Sensores en la industria alimentaria

Transcripción

1 Sensores en la industria alimentaria El consumidor es cada vez más exigente en cuanto a la calidad y seguridad de los alimentos que consume. En este sentido existe un gran portencial en la utilización de sensores no destructivos para la monitorización y control de la calidad de los productos El control de la calidad dentro de la industria alimentaria incide directamente en la competitividad del sector, y engloba aspectos como la calidad: microbiológica (microorganismos alterantes), organoléptica (sabor, olor, color, textura, forma y apariencia, ), nutricional (productos bajos en grasa, sal y azúcar, productos kosher, halal, vegetarianos, ) e higiénica. El control de la calidad de los alimentos se puede realizar tanto por métodos objetivos (métodos instrumentales para la medida de parámetros físicos, químicos y microbiológicos) como por métodos subjetivos (seguimiento de parámetros subjetivos derivados del análisis sensorial). El desarrollo de metodologías para la monitorización y control de la calidad de los alimentos a través del uso de sensores, que ofrecen resultados de parámetros objetivos, adaptables a una línea de proceso es una buena alternativa para mejorar la competitividad de la industria alimentaria. La implantación de procesos automáticos de clasificación de alimentos por monitorización de parámetros de calidad objetivos incide en el aumento de la productividad (con respecto a procesos que se realizan de forma manual o visual) y de la objetividad de la clasificación, así como en una mejora de la higiene del proceso. Tecnologías Ópticas: Visible (VIS) e Infrarrojo Cercano (NIR)

2 Las tecnologías ópticas y más concretamente la tecnología de espectroscopía en el rango visible e infrarrojo cercano destacan por su potencialidad para la monitorización y el control de la calidad de los alimentos. Estas tecnologías no son destructivas, son rápidas y de gran fiabilidad debido a su repetitividad. Además, son tecnologías que potencialmente no requieren del contacto físico con las muestras, por lo que la higiene del proceso de clasificación se ve mejorada. Este tipo de tecnologías ofrece la posibilidad de examinar el 100% de la producción debido a su bajo tiempo en la toma y tratamiento de la señal. La espectroscopía visible se encuentra entre 380 y 780nm de longitud de onda dentro del espectro electromagnético, mientras que la NIR se encuentra entre 780 y 2500nm. La primera permite determinar instrumentalmente cambios en la apariencia del alimento a testar, mientras que la tecnología NIR fundamentalmente permite determinar cambios composicionales. La espectroscopía se basa en la emisión de una onda sobre el producto a analizar y en la posterior recepción y análisis de la onda resultante. Las características espectrales de la onda incidente cambian al penetrar dentro del alimento o al ser reflectada por éste, y estos cambios observados en el espectro resultante se deben a las características químicas y físicas del alimento. Para analizar el espectro resultante se utilizan técnicas avanzadas de estadística multivariable. Para calcular la concentración de un componente en el alimento, se requiere de un calibrado mediante datos objetivos de laboratorio, de esta forma y con ayuda de las técnicas anteriormente citadas se genera el modelo de predicción óptimo para cada caso. Los sistemas de medida por espectroscopía se componen de una fuente de luz, un monocromador, componentes ópticos y un detector. Existen tres metodologías diferentes de medida: reflectancia, transmitancia e interactancia. Las medidas en el modo de reflectancia sirven para medir el contenido de azúcar de frutas con piel muy fina, como por ejemplo los melocotones,

