Sensores espectrales de infrarrojo cercano para la caracterización, autentificación y aseguramiento de la calidad y seguridad de productos hortofrutícolas
- Autores: Irina Torres
- Directores de la Tesis: Dolores Pérez Marín (dir. tes.), María Teresa Sánchez Pineda de las Infantas (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Córdoba (ESP) ( España ) en 2019
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Tom Fearn (presid.), José Blasco Ivars (secret.), Alfonso García-Ferrer (voc.)
- Programa de doctorado: Programa de Doctorado en Ingeniería Agraria, Alimentaria, Forestal y del Desarrollo Rural Sostenible por la Universidad de Córdoba y la Universidad de Sevilla
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Helvia
- Resumen
1. introducción o motivación de la tesis Los productos hortofrutícolas tienen una gran importancia a nivel mundial, ya que son básicos en la dieta humana. En este tipo de productos es clave que su recolección se lleve a cabo en el momento de madurez considerado como óptimo en función de su destino final. Además, se debe llevar a cabo un control fiable de calidad y seguridad alimentaria tanto en la recepción en la industria como durante su procesado. Por tanto, los productores, la industria, los responsables de realizar las inspecciones de control de calidad y seguridad y finalmente los consumidores, necesitan de tecnologías que proporcionen información exacta y útil sobre los parámetros que influyen directamente sobre la calidad y seguridad de una fruta u hortaliza y sobre su identificación, siendo clave el que dichas tecnologías no estén limitadas por sus costes, su carácter destructivo o tiempos de análisis.
La Espectroscopía de Reflectancia en el Infrarrojo Cercano (NIRS) ha demostrado su capacidad para ser utilizada con éxito en el sector agroalimentario, con ventajas específicas frente a otras técnicas analíticas como son la alta velocidad de respuesta de análisis, el ser no destructiva, respetuosa con el medioambiente, multi-producto y multi-parámetro.
Los sensores NIRS han sido utilizados principalmente en la industria hortofrutícola en aplicaciones "at-line" o "ex-post". Recientemente, existe un gran interés, a nivel científico-técnico, por la aplicación "in-situ", tanto en campo como en la línea industrial de transformación, de este tipo de sensores, lo que permitiría la implantación en la cadena alimentaria, de sistemas de toma de decisiones en tiempo real, aumentando la eficiencia productiva y el control de la calidad y seguridad de los productos elaborados. La evolución y mejoras en la instrumentación, orientada hacia su miniaturización, una mayor portabilidad y estabilidad en condiciones no controladas están permitiendo que se pueda abordar la posibilidad de realizar el control de materias primas, productos y procesos "in-situ" que está demandando el sector hortofrutícola, aunque en este ámbito quedan numerosos aspectos en los que profundizar, relativos a la optimización de la medida, del procesado de los datos espectrales y su conexión con sistemas de apoyo a la decisión, que posibiliten que este tipo de aplicaciones sean una realidad.
2.contenido de la investigación El objetivo principal de esta Tesis Doctoral ha sido desarrollar modelos NIRS precisos y robustos para la predicción de parámetros de calidad y seguridad en frutas y hortalizas durante el seguimiento de maduración y en la recepción en la industria, así como en las líneas de clasificación. Con este propósito se han evaluado igualmente dos espectrofotómetros comercialmente disponibles, uno muy adecuado para efectuar mediciones "in-situ", directamente sobre producto en la mata (espectrofotómetro basado en la tecnología de filtros lineales variables, en inglés conocida por sus siglas LVF) y el otro idóneo para su utilización en las líneas industriales de clasificación (espectrofotómetro basado en espectroscopía NIR por Transformada de Fourier, en ingés, FT-NIR).
Asimismo, el presente Trabajo de Investigación analizó la viabilidad de utilizar un espectrofotómetro manual, portátil, basado en tecnología MEMS (en inglés, microelectrical mechanical system), para la autentificación de hortalizas en función de su origen. Igualmente, un modelo más actual del instrumento MEMS empleado en la determinación anterior, fue utilizado para el desarrollo y evaluación de modelos predictivos NIRS para la optimización del manejo de factores precosecha (irrigación), destinados a favorecer la toma de decisiones en campo.
También se ha llevado a cabo el desarrollo de estrategias de calibración avanzadas para la predicción de parámetros de calidad físico-química en frutas del Genero Citrus, durante su proceso de maduración en árbol, empleando para ello un instrumento NIRS manual, portátil basado en tecnología MEMS.
