Mindre, raskere og enklere. Når forskerne og industrien arbeider sammen, klarer de å lage helt nye instrumenter som finner ut akkurat hva mat og drikke inneholder.
Melk, laks eller restråstoffer – infrarød stråling, kjemi, spektrum og optikk. Det er mye som skal ses i sammenheng når Mehmet Can Erdem og Pranish Karki lager fremtidens instrumenter for å analysere hva maten inneholder.
Utvikler nytt
De to forsker ved NMBU. Erdem arbeider med doktorgraden. Karki tar en mastergrad. Det hele er en del av DigiFoods-prosjektet. Sammen med de tyske partnerne fra universitetet i Ulm, Nanoplus og OptoPrecision utvikler de helt nye apparater for å måle fett, proteiner og andre stoffer i mat og drikke.
– Nå er det utstyret som finnes for infrarød spektroskopi enten stort og plasskrevende, for dyrt, eller det gir ikke måleresultater som er nøyaktige nok. Målet vårt er å utvikle noe som er kosteffektivt samtidig som det er mindre og måler presist, sier Mehmet Can Erdem.
Infrarød stråling
Når de håndterer en prøve fra et mat- eller drikkeprodukt, sender de lys med en helt bestemt bølgelengde inn i prøven. Dette er ikke lys som øyet kan se – de arbeider med stråling som ligger midt i det infrarøde spekteret. Det vil si bølgelengder fra 2,5 mikrometer, som er langt mer enn det synlige lyset, og opp til litt over 12 mikrometer.
Når prøven reflekterer lyset, er det noen bølgelengder som er blitt borte. Du kan sammenligne det med et svart felt midt mellom fargene i en regnbue: Stoffene i prøven absorberer enkelte, helt bestemte bølgelengder. Forskjellige stoffer suger opp forskjellige bølgelengder. Når de som arbeider på laboratoriet, ser på hva slags lys som passerer gjennom prøven, ser de også nøyaktig hvilke stoffer som finnes i den.
Molekylenes fingeravtrykk
– Vi får et molekylært fingeravtrykk, forklarer Erdem. – På den måten kan vi finne ut hva slags fett som er i melk eller laks.
– Vi har en egen guide til bølgelengdene. Basert på signalene fra detektoren vår kan vi analysere hvor mye prøven inneholder for eksempel av fett, sier Pranish Karki. Når de finner ut akkurat hva slags fettsyrer som finnes i melken, vet de også mer om hvor lenge den kan være holdbar.
Men forskerne er nødt til å drive skreddersøm for å gjøre instrumentene gode nok. I hvert enkelt tilfelle må de bruke lys med den riktige bølgelengden, og de må bruke den riktige optikken. Etter hvert som de prøver seg frem, kan de melde tilbake til de tyske industripartnerne hvordan instrumentene må endres for å bli enda bedre.
Skinn og bein
Akkurat nå ser de for eksempel på det som er igjen etter at kylling og kalkun er blitt til menneskemat. Nortura og Felleskjøpet eier Bioco, som også er en del av DigiFoods-samarbeidet. Bioco arbeider med å finne ut hvordan dette restråstoffet kan utnyttes.
– Bioco har et anlegg hvor bein, skinn, fett og andre rester blir til proteinrike fôringredienser med enzymatisk hydrolyse, sier NMBU-forsker Boris Zimmermann. Enzymatisk hydrolyse vil si at enzymer gjør at råstoffet blir delt opp i mindre partikler.
– Dette er svært næringsrike produkter. Nofima, NMBU og Sintef samarbeider for å utvikle smarte sensorer som skal måle kvaliteten på produktene. Rollen vår er å måle innholdet i dem raskt og effektivt og evaluere om produksjonen er optimal eller ikke, forklarer han.
– For eksempel kan produksjonen gi noen typer produkter som mennesker og dyr ikke klarer å bryte ned så lett. Da må vi gjøre om dem til mer flytende form. Til slutt får vi en rekke stoffer, og vi finner ut hvordan systemet vårt kan måle alt dette, sier Zimmermann.
Mindre instrumenter
Når forskerne er ferdige, skal de ha laget instrumenter som er mye mer kompakte enn det som finnes i dag. Dermed trenger ikke fabrikken eller bonden å gå til et laboratorium for å få sjekket alt som må analyseres:
– Dette kan vi også lage slik at analysen kan gjøres hos industrien eller på gården. De kan kjøpe utstyret selv i stedet for å sende prøvene til et laboratorium, forteller Karki.
Planen er også å kunne gjøre målingene raskt nok til at instrumentene kan plasseres på en produksjonslinje og sjekke hvert enkelt produkt mens det er på vei gjennom fabrikken.
– Hvis vi får til et visst nivå av automatisering, så kan dette også integreres i roboter til industribruk, sier Mehmet Can Erdem.
Prototyp i år
Når han har funnet ut av akkurat hva slags lys og hva slags optikk som er best for hver enkelt måling, så går det også an å kombinere flere målinger på ett sted.
– Proteiner, fettsyrer og karbohydrater trenger alle et utvalg av lyskilder. Men vi kan se for oss en generell maskin som måler en rekke forskjellige komponenter samtidig. Det som bestemmer hva som måles, er hva brukeren trenger, sier Boris Zimmermann.
I løpet av året er meningen å ha en prototyp i drift med forskjellige innstillinger beregnet på å måle forskjellige stoffer, for eksempel melk fra Tine og proteinprodukter fra Bioco. Det er et stykke igjen:
– Siden dette er en helt ny type instrument, er det vanskelig å si hvor godt det vil levere. Vi må teste på forskjellige prøver og rette opp feil, sier han.
– DigiFoods har store bidrag fra industrien, og følgelig er det å utvikle kommersielle produkter en viktig del av dette. Prosjektet handler om både data, sensorer og robotikk. De tre kan brukes hver for seg, men de kan også integreres og brukes sammen, sier Zimmermann.