Técnicas instrumentales avanzadas en el estudio y control de las características sensoriales de alimentos

Amparo TárregaInstituto de Agroquímica y Tecnología de Alimentos

Propiedades sensorialesApariencia

Textura

Aroma y Sabor

Nutricionales

Sentidos

Características sensoriales

Evaluación sensorialSensaciónEstímulo

Identidad Intensidad Diferencia

Placer/ Agrado/ Aceptación

Costumbres, educación, experiencias pasadas, expectativas, contexto

Cortex

AFECTIVAS

Tipo de Pruebas

ANALITICAS: discriminatorias y descriptivas

Calidad de los alimentos

Uso en la industria alimentaria

-Control de calidad en industria

-I+D+I…. nuevas formulaciones y procesos

-Autenticación de alimentos con determinadas marcas de calidad

Técnicas de evaluación sensorial

Panel de jueces entrenado

Panel de jueces expertos

Requieren:

Coste elevado: tiempo y personal

No siempre disponible

No es posible automatizar

- Sustitución del análisis sensorial en ciertas tareas de Control de Calidad o en Investigación y Desarrollo:

- Índices instrumentales.- Dificultad dependerá de la complejidad en la relación estimulo/ sensación:

-Alimento-Otros estímulos: Interacciones

- Explicar la relación entre el estímulo y la sensación percibida

-Determinación del estímulo responsable de la sensación-Medida del estímulo-Interacciones entre estímulos

Uso de técnicas instrumentales

FORMA TAMAÑO COLOR BRILLO TEXTURA UNIFORMIDAD

ASPECTO

Clasificación del producto

Identificación del producto

Variedad del producto

ASPECTO

Tono de color Intensidad del colorUniformidad del color

Estado de maduración de frutas y hortalizas

Procesado y conservación :Curado, cocido, horneado, tostado

Deterioro durante el almacenamiento

Productos formulados: Combinación de sustancias colorantes.

COLOR DE LOS ALIMENTOS

ATRIBUTOS SENSORIALES DE COLOR

INDICE DE CALIDAD

La luz reflejada por el objeto pasa por un filtro rojo, verde y azul. Detrás de cada filtro un foto detector cuantifica la luz que pasa en cada filtro en forma de valores x, y , z.

La luz reflejada por el objeto pasa por un monocromador que la descompone en el espectro y una matriz de diodos mide la cantidad de luz para cada longitud de onda. Esto es transformado en los valores x, y ,z.

Sistema CIE Lab (1976): Espacio de color "perceptivamente lineal"

Modelo cromático usado para poder describir los colores que puede percibir el ojo humano.

L: Luminosidad

a: rojo- verde

b: amarillo- azul

C*: cromaticidad

h*: tono

Espacio "maestro" XYZ (CIE 1931)

MEDIDA DE COLOR

Comparación con un estándar

Índice de pardeamiento:

∆L* más claro

∆a* mas rojo/menos verde

∆b* más amarillo/menos azul

Diferencia de color neta ∆E* = ∆a* 2 + ∆b* 2 +∆L* 2

L: Luminosidad

a: rojo- verde

b: amarillo- azul

Índice de “blancura”: WI =100 - (100 - L*)2+ a *2 +b *2

WI = L* − 3b* (Hunter)

BI = 100 (0.31 x )/ 0.17

(a* + 1.75 L*)(5.645 L*+ a* -3.012 b*)

x =

Índices instrumentales de color

Chroma Meter CR-400 y CR-410 de KONICA MINOLTA.

CM-5 Spectrophotometer KONICA MINOLTA

ColorTrend HT sensor is mounted above the conveyor Hunter lab

Portátiles En la línea de fabricación

De laboratorio

CM-700d / 600d Spectrophotometer

CM-2500c Spectrophotometer

Colorímetros y espectrofotómetros en el mercado

MEDIDA DE COLOR

IMAGEN del producto evaluación de características como tamaño, forma, color y textura de los productos

1) Adquisición de la imagen

2) Pre-procesado de la imagen

3) Segmentación de la imagen: para distinguir los componentes

4) Tratamiento de la matriz de datos de pixeles: evaluar las características de los compones o cuantificar parametros estadisticos de la imagen.

