Estimación de la Vida Útil de Alimentos: Métodos y Factores

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METODOS DE ESTIMACION DE LA VIDA UTIL DE LOS ALIMENTOS
Conference Paper · May 2013
DOI: 10.13140/RG.2.1.1159.9840
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Margarita Nuñez de Villavicencio
Instituto de Investigaciones para la Industria Alimenticia, La Habana, Cuba
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MSc. Margarita Nuñez de Villavicencio Ferrer
Dpto. Matemática Aplicada
Instituto de Investigaciones para la Industria Alimenticia
Carretera al Guatao km 3 ½, La Lisa, La Habana, Cuba
E-mail: [email protected]
• Las regulaciones nacionales e internacionales son cada
vez más exigentes, tanto desde el punto de vista
higiénico sanitario como de calidad, nutricionales y
funcionales.
• Obligatorio cumplimiento la declaración en la etiqueta del
tiempo de vida útil o durabilidad, garantizando que
durante este tiempo, cumplan con los requerimientos de
calidad establecidos para cada producto en particular.
• La determinación inadecuada y por tanto el
establecimiento erróneo de la vida útil conducirá,
frecuentemente, a insatisfacciones y quejas de los
consumidores que en el mejor de los casos afectará la
aceptación y las ventas de los productos.
• En el peor de los casos, puede traer como consecuencia
una nutrición inadecuada o incluso la aparición de
enfermedades trasmitidas por los alimentos.
Un alimento es un sistema activo
fisicoquímico y biológico complejo, y
su calidad es un estado dinámico que
decrece con el tiempo.
 Para la mayoría de los alimentos y
bebidas habrá una longitud de tiempo
finita antes de que el producto se
torne inaceptable.

"Vida útil o durabilidad es el período de
tiempo durante el cual el alimento se
conserva apto para el consumo desde el
punto de vista sanitario y mantiene
características sensoriales, físico-químicas,
nutricionales y funcionales por encima de
un grado límite de calidad, previamente
establecido como aceptable".
VÍAS DE DETERIORO
TÉCNICAS DE
CARACTERIZACIÓN
ANÁLISIS PRELIMINAR DEL
SISTEMA PRODUCTO ENVASE
AMBIENTE
CARACTERÍSTICAS DEL
PRODUCTO Y CONDICIONES DE
ALMACENAMIENTO
MÉTODO DE
ESTIMACIÓN
TIEMPO DE VIDA DE LAS
UNIDADES EXPERIMENTALES
ENSAYOS DE
ALMACENAMIENTO Y
CARACTERIZACIÓN
APLICACIÓN DE LA TÉCNICA
DE ESTIMACIÓN ADECUADA
VIDA ÚTIL
DISEÑO
EXPERIMENTAL
DISTRIBUCIONES TEMPORALES
DE MAGNITUDES FÍSICO
QUÍMICAS Y/O
MICROBIOLÓGICAS
Condiciones de
almacenamiento
•
•
•
•
Propiedades del
envase
• Material
• Permeabilidad
• Resistencia mecánica
Características
del producto
•
•
•
•
•
Temperatura
Humedad Relativa
Oxígeno
Luz
Físico químicas
Microbiológicas
Sensoriales
Nutricionales
Funcionales



Perecederos: deterioro microbiológico y/o enzimático,
tienen una vida útil de hasta 30 días, bajo condiciones
específicas de envasado y almacenamiento, deben
mantenerse a temperaturas de refrigeración o congelación.
Semiperecederos: vida útil de 30 a 90 días, contienen
inhibidores naturales o han recibido un tratamiento mínimo
de preservación que les proporcionan tolerancia a las
condiciones ambientales y al abuso durante la distribución
Poco perecederos, estables a temperatura ambiente o
de larga duración, vida útil de varios meses hasta años.
Algunos alimentos “naturales” como granos de cereal y
nueces o semillas, y algunos productos de confitería. Los
productos procesados preservados por esterilización,
métodos químicos, deshidratación, y/o envasado
adecuado.
Cualquier característica que pueda ser
relacionada con su conveniencia para el
consumo debe ser considerada como
candidata potencial.
 Deben establecerse claramente

 Índices de deterioro: mediciones químicas,
físicas, sensoriales o microbiológicas que
pueden usarse reproduciblemente para
evaluar los cambios que ocurren.
 Índices de fallo: atributos de calidad que
indican que el alimento ya no es aceptable
para el consumidor.

Criterios de fallo teniendo en cuenta los
límites de aceptación o tolerancia.

Físico-químicas, Nutricionales,
Funcionales y Microbiológicas
 Se emplearán las técnicas analíticas
estándares para la determinación de las
características de interés.
 Límites de aceptación.

Sensoriales:
 Jueces entrenados: escalas de puntuación
estructuradas o no, aceptación/rechazo
 Consumidores: aceptación/rechazo, no
utilizar escalas hedónicas o afectivas.

