A Novel Method for Discrimination of Beef and Horsemeat using Raman spectroscopy

By I.H. Boyaci; H.T. Temiz; R.S.Uysal; H.M. Velioglu; R.J. Yadegari and M. M. Rishkan*

Presentado por : Daniel Raydan y Marco Filoseta

* Food Chemestry Vol. 148, pp. 37-41, 2014. WWW.elseiver.com/locate/foodchem

ContenidoMotivacinProblemaAntecedentesObjetivos Practicos Metodologa: Espectroscopia Raman Anlisis de componentes principales (PCA)Ventajas y desventajas de la metodologaResultadosConclusiones

MotivacinAdulteracin de carne de res con carne de caballo: para reducir costos puede tener inferior calidad.Prohibido en algunos pases por razones de salud, ticas yreligiosas.

ProblemaIdentificacin y etiquetado correcto de los contenidos de la comida es importante en la dieta humana.Puede evitar problemas de salud e intoxicacin para personas con restriciones en los alimentos que consumen.Determinacin de adulteracin de carne de res con carne de caballo.

Objetivo PracticoClasificacin de muestras de carne de res adulterada con diferentes cantidades de carne de caballo 0%, 25%, 50%, 75%, 100% (en peso). A simple vista todas las muestras lucen iguales.

% de carne de res ?% carne de caballo?

AntecedentesMtodos basadosen proteinas:

Linares et al. 2012Mtodos basados en ADN:Ali et al. 2012Haider et al. 2012 Amaral et al. 2013Mtodos basados en grasa:

Abbas et al. 2009Rohman et al. 2011Utilizan reacciones de la cadena polimerasa, tecnica especififica y sensitiva, pero requiere equipos costosos y expertos en el uso de dicha tcnica.Mtodos que utilizan FT-IRy espectroscopia Raman:Rohman et al. 2010Wong et al. 2009Herrero 2008Simples y principalmente usan tcnicas espectroscopicas.

Informacin estructuraqumica de las molculas sin causar alteraciones.Solo requieren pequeas cantidades de muestra.

AntecedentesEspectroscopia de RamanAnlisis estadstico de la seal de Raman+Tcnica eficiente y mucho ms rpida, usada enotro tipo de determinaciones. Boyaci et al. 2012Ozbalc et al. 2013

MetodologaMuestras de:

Espectroscopia Raman

Anlisis por ComponentesPrincipales (PCA) de la Seal Raman

+Tipo de carne

Espectroscopia RamanEfecto Raman: Interaccin de la molcula con el fotn incidente que produce dispersin inelastica (energa involucrada con cambios de estados vibracionales de las molculas).Se basa en la luz dispersada por un material al indicir sobre l un hazde luz monocromtico:

Una gran parte de la luz es dispersada elasticamente (tiene la misma frecuencia y longitud de onda que la incidente), se llama dispersin Rayleigh2. Una pequea porcin de la luz es dispersada inelsticamente experimentando ligeros cambios de frecuencia que son caractersticos del material analizado e independientes de la frecuencia de la luz incidente: 2.1 menor frecuencia que la incidente , se llama dispersin Raman Stokes, 2.2 mayor frecuencia que la incidente , se llama dispersin Raman anti-Stokes

Espectroscopia RamanVentajas:No requiere preparacin de la muestra.Funciona para soluciones acuosas y slidasGenera anlisis rpidos (0,5 - 30 s)

Anlisis de Componentes Principales (PCA)Dado un conjunto de n datos Di=(x1,x2,...,xm), i=1,...,n ,el PCA permite mediante calculos y tcnicas estadsticas llevar los datos a un espacio de menor dimensin Di=(y1,...,yl), donde l

Anlisis de Componentes principales (PCA)y1 es la suma de todos los gastos con mayor peso.x3 (vivienda) tiene el mayor peso y x2(educacin) le sigue en peso.El calculo de y1 y y2 (componente 1 y2) permitirn ordenar las provincias con mayor presupuesto en vivienda y eduacacin, y alimentaciny luz

