Técnicas instrumentales avanzadas para el estudio y control de las

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Técnicas instrumentales avanzadas en el
estudio y control de las características
sensoriales de alimentos
Amparo Tárrega
Instituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos
Características sensoriales
Calidad de los alimentos
Apariencia
Propiedades sensoriales
Textura
Aroma y Sabor
Nutricionales
Evaluación sensorial
Estímulo
Sentidos
Cortex
Sensación
Identidad
Intensidad
Diferencia
Placer/
Agrado/
Aceptación
Costumbres, educación,
experiencias pasadas,
expectativas, contexto
Tipo de Pruebas
ANALITICAS:
discriminatorias y
descriptivas
AFECTIVAS
Técnicas de evaluación sensorial
Uso en la industria alimentaria
-Control de calidad en industria
-I+D+I…. nuevas formulaciones y procesos
-Autenticación de alimentos con determinadas marcas de calidad
Requieren:
Panel de jueces entrenado
Coste elevado: tiempo y personal
No siempre disponible
Panel de jueces expertos
No es posible automatizar
Uso de técnicas instrumentales
- Sustitución del análisis sensorial en ciertas tareas de Control de Calidad o en
Investigación y Desarrollo:
- Índices instrumentales.
- Dificultad dependerá de la complejidad en la relación estimulo/ sensación:
-Alimento
-Otros estímulos: Interacciones
- Explicar la relación entre el estímulo y la sensación percibida
-Determinación del estímulo responsable de la sensación
-Medida del estímulo
-Interacciones entre estímulos
ASPECTO
FORMA
TAMAÑO
COLOR
BRILLO
TEXTURA
UNIFORMIDAD
Identificación del producto
Clasificación del producto
Variedad del producto
ASPECTO
COLOR DE LOS ALIMENTOS
ATRIBUTOS SENSORIALES DE COLOR
Tono de color
Intensidad del color
Uniformidad del color
INDICE DE CALIDAD
™ Estado de maduración de frutas y hortalizas
™ Procesado y conservación :
Curado, cocido, horneado, tostado
™ Deterioro durante el almacenamiento
™ Productos formulados: Combinación de sustancias colorantes.
MEDIDA DE COLOR
La luz reflejada por el objeto pasa por un filtro rojo, verde y
azul. Detrás de cada filtro un foto detector cuantifica la luz que
pasa en cada filtro en forma de valores x, y , z.
La luz reflejada por el objeto pasa por un monocromador que
la descompone en el espectro y una matriz de diodos mide la
cantidad de luz para cada longitud de onda. Esto es
transformado en los valores x, y ,z.
Espacio "maestro" XYZ (CIE 1931)
Sistema CIE Lab (1976): Espacio de color "perceptivamente lineal"
Modelo cromático usado para poder describir los colores que puede percibir el ojo humano.
L: Luminosidad
C*: cromaticidad
a: rojo- verde
h*: tono
b: amarillo- azul
Índices instrumentales de color
L: Luminosidad
a: rojo- verde
b: amarillo- azul
Comparación con un estándar
∆L* más claro
∆a* mas rojo/menos verde
∆b* más amarillo/menos azul
Diferencia de color neta ∆E* =
Índice de “blancura”:
WI =100 -
(100 - L*)2+ a *2 +b *2
WI = L* − 3b* (Hunter)
Índice de pardeamiento:
BI = 100 (0.31 x )/ 0.17
x=
(a* + 1.75 L*)
(5.645 L*+ a* -3.012 b*)
∆a* 2 + ∆b* 2 +∆L* 2
MEDIDA DE COLOR
Colorímetros y espectrofotómetros en el mercado
En la línea de fabricación
Portátiles
CM-2500c
Spectrophotometer
Chroma Meter CR-400 y
CR-410 de KONICA
MINOLTA.
ColorTrend HT sensor is mounted
above the conveyor Hunter lab
CM-700d / 600d
Spectrophotometer
De laboratorio
CM-5 Spectrophotometer KONICA MINOLTA
ANALISIS Y PROCESADO DE IMAGEN
IMAGEN del producto evaluación de características como tamaño, forma, color y
textura de los productos
1) Adquisición de la imagen
2) Pre-procesado de la imagen
3) Segmentación de la imagen: para distinguir los componentes
4) Tratamiento de la matriz de datos de pixeles: evaluar las características de los compones o
cuantificar parametros estadisticos de la imagen.
