【コラム】食の安全と品質を守るラマン分光法
2021/02/22
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私たちの多くは、この1年、いつも以上に多くの時間をキッチンで過ごし、さまざまな成功度合いで料理の腕を(再)発見してきました。在宅勤務やオンライン授業、そしてバーやレストランの相次ぐ閉鎖により、普段の社会的な生活様式が制限されたこの1年(そして今も続く)の間、私たちの食料棚はいっぱいのまま、コンロも点けっぱなしでした。
自宅での料理には、さまざまな形があります。「シェフ・マイク」(つまり電子レンジ)に食事の準備を任せる人もいれば、ありふれた材料を高級料理に変える人もいます。しかしながら、おいしく栄養のある食事の鍵は、新鮮で高品質な材料にあるということには、おそらくほとんどの人が同意するでしょう。
今日のメニューは何でしょうか?朝食はトーストと搾りたてのオレンジジュース、昼食はトマトとチーズのキッシュ、そして夕食は野菜炒めに美味しいワインを一杯、といったところでしょうか。もうお腹が空いてきましたか?
食べ物の話ばかりしていますが、キッチンで使っている材料が最高品質であることを、どうすれば確かめられるのでしょうか?食料品店やブランド、あるいは地元市場の生産者を信頼している方も多いと思いますが、さまざまな食品の品質パラメータがどのように測定されているか、ご存知でしょうか?
迅速かつ非破壊的で特異性の高い食品品質試験を提供する技術の一つが、ラマン分光法です。果物や野菜の熟度の決定、香辛料や乳製品の混和の有無、あるいは禁止農薬による食品汚染の検出など、ラマン分光法は食品品質分析の最先端に位置しています。
ラマン分光法についての知識をおさらいしたい方は、MIRAに関する過去のブログ記事(この技術についての歴史も含まれています)をご覧ください。
食品や飲料中の微量混和物の分析について詳しく知りたい方は、SERS(表面増強ラマン散乱)による測定についてのブログ記事をお読みください。
ラマン分光法とSERSの違いについて混乱していませんか?あなただけではありません!この2つの技術についてのブログ記事で、それぞれの利点をご確認ください。
ここでは、Metrohm GroupのB&W Tek社およびMetrohm Ramanのラマン分光法とポータブル装置を用いて食品の品質課題に取り組んだ、科学界による査読付き論文の一部をご紹介します。どうぞお召し上がりください!ボナペティ!
前菜
まずは、パリッとしたブレッドスティックをつまみながら、お連れの方と赤ワインを一本分かち合いたくなるかもしれません。赤ワインは赤系統のブドウ品種から作られており、その色は、皮が糖分を含む果汁に浸る圧搾の過程で付与されます。ブドウの皮由来のフェノール化合物は人間の健康に有益な場合があり、ラマン分光法によって決定することができます[1]。
飲料中でラマン分光法によって測定できるのは有益な化合物だけでなく、有害な混入物も同様です。ワイン中の殺菌剤も、SERSによって検出することができます。
詳しく知りたい方は、無料のアプリケーションノートをご覧ください。
アルコール飲料中のメタノールを、サンプル前処理なしで、しかもボトルのまま迅速に定量する方法については、以下の動画をご覧ください!