5) Clasificación, aceptación o rechazo del producto en función de la caractistica que interese

ANALISIS Y PROCESADO DE IMAGEN

Candidato ideal a sustituto de la INSPECCIÓN VISUAL

Ventajas:Método no destructivoEvaluación precisa y objetiva de la apariencia del producto con registro.

Limitaciones:Requiere una automatización importanteProcesado de información lento: Rapidez del procesamiento y toma de decisión en “linea”

TEXTURA DE LA IMAGEN

J. Li et al. / Meat Science 57 (2001) 341±346

Dura

Tierna

Evaluación de la terneza de la carne de ternera en base al análisis de la imagen.

Aunque el análisis de imagen por sí solo no es suficiente para clasificar la ternera en distintos niveles de terneza pero sí que es muy útil junto con el resto de indicadores a una mejor predicción de la terneza.

ANALISIS Y PROCESADO DE IMAGEN

Inspección de los ingredientes en PIZZA

Cantidad de topping (Porcentage)Distribución de los toppings

Desarrollaron una nueva técnica de segmentación “region based” para agrupar de forma efectiva los pixels corresponidentes al mismo topping.

Sun, D.-W. Journal of Food Engineering,44, pp. 245-249, 2000.

Muestras pequeñas o con distintas regiones de color

Gökmen, Vural and Sügüt, Idris (2007) "A Non-Contact Computer Vision Based Analysis of Color in Foods," International Journal of Food Engineering: Vol. 3: Iss. 5, Article 5.

Predicción del nivel de acrilamida en patatas chips. El parámetro caracterísitico NA2 extraido de las imágenes digitales de las patatas presentaron una relación lineal con el nivel de acrilamida

� �Vural G kmen1, Hamide Z. Senyuva2, Berkan D lek3 �and Enis etin3

Mol. Nutr. Food Res. 2006, 50, 805 – 810 Computer vision based analysis of potato chips –A tool for rapid detection of acrylamide level

Fruta inmadura: Rango amplio de ángulos hueFruta madura: Rango más estrecho de angulo hue

Estado de Maduración de Frutas

ANALISIS Y PROCESADO DE IMAGEN

Análisis de imagen para estudiar el COLORAnálisis de imagen como herramienta rápida de determinación del nivel de acrilamida

TEXTURA

Respuesta de los sensores táctiles a estímulos físicos que resultan del contacto entre el alimento y alguna parte del cuerpo.

Sentido del tacto, generalmente en boca o en mano

Kinestesia (sentido del movimiento y posición)

Vista

Sonido

Importancia de la textura depende del alimento

Crítica: carne, cereales de desayuno, snacks, Importante: vegetales, queso , pan, postres gelificadosMenor: bebidas y sopas

Estructura del producto: Procesado, Composición, Hidrocoloides

DispersiónEmulsionesSólido alveolarRed estructuradaAgregados proteicos

Blando, firme, duroCrocante, frágil, quebradizoTierno, chicloso , duroMeloso, gomosoPlástico, elásticoPegajosoLíquido, espeso, vicoso

Arenoso, granuloso, Fibroso, celular , cristalino

Cremosidad

Crujiente

Seco, húmedo, acuosoAceitoso

DurezaFragilidadMasticabilidadGomosidadElasticidadAdhesividadViscosidad

Tamaño de partículaForma y disposición de las partículas

Viscosidad-tamaño de partícula-lubricación

Fragilidad-sonido

Contenido en aguaCantidad de grasa

Propiedades mecánicas

Propiedades geométricas o de superficie

Otras propiedades: composición

Combinación de propiedades

Términos TEXTURA

TEXTURA

Ax

y

Velocidad de cizalla

γ =Deformación relativaxy

REOLOGíA

Estudio del flujo y la deformación de los materiales

Esfuerzo de cizallaF, vA

y

TEXTURA- Métodos reológicos

Sólido ideal

Módulo elásticoσ= G γ

Fluido ideal

Viscosidadσ= η γ.

