Tecniche analitiche

Nuove applicazioni della spettroscopia MIR Garantire la qualità con nuovi parametri nell’analisi del latte crudo

Il documento IDF “New applications of MIR spectrometry: Quality assurance practices with new parameters in raw milk analysis” valuta le procedure a garanzia della qualità dei risultati delle misurazioni MIR nelle analisi di parametri minori e variabili nel latte crudo, in particolare degli acidi grassi, dei corpi chetonici e dello screening della chetosi.

Martina Halker

La misurazione dei componenti nel latte è necessaria per diversi scopi, tra cui il controllo qualità e il calcolo del pagamento ai produttori latte. La spet troscopia Mid InfraRed (MIR) viene applicata per la determinazione quantitativa dei principali componenti del latte come grassi, proteine o lattosio. Il principio della spettro scopia nel medio infrarosso (MIR) consiste nella misurazione della composizione del latte con uno spettrometro a infrarossi (IR) che registra la quantità di radiazione assor bita dal campione a lunghezze d’onda specifiche nella regione MIR (2500-25.000 nm). Negli ultimi due decenni, la tecnologia a in

Table 2: Participants in the IDF/ISO survey on new applications of IR spectrometry and number of laboratories having implemented new parameters. Tabella 1

North America South America Europe Africa Middle East / Asia Oceania

Total

Number of laboratories replying to the survey 6 1 89 2 6 2

106

Laboratories having implemented new parameters

n 2 0 20 0 3 2 27

% 33 0 22 0 50 100

25

Fourteen different new parameters, corresponding to 46 implementations, were mentioned. Fatty acids, ketone bodies and free fatty acids were the most frequently frarossi (IR) si è evoluta, consentendo la generazione mentioned (see Figure 1). forniscono rispettivamente le linee guida per l’appli di spettri infrarossi (FT-IR) a trasformata di Fourier più precisi. Parallelamente, anche la tecnologia in formatica è migliorata, facilitando i calcoli rapidi della matrice. Questa combinazione di fattori consente di ottenere più informazioni dagli spettri IR. Di recente, ricercatori e produttori di strumenti hanno guardato oltre alla tradizionale richiesta di determina zione quantitativa dei componenti principali del latte e hanno sviluppato ulteriori modelli di previsione che presentano nuove opportunità per il settore lattierocaseario. Gli spettri FT-IR possono essere utilizzati per misurare altri componenti caseari, come acidi grassi, minerali e parametri qualitativi. Però, le proce 6 dure di calibrazione tradizionali devono essere adattate per rispondere a modelli più complessi. Di norma viene utilizzato uno spettrometro FT-IR, appositamente costruito con modelli di calibrazione pronti all’uso forniti dai produttori di strumenti per diversi li quidi lattiero-caseari. La responsabilità per la qualità dell’equazione era sotto il controllo dei produttori di spettrometri FT-IR. Attualmente ci sono sempre più equazioni sviluppate da terze parti oltre ai produttori, come team di ricerca, laboratori di analisi dei prodot ti lattiero-caseari e così via. Nuove equazioni implicano diverse possibilità di scelta. Ai responsabili di laboratorio sta l’onere di affrontare questo problema. Le norme ISO 9622 | IDF 141 “Milk and liquid milk products - Guidelines for the application of mid-in frared spectrometry” e ISO 8196-2 | IDF 128-2 “Milk - Definition and evaluation of the overall accuracy of alternative methods of milk analysis - Part 2: Cali bration and quality control in the dairy laboratory” cazione della spettroscopia MIR per l’analisi del latte e dei prodotti liquidi a base di latte e per la calibrazione degli strumenti e le procedure di controllo della qualità per l’analisi del latte nei laboratori lat tiero-caseari. Non sempre però sono di facile applicazione, soprattutto per l’analisi di parametri minori e variabili. Il documento IDF “New applications of MIR spectrometry: Quality assurance practices with new parameters in raw milk analysis” 504/2020, pubblicato lo scorso marzo, si concentra sui con trolli richiesti con l’implementazione di nuove applicazioni quantitative e su come garantire la qualità dei risultati.

CONTROLLARE I RISULTATI DURANTE LE ANALISI DI ROUTINE

Quando una retta di calibrazione FT-IR viene implementata in un laboratorio per le analisi di routine, alcuni parametri dovrebbero essere regolarmente controllati per assicurare la qualità dei risultati su ba se permanente. Per la determinazione quantitativa dei parametri tradizionali (grassi, proteine, lattosio, urea, caseina) si può ricorrere alle norme ISO 9622 | IDF 141 e ISO 8196-2 | IDF 128-2. Questi standard comprendono procedure per la calibrazione di routi ne e il controllo di qualità nei laboratori di analisi dei prodotti lattiero-caseario. I parametri FT-IR previsti devono essere monitorati secondo un piano di controllo QA, che prevede con trolli di calibrazione, ripetibilità, riproducibilità e monitoraggio della stabilità.

