tecnologías innovadoras de control para el sector...
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Jacint Arnau Arboix
Jefe de programa de Tecnología Alimentaria
IRTA, Monells
Abril 2015
Tecnologías innovadoras de control para el sector
cárnico
La atenuación depende de:
• la densidad y grosor del tejido COMPOSICIÓN
• de la energía de rayos-X COMBINACIÓN DE VARIAS ENERGÍAS
Emisor y detector de rayos X
• El producto produce una
atenuación de los rayos X emitidos
• La atenuación se refiere a una
reducción en el número y energía
de los fotones (Io-If)
PREDICCIÓN DE LA COMPOSICIÓN DE LOS ALIMENTOS
Absorciometría de Rayos X
Base de la tecnología
LINE SENSOR
RAW HAM SAMPLE
CONVEYOR BELT
X-RAY TUBE
COMPUTER
B
Absorciometría de Rayos X
Jamones después de salazón
contenido de sal
Jamones frescos
contenido de grasa
Jamones curados
contenido de sal
MULTISCAN TECHNOLOGIES, S.L
Dos energías
Error de predicción = 5,5 %
5
10
15
20
25
30
35
40
45
5 10 15 20 25 30 35 40 45
Co
nte
nid
od
e g
ras
ap
red
ich
o(%
)
Contenido de grasa analítico (%)
datoscalibración
Contenido de grasa en jamones frescos
Absorciometría de Rayos X
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5C
on
ten
ido
de
sa
l p
red
ich
o (
%)
Contenido de sal analítico (%)
datos de calibración
datos de validación
Contenido de sal en jamones después
del salado
Una energía
Error de predicción = 0,25 %
Errores de predicción de sal y grasa en porciones
de jamón curado (ibéricos y serranos) utilizando RX
Sal Grasa
Calibración
R2 0,781 0,672
RMSE (%) 0,48 7,87
Variables del
modeloA50 A50 , A70
Validación
R2 0,814 0,732
RMSE (%) 0,43 7,00
Errores similares en
jamones formateados
• Interés de cara a:
o La indicación de Alegaciones nutricionales reducido en sal. Normativa (EC) Nº 1924/2006
o La indicación de la composición nutricional. Reglamento (UE) Nº1169/2011
• El contenido de sal puede predecirse de forma precisa (0,43% de error) y utilizando solamente una energía
• El error de predicción del contenido de grasa es mayor (7%) y necesita de la combinación de dos energías
• La adaptación/calibración del equipo a un tipo de producto permitiría reducir estos errores de predicción
Pruebas a nivel de planta piloto
Contenido de sal en jamones a final del
proceso de curación
Absorciometría de Rayos X
69 73 68 74 86 77 85 86 93 90 93 95 94,2 103 107 114
71 74 71 74 84 78 87 87 92 91 91 97 94,8 101 109 111
70 73 71 73 82 76 87 87 92 93 89 99 98,7 101 109 113
68 71 69 72 82 79 87 87 94 93 92 99 98,7 102 110 116
69 71 71 71 81 79 89 89 95 92 95 97 96,2 100 107 116
71 70 74 71 80 79 88 88 95 94 93 96 96,5 104 107 116
68 72 72 73 80 80 83 87 93 96 92 96 96,8 105 110 114
68 74 68 72 80 82 84 88 92 94 91 97 98,7 105 109 114
70 70 68 70 81 83 87 88 92 93 91 96 96,8 105 109 116
69 69 68 70 80 81 86 85 91 91 93 97 97,2 106 112 119
69 72 66 71 76 82 85 84 93 89 92 97 101 104 110 118
70 72 69 73 77 81 84 82 94 92 93 96 102 103 108 116
70 72 72 73 79 77 82 82 90 91 93 96 100 104 109 117
67 73 68 71 76 76 83 86 87 91 89 98 98,7 105 111 117
67 71 66 71 75 77 81 88 88 92 89 97 98,2 106 109 117
66 70 69 68 77 79 79 85 90 89 91 96 97,7 104 108 118
Matriz de valores de atenuación
Adquisición de datos
Unidades
Hounsfield 1000
μ
μμUH
agua
aguamuestra
Detectores
Rayos X emitidos
Rayos X atenuados
Fuente de rayos X
hueso
magro
grasapiel
piel
Grasa
subcutánea
magro
hueso
Grasa
Intramuscular
≠ valores de atenuación≠ tejidos ≠ densidad
• Tecnología no destructiva
• Evaluación del mismo producto a lo largo del proceso
• Utilizado para:
o Estimación de la composición corporal de animales vivos
o Determinación del porcentaje de magro en canales de cerdo
o Distribución de grasa en salmón
o Procesos de curación en pescado y productos cárnicos
o
SAL
10 cm
Fresco Después del salado
SAL
Aplicaciones de la TC en la Industria Alimentaria
En el tiempo:
• Retracción del jamón
• Aumento del contraste
(atenuación)
día 0
día 12
día 35
día 57
día 118
día 190
Salado
Reposo
Secado
10 cm
Debido a:
• La entrada de sal
• La pérdida de agua
Aplicaciones de la TC en Jamón Curado
Agua (%) = 84.52 + 0.243× HU80 – 0.424 × HU120
RMSE= 1.46%
Sal (%) = -2.15 + 0.041× HU80
RMSE= 0.29%
Tomograma (valores de atenuación)
% sal
Imágenes de distribución de sal y agua:
Representación grafica en 2-Dimensiones
Perfil: Representación gráfica de la variación
lineal del contenido de sal
02468
101214161820
-53
,4
-44
,5
-35
,6
-26
,7
-17
,8
-8,9 0
8,9
17
,8
26
,7
35
,6
44
,5
53
,4
62
,3
71
,2
80
,1 89
% Salt
Distance(mm)
Área crítica
Calibración de la TC: predicción de sal y agua en jamón curado
Entrecote
Utilidad en ternera:
• Determinación de la composición de
distintas piezas
• Si se aplicara en línea:
Determinación del grosor que debe
tener el corte para tener el peso
deseado
Aplicación en determinación del % de grasa en piezas
de ternera o jamones frescos
Utilidad:
• Mejorar los procesos de procesado posteriores
• Valorizar mejor el producto
• Detectar defectos (esteatosis)
Carne fresca
B) Tomograma obtenido a 80 kV
C) Tomograma después de la
segmentación de la grasa en la imagen
Santos-Garcés et al., 2013
Jamón curado
Aplicación en la determinación de la distribución de la grasa
intramuscular
Font i Furnols et al., 2013Measured IMF
Pre
dic
ted
IMF
¿Donde? ¿Qué representa?
