Quang Phổ Khả Kiến/Cận Hồng Ngoại (Vis/Nir) Như Một Cảm Biến Quang Học Để Đánh Giá Chất Lượng Dầu Ô Liu

GIỚI THIỆU

Cây ô liu (Olea europaea L.) có tầm quan trọng to lớn về văn hóa và kinh tế ở khu vực Địa Trung Hải, đặc biệt là ở Palestine, nơi nó chiếm một phần lớn trong ngành nông nghiệp địa phương. Việc trồng ô liu rất quan trọng đối với sinh kế của khoảng 100.000 gia đình Palestine và đóng góp đáng kể cho nền kinh tế địa phương. Hơn nữa, dầu ô liu là một sản phẩm quan trọng được tiêu thụ chủ yếu tại địa phương; xuất khẩu chủ yếu diễn ra vào những năm thặng dư. Tuy nhiên, mối lo ngại toàn cầu ngày càng tăng về chất lượng và tính xác thực của thực phẩm đã làm tăng nhu cầu đảm bảo rằng dầu ô liu có chất lượng cao và có nguồn gốc phù hợp, điều cần thiết để duy trì danh tiếng của các sản phẩm ô liu của Palestine. Tuy nhiên, việc kiểm tra chất lượng dầu ô liu bằng phương pháp phân tích hóa học truyền thống rất tốn kém, tốn công sức và thời gian. Kết quả là, cảm biến quang học đã được sử dụng như một phương pháp thay thế. Ví dụ: Quang phổ hồng ngoại nhìn thấy/gần (VIS/NIR) được sử dụng để kiểm tra chất lượng, phát hiện sự tạp nhiễm và xác định nguồn gốc địa lý của dầu ô liu.

PHƯƠNG PHÁP

Quang phổ VIS/NIR là phương pháp không phá hủy, chi phí thấp và tiết kiệm thời gian để đo các hợp chất hóa học trong các sản phẩm không đồng nhất như dầu ô liu. Phương pháp này thu thập phổ hấp thụ của dầu ô liu. Tập dữ liệu thực nghiệm về dầu ô liu thu được được phân tích bằng các thuật toán thông minh có tác dụng để phân loại mẫu dầu ô liu dựa trên dữ liệu quang phổ của chúng và dự đoán các thông số hóa học (chẳng hạn như độ axit và giá trị peroxide) từ dữ liệu quang phổ . Hiệu suất của mô hình dự đoán được đánh giá bằng cách sử dụng các số liệu. Ví dụ: hệ số tương quan (R²), sai số bình phương trung bình gốc (RMSE) và tỷ lệ hiệu suất trên độ lệch (RPD). Các mô hình có giá trị RPD lớn hơn 2.0 được coi là đáng tin cậy để dự đoán chất lượng dầu ô liu.

Hình 1 Đường cong quang phổ VIS/NIR (400–1100 nm) biểu thị các nhóm dầu ô liuVIS/NIR (400–1100 nm)

Một nghiên cứu đã thu thập 48 mẫu dầu ô liu từ nhiều vùng khác nhau ở Palestine và bảo quản trong chai tối màu, đậy kín ở nhiệt độ 17°C để ngăn chặn quá trình oxy hóa . Phân tích phổ VIS/NIR cho thấy các đỉnh hấp thụ rõ rệt ở các bước sóng nhất định (450.5, 532, 601, 673, 932 và 977 nm). Dầu ô liu nguyên chất và nguyên chất có độ hấp thụ cao hơn dầu ô liu nguyên chất thông thường ở hầu hết các dải quang phổ. Phương pháp này có thể phân biệt thành công các mẫu dầu ô liu (extra virgin, virgin, normal virgin và lampante) dựa trên chất lượng của chúng.
Về kết quả dự đoán, R² cho độ axit là 0.88 đối với bộ hiệu chuẩn và xác nhận, và RMSE là khoảng 0,35. RPD cho bộ hiệu chuẩn là 2.78 và cho bộ xác thực là 3.08, cho thấy độ chính xác dự đoán tốt. R² cho giá trị peroxide là 0,83 (hiệu chuẩn) và 0.86 (xác nhận), với RMSE xấp xỉ 1.6. RPD cho cả hai bộ là 2.2, với sai số tương đối dưới 10%, cho thấy hiệu suất mô hình đáng tin cậy.

HỆ THỐNG

Máy quang phổ USB2000 + XR1-ES (Ocean Insight) được sử dụng làm cảm biến VIS/NIR, với đèn halogen HL-2000-FHSA làm nguồn sáng. Ngoài ra, sợi quang còn được sử dụng để dẫn ánh sáng hấp thụ tới các mẫu.
Máy quang phổ USB2000 + XR1-ES là thiết bị linh hoạt và nhỏ gọn được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng quang phổ khác nhau, bao gồm đánh giá chất lượng thực phẩm, giám sát môi trường và nghiên cứu y sinh. Thiết bị này được trang bị bộ dò mảng CCD silicon tuyến tính gồm 2048 phần tử, được biết đến với độ tin cậy và hiệu suất. Nó bao phủ phổ rộng từ tia UV đến cận hồng ngoại (NIR), khiến nó phù hợp với nhiều ứng dụng khác nhau. Hơn nữa, nó cung cấp độ nhạy tốt và cung cấp độ phân giải cao. Tiêu thụ điện năng thấp làm cho nó lý tưởng cho các ứng dụng di động và hiện trường

Hình 3 Máy quang phổ USB2000+XR1-ES

HL-2000-FHSA của Ocean Insight là nguồn sáng halogen công suất cao được thiết kế cho các ứng dụng quang phổ. Các tính năng chính của nó bao gồm đèn halogen vonfram 20 watt với bộ suy giảm tích hợp để kiểm soát lượng ánh sáng phát ra và màn trập TTL để điều khiển tự động. Nguồn sáng bao phủ dải phổ rộng từ 360 đến 2400 nm và phù hợp để sử dụng trong quang phổ VIS-NIR. Đó là lý do tại sao nó cung cấp ánh sáng ổn định, cường độ cao, khiến nó trở nên lý tưởng cho các ứng dụng như đo độ phản xạ và độ hấp thụ.

Hình 4 Nguồn sáng HL-2000-LL-FHSA

PHẦN KẾT LUẬN

Những phát hiện này chứng minh tiềm năng của máy quang phổ như một công cụ nhanh chóng, không phá hủy để kiểm soát chất lượng trong ngành dầu. Biện pháp này mang lại sự gia tăng đáng kể về hiệu quả và độ tin cậy so với phương pháp truyền thống. Nó xác nhận giá trị của việc sử dụng máy quang phổ, cụ thể là USB2000 + XR1-ES, để đo chất lượng ô liu thông qua quang phổ NIR (400-1100 nm). Máy quang phổ có độ chính xác cao trong việc dự đoán các thông số chất lượng quan trọng, bao gồm độ axit và peroxide. Ngoài ra, nó đã phân biệt thành công giữa các loại ô liu khác nhau.