Implementación de estrategias de muestreo, inspección y control en la industria agroalimentaria basadas en el empleo automatizado de sensores nirs
- Autores: José Antonio Adame Siles
- Directores de la Tesis: Dolores Pérez Marín (dir. tes.), José Emilio Guerrero Ginel (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Córdoba (ESP) ( España ) en 2019
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: María Teresa Sánchez Pineda de las Infantas (presid.), Paolo Berzagui (secret.), María Begoña de la Roza Delgado (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:
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- Resumen
1. Introducción La seguridad y calidad de los alimentos es un objetivo prioritario dentro del marco normativo europeo e internacional vigente. Ese contexto demanda la integración de controles a lo largo de toda la cadena productiva. Como consecuencia, tanto los organismos reguladores como la industria agroalimentaria necesitan metodologías y mecanismos efectivos para el análisis de riesgos y la verificación del cumplimiento de estándares de calidad. En ese ámbito, la inspección de materias primas representa un punto crítico de gran importancia. En éste, en particular, las metodologías tradicionales de control incluyen una serie de desventajas (altos costes operativos, bajo rendimiento en volumen y representatividad muestral, elevados tiempos de análisis, etc.). Como respuesta a este conjunto de limitaciones, son necesarias propuestas para abordar de manera eficiente y económica la trazabilidad, seguridad y calidad de productos a granel. Esta tesis propone una nueva metodología con tal objetivo, que se sustenta en tres pilares principales: el diseño de sensores NIRS (Near-Infrared Reflectance Spectroscopy) para muestrear y analizar graneles antes de su descarga; un enfoque geoestadístico para el estudio de la distribución espacial de parámetros de interés y el desarrollo de estrategias de muestreo óptimas, según el caso de estudio; y el diseño de un sistema robotizado para la automatización del conjunto. Por tanto, trata de poner a punto un nuevo paradigma para la monitorización y evaluación de materiales a granel, que pueda a la vez mejorar la eficiencia de los métodos clásicos, y habilitar la toma de decisiones en tiempo real.
2. Contenido de la investigación Esta tesis consta de un total de diez secciones. En primer lugar, las secciones I y II representan el marco general y los objetivos de la presente tesis doctoral, respectivamente. A continuación, la sección III constituye una revisión del estado del arte, abarcando el contexto actual del control de productos agroalimentarios a granel, una introducción a los principios de la Teoría de Muestreo, algunas de las bases fundamentales de la tecnología NIRS y las etapas principales de las que consta un estudio geoestadístico.
La sección IV agrupa cuatro capítulos relacionados con la evaluación de la metodología propuesta para el muestreo y análisis de lotes de productos a granel, basada en la utilización de la tecnología NIRS y su combinación con técnicas de análisis espacial. En esta sección se aborda el estudio geoestadístico de la distribución de constituyentes analíticos de interés, permitiendo su predicción en puntos no muestrales del lote, así como la evaluación de distintas estrategias de muestreo para el control de problemas de seguridad y calidad.
La sección V incluye cuatro capítulos relativos a las sondas de fibra óptica desarrolladas para el análisis NIRS de materiales a granel, tanto en estado sólido como líquido. En el primero de ellos, se introducen las etapas que han formado parte del proceso de diseño e implementación de las mismas, así como sus principales características. Los otros tres capítulos muestran los resultados de los trabajos de evaluación realizados con ellas.
La sección VI muestra el proceso de desarrollo de la unidad robótica destinada a la automatización del muestreo de productos a granel mediante la metodología propuesta. Esta sección introduce primero dos prototipos de laboratorio, que fueron implementados previamente antes de abordar el desarrollo del prototipo a escala real.
Las conclusiones generales extraídas a partir de la presente tesis junto con las reflexiones finales y futuras líneas de investigación quedan reflejadas en las secciones VII y VIII. Finalmente, las secciones IX y X recogen, respectivamente, las referencias bibliográficas y apéndices del documento.
3. Conclusión • El control de materias primas y productos a granel es crítico para garantizar la calidad, seguridad y trazabilidad a lo largo de la cadena agroalimentaria. No obstante, la implementación de programas de control es un proceso complejo, dada la gran diversidad de factores que afectan a los sistemas de producción (variabilidad de las propiedades del producto, contaminaciones, adulteraciones, etc.).
• Las metodologías de muestreo y análisis de productos a granel demandan todavía en la actualidad una importante cantidad de recursos económicos, tiempo, mano de obra, herramientas, técnicas, etc. Por lo tanto, se necesitan aproximaciones alternativas que, sustentadas en nuevas tecnologías, permitan mejorar la eficiencia y efectividad de los procesos de evaluación.