TC industrial: aplicación online en jamones frescos
A nivel industrial, un tomograma es suficiente
para clasificar un jamón en diferentes grupos
de engrasamiento?
….. donde escanear?
• Optimización del proceso de salado
según el contenido de grasa
• Clasificación de la materia prima para
distintos procesos (jamón cocido, curado
etc.)
25
48
25
48
25
17
Funcionamiento del Ham-Inspector:
• Genera un campo magnético variable de baja intensidad que se induce en la pieza
• El equipo mide la magnitud del campo inducido en la pieza, que depende del contenido
de magro y grasa
• Incluye un modulo multi-frecuencia (espectroscopía) que permite determinar el contenido
de sal en la pieza
Inducción Magnética
LENZ INSTRUMENTS S.L
Inducción Magnética
• Proyecto Europeo PROCURED:
“Optimización del proceso de salado para la
producción de productos cárnicos curados
más sanos, de mejor calidad, y con un
contenido de sal reducido y más
estandarizado” (www.procured.eu)
Inducción Magnética
Aplicaciones principales del Ham-Inspector™
• Clasificación por peso y grasa de piezas de
carne (producto fresco)
• Optimización del proceso de salado (ej.: jamón
curado)
• Control de calidad de la materia prima
• Monitorización del contenido de sal después del
salado
• Segmentación de piezas para garantizar un
contenido reducido de sal
Contenido de GRASA en jamones frescos
Adj. R2 = 0,97
Error de predicción = 1,39%
Inducción Magnética
Inducción Magnética
Contenido de SAL en jamones a la salida del salado
Adj. R2 = 0,86
Error de predicción = 0,18%
Espectrometría de microondas
Equipo Sequid RFQ-scan
Inicialmente utilizado para determinar la calidad del pescado
RMSEC R2
Sal % 0,22 0,94
Agua % 1,67 0,95
Fulladosa et al 2013 Meat Sci 93, 873-879
Determinación del contenido de sal en jamón curado
35
40
45
50
55
60
65
70
35 40 45 50 55 60 65 70
Co
nte
nid
o d
e a
gu
a p
red
ich
o (
%)
Contenido de agua analítico (%)
Calibration data set
Validation data set
1
2
3
4
5
6
7
8
1 2 3 4 5 6 7 8C
on
ten
ido
de s
al
pre
dic
ho
(%
)Contenido de sal analítico (%)
Datos de calibración
Datos de validación
Contenido de agua Contenido de sal
Typical segmentation techniques (Sun, 2000) :
A B
Análisis de imagen por ordenador / Visión artificial
Adquisición de imagen
Procesado de imagen
• 8 x lámpara halógena calibrada
• Cámara CANON EOS 50D
• Área de iluminación 30-32 cm
• Intensidad luz 6000-6200 x
Adquisición con:
M. Semimembranosus
M. Biceps femoris
Diseño de una escala de color estándar para el jamón curado
Escala de color estándar
para jamón curado
A B
• Se determinaron las zonas de la imagen
con grasa intramuscular
• Se calcularon 48 parámetros para
caracterizar la grasa intramuscular de la
loncha
• Desarrollo de un clasificador para
determinar el nivel de veteado utilizando
redes neuronales y máquinas de soporte
vectorial
• Los resultados obtenidos indican que es
posible clasificar correctamente el 89%
de las lonchas según el nivel de veteado
Diseño de una escala de grasa intramuscular estándar
Muestras Objetivo Referencia
CerdoDiseño de una escala de color en jamón curado para
evaluación sensorialData IRTA
CerdoVisualización de grasa y defectos de nitrificación en
jamón (iluminación a 380 nm)Data IRTA
PavoEvaluación de la calidad y textura de lonchas de
jamón cocido de pavo.Iqbal et al. 2010
PolloEstimación del contenido de grasa en pechuga de
pollo (R2 = 0.739)Chmiel et al. 2011
TerneraDeterminación de los colores Cielab por visión
computarizadaGirolami et al. 2013
CerdoSeguimiento de piezas de cerdo para mejorar la
trazabilidad de los cortesLarsen et a 2014
CerdoLocalización del Zn Protopophyrm en jamón curado
(fuente UV 365 nm)Wakamatsu et al. 2005
Nitrification defects
Tipo de carne Composición Error P R2 Referencia
Pork fermanted Sausage Moisture
NaCL
Water activity
15.6 g/kg
2.2 g/kg
0.0075
0.99
0.91
0.98
Collell et al 2010 (IRTA)
NIR
No invasivo De contacto
• Se podría utilizar online para la predicción de los contenidos medios
de sal, agua y grasa en jamón curado loncheado
• Útil para la clasificación en distintos niveles
• Permite conocer la distribución en 2D
NIR
Jacint Arnau Arboix
Jefe de programa de Tecnología Alimentaria
IRTA, Monells
Gracias por su atención!