El autovector asociado alautovalor ms grande de dicha matrizdefine la primera componente principal:y1=0.2x1+0.5x2+0.5x3+0.1x4+0.12x5El autovector asociado alsegundo autovalor ms grande de dicha matriz define la primera componente principal:y2=0.03x1+0.1x2+0.1x3+0.5x4+0.45x5y2 es la suma de todos los gastos con siguiente mayor peso.x4 (alimentacin) tiene el mayor peso y x5 (luz) le sigue en peso.VentajasPermite ordenarlas muestras en un espacio 2D y 3D donde es claramente visible su ubicacin de acuerdoa alguna propiedad (componentes PC1 y PC2).

Preparacin de las muestras y equipoDiferentes partes de la carne del animal fueron usadas para la obtencin del espectro Raman para la carne de caballo y la carne de res.50 g de muestra de carne se trituran hasta homogenizarse con 2-3 mL de hexano, luego se centrifugan a 7500 rpm por 5min y se pasa por un filtro de papel para extraer impurezas. La muestra se coloca en un bao de agua a 70C por 1 hora y se purga con N2 para evaporar el hexano. Se obtienen muestra de pura grasa animal.El espectro es obtenido en un rango de 200 a 2000 cm-1) a una resolutin de 2cm(-1) por un periodo de 30s, con un laser de 100mW.

ResultadosObservaciones:Espectros muy similares.Diferencias espectrales (debido a cambios en la intensidad ) en las mismas bandas para ambas carnes (555,678,815,1032,1265, 1392,1611 y 1706 cm-1).Bandas nicas para la carne de caballo (919,974 y 1215 cm-1).La banda a 1265 cm-1 pertenece al doblamiento (C-H).Fig 1: a) espectro Raman b) Primera derivada del espectro

ResultadosObservaciones:8 rangos de bandas explican la varianza en los datos.La primera componente principal (mayor autovalor) explica el 96,32% de la varianza total.La segunda componente principal (segundo mayor autovalor) explica el 3,2% de la varianza totalEl anlisis con 2 componentes explica el 99,34%=96,32%+3,2% de la varianza.Fig2: Grafica de los pesos PCA del espectro Raman para las muestras de res y caballo de la Fig 1.

Resultados: calibracin y validacinObservaciones:Los datos de calibracin usados para el modelo de PCA tenian 14 muestras de caballo y 15 de res.Las muestras de res y caballo quedan claramente posicionadas en distintas zonas del grafico PC1 y PC2.Alto valor en PC2 indica carne de res. Alto valor de PC1 indica carne de caballo.

Fig 3: Grafica de las componentes PC1 y PC2 del espectro Raman para 29 muestras de res y caballo

Resultados

Observaciones:El modelo de PCA se testea con muestras de carne de res adulterada con 0%, 25%,50%,75% y 100% carne de caballo.Es posible identificar hasta las muestras con 25% de carne de caballo.Fig 4: Grafica de las componentes PC1 y PC2 del espectro Raman para las uestras adulteradas con diferentes porcentajes de carne de caballo.

ConclusionesLa metdologa presentada toma poco tiempo de anlisis.La preparacin de las muestras es simple y no requiere de muchos reactivos , ni de equipos complejos.Es el primer trabajo que utiliza la espectroscopia Raman para determinacin del origen de la carne (res o caballo).

La espectrometra Raman se utiliza comnmente en qumica, ya que la informacin vibracional es muy especfica para los enlaces qumicos de las molculas. Por lo tanto, proporciona una huella dactilar de la molcula que puede ser identificada. La regin de huella digital de las molculas orgnicas est en el rango de 500-2000 cm -1. Otra forma de uso de la tcnica es el estudio de cambios en las uniones qumicas, por ejemplo cuando un sustrato se aade a una enzima.