5) Clasificación, aceptación o rechazo del producto en función de la caractistica que interese
Candidato ideal a sustituto de la INSPECCIÓN VISUAL
Ventajas:
Método no destructivo
Evaluación precisa y objetiva de la apariencia del producto con registro.
Limitaciones:
Requiere una automatización importante
Procesado de información lento: Rapidez del procesamiento y toma de decisión en “linea”
ANALISIS Y PROCESADO DE IMAGEN
Inspección de los ingredientes en PIZZA
Desarrollaron una nueva técnica de segmentación “region
based” para agrupar de forma efectiva los pixels
corresponidentes al mismo topping.
Cantidad de topping (Porcentage)
Distribución de los toppings
Sun, D.-W. Journal of Food Engineering,44, pp. 245-249, 2000.
TEXTURA DE LA IMAGEN
Dura
Tierna
J. Li et al. / Meat Science 57 (2001) 341±346
Evaluación de la terneza de la carne de
ternera en base al análisis de la imagen.
Aunque el análisis de imagen por sí solo no es suficiente
para clasificar la ternera en distintos niveles de terneza
pero sí que es muy útil junto con el resto de indicadores a
una mejor predicción de la terneza.
ANALISIS Y PROCESADO DE IMAGEN
Análisis de imagen para estudiar el COLOR
Muestras pequeñas o con distintas regiones de color
Análisis de imagen como herramienta rápida
de determinación del nivel de acrilamida
Gökmen, Vural and Sügüt, Idris (2007) "A Non-Contact Computer Vision Based
Analysis of Color in Foods," International Journal of Food Engineering: Vol. 3: Iss. 5,
Article 5.
Estado de Maduración de Frutas
Predicción del nivel de acrilamida en patatas chips. El
parámetro caracterísitico NA2 extraido de las imágenes
digitales de las patatas presentaron una relación lineal con el
nivel de acrilamida
Vural Gkmen1, Hamide Z. Senyuva2, Berkan D lek3
and Enis etin3
Mol. Nutr. Food Res. 2006, 50, 805 – 810 Computer
vision based analysis of potato chips –
A tool for rapid detection of acrylamide level
Fruta inmadura: Rango amplio de ángulos hue
Fruta madura: Rango más estrecho de angulo hue
TEXTURA
Respuesta de los sensores táctiles a estímulos físicos que
resultan del contacto entre el alimento y alguna parte del cuerpo.
Sentido del tacto, generalmente en boca o en mano
Kinestesia (sentido del movimiento y posición)
Vista
Sonido
Importancia de la textura depende del alimento
Crítica: carne, cereales de desayuno, snacks,
Importante: vegetales, queso , pan, postres gelificados
Menor: bebidas y sopas
Estructura del producto: Procesado, Composición,
Hidrocoloides
Dispersión
Emulsiones
Sólido alveolar
Red estructurada
Agregados proteicos
TEXTURA
Términos TEXTURA
Blando, firme, duro
Crocante, frágil, quebradizo
Tierno, chicloso , duro
Meloso, gomoso
Plástico, elástico
Pegajoso
Líquido, espeso, vicoso
Propiedades mecánicas
Dureza
Fragilidad
Masticabilidad
Gomosidad
Elasticidad
Adhesividad
Viscosidad
Propiedades geométricas o de superficie
Arenoso, granuloso,
Fibroso, celular , cristalino
Tamaño de partícula
Forma y disposición de las partículas
Combinación de propiedades
Cremosidad
Viscosidad-tamaño de partícula-lubricación
Crujiente
Fragilidad-sonido
Otras propiedades: composición
Seco, húmedo, acuoso
Aceitoso
Contenido en agua
Cantidad de grasa
TEXTURA- Métodos reológicos
REOLOGíA
Estudio del flujo y la deformación de los materiales
Esfuerzo de cizalla
x
A
A
F, v
Deformación relativa
yy
γ=
x
y
Velocidad de cizalla
Fluido ideal
Sólido ideal
Viscosidad
σ= η γ
Módulo elástico
σ= G γ
.