外出先での軽食や、料理をする気分になれない時に市販の包装食品をつまむことは、誰もが経験することです。これらの食品の多くでは、特に長期保存を前提としたものほど、水分量が最小限に抑えられています。一定レベルを超える水分含有量は有害な細菌の繁殖を可能にするため、これは包装食品を口にする前に必ず賞味期限を確認すべき主な理由の一つです。汚染された食品を食べると、重篤な病気や場合によっては死に至ることもあります。こうした低水分食品(LMF)がこれらの細菌を有害なレベルで含んでいるかどうかは、SERSによって判定することが可能です[2]。
これら2つのアプリケーションには、他にどのような共通点があるでしょうか?いずれも、B&W Tek社製のポータブルi-Raman Plus装置を使用しています。詳しくは、以下より無料のアプリケーションノートをご覧ください。
メイン
その日の気分次第で、どんな料理も可能です。今日のメニューには、トマトや野菜、香辛料、もしかしたらお肉(食べる方であれば)、そしてでんぷん質の食材があり、ほとんどどんな料理にも変身させることができます。
新鮮な食材が最も熟した状態にあるかどうかを判断することは、単に色の変化だけでは済まない、意外と難しいプロセスです。果物や野菜の熟度は、その抗酸化物質含有量だけでなく、栄養素や他の有益な化合物の含有量も示しています。熟成プロセスのモニタリングは、B&W Tek i-Raman Proのようなポータブルラマン分光法によって可能です[3]。
私たちの中には、料理に少し辛みが欲しいという人もいるでしょう。残念なことに、チリパウダー(カイエンペッパーとも呼ばれる)のような香辛料の混和はよくあることであり、これは人間の健康を犠牲にしてより多くの利益を得るために、安価で有害な着色剤が添加されるためです。こうした合成染料は、SERSにより微量レベルであっても容易に検出することができます[4]。
SERSによるカイエンペッパー中の微量ローダミンBの検出について詳しくは、以下より無料のアプリケーションノートをご覧ください。
一部のチーズは、ほんのひとつまみに見えるものに対して、高い価格が付けられています。その一例が、パルミジャーノ・レッジャーノであり、これは原産地呼称保護(PDO)品質マークを持つイタリアのチーズで、複数の製造規則に準拠して作られています。こうしたチーズは偽造の対象となりますが、幸いにも、ハンドヘルドラマン分光法を用いれば、サンプルを損傷させることなく現場で容易に判定することができます[5]。
肉の価格は、同じ動物由来、同じ部位(カット)、同じ量であっても、さまざまな理由により変動します。その中には、肉の産地や、どのように生産されたか(例:有機か工場畜産か)といった要因も含まれます。プレミアム肉製品とそれより品質の低い製品との違いを判定することは、Metrohm Raman製MIRAのようなハンドヘルドラマンシステムにより可能です[6]。こうした違いだけでなく、生産プロセス中の肉の鮮度も、B&W Tek製i-Raman Plusのようなポータブルラマン装置によって測定することができます[7]。
低い発煙点を持つ低品質な調理油を高温で使用すると、調理中に生成される有害な副生成物を摂取することになりかねません。古い油は経時劣化の結果として抗酸化物質含有量が低くなっており、抗酸化特性が失われると酸敗する可能性があります。こうした理由から、抗酸化物質を豊富に含む高品質な食用油はより高い価値を持ちますが、同時により安価な原料による混和の対象にもなりやすくなります。ラマン分光法によって、食用油の純度を決定できるだけでなく[8]、さまざまな種類の油の熱安定性も決定することが可能です[9]。
ラマン分光法による食用油の分析について詳しくは、以下より無料のアプリケーションノートおよびホワイトペーパーをご覧ください!
デザート
夕食が終わったら、お茶のような温かい飲み物で口をさっぱりさせるのも良いでしょう。信頼できるオーガニックラベルの商品を購入する以外に、そのお茶に禁止農薬が含まれていないことをどうやって確かめられるでしょうか? SERSにより、茶葉中のこうした物質を迅速に識別することができます[10]。
除草剤などの茶葉中の違法化合物の検出について詳しくは、以下より無料のアプリケーションノートをご覧ください。
お茶に加えたり、デザートにかけたりするはちみつにも、不正が行われる可能性があります。花の種類やはちみつの産地によって、同じ量でも価格は大きく異なります。一部のはちみつ(例:マヌカハニー)は特定の健康効果を謳っており、そのため、安価な甘味料(例:高フルクトースコーンシロップ)を使用した低品質な製品が偽ってそのように表示され、何も知らない消費者に高値で販売されることもあります。ラマン分光法により、はちみつの混和を検出できるだけでなく[11]、その植物起源を特定することも可能です[12]。
メラミンについて、そしてSERSによる測定方法について詳しく知りたい方は、以下より無料のアプリケーションノートをご覧ください。
コーヒー中のアルカロイドであるトリゴネリン(焙煎が濃くなるほど濃度が減少する)の迅速な検出について詳しくは、以下よりアプリケーションノートをご覧ください。
果物や野菜の熟度は、献立を考える際に重要な情報であるだけでなく、食品輸送においても重要です。傷みやすい果物や野菜は、目的地に最高の状態で到着するよう、未熟な状態で出荷されることがよくあります。柑橘類の鮮度は、カロテノイド含有量を測定することで、ポータブルラマン装置により決定することができます[15]。
鮮度に加え、SERSを用いれば、農薬、殺菌剤、除草剤、その他の有害物質が果物に散布されたかどうかを検出することも可能です[16]。
MISAを用いたさまざまな果物中のこうした物質の決定について、以下よりアプリケーションノートをご覧ください。
まとめ
複数の食品品質パラメータを、ボトルを開けたりサンプルを破壊したりする必要なく、ラマン分光法によって迅速かつ簡便に測定することができます。ポータブルおよびハンドヘルド装置により、ほぼどこでも簡単に測定を行うことが可能です。
参考資料
[1] Dranca, F.; Oroian, M. Kinetic Improvement of Bioactive Compounds Extraction from Red Grape (Vitis vinifera Moldova) Pomace by Ultrasonic Treatment. Foods 2019, 8, 353. doi:10.3390/foods8080353
[2] Pan, C.; Zhu, B.; Yu, C. A Dual Immunological Raman-Enabled Crosschecking Test (DIRECT) for Detection of Bacteria in Low Moisture Food. Biosensors 2020, 10, 200. doi:10.3390/bios10120200
