Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3163
Main Title: Einflussparameter und Auslegung optischer Methoden zum nicht-destruktiven und prozessübergreifenden Monitoring der Beschaffenheit von Schweinefleisch
Translated Title: Influencing parameters and evaluation of optical methods for non-destructive monitoring of pork quality along the processing chain
Author(s): Durek, Julia
Advisor(s): Knorr, Dietrich
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät III - Prozesswissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Die weltweit steigende Nachfrage nach frischem Fleisch führt zu einer zunehmenden Industrialisierung der Produktion und erfordert dadurch neue Lösungskonzepte zur Realisierung einer lückenlosen Überwachung im Hinblick auf die Aufrechterhaltung höchster Hygiene- und Qualitätsstandards. Demzufolge besteht ein gesteigerter Bedarf an schnellen und zerstörungsfreien Kontrollmethoden zur Ermittlung der Fleischbeschaffenheit entlang der gesamten Wertschöpfungskette. In der vorliegenden Arbeit wurde die Möglichkeit eines prozessbegleitenden Monitorings der Fleischbeschaffenheit mithilfe optischer Methoden (Hunter-Lab, Reflexions- und Fluoreszenzspektroskopie) sowie des pH-Wertes am Beispiel von Schwein untersucht. Dafür wurde der Musculus longissimus dorsi unter definierten Bedingungen für bis zu 20 Tage post mortem gelagert und teilweise weiteren Prozessen zur Haltbarmachung unterzogen. Gewählt wurde hierfür die Lagerung bei verschiedenen Temperaturen, unter modifizierter Atmosphäre, Vakuum oder Halogenlicht sowie nach vorheriger Behandlung durch Gefrieren, Hochdruck, Antibiotika, γ-Strahlen oder indirektes Plasma. Weiterhin erfolgte die Prüfung der Übertragbarkeit auf die Oberschale sowie Rind-, Puten- und Lammfleisch. Die Messungen der pH- und Lab-Werte erwiesen sich als nicht sensitiv genug, um eine eindeutige Analyse des Fleischzustands zu ermöglichen. In den Reflexionsspektren ließen sich deutliche Unterschiede z. B. durch die unterschiedlichen Lagervarianten, Vorbehandlungsmethoden oder Tierarten nach umfassender Datenvorverarbeitung und -auswertung in Form einer Hauptkomponentenanalyse im Bereich von 500 bis 650 nm erkennen. Die Fluoreszenzeigenschaften der aromatischen Aminosäuren (λex = 280 nm und λem = 334 nm) zeigten keine zeitabhängigen Veränderungen in ihrer Intensität. Eine deutlich erkennbare Veränderung der NADH-Fluoreszenz (λex = 340 nm und λem = 460 nm) war erst nach fortgeschrittenem mikrobiellem Wachstum messbar; der Anstieg vollzog sich sehr langsam (bei 5 °C und lose verpacktem Fleisch ab ca. Tag 6 p.m.) und würde die Festlegung eines Grenzwertes erschweren. Sehr vielversprechende Ergebnisse wurden durch die begleitende Messung der Fluoreszenzsignaturen von Protoporphyrin IX und Zink-Protoporphyrin (λex = 420 nm und λem = 580-710 nm) erzielt. Der deutliche Intensitätsanstieg (ab Tag 9 p.m. bei 5 °C und lose verpacktem Fleisch) konnte direkt mit der Zunahme der Gesamtkeimzahl korreliert werden. Bei der vorherigen Behandlung z. B. mit indirektem Plasma blieb die GKZ auf dem Anfangsniveau von 2 log KbE/ml; als Folge blieb auch die Porphyrinfluoreszenz bei 40-80 relativen Einheiten, während die Intensität der unbehandelten Proben bis auf ca. 500 r. E. und die GKZ auf 9 log KbE/ml anstieg. Ebenso wie die Vorbehandlung des Fleisches hatte die Lagerungsart einen Einfluss auf die Intensität der Fluoreszenzemission. Eine Lagerung unter Vakuum führte bspw. zu einer höheren Porphyrinfluoreszenz als unter modifizierter Atmosphäre mit hohem O2-Anteil. Im Laufe der Lagerung bereits entwickelte Fluoreszenzintensitäten konnten nachträglich weder durch Sauerstoff gequencht noch durch Licht ausgebleicht werden. Auch bei der Oberschale und anderen Tierarten wie z. B. Lamm konnten die Porphyrinsignaturen detektiert werden. Die Messung der Porphyrinfluoreszenz kann somit als Indikator für eine mögliche Kontamination des Fleisches mit Mikroorganismen genutzt werden. Die erarbeiteten Ergebnisse der Fluoreszenzmessung stellten das Verfahren als geeignete Methode für ein prozessbegleitendes Monitoring der Fleischbeschaffenheit entlang der Wertschöpfungskette dar. Ein entwickeltes miniaturisiertes Handgerät (Blu-Ray Laserdiode bei λex = 405 nm und Bandpassfilter bei λ = 595 nm) bestätigte bei Testmessungen die prinzipielle Übertragbarkeit der Versuchsergebnisse auf ein neu umgesetztes Gerätekonzept. Dem prozessbegleitenden Einsatz vom Schlachthof bis in den Handel stünde wegen des einfachen Aufbaus sowie der möglichen kostengünstigen Anfertigung prinzipiell nichts im Wege. Mit der Festlegung eines produktspezifischen Grenzwertes für die Fluoreszenzintensität der Porphyrine könnte eine schnelle und zerstörungsfreie Überwachung der Fleischbeschaffenheit im Hinblick auf mögliche Kontaminationen mit porphyrinbildenden Mikroorganismen mit dem mobilen Fluoreszenzgerät realisiert werden.