Alimentos líquidos y semisólidos

ViscoelasticidadEstudio del comportamiento elástico y viscoso del material.

Alimentos semisólidos y sólidos

Comportamiento de flujoEstudio de cómo varía la relación entre el esfuerzo y la velocidad de cizalla

Comportamiento de flujo

TEXTURA- Métodos reológicos

Reogramas o Curvas de flujo

σ

tiempo

Modelo Weltmann

σ = A – B ln t

Test de Tixotropía

Área tixotrópica

A: esfuerzo de cizalla inicial

K- índice de consistencian- ínidice de flujo

σ0- umbral de fluencia

η0 viscosidad aparente B: velocidad de destrucción estructural

Parámetros de flujo

+γ

-γ0

MuestraEsfuerzo (σ)

Ensayos reológicos oscilatorios: Estructura de la muestra intactaViscoelasticidad

Deformación (γ)

TEXTURA- Métodos reológicos

Espectro mecánico

ω=η /G **

δγσ= sen)/(''G 00

'G/"Gtan =δ

• Módulo de almacenamiento:

• Módulo de pérdida:

• Tangente del ángulo de desfase:

• Viscosidad compleja:

Parámetros de viscoelasticidad

Parámetro Reológico

Parámetros reológicos usados como índices instrumentales

Percepción/ Producto

TEXTURA- Métodos reológicos

Índice de consistencia

Viscosidad ap. a 100 s-1 Viscosidad percibida en líquidos

Viscosidad o consitencia en productos semisólidosViscosidad en postres como natillas y yoguresViscosidad de mayonesas bajas en grasa

Viscosidad ap. a 10 s-1

Viscosidad compleja a 50 rad. s-1 Geles débilesCrema de relleno de pastelesNatillas

Postres como natillas y yogures

Modulo de elasticidad a 1Hz NatillasMayonesa

Estudio de las propiedades de hidrocoloides: Modificadores y creadores de textura en productos formulados

Capacidad/mecanismo espesante

Capacidad/ mecanismo gelificante

Respuesta a la temperatura

Interacciones entre distintos hidrocoloides

Sinergia

Antagonismo

Sustitución de grasas

TEXTURA- Métodos reológicos

Gellanβ-Glucan Guar gum Gum arabicLocust bean gum Pectin Starch Xanthan gum

Agar Alginate Arabinoxylan Carrageenan Carboxymethylcellulose Cellulose Curdlan Gelatin

Interacciones entre hidrocoloides

Aparatos de medida de Fuerza: Texturómetros

Registro de la fuerza/ tiempo o fuerza/deformación cuando se realiza movimiento sobre el alimento de compresión, extrusión , corte, penetración, etc.

Penetrómetro manual

Prensa Instron

Analizador de textura: TA:XT2, QTS, Lloyds

TEXTURA- Aparatos de medida de fuerza

Condiciones ensayo:

Tipo de prueba, velocidad, distancia

Tamaño, forma y temperatura de la muestra

Penetración

Compresión

TEST: Doble compresión de una muestra de tamaño próximo a un mordisco

TEXTURA- Aparatos de medida de fuerza

PERFIL DE TEXTURA INSTRUMENTAL (TPA)

Dureza

Fragilidad

Cohesividad

Elasticidad

Masticabilidad

Gomosidad

Resilencia

Szczesniak, 1963Bourne, 1978

Adecuación de las condiciones (celdas, movimiento y parámetros) al alimento y a la propiedad que se quiere medir.

Imitativas del movimiento

Untabilidad de mantequilla/grasa

Cuchillo Resistencia al corte

Resistencia a la rotura de la piel y firmeza de la carne

Elasticidad de pastaFlexibilidad de frutas

Crujibilidad en snacks

Medida de la firmeza del pan de acuerdo AACC standard method 74-09.

Extrusión Para evaluar, pegajosidad en carmelos y miel

5-blade KramerCélula de cizalla

Sistema mulit punciónPara penetracion en sutancias particuladas o no homogeneas

TEXTURA- Aparatos de medida de fuerza

Crujiente/ fresco/ recién hecho:Propiedad de productos secos o de productos con estructura celular en los que la fractura del material implica propagación del sonido

TEXTURA: Medida Acústica

.