Fay acids (FA) 10 Ketone bodies (Acetone/BHB) 10 Free fay acids (FFA) 8

Dry maer / Solids non fat (SNF) 4 Citrate 2 pH 2 Titratable acidity 2 Coagulaon ability Caseins 2 1 46 NEW APPLICATIONS OF MIR SPECTROMETRY: QUALITY ASSURANCE PRACTICES WITH NEW PARAMETERS IN RAW MILK ANALYSIS Minerals 1 Lactoferrin 1 Fay acids (FA) 10 Immunoglobulin G (IgG) Ke 1 tone bodies (Acetone/BHB) 10 Methane emission of cows 1 Dry ma Free fay acids (FFA) er / Solids non fat (SNF) 4 8 Non-targeted calibraons 1 Citrate 2 pH 2 0 2 4 6 8 10 12 Titratable acidity 2 Coagulaon ability Caseins number of labs 2 1 46 Minerals 1 Figura 1 Figure 1: New parameters implemented with MIR calibrations. Lactoferrin Immunoglobulin G (IgG) 1 1 Methane emission of cows 1

The 27 laboratories applying IR spectrometry calibrations for new parameters were asked Non-targeted calibraons 1 how they managed quality assurance on such analyses. 0 2 4 6 8 10 12 Tuttavia, l’approccio tradizionale potrebbe re nell’analisi degli acidi grassi, dei corpi chemetodo di “riferimento”, preferibilmente number of labs non essere facilmente applicabile in alcune si tonici e dello screening della chetosi. uno standard internazionale (ad esempio, Figure 1: New parameters implemented with MIR calibrations. tuazioni con le calibrazioni meno Ai laboratori che applicano calibrazioni di per acidi grassi, acidi grassi liberi, sostanza In 26 cases out of 46 the new parameter was calibrated against a “reference” method. consolidate. spettrometria IR per nuovi parametri, è sta secca /solidi non grassi, pH). Tuttavia, il Figure 2 shows which type of method was used as the reference method. In one case the The 27 laboratories applying IR spectrometry calibrations for new parameters were asked how they managed quality assurance on such analyses. Al fine di raccogliere le migliori pratiche di to chiesto come hanno gestito il controllo di metodo di riferimento potrebbe anche es laboratory did not specify which method was used. The reference method adopted is controllo qualità con i nuovi parametri, l’IDF qualità su tali analisi. In 26 casi su 46 il nuo sere uno standard nazionale o un metodo preferably an international standard (e. g., for fatty acids, free fatty acids, dry matter/ In 26 cases out of 46 the new parameter was calibrated against a “reference” method. Figure 2 shows which type of method was used as the reference method. In one case the nel 2014 ha condotto un sondaggio, che ha vo parametro è stato calibrato rispetto a un interno, soprattutto quando non esiste uno solids not fat, pH). However, the anchor method could also be a national standard or an laboratory did not specify which method was used. The reference method adopted is coinvolto 106 laboratori provenienti da 40 pa in-house method, especially when no international standard exists (e.g., ketone bodies). preferably an international standard (e. g., for fatty acids, free fatty acids, dry matter/ esi (Tabella 1). Da questo, è emerso che in gesolids not fat, pH). However, the anchor method could also be a national standard or an nere i laboratori non applicano le procedure standard ISO 9622 | IDF 141 e ISO 8196-2 | 6 in-house method in-house method, especially when no international standard exists (e.g., ketone bodies). 6 in-house method IDF 128-2 sui nuovi parametri, principalmente perché mancano i materiali di riferimento, i 5 5 naonal standard naonal standard campioni pilota e i test di competenza. Il sondaggio ha messo in evidenza quali nuo vi parametri erano utilizzati e come il loro uso è stato regolamentato e valutato. Tra i 106 la boratori, il 25% ha dichiarato di utilizzare una o più “nuove calibrazioni MIR”, ovvero cali 4 3 2 number of labs number of labs 4 3 2 1 internaonal standard (ISO/IDF/AOAC) internaonal sta (ISO/IDF/AOAC) ndard brazioni per parametri diversi dal grasso, proteine, lattosio, urea, punto di congelamento e caseina (Figura 1). L’IDF ha esaminato tre 1 0 Fay acids Ketone bodies Free fay acids Dry ma er / SNF Citrate pH Titr atable acidity IgC esempi su come può essere eseguita la ge stione di QA con nuovi parametri, in particola0 Fay acids Ketone bodies Free fay acids Dry ma er / SNF Figura 2 Citrate pH Titr atable acidity IgC Figure 2: Use and type of reference method for calibration.

