Aarhus University Seal / Aarhus Universitets segl

Ny biosensorteknologi har potentiale til at reducere madspild

Ny biosensorteknologi har potentiale til at blive et hurtigt, skånsomt og omkostningseffektivt værktøj til at evaluere friskheden for flere typer af fiskeprodukter, konkluderer et forskningssamarbejde med deltagelse fra Aarhus Universitet. Det kan hjælpe med at reducere madspild og understøtte bæredygtigheden i fiskeindustrien.

Foto: Tunbøf på evalueringen dag 7. Foto: Niki Alexi

En betydelig mængde fisk og skaldyr går til spilde - faktisk cirka 30 % af den samlede produktion, ifølge FN’s fødevare- og landbrugsorganisation (FAO).

For animalske produkter som fisk finder mere end halvdelen af madspildet typisk sted sidst i værdikæden i de udviklede lande, herunder i supermarkeder, restauranter og husholdninger, delvist på grund af for forsigtige udløbsdatoer.

I samarbejde med Syddansk Universitet, Teknologisk Institut, Københavns Universitet, Fraunhofer Institute for Silicon Technology i Tyskland samt industrielle partnere i Danmark har forskere fra Institut for Fødevarer på Aarhus Universitet evalueret en ny biosensorteknologi, der i realtid kan håndtere udfordringen med madspild ved at vurdere, hvor friske fiskeprodukter på markedet er - og hvor længe de potentielt kan holde sig.

Biosensoren kan måle en biogen markør i den luft, der findes omkring de friske fiskeprodukter - i fagtermer kendt som ”headspace” - og ifølge evalueringen kan den registrere holdbarhedsændringer i kølet tun, der stemmer overenes med resultaterne af de metoder, man almindeligvis anvender for at afgøre udløbsdatoerne for fisk.

Men hvad adskiller den nye biosensorteknologi fra de eksisterende metoder i fiskeindustrien?

Professor Derek V. Byrne fra Institut for Fødevarer forklarer:

- I øjeblikket bestemmes holdbarheden og udløbsdatoen for frisk fisk i industri- og detailsammenhænge hovedsageligt ved skøn baseret på generiske holdbarhedskurver eller begrænsede data - på grund af begrænsede prøveudtagninger. Resultatet er konservative udløbsdatoer af hensyn til sikkerhed og kvalitet ved forbrug.

Der findes nøjagtige metoder til estimering af friskhed og udløb af friske fiskeprodukter, især kvalitetsindeksmetoden (QIM) - en anerkendt sensorisk evaluering af friskhed udført af uddannede bedømmere - og mikrobiel analyse, der viser produkternes mikrobielle belastning og sikkerhed. Det er dyre, tidskrævende og indgribende metoder, og det er derfor begrænset, hvor meget de anvendes i realtid i industrien.

- Skånsomme og omkostningseffektive værktøjer - som biosensorer, der er kalibreret på baggrund af standardmålinger - kan derimod give mulighed for øget prøvetagning i realtid, hvilket giver et effektivt alternativ til at bestemme udløbsdatoer og undgå unødvendigt madspild, siger Derek V. Byrne.

Afslører kvalitet og holdbarhed med biomarkører

I samarbejde med forskere fra Syddansk Universitet har den danske virksomhed AmiNIC ApS udviklet den biosensorteknologiske prototype til måling af niveauerne af biogene aminer, som produceres ved bakteriel aktivitet på aminosyrer, der findes i fødevarer.

På grund af forholdet mellem produktionen af biogene aminer og mikrobiel aktivitet, og deres påvirkning af fødevaresikkerheden, fremhæver forskningen de biogene aminer som potentielle biomarkører for fordærvelse, især for scombroidfisk - såsom tun.

Prototypen af biosensoren er specifikt udviklet til at binde cadaverin, da denne biogeniske amin er tilstede i gasform under almindelige betingelser, hvilket gør det muligt skånsomt at tage prøver fra den luft, der omgiver fødevaren.

- Vores evaluering blev udført ved at sammenligne de cadaverinniveauer, der blev målt med prototypesensoren med den friskhed og udløbsdato, der blev bestemt med validerede metoder, altså QIM og mikrobiel analyse, for den samme tunfilet, siger Derek V. Byrne.