Fuerza ( __ ) Nivel de presión del sonido( ----)

Parámetros acusticos obtrenidos del registro

Numero de picos de sonido, número de eventos

Nivel máximo del pico

Media de número picos de sonido, media del nivel de presión de sonido

Análisis fractal: dimensión fractal

Control de calidad de productos crujientes

Estudio de los mecanismos perdida de crujibilidad en alimentos

Almendra cruda

Almendra tostada 6-min.

Compresión

Aplicaciones

Varela et al., 2008

GUSTO

Ácido Sensación producida por sustancias ácidas. No siempre proporcional al pH ej. Acético > Clorhídrico

Receptor: Canales iónicos. Bloqueo de canales potasio por los protones.

Salado Sensación producida por iones solubles de metales alcalinos: NaCl, Li CL, KCl, NH4Cl y CaCl2

Canales de ión Na, sensible a la amilorida: permeable a Na y Li. Canales de Na no sensible a la amilorida: otros iones

Umami El umami representa el sabor procedente de la combinación de aminoácidos: ácido glutámico y los ribonucleótidos inosina monofosfato (IMP) y el guanilato monofosfato (GMP)

Receptor metabotrópico del glutamato acoplado a proteina G.

Amargo Producido por compuestos de distinta familia química: Pequeñas moléculas como cloruro potásico o isotiocianato de sodio, o moléculas grandes como alcaloides, polifenoles o flavonoides.

Receptores TAS 2 R. Receptores de membrana acoplados a una proteína G específica (gustducina).

Dulce Sensación producida por azúcares, polioles, dipeptido (aspartamo)….

Receptores de membrana acoplado a proteína G: TAS 1R

Estimulan los receptores olfativos del epitelio en la cavidad nasal

Previo a la ingestión del alimento: Vía ortonasal

Durante la ingestión: vía retronasal

AROMA Y OLOR

Compuestos volátiles que normalmente se encuentran en baja concentración en los alimentos

Ortonasal Retronasal

Integración de la información:

Identificación del olor / aroma: reconocimiento

Intensidad

Adecuación?

Importancia

- Atributos clave en la CALIDAD de ciertos productos

- Aroma natural: Origen y procesado (fermentación, tostado, destilación)

- Aroma formulado: Desarrollo de la combinación adecuada.

- Almacenamiento: Pérdida de aroma y aparición de olores no deseados

Respuesta hedónica

Aceptación

Rechazo

COMPUESTOS VOLÁTILES

COMPUESTOS SÁPIDOS

COMPUESTOS ACTIVOS DEL OLOR

Técnicas cromatográficas Espectrometria.

Cromatografía de gases- OlfatometríaDeterminación de umbrales

CANTIDAD DE VOLATILES/ SAPIDOS LIBERADOS

Liberación de aroma en vivo

In-nose and in mouth measurements

PERCEPCION/ INTEGRACION:

Combinación de aromas

Interacción entre estímulos

Olfatómetro y gustómetro dinámico

BIOMIMETICOS: Selección/ ClasificaciónNarices electrónicas

Lenguas electrónicas

TECNICAS DE ANÁLISISOBJETIVO

TECNICAS INSTRUMENTALES / OLOR Y SABOR

PERFIL DE COMPONENTES VOLÁTILES

MÉTODOS ANALÍTICOS DE EXTRACCIÓN E IDENTIFICACIÓN DE COMPONENTES VOLÁTILES.

