Tesis doctoral de Marta Castro Giráldez
Actualmente, la industria agroalimentaria debe hacer frente a numerosas presiones y retos, de entre los que destaca la innovación como la única posibilidad para afrontar la enorme competencia que caracteriza el mercado. La innovación a nivel de proceso está dirigida a la investigación y aplicación de nuevas tecnologías. Mejorar e innovar en los procesos dará lugar a productos más seguros y de mayor calidad, lo cual está relacionado con las exigencias actuales del consumidor. En este contexto, los modernos sensores basados en la aplicación de energía electromagnética suponen un gran avance en el control de calidad en la industria alimentaria. la presente tesis estudia la aplicación de la radiación electromagnética a diferentes productos y procesos de la industria agroalimentaria, con el objeto de solucionar algunos de los grandes problemas del sector cárnico y de la industria postcosecha, así como controlar la operación de deshidratación osmótica en carne y frutas. en primer lugar se analizó la utilización de energía electromagnética para controlar la calidad de carne fresca; en este sentido se estudió la posibilidad de caracterizar el tipo de carne mediante el análisis de espectros electromagnéticos. Además se trató de analizar la viabilidad de determinar el proceso de maduración de la carne mediante la evolución de los espectros electromagnéticos. Se estudiaron dos rangos de frecuencia: desde 100hz a 0.4mhz; y desde 0.5ghz a 20ghz. Para ello se emplearon dos equipos, a baja frecuencia los platos paralelos agilent 16451b conectados a un analizador de impedancias agilent 4194a; y a frecuencias mayores, la sonda coaxial agilent 85070e conectada a un analizador de redes agilent e8362b. Además se realizaron diferentes medidas de parámetros bioquímicos, y físico-químicos de las muestras. Todas estas medidas se realizaron a diferentes horas postmortem que comprendían desde las 2 horas hasta los 7 días tras el sacrificio. la principal conclusión de este trabajo de investigación fue que los espectros dieléctricos de muestras de carne mostraron diferencias entre los tres tipos de calidades estudiadas: pse, dfd y rfn. Estas diferencias fueron significativas a diferentes frecuencias en diferentes tiempos postmortem. Las diferencias se atribuyeron a los diferentes metabolismos de las diferentes clases de carne. Los resultados obtenidos en este estudio permitieron confirmar la viabilidad de desarrollar un equipo industrial capaz de evaluar la calidad de los lomos de cerdo durante las primeras horas postmortem. Por otra parte, se definieron dos índices (ageing indexes) para determinar el grado de maduración de la carne basados en diferentes frecuencias del espectro y se demostró su eficacia y su relación con los tradicionales indicadores del envejecimiento de la carne como son el valor k, el contenido en aminoácidos libres, así como su relación con algunos parámetros de textura de la carne. en segundo lugar se realizó un proceso de salado de lomo de cerdo a diferentes tiempos con salmuera saturada. Para cada tiempo de salado y tras un reposo de 16 horas, se midieron las propiedades dieléctricas mediante la sonda coaxial agilent 85070e conectada a un analizador de redes agilent e8362b. A las muestras, además, se les determinó la masa, la actividad de agua, la humedad, los cloruros y el volumen. en este estudio se concluyó que el rigor mortis afecta a las propiedades mecánicas de la carne, y por ello es determinante en el comportamiento de la muestra durante la operación de salado. Además se pudo demostrar la posibilidad de determinar los diferentes mecanismos envueltos en el proceso de salado de carne utilizando un modelo termodinámico de no equilibrio. Se determinaron tres etapas durante el tratamiento de salado de carne con disolución saturada de cloruro sódico: una primera relajación del tejido, comprimido durante el rigor mortis; una contracción del músculo promovida por la rápida relajación de las fibras elásticas; y finalmente, las muestras saladas alcanzaron el equilibrio mecánico. Mediante este trabajo se demostró que las propiedades dieléctricas son una buena herramienta para analizar el reparto de moléculas de cloruro sódico en el músculo durante la operación de salado. en tercer lugar se realizó un estudio preliminar de disoluciones patrón que simulaban la fase líquida de la manzana; se concluyó que este