Den första snabba, exakt, ett oförstörande och bärbart sätt att skanna produkter efter näringsämnen har demonstrerats av ett team av Texas A&M AgriLife Research-forskare. Samma skanning kan också identifiera sjukdomar i levande växter innan synliga symtom uppträder.

Resultaten publicerades i september i kemitidskriften ACS Omega , i en artikel med titeln "Snabb och icke-invasiv typning och bedömning av näringsinnehållet i majskärnor med hjälp av en handhållen Raman-spektrometer." Teamet leddes av Dmitry Kurouski, Ph.D., biträdande professor i biokemi och biofysik vid Texas A&M University College of Agriculture and Life Sciences.

"Metoden kan så småningom användas för att snabbt uppskatta det ekonomiska värdet av spannmål i en åker eller spannmålshiss, eller förutsäga spannmålens stärkelseinnehåll, ", sade Kurouski. "Detta kan förändra ekonomin för bönder och konsumenter."

Kurouski och hans team skannade majskärnor och växter med Raman-spektroskopi, som mäter hur molekyler sprider ofarligt laserljus. En handhållen spektrometer lika stor som en köksvåg användes för att skanna sex olika röda eller gula majskärnor. Varje skanning tog ungefär en sekund och gav data för att beräkna proteinnivåer, kolhydrater, fibrer och karotenoider inuti varje korn. Etablerade metoder för näringsanalys - som antingen är mindre exakta eller mer tidskrävande än teamets metod, eller förstöra prover – bekräftade resultaten.

"Det är stort, ", sa Kurouski. "När det kommer till personlig kost, om jag har den här tekniken kan jag skanna mat som jag konsumerar, bestämmer dess näringsvärde direkt på plats."

Forskarna använde sedan samma verktyg för att skanna ljusspridningssignaturerna hos majsväxter som växer på ett fält för att identifiera de olika sorterna. Majs var landets största skörd 2019, enligt U.S. Department of Agriculture, och att identifiera majssorter i fält skulle vara till hjälp för både växtförädlare och bönder. Andra potentiella tillämpningar av tekniken finns i överflöd i livsmedelsproduktion. I en studie publicerad i maj, teamet diagnostiserade den förödande citrusgrönningssjukdomen genom att observera kontrollampa inuti växtstrukturer månader innan några synliga symptom uppträdde.

Kurouski blev inspirerad att tillämpa Raman-spektroskopi i jordbruket efter att ha pratat med bönder. Just nu, två typer av precisionsteknologier finns tillgängliga för att identifiera problem inom ett område av grödor:satellitbilder och molekylärbiologi. Båda har allvarliga nackdelar. Avbildning är inte tillräckligt specifik – den kan upptäcka att grödor blir gula men inte anledningen till det. Molekylärbiologi kan exakt diagnostisera ett problem men kräver att experter förbereder prover, som lätt kostar tiotusentals dollar för jordbruksapplikationer. På grund av nackdelarna, bönder tenderar att ignorera dessa tekniker, sa Kurouski.

"Från att prata med bönder, Jag förstod vad de ville:ingen provförberedelse, snabb vändning, och minst 70% -80% noggrannhet, " sa Kurouski. "Jag insåg att Raman-spektroskopi kunde uppfylla alla dessa krav."

Kurouskis labbmedlemmar planerar att arbeta med industriella partners för att kommersialisera tekniken så att den kan användas brett som ett verktyg för bönder, växtförädlare och konsumenter.