Recuperación de los “componentes volátiles totales” presentes en el alimento

• Destilación, extracción con vapor, disolventes• Concentración

Estudio del “espacio de cabeza”: Estático, dinámico o microextracción en fase sólida

Ventajas• Más representativa de la fracción volátil del alimento.• Reducción de la manipulación de la muestra. • No introducción de componentes indeseados por uso de disolvente

EXTR

AC

CIÓ

NSE

PAR

AC

ION

Espectrometría de masas

IDEN

TIFI

CA

CIO

N

Y

CU

AN

TIFI

CA

CIO

N

Cromatografía de GASES

DetectoresDe ionización de llama (FID), de conductividad térmica (TCD), termoiónico (TID), Captura de electrones (ECD), emisión atómica (AED)

CromatogramaComparación del tiempo de elución y la intensidad de la señal con patrones •La molécula en estado gaseoso se fragmenta

•Los fragmentos se separan en función de su relación masa/carga (m/z)•El espectro es la representación de la abundancia relativa de cada fragmento en función de la relación m/z•Los espectros son característicos para cada molécula

•Separación de los compuestos de acuerdo a la afinidad por la columna

APCI- MS - Atmospheric Pressure Ionization- Mass Spectrometry

PTR-MS Proton Transfer Reaction- Mass Spectrometry

SIFT-MS Selected Ion-Flow-Tube- Mass Spectrometry

TECNICAS ANALÍTICAS DE MEDIDA “ON-LINE”: en tiempo real , no invasiva y con alta sensibilidad para monitorizar los compuestos volátiles.

PERFIL DE COMPONENTES VOLÁTILES

Permite identificar y cuantificar la totalidad de los volátiles presentes en un alimento

RELACIÓN CON LAS PROPIEDADES SENSORIALES

UTILIDAD DE LOS PERFILES DE COMPONENTES VOLÁTILES

Resulta complicado atribuir a qué compuesto corresponden las diferencias sensoriales

Numero de compuestos volátiles es enorme: Necesidad de tratamiento multivariante

Útil para estudiar los cambios durante el procesado, almcenamiento o debidos a la variedad

Aparecen a menudo relacionados alguna propiedad sensorial con muchos de los compuestos sin que haya en realidad una relación de causalidad

Compuestos ACTIVOS del olor

CROMATOGRAFÍA DE GASES- OLFATOMETRIA

Los compuestos separados por la columna pasan por el detector y por un puerto olfatométrico donde una persona indica si huele o no y a su vez indica

-A qué huele?

-Cuánto huele?

Identificación de aquellos volátiles con capacidad odorante.

Jerarquización de la contribución de cada componente en el aroma global

Compuestos impacto o clave:

Componentes CLAVE en el aroma de un producto

Compuesto Descriptor AlimentoNeral/geranial Limón Limón

2-trans-6-cis-nonadienal Pepino Pepino1-octen-3-ona Champiñón Setas

2-trans-4-cis-decadionato de etilo Pera Pera2-isobutil-3-metoxipirazina Pimiento verde Pimiento verde

2-propenil-2-propenetiosulfinato Ajo AjoFuraneol Caramelo Fresas, piña

Geosmina Terroso Remolacha4-fenil-2-butanona Caramelo Frambuesa

2-heptanona Queso azul LecheZ-3-hexenal Papel Tomate

4-mercapto-4-metil-2-pentanona Boj Vino SauvignonBenzaldehído Almendras amargas Almendras

(Aceña y col., 2009)Compuestos contribuyen a notas diferenciadoras

Técnicas de reconstitución del aroma

CROMATOGRAFÍA DE GASES- OLFATOMETRIA

Soluciones con determinada combinación de odorantes

Aplicaciones Cromatográfía Gases- Olfatometría

Relación entre las propiedades sensoriales de algunos vinos con el perfil aromático que proporciona una determinada variedad de uva

Relación entre la calidad aromática de la carne y las diferentes dietas con las que los corderos han sido alimentados

Determinación de los volátiles aromáticos relacionados con la frescura de las sardinas, de forma que mediante el control de la concentración de dichos componentes permita tener una idea de la calidad del producto que llega al consumidor

Caracterizar la tipicidad que proporciona una materia prima, variedad, especie o zona de producción

Estudios sobre la caracterización del aroma de prácticamente todos los alimentos.Vinos tintos jóvenes el aroma base se debe a la presencia de unos 20 compuestos, los cuales le proporcionan un aroma básico frutal, graso/láctico y alcohólico (ácidos grasos, alcoholes y, sobre todo, ésteres). Otros compuestos cuyos olores no predominan, pero enriquecen el aroma con notas florales, lactónicas o fenólicas V. Ferreira, R. López, J. Cacho. J. Sci. Food Agric., 80 (2000) 1659-1667

Almacenamiento y conservación

Triqui, R., Bouchriti, N. Freshness assessments of Moroccan sardine (Sardina pilchardus): comparison of overall sensory changes to instrumentally determined volatiles. J. Agric. Food Chem. 2003; 51: 7540‐7546.

