تحليل الدهون في الوقت الحقيقي في معالجة لحم البقر المفروم

لماذا يكون محتوى الدهن هو المواصفة الحاكمة

يُشترى اللحم البقري المفروم ويُخلط ويُباع على أساس نسبة اللحم الهبر إلى الدهن، ولذلك يكون محتوى الدهن منظَّماً ومعلَناً ومسعَّراً في آن واحد. ففي الولايات المتحدة، تعرّف 9 CFR 319.15 اللحم البقري المقطّع واللحم البقري المفروم والهامبرغر بأنها منتجات يجب ألا تحتوي على أكثر من 30 % دهن ويجب ألا تحتوي على ماء مضاف أو فوسفات أو مواد رابطة أو مواد مالئة [1]. وتسمح قاعدة الوسم 9 CFR 317.362(f) ببيان نسبة اللحم الهبر على اللحم المفروم فقط إذا ظهرت نسبة الدهن ملاصقة لها بحروف من اللون والحجم والنوع نفسه [2]. وفي الاتحاد الأوروبي، تحدد اللائحة (EU) No 1169/2011 (الملحق VI، الجزء B) الحدود القصوى لمحتوى الدهن لتسمية “اللحم المفروم”، تُفحص على متوسط يومي: 7 % للحم المفروم الهبر، و20 % للحم البقري المفروم الخالص، و30 % للحم المفروم المحتوي على لحم الخنزير، و25 % للأنواع الأخرى، وتشترط عبارة “نسبة محتوى الدهن أقل من …” على الملصق [3]. وللمصنّع في الصناعة الغذائية مهمة ذات وجهين: ألا يتجاوز مستوى الدهن المعلن أبداً، وألا يهدر اللحم الهبر أبداً بالنزول دون ذلك المستوى أكثر مما يلزم.

الطرائق المرجعية ولماذا هي بطيئة

الطرائق المرجعية لتركيب اللحم إجراءات كيميائية رطبة كلاسيكية. تحدد ISO 1443 الدهن الكلي بالحلمهة الحمضية للعينة لتحرير الدهن المرتبط، يليها استخلاص بالمذيب [4]. وتحدد ISO 1442:2023 الرطوبة بالتجفيف المباشر، أو بالتقطير للمنتجات التي تحتوي على كثير من المواد الطيارة غير الماء [5]. وتحدد ISO 937:2023 النيتروجين بمبدأ كلداهل، ويُحسب منه البروتين الخام [6]. ويستغرق كل منها ساعات من الهضم أو الاستخلاص أو التجفيف، فتشير النتيجة إلى دفعة غادرت الخلاط أو المفرمة بالفعل. ووجد Prieto وآخرون أن NIR مناسبة جيداً للتنبؤ بالتركيب الكيميائي للحم لكنها أضعف في الصفات التكنولوجية والحسية، ويعزون النتائج الأضعف إلى عدم تجانس العينات وتحضيرها، وانخفاض دقة الطرائق المرجعية، وذاتية لجان التذوق [7].

ما تورده الدراسات على الخط

للقياس المستمر للحم البقري المفروم عند نقطة الإنتاج سجل محكَّم يعود إلى ثلاثة عقود، معظمه من المجموعة النرويجية حول Isaksson وTøgersen وHildrum. ركّب Isaksson وآخرون جهاز NIR للانعكاس المنتشر مباشرة عند مخرج مفرمة لحم، وحصلوا لعينات تغطي 6.2–21.7 % دهناً و59.6–72.9 % رطوبة و18.1–20.7 % بروتيناً على أخطاء تحقق متقاطع (RMSECV) قدرها 0.73–1.50 % للدهن و0.75–1.33 % للرطوبة و0.23–0.32 % للبروتين بحسب صفيحة المفرمة؛ وأعطت أصغر أقطار الثقوب أدنى الأخطاء، وعُدّت النتائج مقبولة لصفائح 4 و8 و13 mm [8]. واتبع Tøgersen وآخرون النهج نفسه على دفعات بمقياس صناعي من لحم البقر والخنزير مفرومة عبر صفيحة 13 mm (7–26 % دهن، 58–75 % ماء، 15–21 % بروتين) وأوردوا أخطاء تنبؤ قدرها 0.82–1.49 % للدهن و0.94–1.33 % للماء و0.35–0.70 % للبروتين؛ واعتُمدت الطريقة للاستخدام الروتيني في مصنع لحوم نرويجي بدلاً من التوحيد اليدوي [9].

