Jacint Arnau Arboix

Jefe de programa de Tecnología Alimentaria

IRTA, Monells

Abril 2015

Tecnologías innovadoras de control para el sector

cárnico

La atenuación depende de:

• la densidad y grosor del tejido COMPOSICIÓN

• de la energía de rayos-X COMBINACIÓN DE VARIAS ENERGÍAS

Emisor y detector de rayos X

• El producto produce una

atenuación de los rayos X emitidos

• La atenuación se refiere a una

reducción en el número y energía

de los fotones (Io-If)

PREDICCIÓN DE LA COMPOSICIÓN DE LOS ALIMENTOS

Absorciometría de Rayos X

Base de la tecnología

LINE SENSOR

RAW HAM SAMPLE

CONVEYOR BELT

X-RAY TUBE

COMPUTER

B

Absorciometría de Rayos X

Jamones después de salazón

contenido de sal

Jamones frescos

contenido de grasa

Jamones curados

contenido de sal

MULTISCAN TECHNOLOGIES, S.L

Dos energías

Error de predicción = 5,5 %

5

10

15

20

25

30

35

40

45

5 10 15 20 25 30 35 40 45

Co

nte

nid

od

e g

ras

ap

red

ich

o(%

)

Contenido de grasa analítico (%)

datoscalibración

Contenido de grasa en jamones frescos

Absorciometría de Rayos X

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5C

on

ten

ido

de

sa

l p

red

ich

o (

%)

Contenido de sal analítico (%)

datos de calibración

datos de validación

Contenido de sal en jamones después

del salado

Una energía

Error de predicción = 0,25 %

Errores de predicción de sal y grasa en porciones

de jamón curado (ibéricos y serranos) utilizando RX

Sal Grasa

Calibración

R2 0,781 0,672

RMSE (%) 0,48 7,87

Variables del

modeloA50 A50 , A70

Validación

R2 0,814 0,732

RMSE (%) 0,43 7,00

Errores similares en

jamones formateados

• Interés de cara a:

o La indicación de Alegaciones nutricionales reducido en sal. Normativa (EC) Nº 1924/2006

o La indicación de la composición nutricional. Reglamento (UE) Nº1169/2011

• El contenido de sal puede predecirse de forma precisa (0,43% de error) y utilizando solamente una energía

• El error de predicción del contenido de grasa es mayor (7%) y necesita de la combinación de dos energías

• La adaptación/calibración del equipo a un tipo de producto permitiría reducir estos errores de predicción

Pruebas a nivel de planta piloto

Contenido de sal en jamones a final del

proceso de curación

Absorciometría de Rayos X

Tomografía computerizada en el centro IRTA-CENTA de

Monells (Girona)

Tomografía Computarizada (TC)

