Screening e controllo qualità dell'olio di palma con spettroscopia NIR
2 ott 2023
Prodotto
Condividi l'articolo
L'olio di palma è un olio commestibile ottenuto dal frutto della palma da olio (Elaeis guineensis). Le palme da olio crescono solo nelle regioni tropicali. Sono originari dell'Africa ma furono portati nel sud-est asiatico poco più di un secolo fa. Oggi, le piantagioni di palma da olio in Indonesia e Malesia forniscono oltre l’85% dell’olio di palma utilizzato in tutto il mondo [1].
L'olio di palmisti grezzo di alta qualità e l'olio di palma rosso grezzo vengono lavorati e utilizzati in un'ampia varietà di prodotti. Lo screening e il controllo di qualità sono fondamentali per garantire il rispetto di determinate specifiche per l’uso dell’olio di palma in diversi settori. Un modo semplice per farlo è con la spettroscopia nel vicino infrarosso (NIR).
A cosa serve l'olio di palma?
L'olio di palma si trova in oltre il 50% dei beni di consumo preconfezionati: dalla pizza, ai noodles istantanei e ai dolci come il gelato, fino ai prodotti cosmetici e per la cura personale tra cui deodoranti, shampoo, dentifricio e rossetto [2]. Anche i prodotti per la pulizia come sapone e detersivo non sono esenti. Questo olio onnipresente viene utilizzato anche nell’alimentazione animale e come biocarburante in molte parti del mondo (Figura 1).
Dalla palma da olio si possono produrre due tipi di olio. L'olio di palma grezzo (o olio di palma rosso grezzo) deriva dalla spremitura della polpa, mentre l'olio di palmisti grezzo deriva dalla frantumazione del nocciolo (noto anche come nocciolo) al centro del frutto. (Figura 2).
Lavorazione dell'olio di palma: macinazione e raffinazione
La Figura 3 illustra il processo di macinazione e raffinazione dell'olio di palma. Dopo la macinazione del frutto, l'olio di palma grezzo (CPO) risultante è naturalmente di colore rosso. Ciò è dovuto al suo alto contenuto di beta-carotene. L’olio di palma rosso grezzo che è stato raffinato, sbiancato e deodorato (ad esempio, olio di palma RBD) è di colore giallo chiaro o addirittura incolore poiché non contiene più carotenoidi.
Dopo la macinazione, l'olio di palma grezzo viene frazionato. Ciò copre sia i processi di cristallizzazione che quelli di separazione in cui si ottengono frazioni solide (stearina di palma) e liquide (oleina) di CPO. Le impurità vengono rimosse da queste frazioni mediante processi di fusione e sgommatura.
L'olio viene ulteriormente raffinato. Viene filtrato e sbiancato per rimuovere profumi e colorazioni, producendo infine olio di palma RBD e acidi grassi liberi. L’olio di palma RBD può essere ulteriormente frazionato per produrre olio da cucina o utilizzarlo come ingrediente in altri prodotti.
Controllo qualità dell'olio di palma
Ci sono molte fasi durante la sua produzione in cui l'olio di palma può essere monitorato ai fini del controllo qualità (QC). La spettroscopia nel vicino infrarosso è un metodo che può essere utilizzato non solo per il controllo qualità durante la produzione di olio di palma, ma, cosa molto importante, anche per le aziende che acquistano olio di palma e devono valutarne la qualità prima di utilizzarlo in altri prodotti.
L'uso della spettroscopia NIR rende il controllo qualità più efficiente ed economico, come mostrato in questo articolo. Nella parte restante viene presentata una breve panoramica della NIRS, seguita da esempi di applicazione della NIRS per l'industria dell'olio di palma. Questi illustrano come i produttori di olio di palma possono trarre vantaggio dall’implementazione del NIRS nel flusso di lavoro del controllo qualità.
Come funziona la spettroscopia NIR?
La luce e la materia interagiscono in tutti i modi. I metodi spettroscopici (ad esempio NIRS) sono tipicamente descritti dalla lunghezza d'onda o dai numeri d'onda piuttosto che dall'energia applicata. Uno spettrometro NIR (ad esempio, il Metrohm DS2500 Liquid Analyzer) misura questa interazione per generare spettri da un campione (Figura 4).
