Caracterización mediante ultrasonidos de señal de los cambios composicionales del jamón curado durante su procesado

Abstract

[EN] The main objective of this Thesis was to evaluate the feasibility of using low-intensity ultrasound to estimate the salt (Xs) and fat (Xf) contents of dry-cured ham during its elaboration. In the fresh product, the ultrasonic velocity (V) was measured in fresh hams at 2ºC. An increase of the Xf involved an increase in the V. Using a model based on the V, the Xf in the fresh hams was predicted with an error (RMSE) of 2.97% and the 89% of the fresh hams were correctly classified into three levels of Xf(<14, 14-26 and >26%w.b.). The RMSE and the percentage of correctly classified obtained with US were better than the ones obtained with X-Ray and with the combination of both technologies. In the salted product, the V was measured, by the through-transmission mode (MTR), in formulated model samples from Biceps femoris (BF) with pre-set water content (Xw) and Xs. Both components (Xs and Xw) affected significantly (p<0.05) on the V, being the effect of the Xs higher than the Xw. Furthermore, the V was measured, by the MTR, in Longissimus dorsi (LD) and BF, as well as, in hams, before and after salting (up to 16days). The V increased during salting, due to the water loss and the salt gain (AXs). Using the relationship between the AXs and the V variation during salting (R2>0.76), the AXs was computed with an error of 0.48% in LD and BF and of 0.44% in hams. Thus, the US is a suitable classification method of salted pieces, but not as an analytic method. The monitoring of the dry salting of LD and BF muscles was also addressed by measuring the V using the MTR. Thus, the V progressively increased during LD and BF dry salting, which showed the ability of this technique to monitor the salting process. The predictive model based on the relationship between the AXs and the V variation provided an RMSE (0.43%) similar to the ones obtained in LD and BF (0.48%) and in hams (0.44%). On the other hand, the use of the time of flight (TOF), measured by the pulse-echo mode (MPE), was also considered to monitor the ham dry-salting process. Three methods were considered (energy threshold, cross-correlation, and phase spectrum) to calculate the TOF, being the cross-correlation method the most appropriated to calculate the TOF variation during the ham salting process. Thereby, the measurement of the TOF was carried out in LD and in hams during their dry salting (up to 30days). The TOF decreased progressively during dry salting due to the AXs and the AXw, but also to the thickness reduction, and the increase in hardness in the sample. Predictive models of the AXs, based on the TOF, had RMSE (0.73% in LD and 0.57% in hams) higher than those based on the V (0.45±0.03%). Using those models the 85% of LD and 90% of hams were correctly classifies into three groups of Xs (<2.5, 2.5-4.0 and >4.0%w.b. in LD and <2.0, 2.0-3.0 and >3.0%w.b. in hams). The result showed the great potential of US to predict of the Xs and to monitor the LD and hams dry salting. Also, the use of the MPE, compared to the use of the MTR, facilitates the industrial implementation of the ultrasonic technique. In the dry-cured product, the V was measured, by the MTR, in dry-cured ham portions at 2 and 15ºC. The RMSE (0.69%) of the Xf predictive model based on the V measured at 15ºC, was higher than the one obtained by X-ray (0.43%) and the combination of both technologies (0.42%). Also, using a semi-empirical model and the V measurements at 2 and 15ºC, the Xf (RMSE=6.70%), water and protein+others contents were estimated and the 77% of the portions were classified into three Xf categories (<25, 25-40 and >40% w.b.), which showed the ability of this non-destructive technology for determining the Xf, as well as, the global composition in the dry-cured ham. The X-ray model showed an RMSE for the Xf slightly higher (7.00%) than the US and the combination lower (5.60%) than the US. However, the use of the both technologies would result in a cost increase in the industry.

