Espectrofotometría de baja frecuencia aplicada a sistemas alimentarios

Abstract

Food industry has evolved remarkably during the last decades due to the need to technify the production with the aim of reducing processing times and to increase industry profits, without this implying a decrease of the product quality. In this context, the use of spectrophotometric monitoring and treatment techniques for the optimization of production processes can represent a great progress for agri-food industry. In block 1, animal tissues were studied. Firstly, the use of spectrophotometric sensors for the control of pork meat drying. In this context, two techniques were used, infrared thermography and microwave monitoring. This study, coupled to a thermodynamic model and some physicochemical determinations have shown that infrared thermography is a suitable technique able to monitor drying process, identifying each drying stage. On the other hand, in microwave range, (500 MHz to 20 GHz) and it was demonstrated that the loss factor in gamma-dispersion has a direct relation with the number of molecules on the meat sample surface. A non-destructive and easy-to-use sensor in radiofrequency range able to detect if meat samples has been suffered freeze/thaw cycles has been developed. An exhaustive study was carried out to solve the problems resulting from the strong technification and intensification in poultry industry, such as low-quality meats (PSE and DFD), the white striping and the deep pectoral myopathies, mainly produced because of the use of hypertrophic strains. For each of these problems, spectrophotometric studies were performed in the radiofrequency and microwave ranges and they were related to physicochemical and biochemical parameters, obtaining the relaxation parameters for alfa, beta and gamma-dispersions by using a logistic model. Sensors were developed in radiofrequency range, and in addition, for the myopathy studies, the developed sensors were able even to measure through the skin in whole chicken carcasses. In Block 2 plant tissues were studied. Firstly, the tissues that compose the mandarin were characterized spectrophotometrically. Due to this, a physicochemical and structural study were coupled with the permittivity obtained in radiofrequency and microwave ranges. As one of the most important results of this research, a tool based on the dielectric relaxation constant in the gamma-dispersion able to predict the moisture of the samples was obtained. Secondly, the study of the application of pulsed electric fields as a pre-treatment to the osmotic dehydration of kiwifruit was carried out. This technique, coupled with physicochemical determinations and a thermodynamic study, has demonstrated that the pulsed electric fields accelerate the osmotic dehydration process, mainly due to the cells plasmolyzation. In addition, the monitoring of the process was carried out with NMR, where the internal transports and the transformations that the plant tissue suffers were analysed. Finally, it has been possible to conclude that NMR is a suitable technique to quantify the water molecules according to their location in the tissue and to obtain sorption isotherms throughout the complete range of water activities. Finally, block 3 focuses on colloidal systems. Particularly, the stability of high-value bioactive compounds (beta-galactosidase) by its encapsulation in alginate-Ca(II) hydrogels with and without the addition of secondary excipients was studied. In this study, the microstrucure by SAXS and SEM was analyzed, also enzimatic activity against thermal treatments and by NMR.

La industria agroalimentaria ha evolucionado notablemente durante las últimas décadas debido a la necesidad de tecnificar la producción con el objetivo de reducir los tiempos del proceso y aumentar las ganancias de las industrias, sin que ello suponga una disminución de la calidad del producto. En este contexto, la utilización de técnicas espectrofotométricas de monitorización y tratamiento para la optimización de procesos productivos pueden suponer un gran avance para la industria agroalimentaria. En el bloque 1, se realizaron estudios en tejidos animales. En primer lugar, se analizó la utilización de sensores espectrofotométricos para el control del secado de la carne de cerdo. Para ello, se utilizaron dos técnicas, la termografía infrarroja y la monitorización por microondas. Este estudio, acoplado a un modelo termodinámico y determinaciones fisicoquímicas han demostrado que la termografía infrarroja es una técnica capaz de monitorizar el proceso de secado, identificando cada etapa del mismo. En el rango de las microondas (500 MHz a 20 GHz) ha sido posible demostrar que el factor de pérdidas en la dispersión-gamma presenta una relación directa con el número de moléculas de agua en la superficie de la muestra de carne. Se ha desarrollado un sensor no destructivo y de fácil utilización en el rango de la radiofrecuencia, capaz de detectar si las muestras de carne de cerdo han sufrido ciclos de congelación/descongelación. Se realizó un exhaustivo estudio que solventa las problemáticas resultantes de una fuerte tecnificación e intensificación en la industria avícola, como son las carnes de baja calidad (PSE y DFD), la miopatía de las estrías blancas y del pectoral profundo, producidas principalmente como consecuencia de la utilización de estirpes hipertróficas. Para cada una de estas problemáticas, se realizaron estudios espectrofotométricos en los rangos de la radiofrecuencia y de las microondas y se relacionaron con parámetros fisicoquímicos y bioquímicos, obteniendo los parámetros de relajación para las dispersiones alfa, beta y gamma mediante un modelo logístico. Se desarrollaron sensores en el rango de la radiofrecuencia capaces de detectarlas, y además, para el estudio de las miopatías, los sensores desarrollados son capaces de medir inclusive a través de la piel en carcasas de pollo enteras. En el bloque 2 se abordan estudios en tejidos vegetales. En primer lugar, se caracterizaron espectrofotométricamente los tejidos que componen la mandarina. Es por ello, que de forma conjunta a un estudio fisicoquímico y estructural se obtuvieron los valores de la permitividad en radiofrecuencia y microondas. Como uno de los resultados más importantes de esta investigación se obtuvo una herramienta basada en la constante dieléctrica de relajación en la dispersión-gamma capaz de predecir la humedad de las muestras. En segundo lugar, se abordó el estudio de la aplicación de campos eléctricos pulsados como pre-tratamiento a la deshidratación osmótica del kiwi. Esta técnica, acoplada a determinaciones fisicoquímicas y un estudio termodinámico han permitido acelerar el proceso de deshidratación osmótica debido principalmente a la plasmolización de las células. La monitorización del proceso mediante NMR, para analizar los transportes internos y las transformaciones que sufre el tejido en su interior. Por último, se ha podido concluir que la NMR es una técnica adecuada para cuantificar las moléculas de agua de acuerdo a su situación dentro del tejido además de poder ser utilizada para obtener isotermas de sorción en todo el rango de actividades de agua. El bloque 3 se centra en los sistemas coloidales. Se busca aumentar la estabilidad de compuestos bioactivos de alto valor (beta-galactosidasa) mediante su encapsulación en hidrogeles de alginato-Ca(II) con y sin el agregado de excipientes secundarios. En este estudio se evaluó la microestructura mediante SAXS y SEM y