Alimentos líquidos y semisólidos
Alimentos semisólidos y sólidos
Comportamiento de flujo
Viscoelasticidad
Estudio de cómo varía la relación entre
el esfuerzo y la velocidad de cizalla
Estudio del comportamiento elástico
y viscoso del material.
TEXTURA- Métodos reológicos
Comportamiento de flujo
Reogramas o Curvas de flujo
Test de Tixotropía
σ
tiempo
9Modelo Weltmann
σ = A – B ln t
Parámetros de flujo
K- índice de consistencia
n- ínidice de flujo
σ0- umbral de fluencia
η0 viscosidad aparente
Área tixotrópica
A: esfuerzo de cizalla inicial
B: velocidad de destrucción estructural
TEXTURA- Métodos reológicos
γ
Viscoelasticidad
0
Ensayos reológicos oscilatorios: Estructura de la muestra intacta
M
ue
str
Espectro mecánico
a
Deformación (γ)
Esfuerzo (σ)
Parámetros de viscoelasticidad
•
Módulo de almacenamiento:
•
Módulo de pérdida:
•
Tangente del ángulo de desfase:
•
Viscosidad compleja:
G '' = (σ
0
/ γ 0 ) sen δ
tan δ = G " / G '
η* = G
*
/ω
+
γ
TEXTURA- Métodos reológicos
Parámetros reológicos usados como índices instrumentales
Parámetro Reológico
Percepción/ Producto
Viscosidad ap. a 100 s-1
Viscosidad percibida en líquidos
Viscosidad ap. a 10 s-1
Viscosidad o consitencia en productos semisólidos
Viscosidad en postres como natillas y yogures
Viscosidad de mayonesas bajas en grasa
Índice de consistencia
Postres como natillas y yogures
Modulo de elasticidad a 1Hz
Viscosidad compleja a 50 rad. s-1
Natillas
Mayonesa
Geles débiles
Crema de relleno de pasteles
Natillas
TEXTURA- Métodos reológicos
Estudio de las propiedades de hidrocoloides: Modificadores y creadores de
textura en productos formulados
Agar
Alginate
Arabinoxylan
Carrageenan
Carboxymethylcellulose
Cellulose
Curdlan
Gelatin
¾
¾
¾
¾
Gellan
β-Glucan
Guar gum
Gum arabic
Locust bean gum
Pectin
Starch
Xanthan gum
Capacidad/mecanismo espesante
Capacidad/ mecanismo gelificante
Respuesta a la temperatura
Interacciones entre distintos hidrocoloides
Sinergia
Antagonismo
¾ Sustitución de grasas
Interacciones entre hidrocoloides
TEXTURA- Aparatos de medida de fuerza
Aparatos de medida de Fuerza: Texturómetros
Penetrómetro manual
Prensa Instron
Analizador de textura: TA:XT2, QTS, Lloyds
Registro de la fuerza/ tiempo o fuerza/deformación cuando
se realiza movimiento sobre el alimento de compresión,
extrusión , corte, penetración, etc.
Penetración
Condiciones ensayo:
Tipo de prueba, velocidad, distancia
Compresión
Tamaño, forma y temperatura de la muestra
TEXTURA- Aparatos de medida de fuerza
PERFIL DE TEXTURA INSTRUMENTAL (TPA)
TEST: Doble compresión de una muestra
de tamaño próximo a un mordisco
™
™
™
™
™
™
™
Dureza
Fragilidad
Cohesividad
Elasticidad
Masticabilidad
Gomosidad
Resilencia
Szczesniak, 1963
Bourne, 1978
TEXTURA- Aparatos de medida de fuerza
Adecuación de las condiciones (celdas, movimiento y parámetros) al alimento y a la
propiedad que se quiere medir.
Imitativas del movimiento
Resistencia a la
rotura de la piel y
firmeza de la carne
Cuchillo Resistencia
al corte
Flexibilidad de frutas
Medida de la firmeza
del pan de acuerdo
AACC standard method
74-09.