3 manzanas y peras. La medida por transmitancia es adecuada para granos, leche y frutas con piel fina o pequeño tamaño. Este tipo de medidas se utilizan para calcular propiedades internas de los alimentos como por ejemplo el contenido de azúcar, la acidez y defectos internos en frutas y vegetales como manzanas, peras, melón y sandia. Por último, la medida por interactancia es adecuada para capturar información interna de los alimentos cuando las medidas por transmisión son difíciles de obtener. Dentro de las aplicaciones que utilizan el rango visible del espectro electromagnético se encuentran aplicaciones para productos pesqueros, cárnicos y vegetales. En lo referente a productos pesqueros, el rango visible se ha utilizado para clasificar bacalao con respecto a su estado fresco o descongelado. Por otro lado, existen también aplicaciones para determinar la frescura del pescado atendiendo a los días que lleva dicho pescado en hielo. En el caso de las frutas, existen trabajos en los cuales se determina la madurez de éstas a través de la medida de color en la piel. En productos cárnicos, como el cerdo, se han realizado estudios en relación a la clasificación por categorías de calidad, atendiendo a variables de color. En el caso del NIR, inicialmente se aplicó en el sector agrícola para determinar la humedad del grano. Desde entonces, esta tecnología se utiliza para realizar análisis rápidos del contenido de humedad, proteína y grasa de una amplia variedad de productos. La tecnología NIR también se ha aplicado para realizar medidas no destructivas del contenido en sólidos solubles, contenido en azúcar y densidad de frutas. Debido a que la propagación de la radiación NIR en frutas y vegetales se ve afectada por la microestructura de éstos, los estudios más recientes se dirigen a la determinación de propiedades relacionadas con la microestructura de los productos, tales como la textura, la identificación de daños internos, e incluso las propiedades sensoriales.

4 Además de los diferentes estudios para frutas y vegetales, la tecnología NIR se está desarrollando para estimar el contenido en sales, proteína, grasa, y humedad para diferentes especies pesqueras como el bacalao, atún, Halibut, salmón, etc. Por otro lado, también se conocen aplicaciones de la tecnología VIS/NIR para la determinación del contenido de azúcar y acidez de yogures. En productos cárnicos (cerdo, cordero, jamón curado, ternera, pollo, etc) la tecnología NIR se utiliza para el control de calidad, en cuanto a parámetros de textura, propiedades sensoriales como la ternura, la plasticidad, la capacidad de crujir y la jugosidad. Los estudios sobre tecnologías ópticas dentro del rango visible e infrarrojo cercano han mostrado la viabilidad de éstas para la monitorización y el control de la calidad de diferentes matrices alimentarias como las anteriormente citadas. Estas tecnologías presentan numerosas ventajas en comparación con métodos tradicionales o métodos físicos. Entre ellas, se puede citar la rapidez de adquisición de datos de los equipos (tiempo de integración inferior a 100ms), la objetividad de los resultados, la eficacia de los equipos, la fácil operatividad, la medida no destructiva y la mejora en la higiene del procesado. Todas estas cualidades facilitan la clasificación de los alimentos no sólo por su apariencia externa o tamaño, sino por características de calidad asociadas a su composición o textura. Las aplicaciones que aparecen en la literatura se refieren, en su mayoría, a condiciones estáticas a escala de laboratorio. Sin embargo, existen ya sistemas on-line, en modo reflectancia, desarrollados a escala industrial para la cuantificación de grados Brix en frutas o grasa y humedad en chips. A pesar de ello, queda mucho por investigar tanto en temas relativos a la calibración de los sensores NIR/VIS para el desarrollo de sistemas fiables de clasificación así como para el diseño de soluciones aplicables a otro tipo de matrices alimentarias a parte de las vegetales (productos

5 lácteos, cárnicos, pesqueros, etc). En cuanto a las tecnologías ópticas, en AZTI-Tecnalia se ha desarrollado un método en el rango del visible, para la clasificación on-line de verdel por sexo. Este método se basa en la diferencia de color existente entre las gónadas macho y hembra. El sistema desarrollado permite obtener la identificación del sexo del pescado en un tiempo muy corto, de forma que ha posibilitado su adaptación a una solución automatizada con la colaboración de la unidad de sistemas industriales de Tecnalia. Tanto el método de sexado como la solución robotizada están en trámite para la concesión de la patente. En la actualidad, se está trabajando en AZTI-Tecnalia dentro del campo de la tecnología NIR en varios proyectos con financiación privada y pública, como es el caso del proyecto FOODBASKII (departamento Medio ambiente, Planificación territorial, Agricultura y Pesca del Gobierno Vasco). El objetivo final de una de las fases de este proyecto es diseñar y desarrollar aplicaciones que usen el espectro electromagnético, en el rango visible e infrarrojo cercano, para poder clasificar on-line, en un futuro cercano, diferentes productos según criterios de calidad. Fuente: extracto de artículo para la revista Alimentaria elaborado por Raquel Rodríguez, Izaskun Pérez e Iñigo Martínez de Marañón. Unidad de investigación alimentaria, AZTI- Tecnalia.