وعالجت دراسات لاحقة الحالات الصعبة. فللحم البقري نصف المجمد، استخدم Tøgersen وآخرون جهاز مرشحات غير تلامسي عند مخرج المفرمة، باختيار مرشحات أقل حساسية ما يمكن لتبلور الماء، وقدّروا كل دفعة من متوسط قراءاتها؛ وعلى 55 دفعة من 400–800 kg كانت RMSECV تساوي 0.48–1.11 % للدهن و0.43–0.97 % للرطوبة و0.41–0.47 % للبروتين [10]. وعلى سير ناقل، راقب Hildrum وآخرون 60 دفعة من لحم البقر المفروم خشناً بجهاز بمصفوفة ديودات في ظروف صناعية؛ وبعد إزالة إشارة السير نفسه كانت أخطاء التنبؤ بالتحقق المتقاطع 1.6–2.4 % للدهن والماء و0.5–0.8 % للبروتين، وكانت الأفضل مجدداً عند أصغر حجم فرم [11]. وقاس Anderson وWalker تياراً مستمراً مقولباً من لحم البقر المفروم بمطياف مصفوفة ديودات في المدى المرئي/NIR وحصلا على خطأ معياري للتنبؤ قدره 2.15–2.28 % دهناً في قياسات التحقق المفردة لكن 0.70–1.05 % دهناً عندما جُمعت التنبؤات على كتل كاملة [12]. ويورد Wold وآخرون الأثر نفسه لماسح تصوير NIR على قصاصات لحم البقر: تُنبئ بالقصاصات المفردة بقيمة RMSEP قدرها 8.7 %، وبالتيارات المكوِّنة لدفعات من 10–24 kg بقيمة 1.33 %، وأشارت المحاكاة إلى نحو 0.6 % لدفعات 100 kg [13].

تصميم نقطة القياس

تقدم الأدبيات ثلاث قواعد عملية لوضع محلل على الخط في خط لحم بقري مفروم:

• أبلغ عن متوسطات الدفعات لا الأطياف المفردة. اللحم المفروم غير متجانس على مقياس بقعة القياس، وقد بلغت الدراسات على الخط دقة صالحة للاستخدام بحساب متوسط القراءات على دفعة أو كتلة [10][12][13]. وقرار التحكم — إضافة قصاصات هبر أو دهن إلى الخلاط — ينتمي إلى متوسط الدفعة.
• قِس بعد أنعم فرم متاح. أعطى اللحم المفروم عبر أصغر ثقوب الصفيحة أدنى الأخطاء عند مخرج المفرمة وعلى السير على حد سواء [8][11]؛ وكلما كان المنتج أخشن، لزم حساب متوسط مادة أكثر للخطأ نفسه.
• أبقِ مجموعة العينات تحت السيطرة. يغيّر اللحم نصف المجمد الطيف بتكوّن الجليد ويحتاج إلى اختيار أطوال موجية أو معايرة خاصة به [10]؛ ويجب إزالة خلفية السير من قياسات الناقل [11]؛ ولأن النموذج يرث خطأ الطريقة المرجعية، ينبغي تنفيذ إجراءات ISO للدهن والرطوبة والنيتروجين [4][5][6] في ظروف موثقة على العينات المرجعية.

تحويل تقدير الدهن والرطوبة الجاري إلى حلقة توحيد الهبر/الدهن يعني تعديل نسب المواد الخام الهبر والدهنية قبل تفريغ الدفعة، وهكذا استخدمه المصنع النرويجي في دراسة عام 1999 [9]. وتبقى القيمة المعلنة على الملصق شأناً للطريقة المرجعية واللائحة؛ ونتيجة NIR على الخط تكمّل ذلك التحليل بدلاً من أن تحل محله [1][3].

كيف تتعامل USTECH مع ذلك

للحم المفروم على الناقلات وعند مخارج الخلاطات أو المفارم، تقدم USTECH ProLine17EC، وهو محلل NIR داخل الخط متين بحماية IP65 ومصفوفة InGaAs وغلاف من الفولاذ المقاوم للصدأ ونافذة من الياقوت، وProLine17ECS للقياس عالي السرعة على المنتجات سريعة الحركة. وتوفر حزمة caliX أدوات انحدار PLS والمعالجة المسبقة المستخدمة في الدراسات أعلاه، ويمرر ProChem القيم المتوسطة للدفعات إلى نظام PLC أو SCADA الذي يتحكم في جرعات الهبر والدهن. أما فترة حساب المتوسط وحجم الفرم ومجموعة المعايرة التي تعطي الدقة التي تحتاجها مواصفة هبر/دهن معينة، فتُحدَّد في دراسة جدوى بعينات اللحم والتحاليل المرجعية الخاصة بكم، لا تُفترض من الأرقام المنشورة.