Resum
Actualment, la indústria agroalimentària ha de fer front a nombroses pressions i reptes, entre els quals destaca la innovació com a única possibilitat per a afrontar l'enorme competència que caracteritza el mercat. La innovació a nivell de procés està dirigida a la investigació i aplicació de noves tecnologies. Millorar i innovar en els processos donarà lloc a productes més segurs i de major qualitat, la qual cosa està relacionada amb les exigències actuals del consumidor. En aquest context, els moderns sensors basats en l'aplicació d'energia electromagnètica suposen un gran avanç en el control de qualitat en la Indústria Alimentària.
Aquesta tesi estudia l'aplicació de la radiació electromagnètica a diferents productes i processos de la indústria agroalimentària, per tal de solucionar alguns dels grans problemes del sector carni i de la indústria postcollita, així com controlar l’operació de deshidratació osmòtica en carn i fruites.
En primer lloc, es va analitzar la utilització d'energia electromagnètica per controlar la qualitat de carn fresca, en aquest sentit es va estudiar la possibilitat de caracteritzar el tipus de carn mitjançant l'anàlisi d'espectres electromagnètics. A més, es va tractar d'analitzar la viabilitat de determinar el procés de maduració de la carn mitjançant l'evolució dels espectres electromagnètics. Es van estudiar dos rangs de freqüència: des de 100Hz a 0.4MHz, i des de 0.5GHz a 20GHz. Per a això es van emprar dos equips, a baixa freqüència uns plats paral·lels Agilent 16451B connectats a un analitzador d'impedàncies Agilent 4194A, i a freqüències majors, la sonda coaxial Agilent 85070E connectada a un analitzador de xarxes Agilent E8362B. A més, es van realitzar diferents mesures de paràmetres bioquímics, i fisicoquímics de les mostres. Totes aquestes mesures es van realitzar a diferents hores postmortem que comprenien des de les 2 hores fins als 7 dies després del sacrifici.
La principal conclusió d'aquest treball de recerca va ser que els espectres dielèctrics de mostres de carn van mostrar diferències entre els tres tipus de qualitats estudiades: PSE, DFD i RFN. Aquestes diferències van ser significatives a diferents freqüències en diferents temps postmortem. Les diferències es van atribuir als diferents metabolismes de les diferents classes de carn. Els resultats obtinguts en aquest estudi van permetre confirmar la viabilitat de desenvolupar un equip industrial capaç d'avaluar la qualitat dels lloms de porc durant les primeres hores postmortem. D'altra banda, es van definir dos Índexs (“Ageing Indexes”) per determinar el grau de maduració de la carn basats en diferents freqüències de l'espectre i es va demostrar la seva eficàcia i la seva relació amb els tradicionals indicadors de l'envelliment en carn com són el valor K, el contingut en aminoàcids lliures, així com la seva relació amb alguns paràmetres de textura de la carn.
En segon lloc, es va realitzar un procés de salat de llom de porc a diferents temps amb salmorra saturada. Per a cada temps de salat i després d'un repòs de 16 hores es van mesurar les propietats dielèctriques mitjançant la sonda coaxial Agilent 85070E connectada a un analitzador de xarxes Agilent E8362B. A les mostres, a més, se'ls va determinar la massa, l'activitat d'aigua, la humitat, els clorurs i el volum.
En aquest estudi es va concloure que el rigor mortis afecta a les propietats mecàniques de la carn i, per això, és determinant en el comportament de la mostra durant l'operació de salat. A més, es va poder demostrar la possibilitat de determinar els diferents mecanismes que afecten al procés de salat de carn utilitzant un model termodinàmic de no equilibri. Es van determinar tres passos durant el tractament de salat de carn amb dissolució saturada de clorur sòdic: una primera relaxació del teixit, comprimit durant el rigor mortis, una contracció del múscul promoguda per la ràpida relaxació de les fibres elàstiques i, finalment, les mostres salades arribaven a l'equilibri mecànic. Mitjançant aquest treball es va demostrar que les propietats dielèctriques són una bona eina per analitzar el repartiment de molècules de clorur sòdic en el múscul durant l'operació de salat.