Finalmente, se ha llevado a cabo la puesta a punto de una metodología de análisis destinada a la determinación del rendimiento de cosecha en naranjas verdes en árbol, empleando para ello el análisis de imágenes hiperespectrales.
3.conclusión Los resultados obtenidos en los distintos trabajos de investigación que constituyen parte de esta Tesis Doctoral han puesto de manifiesto el potencial de la tecnología NIRS para su incorporación "in-situ" en el sector hortofrutícola, como sensor que proporcionará una huella espectral única de cada producto, de utilidad para la trazabilidad de los mismos, y asimismo, como un registro óptico de enorme interés para controlar que el producto cumple unos estándares de calidad y de seguridad determinados, de acuerdo a las distintas normativas que regulan su uso industrial.
Asimismo, los resultados del análisis de imágenes hiperespectrales indican que es posible utilizar un número reducido de longitudes de onda del rango del infrarrojo cercano del espectro para la estimación del rendimiento de cosecha en naranja lo cual permitiría el desarrollo futuro de equipos de bajo coste y peso reducido para la detección de frutos verdes sanos, posibilitando su integración en vehículos aéreos no tripulados para la obtención de imágenes con una alta resolución espectral y espacial.
4. bibliografía Bruhn, C.M. 2002. Consumer issues in quality and safety: Definition and evaluation for fresh horticultural crops. In: Kader, A.A. (Ed.), Postharvest Technology of Horticultural Crops, third ed. Division of Agriculture and Natural Resources, University of California, Oakland, CA, pp. 31–37.
Dale, L.M., Thewis, A., Boudry, C., Rotar, I., Dardenne, P., Baeten, V., Fernández-Pierna, J.A. 2013. Hyperspectral imaging applications in agriculture and agro-food product quality and safety control: A review. Appl. Spectrosc. Rev. 48, 142–159.
Elia, A., Santamaria, P., Serio, F. 1998. Nitrogen nutrition, yield and quality of spinach, J. Sci. Food Agric. 76, 341–346, Kader, A.A., 2002. Quality and safety factors: Definition and evaluation for fresh horticultural crops. In: Kader, A.A. (Ed.), Postharvest Technology of Horticultural Crops, third ed. Division of Agriculture and Natural Resources, University of California, Oakland, CA, pp. 279–285.
Magwaza, L.S., Opara, U.L., Nieuwoudt, H., Cronje, P.J.R., Saeys, W., Nicolaï, B. 2012. NIR spectroscopy applications for internal and external quality analysis of citrus fruit – a review, Food Bioprocess Technol. 5, 425–444.
Meca, D., Céspedes, A. 2015. Varietal trends in protected horticulture. Vida Rural 406, 54–58 (in Spanish).
Nicolaï, B.M., Beullens, K., Bobelyn, E., Peirs, A., Saeys, W., Theron, K.I., Lammertyn, J. 2007. Nondestructive measurement of fruit and vegetable quality by means of NIR spectroscopy: a review. Postharvest Biol. Technol. 46, 99–118.
Obenland, D., Collin, S., Mackey, B., Sievert, J., Fjeld, K., Arpaia, M.L., 2009 Determinants of flavour acceptability during the maturation of navel oranges, Postharvest Biol. Tecnol. 52, 156–163.
Official Journal of the European Union (OJEU), 2011. Commission Regulation (EC) No 1258/2011 of 2 December 2011 Amending Regulation (EC) No 1881/2006 As Regards Maximum Levels for Nitrates in Foodstuffs. OJ L 320/15-17, 3.12.2011.
Pasquini, C. 2018. Near infrared spectroscopy: A mature analytical technique with new perspectives – A review. Analytica Chimica Acta 1026: 8-36.
Sánchez, M.T., Pérez-Marín, D., 2011. Nondestructive measurement of fruit quality by NIR spectroscopy. In: Vázquez, M., Ramírez, J.A. (Eds.), Advances in Post-Harvest Treatments and Fruit Quality and Safety. Nova Science Publishers Inc., Hauppauge, NY, pp. 101–163.
Watkins, C.B. 2008. Postharvest ripening regulation and innovation in storage technology. Acta Hortic. 796, 51–58.
Yan, H., Siesler, H.W. 2018. Hand-held near-infrared spectrometers: State-of-the-art instrumentation and practical applications. NIR News 29, 1–15.
Zhang, Y., Luo, L., Li, J., Li, S., Qu, W., Ma, H., Ye, X. 2017. In-situ and real-time monitoring of enzymatic process of wheat gluten by miniature fiber NIR spectrometer. Food Res. Int. 99, 147–154.