Estudios de vida útil o análisis de tiempo de
vida (Métodos probabilísticos).
 El interés fundamental es el tiempo de fallo de un
producto
 La vida útil del producto se considera como una
magnitud aleatoria dependiente de muchos factores,
la mayoría de los cuáles pueden ser incontrolables.
 Se describe mediante un modelo probabilístico), en
el que se supone que los tiempos de vida de las
unidades siguen una ley de distribución de
probabilidad previamente seleccionada
 Estimando los parámetros de dicha distribución, se
puede inferir estadísticamente el tiempo de vida útil o
durabilidad.

Estudios de estabilidad.
 Estudiar el comportamiento de una o varias
características del producto durante el tiempo, que
pueden modelarse para determinar relaciones
matemáticas determinísticas o empíricas cuyos
parámetros se correspondan con los factores
involucrados en el deterioro.
 El tiempo de vida útil puede estimarse definiendo un
valor de aceptabilidad para la característica
analizada.
 Paso preliminar con el objetivo de obtener
estimaciones de las tiempos de fallo, que pueden
emplearse para proceder con un análisis de tiempos
de vida
Objetivo del estudio.
 Duración del estudio.
 Selección de los tiempos de muestreo
 Unidades experimentales, selección de
muestras representativas y número de
muestras necesarias.


Experimentos simples
o Estimar la vida útil de un producto empíricamente,
establecer un estimado de la vida útil del producto junto
con una medida de la incertidumbre de la estimación.

Experimentos comparativos
o Comparar las condiciones o estimar el efecto de un
conjunto de factores sobre la vida útil de un producto.

Estudios de estabilidad
○
Modelar el comportamiento de una o varias características
del producto durante el tiempo para determinar relaciones
matemáticas que se correspondan con los factores
involucrados en el deterioro. Este enfoque reconoce la
naturaleza física, química y biológica del deterioro de la
calidad.


Duración del estudio
Selección de los tiempos de muestreo: diseños
escalonado y completamente escalonado
Las muestras deben ser tan representativas de la
variabilidad como sea posible. Debe integrarse la máxima
variabilidad relevante de la producción ya que esta definirá
el alcance del estudio.

El tamaño de muestra, este debe ser suficientemente
grande para producir información útil y suficientemente
pequeño para ser práctico.

Esta es la etapa central del estudio, en
ella se obtendrá la información necesaria
para la determinación de la vida útil o
durabilidad del producto
 Como resultado de esta etapa debe
obtenerse un registro para cada muestra
de cada lote, del tiempo al que fue
analizada, si la muestra fue rechazada, o
la magnitud de las características físicoquímicas, sensoriales o microbiológicas.

Asumir distribución
de Weibull
Estimar parámetros
Prueba de bondad de Ajsute
Kolmogorov - Smirnov
Asumir otra función
de distribución
No
Se ajusta a la función
de distribución
Se probaron todas las
distribuciones posibles
No
Si
Si
Estimación de Máxima
verosimilitud de:
Más de 10 fallos
detectados
Si
No
Estimación por Mínimos
cuadrados de:
Estimación no paramétrica
Kaplan Meier de:
Parámetros e intervalos de confianza
Percentil e intervalos de confianza al
nivel de significación deseado
VIDA UTIL
Selección de las posibles vias de
deterioro y de las reacciones
químicas relacionadas
Estudio de la composición del
producto, las características del
envase y las condiciones de
transportación
Caracterización cinética de las
reacciones de deteriro
Selección del valor límite
para la característica
Modelo de predicción
VIDA UTIL
Valores límites de macro y
micro nutrientes, sustancias
químicas indeseables y
magnitudes físico químicas
relacionadas con la calidad
Atributos sensoriales
relacionados con la
característica
seleccionada
Normas y
especificaciones de
calidad



Los estudios o pruebas de almacenamiento
o vida útil acelerados (ASLT) se refieren a
cualquier método que sea capaz de evaluar
la estabilidad del producto, basado en los
datos que se obtienen en un en un período
de tiempo significativamente más corto que
el período de vida útil real del producto.
Son aplicables a cualquier proceso de
deterioro químico, físico, bioquímico,
microbiológico e incluso sensorial que tenga
un modelo cinético válido.
El método más común para las ASLT es la
aproximación por el modelo cinético.

Para un grado de deterioro
dado y el orden de la
reacción, la constante de
velocidad es inversamente
proporcional al tiempo en
alcanzar algún grado de
pérdida de calidad.
𝑄10
𝑉𝑈𝑇
=
𝑉𝑈𝑇+10

Ecuación de B.E.T.
𝑋
𝐶𝑎𝑤
=
𝑋𝑚
1 − 𝑎𝑤 1 + 𝐶 − 1 𝑎𝑤
Donde:
X
es el contenido de humedad
en g H2O/g materia seca,
Xm fracción de masa de agua en el
material equivalente a una
capa unimolecular de agua
cubriendo la superficie de cada
partícula.
C
constante a temperatura
constante y relacionada
al calor de adsorción de agua
en las partículas,
dependiente de la temperatura.
Ecuación de G.A.B.