In 31 cases out of 46, a QA control programme for the new parameter was implemented. Laboratories might apply several kinds of assessments. QA control plans typically consist TECNICHE ANALITICHE of checking slope/intercept and using regular pilot samples. In some laboratories, repeatability and intra-laboratory reproducibility are also evaluated.

number of labs 6

5

4

3

2

1 slope/intercept pilot checks repeatability intra-laboratory reproducibility

0 Fay acids (n=7) Ketone bodies (n=5) FFA (n=4) Dry maer / SNF (n=4) Citrate (n=1) pH (n=2) Titratable acidity (n=1) Coagulaon ability (n=2 )

Figura 3 Figure 3: QA elements applied on new parameters. IgC (n=1)

In 13 cases, laboratories are participating in proficiency tests (PTs); these cover half of the 14 new parameters. PTs are typically organized at a local level, and less commonly standard internazionale (ad es. corpi chetopoter avere disponibili nuovi dati anche stori ne di molti nuovi parametri correlati al latte at an international level (free fatty acids, dry matter/solids nonfat, pH are exceptions). nici) (Figura 2). ci, utilizzando le equazioni di stima sviluppate crudo, che possono essere determinati When local, PTs are not always organized by an independent laboratory (see Figure 4). In 31 casi su 46, è stato implementato un pro per i nuovi caratteri. contemporaneamente, come ad esempio Frequency of proficiency testing differs, from once per week to once per year. gramma di controllo QA per il nuovo paramegli acidi grassi, i corpi chetonici e lo scree tro. In alcuni laboratori, sono state anche vaning della chetosi cercando di definire le lutate la ripetibilità e la riproducibilità intra-la8 PIANI DI CONTROLLO DELLA pratiche da adottare per il QA. boratorio (Figura 3). In 13 casi, i laboratori parQUALITÀ È essenziale disporre di solidi valori asse tecipano ai Proficiency testing o prove valutaIn conclusione, il sondaggio IDF ha evidengnati per i materiali di riferimento. La ripetitive (PT) che riguardano circa metà dei 14 ziato la necessità di elementi di controllo bilità ha un forte impatto e può differire da nuovi parametri. Nel caso in cui i PT per i nuo qualità (materiali di riferimento, campioni pi uno strumento all’altro. L’IDF consiglia l’a vi parametri non siano stati identificati e la fatlota, test di competenza) che consentano nalisi del QA in triplicato anziché in duplicatibilità non testata, non vengono utilizzati nel l’applicazione di procedure standard per il to. In caso di deviazione da uno degli indiprogramma di controllo qualità di laboratorio. QA. Inoltre, quando vengono utilizzati gli ele catori, è importante un’attenta consideraLa messa a punto di equazioni di previsione a menti QA, è necessario implementare linee zione di una risposta appropriata. I paramepartire dagli spettri delle analisi all’infrarosso guida su limiti e criteri decisionali adeguati. tri minori sono molto sensibili e quindi, il lodel latte è stata studiata dal progetto europeo Un piano di controllo della qualità dovrebbe ro controllo completo potrebbe essere Optimir. In particolare sono state messe a essere considerato anche in termini di con antieconomico. punto le equazioni di previsione del contenu seguenze e convenienza. L’attuazione del In futuro, occorrerà lavorare per armonizzare to di Calcio, Fosforo, Sodio, Potassio e Maprogramma di controllo di qualità dipende queste soluzioni e fornire ulteriori indicazioni gnesio, dei singoli acidi grassi, di BHB, Acerà anche dalla sua efficacia in termini di coa supporto dei laboratori nei loro sforzi tesi al tone e citrato, emissioni di metano, indicatori sti e di interesse dei clienti per il livello di controllo qualità con questi nuovi parametri. di rischio per la chetosi subclinica sulla base qualità dei nuovi parametri. Parte del lavoro consisterà nello sviluppare del livello di BHB e acetone nel latte. Costrui Il pieno sfruttamento dello spettro FT-IR po una guida per approcci e procedure di QA re una base dati degli spettri è importante per trebbe essere utilizzato per la determinaziocon metodi di misurazione indiretta.