Questa tecnica analitica è piuttosto sensibile alla presenza di alcuni gruppi funzionali (ad esempio -CH, -NH, -OH e -SH) nei campioni. Pertanto, il NIRS è ideale per quantificare i parametri chimici dell'olio di palma come il contenuto di acqua (umidità), gli acidi grassi liberi (FFA), il numero di iodio (IV) e l'indice di deterioramento della candeggina (DOBI), tra gli altri. Anche l'interazione luce-materia dipende dal campione. Ciò consente la misurazione di parametri fisici e reologici (ad esempio densità e viscosità). Questa ricchezza di informazioni è contenuta in un solo spettro NIR, rendendo questo metodo adatto per una rapida analisi multiparametrica.
Modo di misura
Le modalità di misurazione NIRS dipendono dal tipo di campione. La modalità di trasmissione è più appropriata per analizzare campioni liquidi come l'olio di palma (Figura 5). In questo caso, la luce NIR viaggia attraverso il campione mentre viene assorbita. Viene quindi rilevata tutta la luce NIR non assorbita.
Vantaggi della spettroscopia NIR
È chiaro che la semplicità per quanto riguarda la misurazione del campione e la velocità sono due vantaggi principali dell'utilizzo della spettroscopia NIR per il controllo di qualità:
- Tecnica veloce: i risultati si ottengono in <1 minuto.
- Nessuna preparazione del campione: misura il campione così com'è.
- Basso costo per campione: non sono necessari reagenti per l'analisi.
- Rispetto dell'ambiente: non vengono generati rifiuti.
- Misurazione non distruttiva: i campioni possono essere riutilizzati dopo l'analisi.
- Funzionamento semplice: gli utenti inesperti ottengono immediatamente successo.
Scopri di più NIRS come tecnica secondaria nei nostri post precedenti sul blog.
Benefici della spettroscopia NIR: Part 1
Benefici della spettroscopia NIR: Part 2
Conformità ASTM di NIRS per il controllo Qualità
ASTM E1655: Pratiche standard per l'analisi quantitativa multivariata nell'infrarosso
«Queste pratiche riguardano una guida per la calibrazione multivariata degli spettrometri a infrarossi utilizzati per determinare le caratteristiche fisiche o chimiche dei materiali. Queste pratiche sono applicabili alle analisi condotte nella regione spettrale del vicino infrarosso (NIR) (da circa 780 a 2500 nm) attraverso la regione spettrale del medio infrarosso (MIR) (da circa 4000 a 400 cm-1).»
Typical applications and parameters for NIRS analysis
Palm oil products are subjected to many standardized test methods to determine their chemical and physical properties. Laboratory testing is an indispensable part of research and development and quality control. Table 1 lists the most relevant test parameters for QC of various forms of palm oil (e.g., crude palm oil (CPO), crude palm kernel oil (CPKO), and refined, bleached, and deodorized (RBD) palm oil).
Tabella 1. Molti parametri di controllo qualità dei prodotti a base di olio di palma vengono misurati mediante tecniche di laboratorio convenzionali che richiedono reagenti chimici, tecnici esperti e preparazione dei campioni. NIRS è una tecnica alternativa adatta che può determinare tutti questi parametri in meno di un minuto.
| Parametro | Metodo Convenzionale (primario) |
|---|---|
| Umidità | TitolazioneKarl Fischer |
| Acidi grassi liberi (FFA) | Titolazione |
| Valore dello iodio (IV) | Titolazione |
| Deterioramento dell'indice di candeggina (DOBI) | Fotometria |
| Carotene | Fotometria |
NIRS: una soluzione chiavi in mano per l'analisi dell'olio di palma
Metrohm offre NIRS come soluzione chiavi in mano per l'analisi dell'olio di palma con modelli di precalibrazione pronti all'uso per la determinazione del valore di iodio (IV), umidità (acqua%) e contenuto di acidi grassi liberi (FFA) (Tabella 2) . Diverse precalibrazioni specifiche sono dedicate all'analisi di prodotti come olio di palma grezzo (CPO), olio di plamisti grezzo (CPKO), o stearina o oleina di palma grezza raffinata, sbiancata e deodorata (RBD) . Questi modelli di precalibrazione consentono l'utilizzo immediato di questa soluzione chiavi in mano senza alcuno sviluppo di metodi.
