Evaluation of portable vibrational spectroscopy equipment combined with multivariate analysis for food applications

Abstract

Durant aquestes darreres dècades, l'espectroscòpia vibracional ha captat l'atenció dins el camp de la ciència dels aliments, ja que proporciona maneres senzilles i ràpides d'analitzar i de caracteritzar una àmplia gamma de productes agroalimentaris. A més, la seva rendibilitat, reproductibilitat i sensibilitat han estat extensament provades. Recentment, amb l'aparició dels sistemes nanoelectromecànics, l'espectroscòpia vibracional ha experimentat un gran desenvolupament respecte a la seva miniaturització, aconseguint en alguns equips mides tan petites com la del palmell d'una mà. Els dispositius espectroscòpics miniaturitzats obren noves possibilitats respecte a les aplicacions in situ de la tècnica per al control no destructiu de la qualitat dels aliments. El propòsit de la present tesi doctoral ha estat avaluar la viabilitat dels espectròmetres portables Raman, d'infraroig mitjà i infraroig proper combinats amb potents algorismes quimiomètrics per a aplicacions alimentàries que engloben l'estudi de paràmetres químics (seguiment de la reacció de Maillard o discriminació de pols d'insecte comestibles per espècie), físics (predicció de les força d'extracció en taps de suro) i microbiològics (discriminació de soques de bacteris i llevats d'interès alimentari).

Durante estas últimas décadas, la espectroscopia vibracional ha captado la atención dentro del campo de la ciencia de los alimentos, ya que proporciona maneras sencillas y rápidas de analizar y caracterizar una amplia gama de productos agroalimentarios. Además, su rentabilidad, reproducibilidad y sensibilidad han sido extensamente probadas. Recientemente, con la aparición de los sistemas nanoelectromecánicos, la espectroscopia vibracional ha experimentado un gran desarrollo respecto a su miniaturización, alcanzando en algunos equipos tamaños tan pequeños como el de la palma de una mano. Los dispositivos espectroscópicos miniaturizados abren nuevas posibilidades respecto a las aplicaciones in situ de la técnica para el control no destructivo de la calidad de los alimentos. El propósito de la presente tesis doctoral ha sido evaluar la viabilidad de los espectrómetros portables Raman, de infrarrojo medio e infrarrojo cercano combinados con potentes algoritmos quimiométricos para aplicaciones alimentarias que engloban el estudio de parámetros químicos (seguimiento de la reacción de Maillard o discriminación de polvos de insecto comestibles por especie), físicos (predicción de las fuerza de extracción en tapones de corcho) y microbiológicos (discriminación de cepas de bacterias y levaduras de interés alimentario).

During these last decades, vibrational spectroscopy has gathered attention in the food science field because it provides ways of analyzing and characterizing a wide range of food commodities in a fast and simple manner. Moreover, their cost-effectiveness, reproducibility, and sensitivity have also been proved. Recently, with the advent of nanoelectromechanical systems, vibrational spectroscopy has experienced a breakthrough regarding its miniaturization, achieving in certain equipment sizes as small as a palm. Miniaturized spectroscopic devices open new possibilities towards the applications of vibrational spectroscopy for the in-situ analysis of several quality control parameters without altering the sample. The objective of this doctoral thesis was to evaluate the feasibility of portable Raman, mid-infrared and near-infrared spectrometers combined with powerful chemometric algorithms for food applications comprising studies of chemical (Maillard reaction monitoring or edible insect powder discrimination), physical (extraction force prediction in cork stoppers), and microbiological (discrimination of bacterial and yeast strains