Pruebas de frescura de los alimentos in situ

En el sector alimentario, los análisis rápidos y fiables in situ no sólo garantizan la calidad, sino que también suponen una importante contribución a la protección del medio ambiente. Gracias a la detección oportuna del deterioro de la frescura a lo largo de la cadena de suministro, se pueden minimizar las pérdidas de alimentos. En vista de la escasez y el aumento de los precios de las materias primas agrícolas, esto representa una importante contribución para suministrar a la humanidad alimentos seguros, sanos y frescos.

Pruebas de frescura mediante el análisis espectral del infrarrojo cercano

En el campo del análisis de materiales en general, pero especialmente en el caso de los alimentos y su frescura, el análisis espectral del infrarrojo cercano (NIR) es un método de uso probado en el laboratorio. Los instrumentos de alta precisión son capaces de proporcionar información precisa sobre el estado del producto en el momento de la medición. Sin embargo, se convierte en un problema cuando la muestra cambia en el periodo entre el muestreo y la medición en el laboratorio, o cuando se necesitan resultados rápidamente. Muchas aplicaciones nuevas podrían beneficiarse del análisis espectral NIR si los sistemas pueden miniaturizarse lo suficiente para su uso móvil y estar disponibles a bajo coste. Por este motivo, el Instituto Fraunhofer de Microsistemas Fotónicos IPMS está desarrollando dispositivos de análisis ultrapequeños que pueden integrarse incluso en dispositivos portátiles, tabletas o, en perspectiva, teléfonos inteligentes.

El uso de sistemas microelectromecánicos (MEMS) permite crear sistemas muy compactos que pueden fabricarse de forma rentable en grandes cantidades. La calidad de las mediciones es competitiva para muchas aplicaciones importantes a pesar del pequeño tamaño. Los datos adquiridos se analizan químicamente in situ o en línea y se extraen de ellos características específicas. Esto permite, por ejemplo, hacer afirmaciones directas sobre la madurez y la frescura de los alimentos. También pueden servir otras aplicaciones, como la comprobación de las proporciones correctas de mezcla en el procesamiento de alimentos, el control rápido de la entrada y salida de mercancías o la selección en procesos de reciclaje o reutilización.

La investigación actual del Fraunhofer IPMS combina una tecnología sencilla para el componente MEMS con un amplio rango espectral direccionable del sistema y un alto grado de modularidad. El núcleo del sistema es un espejo de barrido MEMS, que desvía los haces de luz colimados que inciden en una rejilla montada en el sistema. Es posible seleccionar diferentes rejillas de difracción espectral, que pueden optimizarse y utilizarse para aplicaciones específicas.

Presentación del análisis espectral en la feria Analytica de Múnich

El sistema de demostración actual, que también puede verse en el stand de Fraunhofer IPMS en la feria Analytica de Múnich del 21 al 24 de junio, aborda el rango espectral probado de 950 nm a 1900 nm con una resolución espectral de 10 nm. Actualmente, el sistema alcanza un volumen de construcción de unos 2 cm³. Sin embargo, es posible una mayor miniaturización. Las mediciones se realizan en disposiciones típicas dependiendo de las propiedades de la muestra, por ejemplo en transmisión para medios líquidos o sólidos suficientemente transparentes o en reflexión difusa para muestras menos transparentes con suficiente sección transversal de dispersión. El acoplamiento óptico del espectrómetro es posible como óptica de haz libre o mediante fibras acopladas. En el sistema de demostración se muestra la detección de polvos blancos. Puede tratarse de sal, azúcar, almidón o harina, pero se pueden detectar y asignar de forma fiable numerosas sustancias de apariencia similar.

El análisis espectral ofrece múltiples posibilidades de aplicación

"En el contexto de la evaluación de los parámetros de calidad de los alimentos, se ha demostrado que se pueden detectar muy pronto los puntos de presión y los dañados, utilizando las manzanas como ejemplo, de modo que una selección adecuada permite la recuperación con el mayor valor añadido posible y minimiza la destrucción evitable", afirma el Dr. Heinrich Grüger, científico de Fraunhofer IPMS. Los análisis cuantitativos también son posibles mediante modelos matemáticos adecuados. El análisis composicional se ha aplicado para evaluar la calidad del aceite de oliva. En el contexto de la producción agrícola, las aplicaciones previstas van desde la evaluación del suelo cultivable, la siembra, el crecimiento y la madurez hasta el aprovechamiento de los residuos, por ejemplo en las plantas de biogás.

"La miniaturización del sistema y los bajos requisitos de potencia también permitirán su uso en aplicaciones móviles. La integración en un sistema anfitrión, por ejemplo un dispositivo de mano, una tableta o, en el futuro, incluso un teléfono inteligente, también se beneficia de numerosos efectos de sinergia", continúa Grüger. Por ejemplo, se puede utilizar el procesador, la memoria y la fuente de alimentación del smartphone. Además, se puede acceder a la información de la base de datos que es importante para la evaluación. El análisis de imágenes mediante la cámara puede servir para acotar el objeto a medir y aumentar así la precisión de los resultados. En el caso de tareas de medición más complejas, por ejemplo, de objetos no homogéneos, se puede guiar al usuario a través de la cámara y la pantalla para que la medición se realice en la posición prevista con la distancia correcta. De este modo, incluso los profanos en ciencias pueden realizar tareas de medición exigentes de forma rápida y fiable.

Los escenarios de aplicación abarcan, entre otros, los sistemas profesionales portátiles con la correspondiente alta precisión de medición para su uso en el contexto agrícola, desde la evaluación del suelo hasta la supervisión del crecimiento y la evaluación de la madurez para la cosecha, y luego en la utilización de los productos, es decir, el almacenamiento, la logística y en la distribución. En el "punto de venta", la selección de productos en el expositor es una aplicación importante para vender productos a un precio reducido para su consumo inmediato justo antes de que pierdan frescura, en lugar de desecharlos al día siguiente. Por otro lado, se pueden desarrollar sistemas más sencillos para el usuario particular, por ejemplo integrados en un teléfono móvil o como dispositivo accesorio con una interfaz inalámbrica. Esto permitirá al consumidor tomar medidas sobre la calidad y la frescura antes de la compra y tomar una decisión consciente basada en la información. Especialmente en el caso de las frutas que siguen madurando después de la venta -un ejemplo destacado es el aguacate- se apoya la selección en casa para elegir los alimentos que están en el punto óptimo de maduración para su consumo. El consumo oportuno de alimentos rápidamente perecederos también contribuye a minimizar el desperdicio de alimentos.