Tabella 2. Modelli di precalibrazione Metrohm NIRS disponibili per prodotti selezionati di olio di palma mostrati con intervallo di misurazione ed errore standard di convalida incrociata (SECV).
| Parametro | CPKO | CPO | RBD | |
|---|---|---|---|---|
| FFA (%) | Range | 0–4 | 2.5–6 | 0–0.25 |
| SECV | 0.11 | 0.26 | 0.03 | |
| Umidità(%) | Range | 0–0.3 | 0–0.3 | 0–0.1 |
| SECV | 0.03 | 0.05 | 0.01 | |
| IV | Range | 7–19 | 49–53 | 21–63 |
| SECV | 0.27 | 0.22 | 0.56 |
I risultati dell'analisi dell'olio di palma grezzo con il Metrohm DS2500 Liquid Analyzer sono mostrati nella Tabella 3. Tutti i componenti misurati dal NIRS mostrano robusti valori di correlazione. Inoltre, il valore dell'errore standard di convalida incrociata (SECV) è vicino all'errore standard di calibrazione (SEC) per tutti i modelli.
Tabella 3. Esempio di analisi multicomponente nell'olio di palma grezzo (CPO) mediante NIRS.
| Figures of merit | FFA | IV | Moisture content | DOBI | Carotene content |
|---|---|---|---|---|---|
| R2 | 0.835 | 0.911 | 0.638 | 0.842 | 0.677 |
| SEC | 0.266% | 184 mg/100g | 0.046% | 0.17 | 22.9 µg/g (ppm) |
| SECV | 0.270% | 210 mg/100g | 0.047% | 0.19 | 23.4 µg/g (ppm) |
Conclusioni
La spettroscopia nel vicino infrarosso è un'ottima soluzione per l'analisi di diversi parametri chiave di qualità nell'olio di palma CPO, CPKO e RBD. Un solo strumento NIRS può misurare più parametri QC in una frazione del tempo rispetto ad altre tecniche analitiche.
L'analisi dei campioni di olio di palma con metodi primari (ovvero titolazione, titolazione Karl Fischer e fotometria) può richiedere fino a 30 minuti. La determinazione convenzionale della chimica umida richiede reagenti chimici, preparazione del campione, strumenti multipli e personale di laboratorio qualificato. Al contrario, l’analisi multiparametrica dell’olio di palma con NIRS richiede meno di un minuto. È possibile una maggiore produttività del campione grazie al tempo rapido per ottenere il risultato e al fatto che non è richiesta la preparazione del campione. Ciò si traduce anche in costi inferiori per campione, non solo grazie al risparmio di tempo, ma anche perché non sono necessarie sostanze chimiche.
Riferimenti
[1] WikiCorporates. Palm Oil Industry. https://www.wikicorporates.org/wiki/Palm_Oil_Industry (accessed 2023-09-07).
[2] World Wildlife Fund. Which Everyday Products Contain Palm Oil?. Palm Oil. https://www.worldwildlife.org/pages/which-everyday-products-contain-palm-oil (accessed 2023-09-07).
Approfondimenti
Pre-calibration for crude palm oil analysis
Aumentare l'efficienza nel laboratorio di controllo qualità: come NIRS aiuta a ridurre i costi fino al 90%
Sottovalutare i processi di controllo qualità è uno dei principali fattori che portano al fallimento del prodotto interno ed esterno, che è stato segnalato causare una perdita di fatturato tra il 10 e il 30%. Di conseguenza, vengono messe in atto molte norme diverse per supportare i produttori in questo. Tuttavia, il tempo necessario per ottenere i risultati e i costi associati per le sostanze chimiche possono essere piuttosto eccessivi, portando molte aziende a implementare la spettroscopia nel vicino infrarosso nei loro processi di controllo qualità. Questo Libro Bianco illustra il potenziale del NIRS e mostra il potenziale di risparmio sui costi fino al 90%.