[ES] El objetivo de este trabajo fue evaluar el uso de los ultrasonidos de señal para estimar el contenido en sal (Xs) y grasa (Xf) del jamón curado durante su elaboración. En el producto fresco, se midió la velocidad de los ultrasonidos (V) en jamones frescos a 2ºC. Un incremento del Xf conllevó un aumento de la V. Mediante un modelo basado en la V se predijo el Xf de los jamones frescos con un error (RMSE) del 2.97% y se clasificó correctamente el 89% de los jamones en tres niveles de Xf (<14, 14-26 y >26%b.h.). El RMSE y el porcentaje de correctamente clasificados obtenido con ultrasonidos fue mejor que los obtenido con rayos-X y con la combinación de ambas tecnologías. En el producto salado, se midió la V, en modo transmisión-recepción (MTR), en muestras modelo de Biceps femoris (BF) con contenido en agua (Xw) y Xs predefinidos. Ambos componentes (Xs y Xw) afectaron significativamente (p<0.05) sobre la V, siendo mayor el efecto del Xs que del Xw. Asimismo, se midió la V, en MTR, en Longissimus dorsi (LD) y BF, así como en jamones, antes y después del salado (hasta 16días). La V aumentó durante el salado, debido a la pérdida de agua (AXw) y a la ganancia de sal (AXs). Mediante la relación entre la AXs y la variación de V durante el salado (R2>0.76) se determinó el Xs con un RMSE del 0.48% en LD-BF y del 0.44% en jamones. Así, la precisión alcanzada es adecuada como método de clasificación de las piezas saladas, pero no como método analítico. Asimismo, se abordó la monitorización del salado en seco de LD y BF mediante la medida on-line de la V. Así, la V aumentó progresivamente durante el salado de LD y BF, demostrando la capacidad de los ultrasonidos en MTR para monitorizar este proceso. Se desarrolló un modelo predictivo de sal, basado en la relación entre la AXs y la variación de V, que proporcionó un RMSE (0.43%) similar al obtenido en LD y BF (0.48%) y en jamones (0.44%). También se consideró el uso del tiempo de vuelo (TOF), medido en modo pulso-eco (MPE), para monitorizar el proceso de salado. Se estudiaron tres métodos (umbral de energía, correlación cruzada y espectro de fases) para la estimación del TOF y se concluyó que el método de la correlación cruzada era el más apropiado para calcular la variación de TOF durante el proceso de salado de jamones. Así, se realizaron medidas del TOF en LD y jamones durante su salado (hasta 30días). La variación de TOF disminuyó progresivamente durante el salado, debido a la AXw y AXs, pero también a la reducción del espesor y al aumento de dureza que sufre la muestra. Los modelo predictivos del Xs basados en el TOF tuvieron un RMSE (0.73% en LD y 0.57% en jamones) superior a los basados en la medida de V (0.45±0.03%b.h.). Con estos modelos se clasificó correctamente el 85% de LD y el 90% de jamones, en tres niveles de Xs (<2.5, 2.5-4.0 y >4.0%b.h. en LD y <2.0, 2.0-3.0 y >3.0%b.h. en jamones). Los resultados demostraron el potencial de los ultrasonidos para predecir on-line la ganancia de sal y monitorizar el proceso de salado. Además, el uso del MPE, respecto al MTR, facilitaría la implementación de la tecnología ultrasónica a nivel industrial. En el producto curado, la V se midió en porciones de jamón curado a 2 y 15ºC. El RMSE (0.69%) de un modelo predictivo del Xs basado en la medida de V a 15ºC, fue mayor que el obtenido con rayos-X (0.43%) y con la combinación de ambas tecnologías (0.42%). Además, mediante un modelo semi-empírico y la medida de la V a 2 y 15ºC, se estimó el Xf (RMSE=6.70%), agua y proteínas+otros y se clasificó correctamente el 77% de las porciones en tres categorías de Xf (<25, 25-40 y >40%b.h.), demostrando la capacidad de esta tecnología para determinar el Xf, así como, la composición global en el jamón curado. El modelo de rayos-X mostró un RMSE de Xf en las porciones curadas ligeramente superior (7.00%) y la combinación menor (5.60%). Sin embargo, el uso combinado supondría una e