AUC

Inte

nsid

ad

Imax

tmax

Tiempo (min)

Iones moleculares protonados (MH+):Hexanoate de etilo3-octanona2-nonanona2-heptanona

ionización deteccióntrampa

Monitorización de la liberación de aroma desde el alimento

TECNICAS ANALÍTICAS DE MEDIDA “ON-LINE”:

APCI- MS Atmospheric Pressure Chemical Ionization- Mass SpectrometryPTR-MS Proton Transfer Reaction- Mass SpectrometrySIFT-MS Selected Ion-Flow-Tube- Mass Spectrometry

“In nose” APCI- MS

Monitorización de la liberación de aroma desde el alimento

Conocer concentración de compuesto que llega al epitelio olfativo

BLANDO

DURO

Observación: Geles blandos se percibe mayor intensidad de aroma

Explicación: Mayor cantidad de aroma liberado ? O Interacción percepción?

Efecto de la textura en la percepción del aroma

J. Agric. Food Chem., 2002, 50 (18), pp 5149–5155

Sensorial Instrumental

NO DIFERENCIA

Monitorización de la liberación de aroma desde el alimento

Dinámica de liberación de compuestos. Efecto de la composición

Efecto de la grasa

tiempo

Aro

ma

(%)

Producto bajo en grasa: Mayor intensidad que aparece antes y desaparece rápidamente

Producto rico en grasa: el aroma es mas persitente

Retención de los compuestos en la fase lipídica: La liberación es menor al aumentar la cantidad de grasa

Rico en grasa

Bajo en grasa

Arancibia et al. 2011

Hidrófilo

Lipófilo

Rico en grasa Bajo en grasa

tiempo

Aro

ma

(%)

Aro

ma

(%)

tiempo

Lipófilo

Hidrófilo

El efecto depende de las características del compuesto: Mayor efecto de retención en compuestos lipófilos

Aroma percibido: Cambio cualitativo

Cuantificación de 16 iones característicos en el espacio de cabeza en condiciones similares a las de la del consumo.La medida del espacio de cabeza requirió solo 2 min por expreso.El modelo obtenido es capaz de predecir el perfil sensorial

PREDICCIÓN DEL PERFIL SENSORIAL DE Café EXPRESO EN BASE A LA LIBERACIÖN DE AROMAS DURANTE CALENTAMIENTO

Olfatometro y gustómetro dinámico

Estudiar cómo se perciben los estímulos

Aparatos experimentales para liberar una cantidad de estímulo controlado (compuesto aromático o sápido)

Combinaciones de aromas

Liberación de aroma

Interacción con otros estímulos:

Textura- Sabor

Gusto-Aroma

Combinaciones de sápidos

COMPUESTOS VOLÁTILES

COMPUESTOS SÁPIDOS

COMPUESTOS ACTIVOS DEL OLOR

Técnicas cromatográficas Espectrometria.

Cromatografía de gases- OlfatometríaDeterminación de umbrales

CANTIDAD DE VOLATILES/ SAPIDOS LIBERADOS

In-nose and in mouth measurements

PERCEPCION/ INTEGRACION:

Combinación de aromas

Interacción entre estímulos

Olfatómetro dinámico

“Gustometer”

BIOMIMETICOS: Selección/ ClasificaciónNarices electrónicas

Lenguas electrónicas

TECNICAS DE ANÁLISISOBJETIVO

TECNICAS INSTRUMENTALES / OLOR Y SABOR

Narices electrónicas en el control de alimentos

Avances en el campo de la electrónica y los automatismos,

NARIZ ELECTRÓNICA= NARIZ HUMANA

Capturar la huella aromática de un producto

Reconocer y distinguir los olores

A pesar de los grandes avances en los sistemas sensores, las correlaciones entre sistemas electrónicos y el sistema humano sólo tienen sentido en condiciones muy bien definidas.