En tercer lloc, es va realitzar un estudi preliminar de dissolucions patró que simulaven la fase líquida de la poma; es va concloure que aquest sistema permet descriure correctament les relacions entre els components de la poma i la radiació electromagnètica, i permet la identificació dels fenòmens que s’atribueixen a les espècies químiques claus en el procés de maduració de la poma al llarg de l'espectre electromagnètic. A partir d'aquest estudi preliminar, es va realitzar un treball amb teixit de poma fresc per estudiar el seu procés de maduració i analitzar la viabilitat de controlar aquest procés mitjançant l'aplicació de radiació electromagnètica. Es va definir un Índex de Maduresa basat en les propietats dielèctriques i es va obtenir una bona correlació amb l'Índex de Thiault en les dissolucions patró preparades així com en el teixit estructurat de poma Granny Smith.
En quart lloc, es va realitzar una operació de deshidratació osmòtica de poma Granny Smith. Les mostres es van introduir en dissolució de sacarosa de 65 º Brix a 30 º C durant diferents temps. Es van mesurar alguns paràmetres fisicoquímics així com les propietats dielèctriques en les mostres fresques, tractades i després del repòs (24 hores a 30 º C). L'operació de deshidratació va ser modelitzada mitjançant una aproximació termodinàmica no lineal. Els resultats van permetre diferenciar tres etapes en l'operació de deshidratació. Al principi del tractament, les cèl·lules estaven turgents i el sistema membrana plasmàtica/paret cel·lular emmagatzema una gran quantitat d'energia mecànica. En aquesta primera etapa es produeix un ràpid encongiment de la mostra. En la segona etapa, la força impulsora del transport era la difusional. La mostra presentava importants perfils de concentració i és en aquesta etapa quan el teixit arriba al màxim encongiment, d'aproximadament el 60%; aquest encongiment provoca un gran canvi estructural en el teixit, que fa que desapareguin els perfils de concentració, canviant a més la força impulsora del transport. L'última etapa mostra les relaxacions internes del teixit que fan que el transport sigui governat per fenòmens mecànics. En aquest estudi es va demostrar que els espectres dielèctrics permeten controlar el procés de deshidratació utilitzant el factor de pèrdues a la freqüència de relaxació.
Finalment, es va estudiar l'operació de deshidratació osmòtica de kiwi (Actinidia deliciosa cv Hayward). Les mostres es van introduir en dissolució de sacarosa de 65 ºBrix a 30ºC durant diferents temps. Es van mesurar alguns paràmetres fisicoquímics així com les propietats dielèctriques en les mostres fresques, tractades i després del repòs (24 hores a 30 º C). L'operació de deshidratació va ser modelitzada mitjançant una aproximació termodinàmica no lineal. Els resultats van permetre descriure els termes difusionals i mecànics del sistema durant el tractament; l'operació de deshidratació produeix fenòmens de contracció/relaxació que es tradueixen en canvis macroscòpics de volum i estructura, i també es produeixen canvis composicionals. En aquest estudi es va demostrar que els espectres dielèctrics permeten controlar el procés de deshidratació utilitzant el factor de pèrdues a la freqüència de relaxació.
Els resultats dels treballs de recerca que pertanyen a aquesta tesi han estat objecte de presentació de dos patents; la primera patent: "Procediment i dispositiu per a la discriminació d'aliments", té com a objecte verificar si els aliments compleixen criteris de qualitat preestablerts. La segona patent: "Mètode de discriminació de peces de fruita segons el seu grau de maduresa i procediment de calibratge d'aquest mètode", consisteix en un mètode que permet discriminar peces de fruita segons el seu grau de maduresa, per exemple per poder dur a terme un mètode de discriminació en processos continus de classificació de fruits recollits, mitjançant tècniques d'espectroscòpia i que no requereix la destrucció del producte.