Control de calidad de carne de pollo a través de la tecnología NIR

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Cuando los consumidores compran carne de pollo, el precio y la calidad son importantes para sus decisiones; sin embargo, un número cada vez mayor de consumidores también tiene en cuenta las implicaciones para la salud relacionadas con su consumo.

 

Esta demanda ha llevado a una mayor necesidad de garantizar la calidad en la producción. Para cumplir con esta demanda, se requieren nuevos métodos de control de calidad ya que los métodos tradicionales de análisis son largos, requieren solventes y reactivos tóxicos, y pueden tener costos elevados. Por estas razones, el desarrollo de métodos rápidos, respetuosos con el medio ambiente y no invasivos para la predicción de la calidad de la carne o la autentificación de productos cárnicos de valor añadido se ha convertido en una prioridad en los últimos años.

Aunque la espectroscopía NIR se conoce como una nueva tecnología, se descubrió en 1800 cuando Herschel descubrió que la dispersión de ondas electromagnéticas más allá del rango visible del espectro se podía observar mediante el uso de una serie de termómetros con bulbos ennegrecidos. Sin embargo, no fue hasta la década de 1960 cuando se produjeron los principales desarrollos con la tecnología de espectroscopía NIR.

Las absorciones medidas por espectroscopía NIR corresponden principalmente a sobretonos y combinaciones de modos vibracionales que implican enlaces químicos C-H, O-H y N-H. La radiación electromagnética absorbida de esos enlaces moleculares en las longitudes de onda NIR producen espectros que son exclusivos de una muestra actuando como una “huella dactilar”.

 

Entre las ventajas de la aplicación de la tecnología NIR con respecto a los métodos tradicionales de análisis podemos citar las siguientes:

• Rapidez del método, una vez que el instrumento ha sido correctamente calibrado, lo que permite velocidad de respuesta para la toma de decisiones.
• Posibilidad de llevar a cabo varias determinaciones sobre la misma muestra.
• Procedimiento no destructivo, lo que reviste gran importancia, particularmente en el caso de que se disponga de poca cantidad de muestra o ésta sea de alto valor.
• Técnica respetuosa con el medio ambiente, ya que no requiere de reactivos al hacer las determinaciones, por lo que no genera ningún tipo de residuos.
• Presenta un bajo costo por muestra.
• Es necesaria una nula o escasa preparación de la muestra.
• Facilidad de uso en análisis de rutina.
• Presenta una precisión próxima a los métodos de referencia.

Por otro lado, como toda tecnología también presenta limitaciones, las principales son:

• La complejidad de la señal NIR obliga a aplicar técnicas quimiométricas que permitan modelar los datos y cuantificar muestras problema.
• La preparación del calibrado es dificultosa, ya que es necesario disponer de muestras para ampliar el intervalo de concentración de las muestras problema (habitualmente representan un intervalo de concentración demasiado estrecho). Además, éstas deben representar características físicas y químicas similares a las reales.
• No es posible analizar muestras problema que presenten una variabilidad (física o química) no contemplada en la calibración.
• La técnica es poco sensible, especialmente en medidas de reflectancia difusa, imposibilitando, en general, el análisis de componentes minoritarios.
• Presenta dificultades en la transferencia de calibraciones entre diferentes instrumentos, puesto que pequeñas diferencias entre ellos puede dar lugar a errores importantes en los resultados, y obligar esto a que, para analizar una misma muestra problema, sea necesario preparar un calibrado en cada instrumento.

La aplicación de esta tecnología, puede ser abordada a partir de dos enfoques:

ANÁLISIS CUANTITATIVO

En el análisis cuantitativo, el más extendido dentro de las aplicaciones de la tecnología NIRS, se estima la concentración de un analito en una determinada muestra. Para ello se ha de establecer la relación (ecuación matemática) existente entre los valores de absorbancia en la región NIR y la concentración de dicho analito, determinada mediante un método de referencia, en muestras de composición conocida

Este proceso se conoce con el nombre de etapa de calibración, a la relación matemática desarrollada se le denomina ecuación de calibración y al grupo de muestras de composición se designa como colectivo de calibración. Una vez establecida la ecuación de calibración, ésta permite predecir el contenido de otras muestras similares en características a las incluidas en el colectivo de calibración.

ANÁLISIS CUALITATIVO

El análisis cualitativo, consiste en la comparación de espectros de muestras desconocidas con grupos de espectros NIR de muestras de características conocidas (Mark, 1992). Estas características o atributos, variables categóricas y no continuas, pueden ser, como ejemplo:

• Origen geográfico
• Variedad
• Tipo de producto
• Tipo de alimentación, etc.