Elasticidad de pasta
Crujibilidad en
snacks
Extrusión Para
evaluar,
pegajosidad en
carmelos y miel
5-blade Kramer
Célula de cizalla
Untabilidad de
mantequilla/grasa
Sistema mulit punción
Para penetracion en
sutancias particuladas
o no homogeneas
TEXTURA: Medida Acústica
Crujiente/ fresco/ recién hecho:
Propiedad de productos secos o de productos con estructura celular en los que la
fractura del material implica propagación del sonido
Almendra cruda
Compresión
Fuerza ( __ )
Nivel de presión del sonido( ----)
Almendra tostada 6-min.
Parámetros acusticos obtrenidos del registro
Numero de picos de sonido, número de eventos
.
Nivel máximo del pico
Media de número picos de sonido, media del nivel de presión de sonido
Análisis fractal: dimensión fractal
Aplicaciones
Control de calidad de productos crujientes
Estudio de los mecanismos perdida de crujibilidad en alimentos
Varela et al., 2008
GUSTO
Ácido
Sensación producida por sustancias ácidas. No siempre proporcional al pH ej. Acético > Clorhídrico
Receptor: Canales iónicos. Bloqueo de canales potasio por los protones.
Salado
Sensación producida por iones solubles de metales alcalinos: NaCl, Li CL, KCl, NH4Cl y CaCl2
Canales de ión Na, sensible a la amilorida: permeable a Na y Li.
Canales de Na no sensible a la amilorida: otros iones
Dulce
Sensación producida por azúcares, polioles, dipeptido (aspartamo)….
Receptores de membrana acoplado a proteína G: TAS 1R
Amargo
Producido por compuestos de distinta familia química: Pequeñas moléculas como cloruro potásico o
isotiocianato de sodio, o moléculas grandes como alcaloides, polifenoles o flavonoides.
Receptores TAS 2 R. Receptores de membrana acoplados a una proteína G específica (gustducina).
Umami
El umami representa el sabor procedente de la combinación de aminoácidos: ácido glutámico y los
ribonucleótidos inosina monofosfato (IMP) y el guanilato monofosfato (GMP)
Receptor metabotrópico del glutamato acoplado a proteina G.
AROMA Y OLOR
™ Compuestos volátiles que normalmente se encuentran en baja concentración en
los alimentos
™ Estimulan los receptores olfativos del epitelio en la cavidad nasal
Previo a la ingestión del alimento: Vía ortonasal
Ortonasal
Retronasal
Durante la ingestión: vía retronasal
™ Integración de la información:
Aceptación
Identificación del olor / aroma: reconocimiento
Intensidad
Respuesta
hedónica
Adecuación?
Rechazo
Importancia
- Atributos clave en la CALIDAD de ciertos productos
- Aroma natural: Origen y procesado (fermentación, tostado, destilación)
- Aroma formulado: Desarrollo de la combinación adecuada.
- Almacenamiento: Pérdida de aroma y aparición de olores no deseados
TECNICAS INSTRUMENTALES / OLOR Y SABOR
OBJETIVO
COMPUESTOS VOLÁTILES
COMPUESTOS SÁPIDOS
COMPUESTOS ACTIVOS DEL OLOR
CANTIDAD DE VOLATILES/ SAPIDOS
LIBERADOS
TECNICAS DE ANÁLISIS
Técnicas cromatográficas
Espectrometria.
Determinación de umbrales
Cromatografía de gases- Olfatometría
Liberación de aroma en vivo
In-nose and in mouth measurements
PERCEPCION/ INTEGRACION:
Combinación de aromas
Olfatómetro y gustómetro dinámico
Interacción entre estímulos
BIOMIMETICOS: Selección/ Clasificación
Narices electrónicas
Lenguas electrónicas
PERFIL DE COMPONENTES VOLÁTILES
MÉTODOS ANALÍTICOS DE EXTRACCIÓN E IDENTIFICACIÓN DE COMPONENTES VOLÁTILES.
IDENTIFICACION Y
CUANTIFICACION
SEPARACION
EXTRACCIÓN
Recuperación de los “componentes volátiles totales” presentes en el alimento
• Destilación, extracción con vapor, disolventes
• Concentración
Estudio del “espacio de cabeza”: Estático, dinámico o microextracción en fase sólida
Ventajas
• Más representativa de la fracción volátil del alimento.
• Reducción de la manipulación de la muestra.