La indústria agroalimentària ha evolucionat notablement durant les últimes dècades a causa de la necessitat de tecnificar la producció amb l'objectiu de reduir els temps del procés i augmentar els guanys de les indústries, sense que això suposi una disminució de la qualitat del producte. En aquest context, la utilització de tècniques espectrofotomètriques de monitorització i tractament per a l'optimització de processos productius poden suposar un gran avanç per a la indústria agroalimentària. Al bloc 1, es van realitzar estudis en teixits animals. En primer lloc, es va analitzar la utilització de sensors espectrofotomètrics per al control de l'assecat de la carn de porc. Per a això, es van utilitzar dues tècniques, la termografia infraroja i el monitoratge per microones. Aquest estudi, acoblat a un model termodinàmic i determinacions fisicoquímiques han demostrat que la termografia infraroja és una tècnica capaç de monitoritzar el procés d'assecat, identificant cada etapa del mateix. En el rang de les microones (500 MHz a 20 GHz) ha estat possible demostrar que el factor de pèrdues en la dispersió-gamma presenta una relació directa amb el nombre de molècules d'aigua a la superfície de la mostra de carn. S'ha desenvolupat un sensor no destructiu i de fàcil utilització en el rang de la radiofreqüència, capaç de detectar si les mostres de carn de porc han patit cicles de congelació / descongelació. Es va realitzar un exhaustiu estudi que soluciona les problemàtiques resultants d'una forta tecnificació i intensificació en la indústria avícola, com són les carns de baixa qualitat (PSE i DFD), la miopatia de les estries blanques i del pectoral profund, produïdes principalment com a conseqüència de la utilització d'estirps hipertròfiques. Per a cadascuna d'aquestes problemàtiques, es van realitzar estudis espectrofotomètrics en els rangs de la radiofreqüència i de les microones i es van relacionar amb paràmetres fisicoquímics i bioquímics, obtenint els paràmetres de relaxació per a les dispersions alfa, beta i gamma mitjançant un model logístic. Es van desenvolupar sensors en el rang de la radiofreqüència capaços de detectar-les, ia més, per a l'estudi de les miopaties, els sensors desenvolupats són capaços de mesurar inclusivament a través de la pell en carcasses de pollastre senceres. Al bloc 2 s'aborden estudis en teixits vegetals. En primer lloc, es van caracteritzar espectrofotomètricament els teixits que componen la mandarina. És per això, que de manera conjunta a un estudi fisicoquímic i estructural es van obtenir els valors de la permitivitat en radiofreqüència i microones. Com un dels resultats més importants d'aquesta investigació es va obtenir una eina basada en la constant dielèctrica de relaxació a la dispersió-gamma capaç de predir la humitat de les mostres. En segon lloc, es va abordar l'estudi de l'aplicació de camps elèctrics premuts com pretractament a la deshidratació osmòtica del kiwi. Aquesta tècnica, acoblada a determinacions fisicoquímiques i un estudi termodinàmic han permès accelerar el procés de deshidratació osmòtica degut principalment a la plasmolización de les cèl·lules. El monitoratge del procés mitjançant NMR, per analitzar els transports interns i les transformacions que pateix el teixit al seu interior. Finalment, s'ha pogut concloure que la NMR és una tècnica adequada per quantificar les molècules d'aigua d'acord a la seva situació dins el teixit més de poder ser utilitzada per obtenir isotermes de sorció en tot el rang d'activitats d'aigua. El bloc 3 se centra en els sistemes col·loïdals. Es busca augmentar l'estabilitat de compostos bioactius d'alt valor (beta-galactosidasa) mitjançant la seva encapsulació en hidrogels d'alginat-Ca (II) amb i sense l'agregat d'excipients secundaris. En aquest estudi es va avaluar la microestructura mitjançant SAXS i SEM i es va estudiar l'activitat enzimàtic