Forskere kan nu hurtigt, scan nøjagtigt for næringsstofindhold i produktionsgangen

Den første hurtige, nøjagtig, en ikke-destruktiv og bærbar måde at scanne produkter for næringsstoffer på er blevet demonstreret af et team af Texas A&M AgriLife Research-forskere. Den samme scanning kan også identificere sygdomme i levende planter, før synlige symptomer viser sig.

Resultaterne blev offentliggjort i september i kemitidsskriftet ACS Omega , i en artikel med titlen "Hurtig og ikke-invasiv typning og vurdering af næringsindholdet i majskerner ved hjælp af et håndholdt Raman-spektrometer." Holdet blev ledet af Dmitry Kurouski, Ph.D., assisterende professor i biokemi og biofysik ved Texas A&M University College of Agriculture and Life Sciences.

"Metoden kunne i sidste ende bruges til hurtigt at estimere den økonomiske værdi af korn i en mark eller kornelevator, eller forudsige korns stivelsesindhold, " sagde Kurouski. "Dette kan ændre økonomien for landmænd og forbrugere."

Kurouski og hans team scannede majskerner og planter ved Raman-spektroskopi, som måler, hvordan molekyler spreder harmløst laserlys. Et håndholdt spektrometer på størrelse med en køkkenvægt blev brugt til at scanne seks forskellige røde eller gule majskerner. Hver scanning tog omkring et sekund og gav data til at beregne niveauer af protein, kulhydrater, fiber og carotenoider inde i hvert korn. Etablerede metoder til næringsstofanalyse - som enten er mindre nøjagtige eller mere tidskrævende end holdets metode, eller ødelægge prøver - bekræftede resultaterne.

"Det er stort, " sagde Kurouski. "Når det kommer til personlig kost, hvis jeg har denne teknologi, kan jeg scanne mad, som jeg spiser, bestemme dens næringsværdi lige på stedet."

Forskerne brugte derefter det samme værktøj til at scanne lysspredningssignaturerne af majsplanter, der voksede på en mark, for at identificere de forskellige sorter. Majs var landets største afgrøde i 2019, ifølge det amerikanske landbrugsministerium, og at identificere majssorter i marken ville være nyttigt for både planteavlere og landmænd. Andre potentielle anvendelser af teknikken florerer i fødevareproduktion. I en undersøgelse offentliggjort i maj, holdet diagnosticerede den ødelæggende citrusgrønne sygdom ved at observere afslørende tegn inde i plantestrukturer måneder før nogen synlige symptomer viste sig.

Kurouski blev inspireret til at anvende Raman-spektroskopi i landbruget efter ved at tale med landmænd. Lige nu, to typer præcisionsteknologier er tilgængelige til at identificere problemer inden for et område af afgrøder:satellitbilleddannelse og molekylærbiologi. Begge har alvorlige ulemper. Billeddannelse er ikke specifik nok - den kan muligvis registrere, at afgrøder bliver gule, men ikke årsagen til det. Molekylærbiologi kan præcist diagnosticere et problem, men kræver, at eksperter forbereder prøver, som nemt koster titusindvis af dollars til landbrugsapplikationer. På grund af ulemperne, landmænd har en tendens til at ignorere disse teknologier, sagde Kurouski.

"Fra at snakke med landmænd, Jeg forstod, hvad de ville have:ingen prøveforberedelse, hurtig omstilling, og mindst 70%-80% nøjagtighed, " sagde Kurouski. "Jeg indså, at Raman-spektroskopi kunne opfylde alle disse krav."

Kurouskis laboratoriemedlemmer planlægger at arbejde med industrielle partnere for at kommercialisere teknikken, så den kan anvendes bredt som et værktøj for landmænd, planteavlere og forbrugere.