[CA] L'objectiu d'aquest treball ha sigut avaluar l'ús dels ultrasons de senyal per a estimar el contingut en sal (Xs) i grassa (Xf) del pernil curat durant l'elaboració. En el producte fresc, s'ha mesurat la velocitat dels ultrasons (V) en pernils frescos a 2ºC. Un increment del Xf ha comportat un augment de la V . Mitjançant un model basat en la V, s'ha predit el Xf dels pernils frescos amb un error (RMSE) del 2,97% i s'ha classificat correctament el 89% dels pernils en tres nivells de Xf (<14, 14-26 i >26%bh). L'RMSE i el percentatge de correctament classificats obtingut amb ultrasons ha sigut millor que els obtinguts amb raigs-X i amb la combinació de totes dues tecnologies. En el producte salat, s'ha mesurat la V, en mode transmissió-recepció (MTR), en mostres model de Biceps femoris (BF) amb contingut en aigua (Xw) i Xs predefinits. Tots dos components (Xs i Xw) han afectat significativament (p<0,05) sobre la V, sent major l'efecte del Xs que del Xw. Així mateix, s'ha mesurat la V, en MTR, en Longissimus dorsi (LD) i BF, així com en pernils, abans i després de la saladura (fins a 16 dies). La V ha augmentat durant la saladura, a causa de la pèrdua d'aigua (AXw) i al guany de sal (AXs). Mitjançant la relació entre la AXs i la variació de V durant la saladura (R2>0,76), s'ha determinat el Xs amb un RMSE del 0,48% en LD-BF i del 0,44% en pernils. Així, la precisió assolida és adequada com a mètode de classificació de les peces salades. Així mateix, s'ha abordat el monitoratge de la saladura en sec de LD i BF mitjançant la mesura en línia de la V. Així, la V augmenta progressivament durant la saladura de LD i BF, fet que demostra la capacitat dels ultrasons en MTR per a monitorar aquest procés. S'ha desenvolupat un model predictiu de sal, basat en la relació entre la AXs i la variació de V, que ha proporcionat un RMSE (0,43%) similar a l'obtingut en LD i BF (0,48%) i en pernils (0,44%). També s'ha considerat l'ús del temps de vol (TOF), mesurat en mode pols-ressò (MPE), per a monitorar el procés de saladura. S'ha estudiat tres mètodes (llindar d'energia, correlació encreuada i espectre de fase) per a l'estimació del TOF, i s'ha conclòs que el mètode de la correlació encreuada és el més apropiat per a calcular la variació de TOF durant el procés de saladura de pernils. Així, s'han pres mesures del TOF en LD i pernils durant la saladura (fins a 30 dies). La variació de TOF disminueix progressivament durant la saladura, a causa de la AXw i AXs, però també per la reducció de l'espessor i l'augment de duresa que pateix la mostra. Els models predictius del Xs basats en el TOF han tingut un RMSE (0,73% en LD i 0,57% en pernils) superior als basats en la mesura de V (0,45±0,03%bh). Amb aquests models s'ha classificat correctament el 85% d'LD i el 90% de pernils, en tres nivells de Xs (<2,5, 2,5-4,0 i >4,0%bh en LD i <2,0, 2,0-3,0 i >3,0%bh en pernils). Els resultats demostren el potencial dels ultrasons per a predir en línia el guany de sal i monitorar el procés de saladura. A més, l'ús de l'MPE, facilitaria la implementació de la tecnologia ultrasònica en l'àmbit industrial. En el producte curat, la V s'ha mesurat en porcions de pernil curat a 2 i 15ºC. L'RMSE (0,69%) d'un model predictiu del Xs basat en la mesura de V a 15ºC ha sigut major que l'obtingut amb raigs-X (0,43%) i amb la combinació de totes dues tecnologies (0,42%). A més, mitjançant un model semiempíric i la mesura de la V a 2 i 15ºC, s'ha estimat el Xf (RMSE=6,70%), aigua i proteïnes+altres i s'ha classificat correctament el 77% de les porcions en tres categories de Xf (<25, 25-40 i >40%bh), fet que demostra la capacitat d'aquesta tecnologia per a determinar el Xf, com també la composició global en el pernil curat. El model de raigs-X ha mostrat un RMSE de Xf en les porcions curades lleugerament superior (7,00%) i la combinació menor (5,60%). No obstant això, l'ús combinat suposaria una elevada inversió in