Hasta el momento las narices electrónicas han demostrado su utilidad para la detecciónde volátiles no necesariamente odorantes como explosivos, contaminantes en atmósferas, ocompuestos exhalados con la respiración en aplicaciones médicas….

Narices electrónicas en alimentos:

Sistemas de sensores diseñados específicamente para una aplicación y producto que generalmente suelen ser tareas de clasificación del producto de acuerdo a la calidad, de origen, estado de maduración etc.

Sí que imitan los principios del mecanismo de percepción de olores en el hecho de que no se basan en la descripción y cuantificación de cada uno de los volátiles si no en el efecto que causa en el sensor el conjunto de aromas y concentraciones.

Narices electrónicas en el control de alimentos

Sistema detector:Sensor : superficie o elemento con el que reacciona el compuesto químico

Comparación del patrón de información de las señales con otros previamente clasificados

Tecnicas de Análisis multivariante, redes neuronales.

Transductor transforma el cambio en el sensor en señal eléctrica

Sistema de análisis y decisión: reconocimiento de patrón

SISTEMA DE DETECCIÓN más comun en narices electrónicas son los sensores de gases, los más utilizados:

•Electroquímicos: Sensores de semiconductores de oxidos metalicos (MOS), Sensores de polímeros conductores (CP), Transistores MOSFET

•Piezoeléctricos: Sensores de superfice de onda acústica (SAW), Microbalanzas de cuarzo (QMB)

“Karlsruhe Micro Nose, KAMINA”

Representación radial la resistencia o cambio en conductividad en los 38 segmentos

Capa de oxido metalico de silicio separad en 38 segmentos por una estructura de electrodos paralelos. Gradiente de temperatura ( a) o gradiente de membrana (b).

Narices electrónicas en el control de alimentos

Ejemplo

Goschnick, J. 2001, Microelectron Eng, 57-8, 693

•Opticos •Biosensores•Espectrometría de masas•Separación cromatográfica•Espectroscopía•Combinación

Sensor híbrido de gran selectividad que contiene una mini bomba, mini valvula, una micocolumna de GC empaquetada y un sensor electroquímico MOS como detector.

(Zampolli et al. 2005, Sensors and Actuators B, 105, 400) mostraron que es posible conseguir en 15 min la separación completa de benceno, tolueno y xilenothe

Ventajas: Tienen mayor selectividad, sensibilidad

Inconveniente: Precio y la complejidad del sistema

Narices electrónicas en el control de alimentos

Ejemplo

SISTEMA SENSORES ALTERNATIVOS: Para mejorar la selectividad, sensitividad, estabilidad frente a temperatura y a la humedad

Narices electrónicas en el control de alimentos

SISTEMA DE TOMA DE DECISIÓN: Reconocimiento de Patrón

El sistema de Reconocimiento de Patrones deberá etiquetar de forma automática el perfil o patrón de señales que nos da elsistema sensor en base a comparación con patrones ya conocidos.

Debe establecerse claramente el objetivo final del sistema, es decir, cual es el conjunto de etiquetas o clases.

Construcción del clasificador (Redes neuronales)

1. La elección del modelo de relación entre:INPUT: Señales de los sensores OUTPUT: Clasificación en la denominación o bodega del vino

Narices electrónicas en el control de alimentos

2. Aprendizaje (entrenamiento del clasificador):Vinos para determinar el modelo final de relación

3. Verificación de los resultados.

Al realizar una medida nueva, la red neuronal nos da la clasificación del producto

RECONOCIMIENTO DE PATRONES BASADO EN REDES NEURONALES Y ANÁLISIS DE COMPONENTES

INDEPENDIENTES PARA NARICES ELECTRÓNICASJ. Lozano*1, A. García1, C.J. García1, M. Aleixandre2, J.P. Santos2, M.C. Horrillo2

Los sensores de gases pueden sufrir envejecimiento o y como resultado de la deriva agunos patrones previamente aprendidos se vuelvan obsoletos con el tiempo y el sistema pierde la capacidad de identificar olores conocidos.