• No introducción de componentes indeseados por uso de disolvente
Cromatografía de GASES
•Separación de los
compuestos de acuerdo a la
afinidad por la columna
Detectores
De ionización de llama (FID), de conductividad
térmica (TCD), termoiónico (TID), Captura de
electrones (ECD), emisión atómica (AED)
Cromatograma
Comparación del tiempo de elución y
la intensidad de la señal con patrones
Espectrometría de masas
•La molécula en estado gaseoso se fragmenta
•Los fragmentos se separan en función de su relación
masa/carga (m/z)
•El espectro es la representación de la abundancia
relativa de cada fragmento en función de la relación m/z
•Los espectros son característicos para cada molécula
PERFIL DE COMPONENTES VOLÁTILES
TECNICAS ANALÍTICAS DE MEDIDA “ON-LINE”: en tiempo real , no invasiva y con alta sensibilidad para
monitorizar los compuestos volátiles.
APCI- MS - Atmospheric Pressure Ionization- Mass Spectrometry
SIFT-MS Selected Ion-Flow-Tube- Mass Spectrometry
PTR-MS Proton Transfer Reaction- Mass Spectrometry
UTILIDAD DE LOS PERFILES DE COMPONENTES VOLÁTILES
Permite identificar y cuantificar la totalidad de los volátiles presentes en un alimento
Útil para estudiar los cambios durante el procesado, almcenamiento o debidos a la variedad
Numero de compuestos volátiles es enorme: Necesidad de tratamiento multivariante
RELACIÓN CON LAS PROPIEDADES SENSORIALES
Resulta complicado atribuir a qué compuesto corresponden las diferencias sensoriales
Aparecen a menudo relacionados alguna propiedad sensorial con muchos de los compuestos
sin que haya en realidad una relación de causalidad
Compuestos ACTIVOS del olor
CROMATOGRAFÍA DE GASES- OLFATOMETRIA
Los compuestos separados por la columna pasan por el detector y por un puerto olfatométrico donde
una persona indica si huele o no y a su vez indica
-A qué huele?
-Cuánto huele?
Componentes CLAVE en el aroma de un producto
CROMATOGRAFÍA DE GASES- OLFATOMETRIA
™ Identificación de aquellos volátiles con capacidad odorante.
™ Jerarquización de la contribución de cada componente en el aroma global
ƒ Compuestos impacto o clave:
Compuesto
Neral/geranial
2-trans-6-cis-nonadienal
1-octen-3-ona
2-trans-4-cis-decadionato de etilo
2-isobutil-3-metoxipirazina
2-propenil-2-propenetiosulfinato
Furaneol
Geosmina
4-fenil-2-butanona
2-heptanona
Z-3-hexenal
4-mercapto-4-metil-2-pentanona
Benzaldehído
ƒ Compuestos contribuyen a notas diferenciadoras
™ Técnicas de reconstitución del aroma
Soluciones con
determinada
combinación de
odorantes
Descriptor
Limón
Pepino
Champiñón
Pera
Pimiento verde
Ajo
Caramelo
Terroso
Caramelo
Queso azul
Papel
Boj
Almendras amargas
Alimento
Limón
Pepino
Setas
Pera
Pimiento verde
Ajo
Fresas, piña
Remolacha
Frambuesa
Leche
Tomate
Vino Sauvignon
Almendras
(Aceña y col., 2009)
Aplicaciones Cromatográfía Gases- Olfatometría
™ Estudios sobre la caracterización del aroma de prácticamente todos los alimentos.
Vinos tintos jóvenes el aroma base se debe a la presencia de unos 20 compuestos, los cuales le
proporcionan un aroma básico frutal, graso/láctico y alcohólico (ácidos grasos, alcoholes y, sobre
todo, ésteres). Otros compuestos cuyos olores no predominan, pero enriquecen el aroma con
notas florales, lactónicas o fenólicas
V. Ferreira, R. López, J. Cacho. J. Sci. Food Agric., 80 (2000) 1659-1667
™ Caracterizar la tipicidad que proporciona una materia prima, variedad, especie o zona de
producción
Relación entre las propiedades sensoriales de algunos vinos con el perfil aromático que proporciona una
determinada variedad de uva
Relación entre la calidad aromática de la carne y las diferentes dietas con las que los corderos han sido
alimentados
™ Almacenamiento y conservación
Determinación de los volátiles aromáticos relacionados con la frescura de las sardinas, de forma
que mediante el control de la concentración de dichos componentes permita tener una idea de la
calidad del producto que llega al consumidor
Triqui, R., Bouchriti, N. Freshness assessments of Moroccan sardine (Sardina pilchardus): comparison of overall sensory changes
to instrumentally determined volatiles. J. Agric. Food Chem. 2003; 51: 7540‐7546.
