EN / DA
Miljø og bæredygtighed

Teknologi fra fysiklaboratoriet kan gøre yoghurten mere lækker

Forskere har benyttet avanceret laserteknologi til at analysere viskositeten af mejeriprodukter. Teknologien kan gøre det lettere for madforskere og fødevareindustrien at analysere sig frem til de egenskaber i blandt andet mejeriprodukter, som både holder længst og bedst fastholder forbrugerens interesse.

Fødevareindustrien er gigantisk. Hver dag bliver der produceret for milliarder og atter milliarder af kroner mad til at brødføde verdens befolkning. Der bliver desværre også smidt rigtig meget mad ud, og inden for mejeriprodukter bliver yoghurt, mælk, ymer og cremefraiche ofte kylet i skraldespanden, alene fordi teksturen har ændret sig fra udgangspunktet.

I en verden, hvor bæredygtighed kræver mere og mere hensyn, kæmper fødevareforskere og industrielle spillere om at finde frem til de egenskaber i blandt andet mejeriprodukter, som gør, at de ikke mister den tekstur, som kunden foretrækker, og derfor bliver kylet ud.

Cremefraichen, ymeren eller yoghurten skal med andre ord helst hele tiden være lige så tyktflydende, cremet og fast i det, som vi bedst kan lide det.

Nu har forskere fra Københavns Universitet vist, at en laserteknologi, der oprindeligt stammer fra fysiklaboratoriet og er udviklet til rumforskning, kan benyttes til helt enkelt at måle viskositeten i et mejeriprodukt.

”Vores forslag går ud på at benytte dynamiske laserspredningsmønstre (dynamic laser speckle patterns, red.) til at analysere viskositeten i mejeriprodukter under udviklingen af fødevarer. Det gør, at man kan holde dem sterile og forseglede under hele processen, hvilket man ikke kan i dag,” fortæller førsteforfatteren bag det nye studie, postdoc Dmitry Postnov fra Institut for Biomedicin ved Københavns Universitet.

Det nye studie er for nylig offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift PLOS One.

Nuværende teknologier til at måle viskositet er mangelfulde

De fleste af de nuværende metoder til at måle viskositeten i et glas mælk eller en ymer kræver direkte kontakt med fødevaren.

Problemet i den sammenhæng er, at når man skal have kontakt med fødevaren, kan man ikke forsegle den og holde den steril, og det leder til flere forskellige komplikationer i forhold til analyserne, der derfor kræver mere tid og flere prøver at få et ordentligt svar ud af.

Blandt andet kan man ikke måle, hvordan teksturen af et mejeriprodukt ændrer sig over eksempelvis en uge under virkelighedstro betingelser, hvis forskerne hele tiden skal have mejeriproduktet inde i sine instrumenter.

Derfor foreslår Dmitry Postnov, at man i stedet for de nuværende teknologier benytter korrelationen mellem viskositet og dynamiske laserspredningsmønstre.

”Laserspredningsfænomenet er velkendt inden for fysikken. Det blev først observeret inden for astrofysikken, men har sidenhen spredt sig til blandt andet at spille en stor rolle inden for biomedicin og optisk billeddannelse som eksempelvis laser Doppler flowmetry og speckle contrast imaging. I vores forsøg har vi vist, at man kan analysere viskositeten i en væske gennem en glasrude uden at kompromittere steriliteten af produktet. Det vil gøre det muligt at studere, hvordan viskositeten ændrer sig over tid i virkelighedstro situationer,” siger Dmitry Postnov.

Sådan fungerer laserspredningsmønstre

Laserspredningsmønstre er resultatet af partiklers interferens med laserlys.

I eksempelvis mælk vil fedtpartikler og proteiner sprede indkommende lys og skabe et spredningsmønster, som forskere kan opfange med deres instrumenter.

Når spredningsmønstret ændrer sig, er det et udtryk for, at partiklerne bevæger sig, og partiklernes bevægelse kan forskerne benytte til at sige noget om, hvor viskøs væsken er.

”Det er simpel fysik. Hvis ingen ekstern kraft påføres, vil fedtpartiklerne og proteinerne alligevel bevæge sig ind og ud mellem hinanden på grund af brownske bevægelser. Hastigheden på disse bevægelser fortæller, hvor viskøs væsken er. Jo mere viskøs den er, des langsommere bevæger partiklerne sig, og det kan vi anslå,” forklarer Dmitry Postnov.

Teknologi kan let overføres til fødevareindustrien

I sin forskning har Dmitry Postnov sammen med kollegaer undersøgt, hvor præcis teknologien er i forhold til at bestemme viskositeten af mejeriprodukter.

I deres forsøg lavede forskerne mælkeprøver med varierende mængder af CREMODAN® 719, der benyttes i industrien til at øge viskositeten af et mejeriprodukt.

Efterfølgende brugte forskerne dynamiske laserspredningsmønstre til at fastslå viskositeten af mælkeprøverne, og resultatet af forsøget viste, at de kunne gøre det med meget høj præcision, hvilket validerede metoden.

”Jeg tror på, at denne teknologi kan blive brugt i fødevareindustrien. Der er nogle krav til kalibrering af instrumenterne, men ellers er de lette at bruge og kræver ingen speciel uddannelse,” siger Dmitry Postnov.

Udviklede laserteknologi til at kigge på blodgennemstrømning

Egentlig drejer Dmitry Postnovs forskning sig kun i meget lille grad om mælkeprodukter.

Hans forskning går primært ud på at udvikle laserteknologien til at studere blodgennemstrømning i blodårer, så læger bedre kan stille diagnoser eller se, om en given behandling virker på blodomløbet.

Dmitry Postnovs forskning kan deles i tre dele:

• At udvikle teknologien

• At anvende teknologien til at udføre fysiologisk og patofysiologiske forsøg med dyr

• At overføre erfaringerne fra laboratorieforsøg til klinisk anvendelse på mennesker.

”Vores forsøg har ført til signifikante forbedringer i denne teknologi, som vi vil oversætte til anvendelse på mennesker og i klinisk videnskab. Laser speckle imaging gjorde det muligt for os bland andet at studere blodgennemstrømningen i nyrerne i dyr og førte til nogle interessante opdagelser i nyrefysiologi forbundet med synkroniseret aktivitet inden i nyrerne. I samarbejde med vores kollegaer i Boston har vi også anvendt denne teknologi til at forstå de fysiologiske mekanismer i hjerneblødninger og til at finde mulig behandling for dem,” siger Dmitry Postnov.

Artiklen ”Dairy products viscosity estimated by laser speckle correlation” er udkommet i PLOS One. Dmitry Postnov modtog i 2017 støtte fra Novo Nordisk Fonden til projektet ”Optical biopsy: A new tool for early diagnostics of cardiovascular related diseases”.

Dmitry Postnov
Postdoc, International Researcher
Blood flow imaging is an essential part of modern biomedical research, particularly in vascular and neurovascular physiology. Various imaging modalities are used, such as ultrasound, MRI, laser Doppler flowmetry, optical coherence tomography and laser speckle contrast imaging (LSCI). The latter three belong to the laser speckle based modalities and are leading technologies for contrast agent-free imaging of the microcirculation. After a brief introduction to the general laser speckle theory, this overview will focus on LSCI, as the most extensively used tool for rapid wide-field flow characterization. We will address its technological aspects: signal to noise ratio, spatial and temporal resolution, the relation of contrast to speed; and physiological applications: vasomotion, cardiac pulsatility in the microcirculation and renal blood flow synchronization studies. As the conclusion, we will discuss the cutting edge developments in the speckle analysis and capability of LSCI to become a quantitative tool.