𝑋=
𝑋𝑚 𝐶𝐾𝑎𝑤
1 − 𝐾𝑎𝑤 1 − 𝐾𝑎𝑤 + 𝐶𝐾𝑎𝑤
Donde:
X
X0
C
K
contenido de humedad en una
base seca
contenido de humedad en base
seca, equivalente a una capa
monomolecular de agua.
constante de Guggenheim, está
relacionada al calor de adsorción
de agua en las partículas,
dependiente de la temperatura.
constante de corrección para la
diferencia en propiedades de
adsorber agua relativa a agua
líquida, dependiente de la
temperatura.
Es necesario un conocimiento exacto de
la ecología microbiana durante el
almacenamiento.
 Los modelos predictivos son expresiones
matemáticas que describen el
crecimiento, la supervivencia,
inactivación o procesos bioquímicos de
un microorganismo.

Los modelos primarios describen los
cambios que sufren los conteos
microbianos en el tiempo bajo
condiciones ambientales particulares.
 Los modelos secundarios describen la
respuesta de uno o más parámetros del
modelo primario al variar las condiciones
ambientales (pH, aw, temperatura).
 Los modelos terciarios son softwares o
bases de datos que aplican modelos
primarios y secundarios incorporando
variables como la temperatura, aw o el
pH.

Identificación y aislamiento de
los microorganismos
alterantes predominantes
Estudio de la composición del
producto, características del envase,
condiciones de almacenamiento, etc.
Ajuste a modelos primarios y estimación
de parámetros de la curva de crecimiento
in vitro en condiciones constantes
Selección del o los
modelos de mejor ajuste
Ajuste a modelos secundarios in vitro y
estimación del efecto de condiciones
ambientales (temperatura, pH, aw)
Selección de los valores
límites de aceptación
Validación del o los
modelos en el producto
Vida útil
Normas o especificaciones de
calidad nacionales e
internacionales
𝑁 = 𝑁0 𝑒 𝑘𝑡
Monod
MonodHinshelwood
Gompertz
Modificada de
Gompertz
log 𝑁𝑠 − log 𝑁0
𝑡𝑠 =
𝑇𝑔
log 2
𝑌 = 𝐴 + 𝐶 exp − exp −𝐵 𝑡 − 𝑀
𝜇𝑚 𝑒
𝑌 = 𝐴 exp − exp − exp
−𝑡 +1
𝐴
Logístico sigmoidal
𝐴+𝐶
𝑦=
1 + exp −𝐵 𝑡 − 𝑀
Baranyi
𝑦=
𝐴+𝐶
1 + exp −𝐵 𝑡 − 𝑀
Arrhenius
Belehradek o raíz
cuadrada
Extendido
Modificado
Modificado
Tipo Arrhenius
modificada
ln 𝜇 = ln 𝐴 −
𝐸𝑎
𝑅𝑇
𝑘 = 𝑏 𝑇 − 𝑇𝑚𝑖𝑛
𝑘 = 𝑏 𝑇 − 𝑇𝑚𝑖𝑛 1 − exp 𝑐 𝑇 − 𝑇𝑚𝑎𝑥
𝑘 = 𝑏 𝑇 − 𝑇𝑚𝑖𝑛
𝑘 = 𝑏 𝑇 − 𝑇𝑚𝑖𝑛
𝑎𝑤 − 𝑎𝑤𝑚𝑖𝑛
𝑎𝑤 − 𝑎𝑤𝑚𝑖𝑛 𝑝𝐻 − 𝑝𝐻𝑚𝑖𝑛
𝐶1 𝐶2
ln 𝑘 = 𝐶0 + + 2 + 𝐶3 𝑎𝑤 + 𝐶4 𝑎𝑤 2
𝑇 𝑇

Softwares o bases de datos que aplican
modelos primarios y secundarios.





Food MicroModel
Pathogen Modeling Program (PMP)
ComBase
Forecast
Food Spoilage Predictor o Pseudomonas
Predictor
 Seafood Spoilage Predictor (SSPERH
CALCTM
Los modelos desarrollados se deben validar en
condiciones reales.
 En la validación, debe ponerse el mayor énfasis
en el uso práctico de los modelos, la
implementación de un modelo u otro dependerá
de la aprobación industrial y estará basado en
las situaciones que se asemejen a la práctica
normal.
 Los usuarios de modelos específicos deben
estar conscientes del límite del modelo y
entender si es pertinente o no su uso bajo
determinadas condiciones.

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