Vinos jovenes tintosPuerta de Alcalá 2003 (Vinos Jeromín) R1Cillar de Silos (B. de la Villa). Rib. Duero. R2Castillo de Olite (B. Artesanas). Navarra R3Cabernet Sauvignon Encín 2003 R4Mencía 2002. Ruchel, DO Valdeorras R5Monasterio de las Viñas, DO Cariñena R6Castillo de Aguarón, DO Cariñena R7Syrah 2002. Don Luciano, DO La Mancha R8Merlot 2002, Sliven (Bulgaria) R9

Vinos tintos de crianzaPablo Morate Barrica Americana M1Pablo Morate Barrica Francesa M2Carlos Gosalbez Barrica Americana 2002 M3Carlos Gosalbez Barrica Francesa 2002 M4Andrés Morate Barrica Americana M5Andrés Morate Barrica Francesa M6Luis Saavedra Barrica Americana 2002 M7Luis Saavedra Barrica Francesa 2002 M8Carlos Gosalbez Barrica Americana 2003 M9Carlos Gosalbez Barrica Francesa 2003 M10

MEDIDA

Recalibración

Correcta

Incorrecta

Clasificaciones de las muestras:

De Frank Rock; Nicolae Barsan; Udo Weimar; Chem. Rev. 2008, 108, 705-725.

NARICES ELECTRONICAS o SENSORES COMERCIALES

Narices electrónicas en el control de alimentos

Narices electrónicas en el control de alimentos

APLICACIONES:

Monitorización de procesos

Producción de aroma en la fermentación del mosto,Detección del deterioro en el curado del jamón, Producción de aromas durante la fermentación/ maduración del queso.

Vida útil:

Estado de madurez en frutas, grado de oxidación en aceites.

Evaluación de la frescura:

Pescado

Autenticación de productos:

Bebidas alcohólicas: clasificación de vinos de acuerdo al origen y variedad de uva, Adulteración de aceite de oliva virgen.Origen botánico de la miel

Respuesta de los sensores hacia los filetes de bacalao durante el almacenamiento

FreshSense- Maritech, Iceland (prototype)- Sensores electroquímicos:

CO, NH3, H2S, SO2- Bomba: muestreo durante 5 min

Identificar los compuestos que se producen durante el almacenamiento del pescado y son indicativos del deterioro

GC-MS / GC-O

Frescura / Deterioro del pescado

REJECT

Narices electrónicas en el control de alimentos

Olafsdottir, G, et al. Agric. Food Chem. 2005, 53, 10140.

Los sensores de CO fueron los mas sensitivos al deterioro debido a su sensibilidad. Alcoholes, aldehidos y esteres que aparecian gradualmente.

La trimetilamina aumento el dia 14 aunque el sensor de grupo NH3 no lo detectó

Sistema de detección del inicio del deterioro

La evaluación sensorial es la única medida real de las propiedades sensoriales y la calidad sensorial de los alimentos.

El coste en recursos, de tiempo y de personal del análisis sensorial hace necesario disponer de buenos indicadores de las características sensoriales para facilitar tareas de I+D y control de calidad.

Enfoque clásico: Técnicas instrumentales avanzadas para cuantificar los estímulos ymecanismos implicados en la percepción de las distintas características sensoriales.Técnicas de laboratorio son en general complejas y lentas. Útiles en el Desarrollo deProductos y apoyo en el desarrollo de sistemas rápidos de evaluación.

Enfoque más actual: Técnicas instrumentales que constituyan métodos rápidos yautomatizados de evaluación de la calidad sensorial de alimentos bien como indicadoresen el control de calidad o de procesos o como sistema de clasificación automatizada. Seapoyan en la nuevas tecnologías

CONCLUSIONES

Basados en el comportamiento de patrones.No puede ser como una caja negra: El conocimiento del fenómeno de percepción

es necesario para el éxito y la validez de este tipo de técnicas rápidas.

MUCHAS GRACIAS