The growing global demand for fresh meat leads to increasing industrialisation of the production in which new approaches for an entire quality monitoring are required to ensure highest hygiene and quality standards. Fast and non-destructive methods for the determination of meat quality attributes along the entire processing chain can be realised using optical measurement techniques. Therefore, the present study explores the applicability of optical methods (Hunter Lab, reflectance and fluorescence spectroscopy) and determination of pH-values for a process-accompanying evaluation of pork quality. Samples were taken from Musculus longissimus dorsi and stored under defined conditions up to 20 days post mortem. Storage was conducted under different temperatures, modified atmosphere, vacuum, and halogen light as well as after previous freezing, high pressure treatment, and application of antibiotics, γ-rays or indirect plasma treatment. In addition, the transferability of the findings on gammon slipper as well as on beef, turkey and lamb meat was examined. The measurements of pH and colour were not robust enough for detailed determination of quality related attributes. Using reflectance spectra clear differences caused by the different storage conditions, pre-storage treatment or animal species could not be identified without comprehensive data pre-processing and evaluation assisted by a principal component analysis in the range of 500 to 650 nm. The fluorescence intensity of aromatic amino acids (λex = 280 nm and λem = 334 nm) did not show time-dependent changes. A clear change of NADH fluorescence (λex = 340 nm and λem = 460 nm) was observed after advanced microbial growth; which was similar for the increasing pH value. The increase of fluorescence intensity was not strongly pronounced (for meat stored at 5 °C in PE-bags starting from approximately day 6 p.m.) and therefore, the definition of a threshold is difficult to realise. However, very promising results were derived from kinetics of the fluorescence signatures of protoporphyrin IX and zinc protoporphyrin (λex = 420 nm and λem = 580-710 nm). The increase of the intensity (starting from day 9 p.m. for meat stored at 5 °C in PE-bags) correlated directly with growth of microorganisms. After treatment with indirect plasma, the total viable count (TVC) remained stable at the initial level of 2 log CFU/ml within 20 days p.m. In consequence, also the porphyrin fluorescence remained at 40-80 relative units, while the intensity of the untreated reference samples increased up to approx. 500 r. u. accompanied by bacterial growth to 9 log CFU/ml at 20 days p.m. The storage conditions and previous treatments had an influence on the intensity of the fluorescence emission. For example, storage under vacuum led to a higher intensity of the porphyrin fluorescence than under modified atmosphere with a high amount of O2 due to quenching effects of oxygen. However, fluorescence intensities already formed during storage could not be quenched subsequently, neither by oxygen nor by light. The porphyrin signatures could be detected also at the porcine gammon slipper and other animal species like lamb. Therefore, the measurement of the porphyrin fluorescence can be used as an indicator for a bacteria-related quality deterioration of meat. Based on the results we developed a miniaturised hand held system (Blu Ray laser diode at λex = 405 nm and bandpass filter at λ = 595 nm) for fluorescence measurement along the processing chain. In principle, the test measurements confirmed the industrial potential and transferability of this newly designed equipment concept. The application from slaughterhouse to retail market is basically possible because of the simple and robust structure as well as the possible economical production. After defining a product-specific threshold for the fluorescence intensity of porphyrins, a fast and non-destructive monitoring of quality related indicators e. g. regarding possible contaminations with porphyrin forming microorganisms will be realisable by using the mobile fluorescence measurement system.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-34668
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/3460
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-3163
Exam Date: 29-Feb-2012
Issue Date: 28-Mar-2012
Date Available: 28-Mar-2012
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): Fluoreszenzspektroskopie
Lagerbedingungen
Mobiles Monitoring
Reflexionsspektroskopie
Schweinefleisch
Fluorescence spectroscopy
Mobile monitoring
Pork quality
Reflectance spectroscopy
Storage conditions
Usage rights: Terms of German Copyright Law
Appears in Collections:Institut für Lebensmitteltechnologie und Lebensmittelchemie » Publications

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Dokument_32.pdf14.87 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open


Items in DepositOnce are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.