• El avance de la tecnología NIRS ha permitido obtener soluciones óptimas de control analítico en una gran variedad de campos. Entre otros factores, esto es resultado de su carácter multiatributo y multiproducto, así como de su eficiencia para obtener (en milisegundos) una huella espectral digital única de cada muestra. Así, el desarrollo de sensores y herramientas para posibilitar su empleo en el control de materiales a granel resulta estratégico.
• El uso de sensores de fibra óptica incorpora además una componente espacial a cada medida analítica. A partir de ello, la propuesta de una metodología de análisis NIRS combinada con análisis geoestadístico, por medio de la introducción de técnicas predictivas como Kriging, ha generado la posibilidad de estudiar la distribución espacial de constituyentes analíticos dentro de lotes a granel.
• Los estándares de muestreo tradicionales a menudo no se basan en enfoques probabilísticos, ni consideran posibles patrones heterogéneos de los atributos a evaluar, con el consiguiente riesgo para la fiabilidad de las conclusiones derivadas del análisis. En cambio, la metodología propuesta permite el desarrollo de protocolos optimizados en función del objetivo. En este sentido, la implementación de estrategias adaptativas ha mostrado, en particular, su potencial para la evaluación de calidad y análisis de riesgos de seguridad en tales condiciones.
• La integración de los sistemas robóticos desarrollados presenta la oportunidad de abordar la automatización completa del proceso de inspección e incrementar el volumen de muestra analizado, aprovechando de ese modo todo el potencial de la metodología señalada anteriormente.
• Esta tesis muestra el camino hacia un cambio de paradigma en el control de productos a granel. Para ello, presenta una propuesta integral basada en un sistema automatizado de muestreo y análisis in situ que permite la toma de decisiones en tiempo real.
4. Bibliografía C. Paoletti, K.H. Esbensen, Distributional Assumptions in Food and Feed Commodities—Development of Fit-For-Purpose Sampling Protocols, J. AOAC Int. 98 (2015) 295–300. doi:10.5740/jaoacint.14-250.
C. Pasquini, Near infrared spectroscopy: A mature analytical technique with new perspectives – A review, Anal. Chim. Acta. 1026 (2018) 8–36. doi:10.1016/j.aca.2018.04.004.
C.A. Bunge, M. Beckers, B. Lustermann, Basic principles of optical fibres, Woodhead Publishing, 2017. doi:10.1016/B978-0-08-100039-7.00003-8.
CESFAC, Guía de procedimientos de control para la determinación de la seguridad de las materias primas destinadas a alimentación animal, Fundación CESFAC, 2006.
E.H. Isaaks, R.M. Srivastava, Applied Geostatistics, 1989. doi:10.1016/0040-1951(74)90006-7.
European Commission, Regulation (EC) No 882/2004 of the European Parliament and of the Council of 29 April 2004 on official controls performed to ensure the verification of compliance with feed and food law, animal health and animal welfare rules, Off. J. Eur. Union. L 165 (2004) 1–141.
F. Cheli, A. Campagnoli, L. Pinotti, V.D. Orto, Rapid Methods as Analytical Tools for Food and Feed Contaminant Evaluation: Methodological Implications for Mycotoxin Analysis in Cereals, in: P.A. Aladjadjiyan (Ed.), Food Prod. - Approaches, Challenges Tasks, InTech, 2012.
FAO, IFIF, Good practices for the feed industry - Implementing the Codex Alimentarius Code of Practice on Good Animal Feeding, FAO Animal Production and Health Manual No. 9, Rome, Italy, 2010.
H. a. Kuiper, C. Paoletti, Food and Feed Safety Assessment: The Importance of Proper Sampling, J. AOAC Int. 98 (2015) 252–258. doi:10.5740/jaoacint.15-007.
H.W. Siesler, Y. Ozaki, S. Kawata, H.M. Heise, Near Infrared Spectroscopy: principles, instruments, applications, Wiley-Vch, Weinhen, Germany, 2002.
ISO, ISO 24333. Cereals and cereal products - Sampling, International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland, 2009.
K.H. Esbensen, DS 3077. Representative Sampling - Horizontal Standard, Danish Standards, 2013. www.ds.dk.
K.M. Sørensen, B. Khakimov, S.B. Engelsen, The use of rapid spectroscopic screening methods to detect adulteration of food raw materials and ingredients, Curr. Opin. Food Sci. 10 (2016) 45–51. doi:10.1016/j.cofs.2016.08.001.
L. Petersen, P. Minkkinen, K.H. Esbensen, Representative sampling for reliable data analysis: Theory of Sampling, Chemom. Intell. Lab. Syst. 77 (2005) 261–277. doi:10.1016/j.chemolab.2004.09.013.
P. Gy, Sampling for Analytical Purposes, 1st ed., John Wiley & Sons, Chichester, UK, 1998.
R. Webster, M. Oliver, Geostatistics for Environmental Scientists, 2nd ed, John Wiley & Sons, Inc., Chichester, 2007.
