Ambito tecnico microscopio confocale
La microscopia di scansione laser confocale, solitamente abbreviata CLSM, viene utilizzata nella scienza alimentare per vedere come i componenti vengono distribuiti all'interno di un prodotto senza contare solo sull'aspetto superficiale. Un microscopio confocale esegue la scansione di un laser concentrato attraverso il campione e rifiuta gran parte della luce fuori fuoco con un foro. Il risultato è una sezione ottica: un piano di immagine sottile all'interno di una matrice alimentare. Raccogliendo piani multipli, l'analista può costruire una visione tridimensionale di gocce di grasso, reti proteiche, granuli di amido, cellule dell'aria, cristalli, fibre o domini separati di fase.
Questo è prezioso perché molti difetti alimentari sono strutturali prima che siano visibili. La cremazione in un'emulsione, la separazione di fase in un gel, il cattivo sviluppo del glutine, la distribuzione dei grassi negli spread, l'aggregazione delle proteine nei sistemi lattiero-caseari o le particelle irregolari nelle matrici dei cereali possono spiegare texture, stabilità e bocca. Gli studi di struttura alimentare aperti mostrano che CLSM può osservare gli spread dei grassi, la maionese, il formaggio e la pasta, e il lavoro più recente estende il metodo alla distribuzione quantitativa dei componenti e al comportamento di fase. Il metodo non è una decorazione; è un modo per collegare la microstruttura con le prestazioni del prodotto.
Meccanismo di microscopia confocale e variabili di prodotto
La principale sfida pratica è il contrasto selettivo. Gli alimenti contengono acqua, grassi, proteine, amido, fibre, zuccheri e talvolta cellule viventi. L'analista deve scegliere coloranti o fluorescenza naturale che identificano la fase di interesse senza spostare il componente o cambiare la struttura. I coloranti Nilo Rosso e relativi sono spesso utilizzati per i lipidi; le macchie proteiche fluorescenti possono rivelare le reti proteiche; lo iodio o altri approcci possono essere utilizzati per l'amido a seconda della domanda. Il piano di colorazione dovrebbe essere scritto intorno alla modalità di fallimento. Se la domanda è carbonescenza a goccia grassa, il contrasto lipidico conta. Se la domanda è aggregazione delle proteine, il contrasto delle proteine conta. Se la domanda è la distribuzione delle celle dell'aria, la colorazione può essere meno importante della geometria dell'immagine.
La manipolazione del campione può creare artefatti. Tagliare un gel morbido può spalmare gocce. La pressione di uno spread sotto un rivestimento può cambiare la spaziatura a goccia. L'essiccazione di un campione può collassare i pori. Il riscaldamento durante l'imaging può cambiare cristalli di grasso o gel gelatina. Il metodo dovrebbe utilizzare la deformazione minima, la temperatura controllata e l'età del campione corrispondente. Le immagini confocali sono potenti solo quando la preparazione del campione conserva la struttura in fase di indagine.
Prova di misurazione della microscopia confocale
Il buon lavoro CLSM non si ferma a immagini attraenti. La quantificazione può includere distribuzione a dimensione di goccia, area proteica collegata, dimensione del poro, frazione del volume di fase, dimensione del cluster, indice di carbonescence, spessore della parete cellulare o distribuzione spaziale delle inclusioni. L'imaging tridimensionale è particolarmente utile quando le immagini bidimensionali rappresentano la connettività. Una goccia che sembra isolata in un aereo può essere parte di un aggregato più grande in un altro aereo. L'analisi quantitativa dell'immagine ha quindi bisogno di regole di soglia, calibrazione, campi replicati e impostazioni di segmentazione trasparenti.
Per le emulsioni, l'imaging confocale può rivelare la fluttuazione, la carbonescenza e i meccanismi di crematura. Per i gel, può mostrare se una rete è fine, continua o grossolana e la fase separata. Per i prodotti da forno e cereali, può sostenere l'interpretazione delle cellule dell'aria, la distribuzione della proteina dell'amido e il collasso strutturale. Per i prodotti a base vegetale, può mostrare se il grasso, la proteina e la fibra sono dispersi o segregati. Queste misure devono essere interpretate con texture, reologia, attività idrica, dimensione delle particelle o dati sensoriali; CLSM da solo non definisce qualità.
