aplicaciÓn de los ultrasonidos para ... - … · • ensayos no destructivos para el control de...

Nombre de la estructura de investigaciónNombre de la estructura de investigaciónGRUPO DE ANÁLISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOS

APLICACIÓN DE LOS APLICACIÓN DE LOS ULTRASONIDOS PARA EVALUARULTRASONIDOS PARA EVALUARULTRASONIDOS PARA EVALUAR ULTRASONIDOS PARA EVALUAR LA CALIDAD DE LOS ALIMENTOSLA CALIDAD DE LOS ALIMENTOS

J. Benedito, J. V. García Pérez, G. Clemente y A. Mulet

1

Nombre de la estructura de investigaciónNombre de la estructura de investigación

PRESENTACIÓN ASPAPRESENTACIÓN ASPA

APLICACIÓN ULTRASONIDOS CALIDAD ALIMENTOSAPLICACIÓN ULTRASONIDOS CALIDAD ALIMENTOS

PRESENTACIÓN ASPAPRESENTACIÓN ASPAPrincipales líneas de investigación:

Si l ió t l d li t i• Simulación y control de procesos agroalimentarios

• Procesos de secado y calidad de alimentos deshidratados

• Análisis de ciclo de vida y evaluación de eco-eficiencia en procesos y productosy p y pagroalimentarios

• Extracción con fluidos supercríticos

• Aplicación de ultrasonidos de potencia en procesos agroalimentarios• Aplicación de ultrasonidos de potencia en procesos agroalimentarios

• Ensayos no destructivos para el control de procesos y productosagroalimentarios.

www.upv.es/aspa

2

Nombre de la estructura de investigaciónNombre de la estructura de investigaciónAPLICACIÓN ULTRASONIDOS CALIDAD ALIMENTOSAPLICACIÓN ULTRASONIDOS CALIDAD ALIMENTOS

INTRODUCCIÓN


EQUIPAMIENTOAPLICACIÓN ULTRASONIDOS CALIDAD ALIMENTOSAPLICACIÓN ULTRASONIDOS CALIDAD ALIMENTOS

•Transductores: Cerámicas piezoeléctricas

EQUIPAMIENTO

•Generador-receptor: Emite impulsos eléctricos. Amplifica la señal.•Digitalizador: Osciloscopio o PC

OsciloscopioMuestra

Transductor

Ordenador PC


É


TÉCNICAS

• Transmisión-recepción:Generador-Receptor

MuestraReceptor

Señal (V)

A2

MuestraEmisor

TOF

A3

Señal recibida(Sin defecto)0

Señal recibida(con defecto)

0

Time (s)


TÉCNICASGRUPO DE ANÁLISIS Y SIMULACIÓN DE PROCESOSAPLICACIÓN ULTRASONIDOS CALIDAD ALIMENTOSAPLICACIÓN ULTRASONIDOS CALIDAD ALIMENTOS

• Pulso-eco:TÉCNICAS

Pulso eco:Emisor

Emisor Receptor AmplitudGenerador-Receptor 1er eco

Señal recibida

Emisor-Receptor Amplitud(V)

Generador-ReceptorA1

TriggerA2

1 eco

2º eco

Muestra

(Sin defecto)Receptor TOF

eco defecto

0

A3

Señal recibida(con defecto)

0

Time (s)

=

2

1ln1AA

dα

Time (s) 2


APLICACIONES


APLICACIONES ULTRASONIDOS

D t h ñ h tili d• Durante muchos años se han utilizado en: • Medicina: Alivio de dolores, diagnosis médica.

Ind stria Limpie a e amen no destr cti o de metales• Industria: Limpieza, examen no destructivo de metales.


APLICACIONES ALIMENTACIÓN


Carne y pescadoAPLICACIONES ALIMENTACIÓN

Carne y pescado•Composición animales y canales

•Espesor de grasa en animales

C i ió t t d d t•Composición y textura de productos

crudo-curados Sobrasada

Lomo

Jamón

•Veteado de carne: T. Imagen o espectro

•Cristalización grasas animales


APLICACIONES ALIMENTACIÓNVegetales

APLICACIONES ALIMENTACIÓN

•AGUACATE

•MELÓN velocidad y atenuaciónMELÓN

•MANGO

y

A it d f it•DETECCIÓN DEL MOMENTO ÓPTIMO DE DESCARTE.

Aceites de fritura

•TEXTURA GRADO DE MADUREZ DEFECTOS

Quesos

Emulsiones•TEXTURA, GRADO DE MADUREZ, DEFECTOS.