Monitorización de la liberación de aroma desde el alimento
TECNICAS ANALÍTICAS DE MEDIDA “ON-LINE”:
APCI- MS Atmospheric Pressure Chemical Ionization- Mass Spectrometry
PTR-MS Proton Transfer Reaction- Mass Spectrometry
SIFT-MS Selected Ion-Flow-Tube- Mass Spectrometry
“In nose” APCI- MS
ionización
Intensidad
Imax
AUC
tmax
Tiempo (min)
trampa
detección
Iones moleculares protonados (MH+):
Hexanoate de etilo
3-octanona
2-nonanona
2-heptanona
Monitorización de la liberación de aroma desde el alimento
Conocer concentración de compuesto que llega al epitelio olfativo
Efecto de la textura en la
percepción del aroma
J. Agric. Food Chem., 2002, 50 (18), pp 5149–5155
Observación: Geles blandos se percibe mayor intensidad de aroma
Explicación: Mayor cantidad de aroma liberado ? O Interacción percepción?
Sensorial
Instrumental
BLANDO
NO DIFERENCIA
DURO
Monitorización de la liberación de aroma desde el alimento
Dinámica de liberación de compuestos. Efecto de la composición
Efecto de la grasa
Retención de los compuestos en la fase
lipídica: La liberación es menor al
aumentar la cantidad de grasa
El efecto depende de las características del compuesto:
Mayor efecto de retención en compuestos lipófilos
Rico en grasa
Bajo en grasa
tiempo
Hidrófilo
Lipófilo
tiempo
Aroma (%)
Rico en grasa
Aroma (%)
Aroma (%)
Bajo en grasa
Hidrófilo
Lipófilo
tiempo
Arancibia et al. 2011
Producto bajo en grasa: Mayor
intensidad que aparece antes y
desaparece rápidamente
Producto rico en grasa: el aroma es
mas persitente
Aroma percibido: Cambio cualitativo
PREDICCIÓN DEL PERFIL SENSORIAL DE
Café EXPRESO EN BASE A LA LIBERACIÖN
DE AROMAS DURANTE CALENTAMIENTO
Cuantificación de 16 iones característicos en el
espacio de cabeza en condiciones similares a las
de la del consumo.
La medida del espacio de cabeza requirió solo 2
min por expreso.
El modelo obtenido es capaz de predecir el perfil
sensorial
Olfatometro y gustómetro dinámico
Aparatos experimentales para liberar una cantidad de
estímulo controlado (compuesto aromático o sápido)
™ Estudiar cómo se perciben los estímulos
™ Combinaciones de aromas
™ Combinaciones de sápidos
™ Liberación de aroma
™ Interacción con otros estímulos:
Textura- Sabor
Gusto-Aroma
TECNICAS INSTRUMENTALES / OLOR Y SABOR
OBJETIVO
COMPUESTOS VOLÁTILES
COMPUESTOS SÁPIDOS
COMPUESTOS ACTIVOS DEL OLOR
CANTIDAD DE VOLATILES/ SAPIDOS
LIBERADOS
PERCEPCION/ INTEGRACION:
Combinación de aromas
Interacción entre estímulos
BIOMIMETICOS: Selección/ Clasificación
TECNICAS DE ANÁLISIS
Técnicas cromatográficas
Espectrometria.
Determinación de umbrales
Cromatografía de gases- Olfatometría
In-nose and in mouth measurements
Olfatómetro dinámico
“Gustometer”
Narices electrónicas
Lenguas electrónicas
Narices electrónicas en el control de alimentos
¾ Avances en el campo de la electrónica y los automatismos,
NARIZ ELECTRÓNICA= NARIZ HUMANA
Capturar la huella aromática de un producto
Reconocer y distinguir los olores
¾ Hasta el momento las narices electrónicas han demostrado
su utilidad para la detección
de volátiles no necesariamente odorantes como explosivos, contaminantes en atmósferas, o
compuestos exhalados con la respiración en aplicaciones médicas….
