4.5. Metody klasyfikacyjne
4.5.1. Analiza dyskryminacyjna.
4.5.2. Metoda najbliższych sąsiadów
4.5.3. Analiza dyskryminacyjna metodą cząstkowych najmniejszych kwadratów
4.5.4. Sztuczne sieci neuronowe
4.5.5. Metoda wektorów nośnych
4.5.6. Drzewa klasyfikacyjne i regresyjne
4.5.7. Niezależne modelowanie analogii klas
4.5.8. Ocena zdolności predykcyjnej modeli klasyfikacyjnych
Rozdział 5. Modele kalibracyjne
5.1. Wprowadzenie
5.2. Etapy opracowania modeli kalibracyjnych
5.3. Gromadzenie próbek i danych
5.4. Opracowanie i optymalizacja modeli
5.5. Walidacja modeli kalibracyjnych
5.6. Zastosowanie i utrzymanie modeli
Rozdział 6. Zastosowania spektroskopii optycznej w ocenie jakości żywności
6.1. Wprowadzenie
6.2. Owoce i warzywa oraz przetwory
6.3. Zboża i produkty zbożowe
6.4. Oleje roślinne
6.5. Napoje spirytusowe
6.6. Wino
6.7. Piwo
6.8. Kawa
6.9. Herbata
6.10. Mleko i produkty mleczne
6.11. Mięso
6.12. Ryby
Podsumowanie
Bibliografia
Optical spectroscopy in food quality assessment. Summary
Spis rysunków
Spis tabel