Se ha de destacar que la principal diferencia del análisis cualitativo con el análisis cuantitativo es que en este caso, no es preciso disponer de ningún dato químico adicional al dato espectroscópico NIR, por lo que el set de aprendizaje sólo está constituido por información espectral NIR, de ahí que se pueda denominar análisis espectral per se.

Atendiendo a diferentes estudios publicados sobre la aplicación de la tecnología NIR en carne de pollo se ha visto que se podría aplicar entre otros en:

1. La clasificación de la carne de pollos en grados de calidad como pálidas, blandas y exudativas (PSE); oscuras, firmes y secas (DFD); y normal (N) o muestras pálidas (P), por medio de la determinación de parámetros físicos y químicos como el color, la capacidad de retención de agua, y el pH.
2. Detección online de “pechuga de madera” por medio de la medición del contenido de humedad, grasa y proteína.
3. Detección de carne de pollo que ha sido congelada en repetidas veces.
4. Predicción de vida útil de despieces de pollo envasados relacionado con el incremento de la flora alterante en la superficie del producto

Dentro de los avances más importantes de la aplicación de la tecnología NIR es su aplicación en línea. El análisis NIR en línea ha observado un desarrollo rápido en la última década, pero durante ese desarrollo se han detectado diferentes obstáculos y posibles soluciones:

OBSTÁCULO

Uno de los principales obstáculos mientras se realizaba el análisis NIR, eran las distancias bajas de separación en el rango de milímetros entre la sonda y el producto.

SOLUCIÓN

Este problema se ha solventado con el uso de la iluminación de muestra directa mediante una fuente de luz halógena, lo cual permite utilizar distancias de separación de sonda altas en el rango de 30 cm o más, aunque por otro lado, la cantidad de energía térmica producida por la fuente de halógeno no sería factible en productos susceptible a las fuentes de calor.

OBSTÁCULO

Otro obstáculo importante es la representación imprecisa de la composición de muestras altamente heterogéneas como la carne cuando se usa espectroscopía NIR de punto único.

SOLUCIÓN

La espectroscopía NIR multipunto ilustra el potencial para ofrecer una mejor representación de estas muestras

OBSTÁCULO

Al realizar el análisis NIR en línea están los artefactos de movimiento (MA) producidos por las vibraciones, el movimiento entre las sondas y la muestra y el cambio repentino en la longitud efectiva de la trayectoria. Las observaciones espectroscópicas dependen de la ventana de observación limpia (limpieza de las puntas de la sonda). Si se produce una incrustación en la punta de la sonda, eventualmente conducirá a un análisis deficiente.

SOLUCIÓN

Los desarrollos van encaminados en el diseño de fibras de fácil limpieza o autolimpieza

OBSTÁCULO

En un entorno industrial, las mediciones NIR son sensibles a diversos factores externos, como: La temperatura ambiente La temperatura del espectrofotómetro La presentación de muestras a las sondas NIR Los cambios de longitud de onda y otros Por ello, es importante comprender la muestra y el entorno e identificar el efecto de estos factores en los espectros respectivos.

SOLUCIÓN

Varias estrategias de corrección como métodos ópticos, métodos ortogonales y corrección de sesgo se pueden utilizar para lograr una calibración robusta modelos en un entorno industrial.

La espectroscopía NIR ha experimentado un crecimiento masivo como popular y confiable herramienta analítica para monitoreo en línea de carne y productos cárnicos debido a una variedad de razones tales como velocidad y su naturaleza no destructiva. Se han logrado altos rendimientos en los estudios dirigidos a predecir la composición química de varios productos cárnicos usando espectroscopía NIR en línea. Las predicciones buenas o razonables para las características sensoriales, tales como el color, la ternura, etc., y también para el pH, han ilustrado un alto potencial para la espectroscopía NIR, sin embargo, los avances en la tecnología y el diseño pueden ser necesarios para cumplir con el rendimiento deseado en condiciones industriales.

Por otra parte, los continuos desarrollos en los campos de la tecnología informática y la quimiometría permiten una alta precisión en las mediciones. La creciente conciencia sobre la autenticidad de la carne y los productos cárnicos, la investigación y los avances continuos en el área de la aplicación en línea de la tecnología NIR, ilustra su gran potencial como una herramienta de monitoreo de la calidad confiable para la industria cárnica.

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