Interpretazione del fallimento della microscopia confocale
CLSM è di solito uno strumento di indagine o sviluppo, non un test di rilascio di routine per ogni lotto. Ha bisogno di preparazione del campione addestrato, accesso al microscopio e disciplina di analisi dell'immagine. Utilizzare quando i test ordinari non possono spiegare il difetto: un'emulsione che passa la dimensione delle particelle ma creme durante lo stoccaggio, un gel che ha solidi corretti ma morso debole, una salsa che cambia viscosità dopo il trattamento termico, o un rivestimento che sembra corretto fresco ma fiorisce più tardi. Il rapporto finale dovrebbe includere immagini oggettive, metodo di colorazione, ingrandimento, barre di scala, numero di campi, regole di analisi delle immagini e la conclusione pratica per la formulazione o il controllo del processo.
Gli studi confocali più forti rispondono a una domanda specifica: quale fase spostata, aggregata, rotta, cristallizzata o collegata in modo diverso? Quando la risposta è legata al processo di variabili, CLSM diventa uno strumento decisionale per lo sviluppo del prodotto piuttosto che una galleria di micrografi.
Limiti di rilascio e controllo della microscopia confocale
Nei sistemi caseari, CLSM può distinguere le gocce di grasso dalle fasi continue ricche di proteine e contribuire a spiegare la cremazione, la frattura del gel o la separazione del siero di latte. Nei sistemi di panetteria e cereali, può mostrare gonfiore dei granuli di amido, continuità della rete proteica e pareti a celle d'aria. Nelle emulsioni, può mostrare se l'instabilità è causata da fluttuazione del gocciolo, vera escrescenza o separazione di fase. In gel, può rivelare se la rete è omogenea o interrotta da grandi pori e regioni separate da fase. Negli analoghi di carne e negli alimenti ad alta proteina, può mostrare se le fasi di proteine, grassi e fibre sono allineate, disperse o segregate.
L'analista dovrebbe evitare di reclamare. Un'immagine confocale è un'osservazione locale. I materiali alimentari sono eterogenei, quindi i campi replicati e il campionamento rappresentativo sono essenziali. Un bel campo selezionato da un angolo di un campione non può rappresentare il lotto. Per i confronti di processo, immagine la stessa posizione anatomica o strutturale, utilizzare lo stesso metodo di ingrandimento e di sollecito, e rapporto variabilità piuttosto che una sola immagine.
Microscopio conflittuale recensione di produzione pratica
CLSM ha limiti in campioni altamente opaci, fortemente dispersivi o spessi. La profondità di penetrazione può essere bassa, la fluorescenza può candeggina, i coloranti possono partizione imperfettamente, e l'autofluorescenza può confondere l'interpretazione. Alcune strutture sono al di sotto del limite di risoluzione ottica. Cristalli grassi, piccoli aggregati proteici o gocce molto sottili possono richiedere metodi complementari come la microscopia leggera, la microscopia elettronica, il dimensionamento delle particelle, la reologia o la calorimetria della scansione differenziale.
L'uso più forte è la triangolazione. Se CLSM mostra una rete proteica grossolana, l'analisi delle texture dovrebbe mostrare la conseguenza. Se mostra la carbonescenza dell'emulsione, le misure di dimensione delle particelle o di creme dovrebbero sostenere la conclusione. Quando le prove dell'immagine e le misurazioni del prodotto sono d'accordo, il team di sviluppo può tranquillamente regolare l'omogeneizzazione, l'idratazione, il pH, il trattamento termico, l'emulsionante o le condizioni di raffreddamento.
FAQ
Qual è il CLSM utilizzato per la scienza alimentare?
Immagini distribuzione interna di fasi come gocce di grasso, reti proteiche, granuli di amido, pori e inclusioni, spesso per spiegare la texture o difetti di stabilità.
Perché la colorazione è importante nella microscopia confocale alimentare?
La colorazione o la preparazione sbagliata possono nascondere il meccanismo o creare artefatti.
Fonti
- Valutazione della distribuzione e della struttura dei componenti alimentari mediante microscopia a scansione laser confocale: una recensioneRecensione di accesso aperto utilizzata per la distribuzione dei componenti alimentari CLSM e la quantificazione delle microstrutture.
- Quantificare il comportamento di fase in composito alimentari di modello utilizzando la microscopia di scansione del laser confocale 3DArticolo di accesso aperto utilizzato per l'imaging confocale 3D e la misurazione della separazione di fase.
- Microscopia laser a scansione confocale nella ricerca alimentare: alcune osservazioniArticolo della struttura alimentare ad accesso aperto utilizzato per l'osservazione CLSM degli spread, maionese, formaggio e pasta.
- Recensione: microscopia laser a scansione confocale. Uno strumento potente nella scienza alimentareAnalisi della scienza alimentare utilizzata per la sezione ottica, la preparazione del campione e la visualizzazione del processo.
- Imaging quantitativo delle emulsioni aggregateArticolo scientifico utilizzato per la segmentazione dell'immagine confocale e l'aggregazione dell'emulsione quantificazione.
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