sistema permite describir correctamente las relaciones entre los componentes de la manzana y la radiación electromagnética, y permite la identificación de los fenómenos que se atribuyen a las especies químicas claves en el proceso de maduración de la manzana a lo largo del espectro electromagnético. A partir de este estudio preliminar, se realizó un trabajo en tejido de manzana fresco para estudiar su proceso de maduración y analizar la viabilidad de controlar este proceso mediante la aplicación de radiación electromagnética. Se desarrolló un índice de madurez basado en las propiedades dieléctricas y se obtuvo una buena correlación con el índice de thiault en las disoluciones patrón preparadas así como en el tejido estructurado de manzana granny smith. en cuarto lugar, se realizó una operación de deshidratación osmótica de manzana granny smith. Las muestras se introdujeron en disolución de sacarosa de 65ºbrix a 30ºc durante distintos tiempos. Se midieron algunos parámetros fisicoquímicos así como las propiedades dieléctricas en las muestras frescas, tratadas y tras el reposo (24 horas a 30ºc). La operación de deshidratación fue modelizada mediante una aproximación termodinámica no lineal. Los resultados permitieron diferenciar tres etapas en la operación de deshidratación. Al principio del tratamiento, las células estaban turgentes y el sistema membrana plasmática/pared celular almacena una gran cantidad de energía mecánica. En esta primera etapa se produce un rápido encogimiento de la muestra. En la segunda etapa, la fuerza impulsora del transporte era la difusional. La muestra presentaba importantes perfiles de concentración y es en esta etapa cuando el tejido alcanza el máximo encogimiento, de aproximadamente el 60%; este encogimiento provoca un gran cambio estructural en el tejido, que hace que desaparezcan los perfiles de concentración, cambiando además la fuerza impulsora del transporte. La última etapa muestra las relajaciones internas del tejido que provocan que el transporte sea gobernado por fenómenos mecánicos. En este estudio se demostró que los espectros dieléctricos permiten controlar el proceso de deshidratación utilizando el factor de pérdidas a la frecuencia de relajación. por último, se estudió la operación de deshidratación osmótica de kiwi (actinidia deliciosa cv hayward). Las muestras se introdujeron en disolución de sacarosa de 65ºbrix a 30ºc durante distintos tiempos. Se midieron algunos parámetros fisicoquímicos así como las propiedades dieléctricas en las muestras frescas, tratadas y reposadas (24 horas a 30ºc). La operación de deshidratación fue modelizada mediante una aproximación termodinámica no lineal. Los resultados permitieron describir los términos difusionales y mecánicos del sistema durante el tratamiento; la operación de deshidratación produce fenómenos de contracción/relajación que se traducen en cambios macroscópicos de volumen y estructura, y también se producen cambios composicionales. En este estudio se demostró que los espectros dieléctricos permiten controlar el proceso de deshidratación utilizando el factor de pérdidas a la frecuencia de relajación. los resultados de los trabajos de investigación pertenecientes a esta tesis han sido objeto de presentación de dos patentes; la primera patente: procedimiento y dispositivo para la discriminación de alimentos, tiene como objeto verificar si los alimentos cumplen criterios de calidad preestablecidos. La segunda patente: método de discriminación de piezas de fruta según su grado de madurez y procedimiento de calibración de dicho método, consiste en un método que permite discriminar piezas de fruta según su grado de madurez, por ejemplo para poder llevar a cabo un método de discriminación en procesos continuos de clasificación de frutos recolectados, mediante técnicas de espectroscopia y que no requiere la destrucción del producto.
Datos académicos de la tesis doctoral «Estudio de los espectros dieléctricos para el control de calidad de alimentos«
- Título de la tesis: Estudio de los espectros dieléctricos para el control de calidad de alimentos
- Autor: Marta Castro Giráldez
- Universidad: Politécnica de Valencia
- Fecha de lectura de la tesis: 14/09/2010
Dirección y tribunal
- Director de la tesis
- Pedro Fito Maupoey
- Tribunal
- Presidente del tribunal: Ana María Andrés grau
- José angel Perez alvarez (vocal)
- douglas Grubb (vocal)
- marco Dalla rosa (vocal)