¾ A pesar de los grandes avances en los sistemas sensores, las correlaciones entre
sistemas
electrónicos y el sistema humano sólo tienen sentido en condiciones muy bien definidas.
¾ Narices electrónicas en alimentos:
Sistemas de sensores diseñados específicamente para una aplicación y producto que
generalmente suelen ser tareas de clasificación del producto de acuerdo a la calidad, de origen,
estado de maduración etc.
Sí que imitan los principios del mecanismo de percepción de olores en el hecho de que no se
basan en la descripción y cuantificación de cada uno de los volátiles si no en el efecto que
causa en el sensor el conjunto de aromas y concentraciones.
Narices electrónicas en el control de alimentos
Sistema detector:
Sensor : superficie o elemento con el que reacciona el compuesto químico
Transductor transforma el cambio en el sensor en señal eléctrica
Sistema de análisis y decisión: reconocimiento de patrón
Comparación del patrón de información de las señales con otros previamente clasificados
Tecnicas de Análisis multivariante, redes neuronales.
Narices electrónicas en el control de alimentos
SISTEMA DE DETECCIÓN más comun en narices electrónicas son los
sensores de gases, los más utilizados:
•Electroquímicos: Sensores de semiconductores de oxidos metalicos
(MOS), Sensores de polímeros conductores (CP), Transistores MOSFET
•Piezoeléctricos: Sensores de superfice de onda acústica (SAW),
Microbalanzas de cuarzo (QMB)
Ejemplo
Representación radial la resistencia o cambio en
conductividad en los 38 segmentos
“Karlsruhe Micro Nose, KAMINA”
Capa de oxido metalico de silicio separad en 38 segmentos por una
estructura de electrodos paralelos. Gradiente de temperatura ( a) o
gradiente de membrana (b).
Goschnick, J. 2001, Microelectron Eng, 578, 693
Narices electrónicas en el control de alimentos
SISTEMA SENSORES ALTERNATIVOS:
Para mejorar la selectividad, sensitividad, estabilidad frente a temperatura y a la humedad
•Opticos
•Biosensores
•Espectrometría de masas
•Separación cromatográfica
•Espectroscopía
•Combinación
Ejemplo
Sensor híbrido de gran selectividad que contiene una mini
bomba, mini valvula, una micocolumna de GC empaquetada y
un sensor electroquímico MOS como detector.
(Zampolli et al. 2005, Sensors and Actuators B, 105, 400)
mostraron que es posible conseguir en 15 min la separación
completa de benceno, tolueno y xilenothe
Ventajas: Tienen mayor selectividad, sensibilidad
Inconveniente: Precio y la complejidad del sistema
Narices electrónicas en el control de alimentos
SISTEMA DE TOMA DE DECISIÓN: Reconocimiento de Patrón
El sistema de Reconocimiento de Patrones deberá etiquetar de forma automática el perfil o patrón
de señales que nos da elsistema sensor en base a comparación con patrones ya conocidos.
Debe establecerse claramente el objetivo final del sistema, es decir, cual es el conjunto de
etiquetas o clases.
Construcción del clasificador (Redes
neuronales)
1.
La elección del modelo de relación entre:
INPUT: Señales de los sensores
OUTPUT: Clasificación en la denominación o bodega
del vino
Narices electrónicas en el control de alimentos
2. Aprendizaje (entrenamiento del clasificador):
Vinos para determinar el modelo final de relación
3. Verificación de los resultados.
Clasificaciones
de las muestras:
Correcta
Incorrecta
MEDIDA
Al realizar una medida nueva, la red neuronal nos da la
clasificación del producto
Recalibración
Los sensores de gases pueden sufrir envejecimiento o y como
resultado de la deriva agunos patrones previamente aprendidos
se vuelvan obsoletos con el tiempo y el sistema pierde la
capacidad de identificar olores conocidos.