[3] Trebolazabala, J.; Maguregui, M.; Morillas, H.; et al. Portable Raman spectroscopy for an in-situ monitoring the ripening of tomato (Solanum lycopersicum) fruits. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 2017, 180, 138–143. doi:10.1016/j.saa.2017.03.024
[4] Lin, S.; Hasi, W.-L.-J.; Lin, X.; et al. Rapid and sensitive SERS method for determination of Rhodamine B in chili powder with paper-based substrates. Analytical Methods 2015, 7, 5289–5294. doi:10.1039/c5ay00028a
[5] Li Vigni, M.; Durante, C.; Michelini, S.; et al. Preliminary Assessment of Parmigiano Reggiano Authenticity by Handheld Raman Spectroscopy. Foods 2020, 9(11), 1563. doi:10.3390/foods9111563
[6] Logan, B.; Hopkins, D.; Schmidtke, L.; et al. Authenticating common Australian beef production systems using Raman spectroscopy. Food Control 2021, 121, 107652. doi:10.1016/j.foodcont.2020.107652
[7] Santos, C; Zhao, J.; Dong, X.; et al. Predicting aged pork quality using a portable Raman device. Meat Science 2018, 145, 79–85. doi:10.1016/j.meatsci.2018.05.021
[8] Liu, Z.; Yu, S.; Xu, S.; et al. Ultrasensitive Detection of Capsaicin in Oil for Fast Identification of Illegal Cooking Oil by SERRS. ACS Omega 2017, 2, 8401–8406. doi:10.1021/acsomega.7b01457
[9] Alvarenga, B.; Xavier, F.; Soares, F.; et al. Thermal Stability Assessment of Vegetable Oils by Raman Spectroscopy and Chemometrics. Food Analytical Methods 2018, 11, 1969–1976. doi:10.1007/s12161-018-1160-y
[10] Yao, C.; Cheng, F.; Wang, C.; et al. Separation, identification and fast determination of organophosphate pesticide methidathion in tea leaves by thin layer chromatography–surface-enhanced Raman scattering. Analytical Methods 2013, 5, 5560. doi:10.1039/c3ay41152d
[11] Li, S.; Shan, Y.; Zhu, X.; et al. Detection of honey adulteration by high fructose corn syrup and maltose syrup using Raman spectroscopy. Journal of Food Composition and Analysis 2012, 28, 69–74. doi:10.1016/j.jfca.2012.07.006
[12] Oroian, M.; Ropciuc, S. Botanical authentication of honeys based on Raman spectra. Journal of Food Measurement and Characterization 2017, 12, 545–554. doi:10.1007/s11694-017-9666-3
[13] Nieuwoudt, M.; Holroyd, S.; McGoverin, C.; et al. Rapid, sensitive, and reproducible screening of liquid milk for adulterants using a portable Raman spectrometer and a simple, optimized sample well. Journal of Dairy Science 2016, 99, 7821–7831. doi:10.3168/jds.2016-11100
[14] Lin, X.; Hasi, W.-L.-J.; Lou, X.-T.; et al. Rapid and simple detection of sodium thiocyanate in milk using surface-enhanced Raman spectroscopy based on silver aggregates. Journal of Raman Spectroscopy 2014, 45, 162–167. doi:10.1002/jrs.4436
[15] Nekvapil, F.; Brezestean, I.; Barchewitz, D.; et al. Citrus fruits freshness assessment using Raman spectroscopy. Food Chemistry 2018, 242, 560–567. doi:10.1016/j.foodchem.2017.09.105
[16] Xie, J.; Li, L.; Khan, I.; et al. Flexible paper-based SERS substrate strategy for rapid detection of methyl parathion on the surface of fruit. Spectrochimica Acta Part A: Molecular and Biomolecular Spectroscopy 2020, 231, 118104. doi:10.1016/j.saa.2020.118104