69 73 68 74 86 77 85 86 93 90 93 95 94,2 103 107 114

71 74 71 74 84 78 87 87 92 91 91 97 94,8 101 109 111

70 73 71 73 82 76 87 87 92 93 89 99 98,7 101 109 113

68 71 69 72 82 79 87 87 94 93 92 99 98,7 102 110 116

69 71 71 71 81 79 89 89 95 92 95 97 96,2 100 107 116

71 70 74 71 80 79 88 88 95 94 93 96 96,5 104 107 116

68 72 72 73 80 80 83 87 93 96 92 96 96,8 105 110 114

68 74 68 72 80 82 84 88 92 94 91 97 98,7 105 109 114

70 70 68 70 81 83 87 88 92 93 91 96 96,8 105 109 116

69 69 68 70 80 81 86 85 91 91 93 97 97,2 106 112 119

69 72 66 71 76 82 85 84 93 89 92 97 101 104 110 118

70 72 69 73 77 81 84 82 94 92 93 96 102 103 108 116

70 72 72 73 79 77 82 82 90 91 93 96 100 104 109 117

67 73 68 71 76 76 83 86 87 91 89 98 98,7 105 111 117

67 71 66 71 75 77 81 88 88 92 89 97 98,2 106 109 117

66 70 69 68 77 79 79 85 90 89 91 96 97,7 104 108 118

Matriz de valores de atenuación

Adquisición de datos

Unidades

Hounsfield 1000

μ

μμUH

agua

aguamuestra

Detectores

Rayos X emitidos

Rayos X atenuados

Fuente de rayos X

hueso

magro

grasapiel

piel

Grasa

subcutánea

magro

hueso

Grasa

Intramuscular

≠ valores de atenuación≠ tejidos ≠ densidad

• Tecnología no destructiva

• Evaluación del mismo producto a lo largo del proceso

• Utilizado para:

o Estimación de la composición corporal de animales vivos

o Determinación del porcentaje de magro en canales de cerdo

o Distribución de grasa en salmón

o Procesos de curación en pescado y productos cárnicos

o

SAL

10 cm

Fresco Después del salado

SAL

Aplicaciones de la TC en la Industria Alimentaria

En el tiempo:

• Retracción del jamón

• Aumento del contraste

(atenuación)

día 0

día 12

día 35

día 57

día 118

día 190

Salado

Reposo

Secado

10 cm

Debido a:

• La entrada de sal

• La pérdida de agua

Aplicaciones de la TC en Jamón Curado

Agua (%) = 84.52 + 0.243× HU80 – 0.424 × HU120

RMSE= 1.46%

Sal (%) = -2.15 + 0.041× HU80

RMSE= 0.29%

Tomograma (valores de atenuación)

% sal

Imágenes de distribución de sal y agua:

Representación grafica en 2-Dimensiones

Perfil: Representación gráfica de la variación

lineal del contenido de sal

02468

101214161820

-53

,4

-44

,5

-35

,6

-26

,7

-17

,8

-8,9 0

8,9

17

,8

26

,7

35

,6

44

,5

53

,4

62

,3

71

,2

80

,1 89

% Salt

Distance(mm)

Área crítica

Calibración de la TC: predicción de sal y agua en jamón curado

Entrecote

Utilidad en ternera:

• Determinación de la composición de

distintas piezas

• Si se aplicara en línea:

Determinación del grosor que debe

tener el corte para tener el peso

deseado

Aplicación en determinación del % de grasa en piezas

de ternera o jamones frescos

Utilidad:

• Mejorar los procesos de procesado posteriores

• Valorizar mejor el producto

• Detectar defectos (esteatosis)

Carne fresca

B) Tomograma obtenido a 80 kV

C) Tomograma después de la

segmentación de la grasa en la imagen

Santos-Garcés et al., 2013

Jamón curado

Aplicación en la determinación de la distribución de la grasa

intramuscular

Font i Furnols et al., 2013Measured IMF

Pre

dic

ted

IMF

TC industrial

¿Donde? ¿Qué representa?

TC industrial: aplicación online en jamones frescos

A nivel industrial, un tomograma es suficiente

para clasificar un jamón en diferentes grupos

de engrasamiento?

….. donde escanear?

• Optimización del proceso de salado

según el contenido de grasa

• Clasificación de la materia prima para

distintos procesos (jamón cocido, curado

etc.)

25

48

25

48

25

17

Funcionamiento del Ham-Inspector:

• Genera un campo magnético variable de baja intensidad que se induce en la pieza

• El equipo mide la magnitud del campo inducido en la pieza, que depende del contenido

de magro y grasa

• Incluye un modulo multi-frecuencia (espectroscopía) que permite determinar el contenido

de sal en la pieza

Inducción Magnética

LENZ INSTRUMENTS S.L

Inducción Magnética

• Proyecto Europeo PROCURED:

“Optimización del proceso de salado para la

producción de productos cárnicos curados

más sanos, de mejor calidad, y con un

contenido de sal reducido y más

estandarizado” (www.procured.eu)

Inducción Magnética

Aplicaciones principales del Ham-Inspector™

• Clasificación por peso y grasa de piezas de

carne (producto fresco)