Vinos jovenes tintos
Puerta de Alcalá 2003 (Vinos Jeromín) R1
Cillar de Silos (B. de la Villa). Rib. Duero. R2
Castillo de Olite (B. Artesanas). Navarra R3
Cabernet Sauvignon Encín 2003 R4
Mencía 2002. Ruchel, DO Valdeorras R5
Monasterio de las Viñas, DO Cariñena R6
Castillo de Aguarón, DO Cariñena R7
Syrah 2002. Don Luciano, DO La Mancha R8
Merlot 2002, Sliven (Bulgaria) R9
Vinos tintos de crianza
Pablo Morate Barrica Americana M1
Pablo Morate Barrica Francesa M2
Carlos Gosalbez Barrica Americana 2002 M3
Carlos Gosalbez Barrica Francesa 2002 M4
Andrés Morate Barrica Americana M5
Andrés Morate Barrica Francesa M6
Luis Saavedra Barrica Americana 2002 M7
Luis Saavedra Barrica Francesa 2002 M8
Carlos Gosalbez Barrica Americana 2003 M9
Carlos Gosalbez Barrica Francesa 2003 M10
RECONOCIMIENTO DE PATRONES BASADO EN REDES NEURONALES Y ANÁLISIS DE COMPONENTES
INDEPENDIENTES PARA NARICES ELECTRÓNICASJ. Lozano*1, A. García1, C.J. García1, M. Aleixandre2, J.P.
Santos2, M.C. Horrillo2
Narices electrónicas en el control de alimentos
NARICES ELECTRONICAS o SENSORES COMERCIALES
De Frank Rock; Nicolae Barsan; Udo Weimar; Chem.
Rev. 2008, 108, 705-725.
Narices electrónicas en el control de alimentos
APLICACIONES:
™ Monitorización de procesos
Producción de aroma en la fermentación del mosto,
Detección del deterioro en el curado del jamón,
Producción de aromas durante la fermentación/ maduración del queso.
™ Vida útil:
Estado de madurez en frutas, grado de oxidación en aceites.
™ Evaluación de la frescura:
Pescado
™ Autenticación de productos:
Bebidas alcohólicas: clasificación de vinos de acuerdo al origen y variedad de uva,
Adulteración de aceite de oliva virgen.
Origen botánico de la miel
Narices electrónicas en el control de alimentos
Frescura / Deterioro del pescado
FreshSense
- Maritech, Iceland (prototype)
- Sensores electroquímicos:
CO, NH3, H2S, SO2
- Bomba: muestreo durante 5 min
Respuesta de los sensores hacia los filetes
de bacalao durante el almacenamiento
GC-MS / GC-O
Identificar los compuestos que se producen durante el
almacenamiento del pescado y son indicativos del deterioro
Los sensores de CO fueron los mas sensitivos al deterioro debido
a su sensibilidad. Alcoholes, aldehidos y esteres que aparecian
gradualmente.
La trimetilamina aumento el dia 14 aunque el sensor de grupo NH3
no lo detectó
Sistema de detección del
inicio del deterioro
Olafsdottir, G, et al. Agric. Food Chem. 2005, 53, 10140.
REJEC
T
CONCLUSIONES
’ La evaluación sensorial es la única medida real de las propiedades sensoriales y la
calidad sensorial de los alimentos.
’ El coste en recursos, de tiempo y de personal del análisis sensorial hace necesario
disponer de buenos indicadores de las características sensoriales para facilitar tareas de
I+D y control de calidad.
’ Enfoque
clásico: Técnicas instrumentales avanzadas para cuantificar los estímulos y
mecanismos implicados en la percepción de las distintas características sensoriales.
Técnicas de laboratorio son en general complejas y lentas. Útiles en el Desarrollo de
Productos y apoyo en el desarrollo de sistemas rápidos de evaluación.
’ Enfoque
más actual: Técnicas instrumentales que constituyan métodos rápidos y
automatizados de evaluación de la calidad sensorial de alimentos bien como indicadores
en el control de calidad o de procesos o como sistema de clasificación automatizada. Se
apoyan en la nuevas tecnologías
ƒ Basados en el comportamiento de patrones.
ƒ No puede ser como una caja negra: El conocimiento del fenómeno de percepción
es necesario para el éxito y la validez de este tipo de técnicas rápidas.
MUCHAS GRACIAS
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