Sistema NIR de bajo coste para predecir parámetros de calidad y seguridad alimentaria en productos cárnicos

Los sensores NIR de bajo coste pueden aportar una solución técnica económicamente viable para las empresas al reducirse los costes de inversión y funcionamiento.

El desarrollo de la industria 4.0 conlleva una mayor sensorización de los procesos. La espectroscopia de infrarrojo cercano (NIR) puede contribuir a esta mayor sensorización en la industria cárnica, ya que hasta el día de hoy se ha centrado principalmente en la implantación de equipos de laboratorio para el análisis de muestras. La tecnología NIR es un método de análisis cuantitativo no destructivo, donde la luz que es absorbida o reflejada por parte del alimento se obtiene en forma de espectros, y éstos se pueden utilizar para obtener información sobre parámetros de calidad y seguridad alimentaria de la muestra.

El coste de los equipos NIR ha sido muy alto y ha limitado su uso en entornos determinados. Una evolución importante de la tecnología NIR ha sido el progresivo abandono de los sistemas ópticos con elementos móviles delicados y costosos, que han sido sustituidos por elementos electrónicos de mucho menor costo, ligeros y portátiles. Con la creación reciente de "start ups" que fabrican sistemas NIR miniaturizados con componentes de bajo coste, se abre un amplio abanico de posibilidades para el control de procesos de producción y de calidad. Algunas empresas que comercializan sensores NIR de bajo coste utilizan móviles inteligentes como interfaz para acceder a la nube. En la nube se alojan los modelos matemáticos que permiten transformar los espectros obtenidos con NIR en parámetros físicos-químicos de interés. Mediante una App los espectros capturados son enviados a la nube y esta retorna de forma casi instantánea el valor del parámetro físico-químico de interés.

En las plantas de producción de productos cárnicos fermentados y secados se ha identificado como reto la necesidad de controlar la composición de la masa cárnica y su evolución durante el proceso de curación. Al inicio del proceso se realizan las amasadas de carne para elaborar los productos cárnicos. Aunque se mezclan las carnes de forma que las pastas mantengan regularidad en el contenido de grasa, proteína y humedad, en realidad resulta difícil mantener esta uniformidad en la composición. La variabilidad de la materia prima según el proveedor, el período de producción, la alimentación de los animales, etc. pueden ser algunas de las causas de esta falta de regularidad. Asimismo, durante el proceso de curación pueden surgir problemas tecnológicos en la superficie de los productos debidos a la aparición de costras o de limos, o problemas de seguridad alimentaria en aquellos casos que no se haya llevado a cabo un proceso de curación adecuado que permita alcanzar los valores de actividad de agua (aw) establecidos.

Los sensores NIR de bajo coste pueden aportar una solución técnica a las necesidades de las empresas y que sea económicamente viable al reducirse los costes de inversión y funcionamiento.

Los modelos matemáticos permiten relacionar el espectro NIR obtenido de diferentes productos (Tabla 1) con los parámetros de contenido de agua, grasa, sal y actividad de agua. Los diferentes usuarios, empresas, pueden utilizar estos modelos ubicados en la nube mediante el sensor NIR (Figura 1) y el móvil conectado a internet para obtener los valores de los parámetros de interés. Los modelos existentes pueden ampliarse para dar respuesta a otras necesidades en el mismo sector cárnico u otros sectores alimentarios y de servicios.

La aportación de una solución que funciona desde la nube permite acceder a un número muy grande de usuarios y empresas y, por lo tanto, repartir entre muchos usuarios el coste de desarrollo e implantación de la solución, comportando que el coste de uso del sistema propuesto sea bajo, facilitando que todo el sector se vea beneficiado.

Figura 1. Esquema de predicción de parámetros físico-químicos de productos cárnicos mediante el espectrómetro NIR SCiO (Consumer Physics, Inc. https://www.consumerphysics.com)
Figura 1. Esquema de predicción de parámetros físico-químicos de productos cárnicos mediante el espectrómetro NIR SCiO (Consumer Physics, Inc. https://www.consumerphysics.com)

El análisis mediante el sistema NIR se puede realizar en varios productos cárnicos, los principales están dentro de los curados de carne picada (Tabla 1). El IRTA ha desarrollado modelos matemáticos para predecir los parámetros de aw y humedad en el centro del producto curado (sobre la superficie expuesta después de cortar del producto) y en la superficie. También se han desarrollado modelos para determinar el contenido de grasa de la masa a la salida de la amasadora. En cuanto a los productos de músculo entero, el principal es el jamón curado, pero también hay embutidos como el lomo curado y la maza. También se ha trabajado con productos cocidos como la salchicha de Frankfurt, tanto a nivel de salchicha, como de la masa para su elaboración. Asimismo, con la carne deshuesada de pollo. Los errores medios obtenidos permiten valorar la posible desviación de la medida respecto del valor real del parámetro. Los errores obtenidos se consideran aceptables para el seguimiento del producto durante su proceso de elaboración.

Tabla 1. Errores medios obtenidos en la predicción de la actividad de agua (aw), humedad, contenido de sal (NaCl) y grasa en distintos productos cárnicos mediante el sistema NIR.

Punto de medida aw Humedad % NaCl % Grasa %
Fuet centro 0,008 2,3
superficie 0,007 1,4
Salchichón centro 0,006 1,7
superficie 0,005 1,4
Salami centro 0,003 1,1
superficie 0,008 0,5
Chorizo centro 0,004 1,9
Chorizo sarta centro 0,010 1,7
Jamón centro 0,006 1,3 0,31
Maza-tapa centro 0,007 2,0
Lomo superficie 0,009 2,7
Masa fuet 0,8 0,9
Masa salchichón 0,7-0,9 0,9-1,5
Masa chorizo 0,7 0,9
Frankfurt pollo cent/sup 0,9 0,8
Masa Frankfurt p. 1,3 1,3
CSM pollo 2,0 1,6

El control on/in-line de dichos parámetros físico-químicos permiten ajustar el proceso y mejorar la regularidad en la composición del producto, así como prever la aparición de problemas tecnológicos o de seguridad alimentaria. Conseguir una composición más regular de los productos también permite mejorar el control de los procesos de curación, así como una mejora de la calidad del producto final. En consecuencia, el consumidor final dispondrá de un producto más seguro, de calidad y con mejores propiedades organolépticas.

La tecnología NIR de bajo coste permite a empresas de distinto tamaño disponer de un método de predicción económico y ágil, ser más eficiente y reducir costes, riesgos y residuos de producción.

Esta actuación forma parte de la actividad “Sistema NIR Low Cost” para la determinación de parámetros de calidad (humedad) y seguridad alimentaria (actividad de agua) en productos cárnicos durante el secado” financiada a través de la Operación 01.02.01 (transferencia tecnológica) del PDR de Cataluña 2014-2020 (Departament d'Agricultura, Ramaderia, Pesca i Alimentació de la Generalitat de Catalunya; Fons Europeu Agrícola de Desenvolupament Rural).

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