Efterligner et industri- og detailscenario

Da produktionen af cadaverin ikke alene kan variere på tværs af fiskearter, men også inden for samme art afhængig af forholdene i forsyningskæden (for eksempel forarbejdning, emballering, opbevaring og temperatur), blev cadaverins potentiale som biomarkør og prototypebiosensor evalueret i en meget specifik og kontrolleret kontekst, som efterligner importen af ​​vakuumpakket gulfinnet tunfilet til danske sushirestauranter (sashimi).

Efter fangst og forarbejdning blev de skindfrie tunfileter vakuumpakket og importeret til en dansk kommerciel distributør, som leverede dem til Institut for Fødevarer, hvor de blev skåret ud i bøffer. Under transport, opbevaring og håndtering blev fileterne og bøfferne opbevaret i kølige temperaturer (mellem 0 og 2 °C), svarende til de realistiske forhold i forsyningskæden.

Variationen i emballage, som begyndte med vakuumpakket tunfilet og endte med bøffer opbevaret i begrænset iltatmosfære (1-2 °C), blev bestemt i dialog med sushirestauranter for at efterligne de realistiske forhold i detailledet.

Sammenligning af ny teknologi med eksisterende metoder

Ud over biosensormålingerne blev cadaverinniveauerne i tunbøf opbevaret på køl valideret ved metoden væskechromatografi-massespektrometri (LC-MS/MS), der giver et meget præcist mål for vævskoncentrationen.

Post.doc Niki Alexi fra Institut for Fødevarer var ansvarlig for at designe de eksperimentelle forsøg, der blev gennemført på tværs af de forskellige institutter:

- Vi har bestemt friskheden og udløbsdatoen for tunbøffer, der gennemgår køleopbevaring, ved hjælp af de validerede sensoriske QIM- og mikrobielle metoder. Derefter har vi sammenlignet biosensorresultaterne for tun opbevaret under de samme betingelser med de validerede LC-MS/MS-koncentrationer – for til sidst at sammenligne sensorresultaterne med QIM og mikrobielle belastninger målt under holdbarhedseksperimentet.

- Resultaterne af denne tretrins-validering indikerer, at biosensoren muliggør en estimering af friskhed og udløb, der er sammenlignelig med andre metoder såsom LC-MS/MS-bestemmelse af cadaverin, QIM og bestemmelse af mikrobiologiske optællinger - og dette kan være gode nyheder i forhold til at reducere spild i fiskeforsyningskæderne.

Da der blandt andet er variation mellem fiskearter, opbevaringstemperaturer i detailledet og emballering, som kan påvirke dannelsen af cadaverin, er der behov for flere undersøgelser for at validere brugen af cadaverinsensoren til andre fiskearter og forsyningskædesammenhænge.

- Den eksisterende forskning i cadaverinproduktion for andre fiskearter under forskellige opbevaringsforhold giver dog lovende indikationer for potentialet af cadaverinbiosensoren som et samlet værktøj til friskhedsvurdering og bestemmelse af udløbsdatoer for friske fiskeprodukter, der skal opbevares, konkluderer Niki Alexi.

Supplerende oplysninger
Vi bestræber os på, at alle vores artikler lever op til Danske Universiteters principper for god forskningskommunikation. På den baggrund er artiklen suppleret med følgende oplysninger:

Studietype

Evalueringsstudie

Finansiering

Bevillinger fra Automationsboost (RFD-15-0018) ogDanish Food Innovation (8101-00010B)

Samarbejdspartnere

Institut for Fødevarer, Aarhus Universitet
AmiNIC ApS 
Teknologisk Institut
SDU NanoSYD
Fraunhofer 
Institut for Veterinær- og Husdyrvidenskab, Københavns Universitet
 

Læs mere

Læs mere i den videnskabelige artikel: Alexi, N., Hvam, J., Lund, B. W., Nsubuga, L., de Oliveira Hansen, R. M., Thamsborg, K., ... & Leisner, J. J. (2021). Potential of novel cadaverine biosensor technology to predict shelf life of chilled yellowfin tuna (Thunnus albacares). Food Control, 119, 107458.

Du kan også se indslaget fra TV2 Fyn: Robotnæse forhindrer madspild - på dette link

Kontakt

Niki Alexi, Postdoc på Institut for Fødevarer, niki.alexi@food.au.dk, telefon: +45 61672986
Derek Byrne, Professor på institut for Fødevarer, derekv.byrne@food.au.dk,  telefon: +45 87158394