• Optimización del proceso de salado (ej.: jamón

curado)

• Control de calidad de la materia prima

• Monitorización del contenido de sal después del

salado

• Segmentación de piezas para garantizar un

contenido reducido de sal

Contenido de GRASA en jamones frescos

Adj. R2 = 0,97

Error de predicción = 1,39%

Inducción Magnética

Inducción Magnética

Contenido de SAL en jamones a la salida del salado

Adj. R2 = 0,86

Error de predicción = 0,18%

Espectrometría de microondas

Equipo Sequid RFQ-scan

Inicialmente utilizado para determinar la calidad del pescado

RMSEC R2

Sal % 0,22 0,94

Agua % 1,67 0,95

Fulladosa et al 2013 Meat Sci 93, 873-879

Determinación del contenido de sal en jamón curado

35

40

45

50

55

60

65

70

35 40 45 50 55 60 65 70

Co

nte

nid

o d

e a

gu

a p

red

ich

o (

%)

Contenido de agua analítico (%)

Calibration data set

Validation data set

1

2

3

4

5

6

7

8

1 2 3 4 5 6 7 8C

on

ten

ido

de s

al

pre

dic

ho

(%

)Contenido de sal analítico (%)

Datos de calibración

Datos de validación

Contenido de agua Contenido de sal

Typical segmentation techniques (Sun, 2000) :

A B

Análisis de imagen por ordenador / Visión artificial

Adquisición de imagen

Procesado de imagen

• 8 x lámpara halógena calibrada

• Cámara CANON EOS 50D

• Área de iluminación 30-32 cm

• Intensidad luz 6000-6200 x

Adquisición con:

M. Semimembranosus

M. Biceps femoris

Diseño de una escala de color estándar para el jamón curado

Escala de color estándar

para jamón curado

A B

• Se determinaron las zonas de la imagen

con grasa intramuscular

• Se calcularon 48 parámetros para

caracterizar la grasa intramuscular de la

loncha

• Desarrollo de un clasificador para

determinar el nivel de veteado utilizando

redes neuronales y máquinas de soporte

vectorial

• Los resultados obtenidos indican que es

posible clasificar correctamente el 89%

de las lonchas según el nivel de veteado

Diseño de una escala de grasa intramuscular estándar

Muestras Objetivo Referencia

CerdoDiseño de una escala de color en jamón curado para

evaluación sensorialData IRTA

CerdoVisualización de grasa y defectos de nitrificación en

jamón (iluminación a 380 nm)Data IRTA

PavoEvaluación de la calidad y textura de lonchas de

jamón cocido de pavo.Iqbal et al. 2010

PolloEstimación del contenido de grasa en pechuga de

pollo (R2 = 0.739)Chmiel et al. 2011

TerneraDeterminación de los colores Cielab por visión

computarizadaGirolami et al. 2013

CerdoSeguimiento de piezas de cerdo para mejorar la

trazabilidad de los cortesLarsen et a 2014

CerdoLocalización del Zn Protopophyrm en jamón curado

(fuente UV 365 nm)Wakamatsu et al. 2005

Nitrification defects

Tipo de carne Composición Error P R2 Referencia

Pork fermanted Sausage Moisture

NaCL

Water activity

15.6 g/kg

2.2 g/kg

0.0075

0.99

0.91

0.98

Collell et al 2010 (IRTA)

NIR

No invasivo De contacto

Distribución de los

contenidos de sal, agua y

grasa en 2D en lonchas de

jamón curado

NIR

• Se podría utilizar online para la predicción de los contenidos medios

de sal, agua y grasa en jamón curado loncheado

• Útil para la clasificación en distintos niveles

• Permite conocer la distribución en 2D

NIR

Jacint Arnau Arboix

Jefe de programa de Tecnología Alimentaria

IRTA, Monells

jacint.arnau@irta.cat

Gracias por su atención!