•TAMAÑO DE PARTICULA, ESTABILIDAD, ETC.


APLICACIONESAPLICACIONESGRUPO ASPA

•QUESOQ•PRODUCTOS CÁRNICOSHORCHATA•HORCHATA

•ACEITES DE FRITURA


APLICACIONESEN QUESOEN QUESO

Nombre de la estructura de investigaciónNombre de la estructura de investigaciónAPLICACIÓN ULTRASONIDOS ESTIMAR CALIDAD ALIMENTOSAPLICACIÓN ULTRASONIDOS ESTIMAR CALIDAD ALIMENTOS

APLICACIONES EN QUESO

Maduración de queso (Mahón, Manchego y Cheddar)

Cambios duranteCambios durante la maduración

Humedad y textura

Parámetrosultrasónicos


OsciloscopioGPIB I/O

PROTOTIPO DE CLASIFICACION HARDWARE

VELOCIDAD

Señal de entrada

TriggerOrdenador entrada

RS232Ordenador

Calibre de lt

Queso

000000

Transductor

altura

000

QuesoGenerador-receptor

Estructura de soporte


CLASIFICACION SEGÚN


450

CLASIFICACION SEGÚN GRADO DE MADUREZ

500

300

350

400

n (d

ías)

Queso MahónQueso Manchego

350400450500

ys)

Cheddar cheese

Mahon cheese

200

250

300e

mad

urac

ión

Queso curado250300350

time

(day

50

100

150

Tiem

po d

Queso tierno

Queso semicurado

100150200

Stor

age

t

01600 1620 1640 1660 1680 1700 1720 1740 1760

Velocidad (m/s)

Queso tierno

050

100

1600 1650 1700 17501600 1650 1700 1750Velocity (m/s)


Ó


ESTIMACIÓN PROPIEDADES TEXTURALES70

a0.5 )

40

50

60

ción

)0.5 (k

Pa

20

30

40

e de

form

ac

C b d M hó y = -0 0905x + 154 626

0

10

1600 1650 1700 1750

(Mod

. de Cubos de queso Mahón

Cubos de queso CheddarQueso Mahón entero (corregido)

y = -0.0905x + 154.62R2 = 0.83

4

5

cida

d

Velocidad (m/s)

1

2

3

Elas

tic

0

1

1640 1660 1680 1700 1720 1740Velocidad (m/s)Velocidad (m/s)


CLASIFICACION DE QUESO MAHON


1725-1750

CLASIFICACION DE QUESO MAHON

1725

1750 1700-17251675-17001650-16751625 1650

1650

1675

1700

cida

d (m

/s) 1625-1650

1600-16251575-1600

1600

1625

1650

Velo

c

323439455555

5

121720

1575

Temperatura

30323 025

(Modulo de deformación)0.5 (kPa0.5)(ºC)

Influencia de la temperaturaInfluencia de la temperatura


1.9 cmDETECCIÓN DE DEFECTOS

D f tDefecto

1

1.5

) Envolvente

0 5

0

0.5

mpl

itud

(V) Envolvente

-1 5

-1

-0.5Am

1.50 2000 4000 6000 8000

Punto adquirido


QUESO TIERNO

SIN GRIETAS


APLICACIONESEN PRODUCTOS CÁRNICOSEN PRODUCTOS CÁRNICOS


APLICACIONES EN PRODUCTOS CÁRNICOS



Estimación de la composiciónEstimación de la composición.

•Materia prima:

•Mezclas carne magra y grasa

•Sobrasada•Sobrasada


APLICACIONES EN PRODUCTOS CÁRNICOSAPLICACIÓN ULTRASONIDOS CALIDAD ALIMENTOSAPLICACIÓN ULTRASONIDOS CALIDAD ALIMENTOS


Estimación de la composición

100 φφφ

Estimación de la composición.

•Modelo:2

op

op2w

w2f

f2

T 1T1T1T1cccc

100

+

+φ+

φ+

φ=

opwf100 +φφφ

Conociendo la velocidad a dos temperaturas es2

op

op2w

w2f

f2

T 2T2T2T2cccc +

+φ+

φ+

φ=

100opwf =φ+φ+φ +

temperaturas es posible conocer la

composición

Donde cT1 es la velocidad de los ultrasonidos a la temperatura T1 y

c c c son las velocidades de los ultrasonidos en la grasa agua ycfT1,cwT1, cp+oT1 son las velocidades de los ultrasonidos en la grasa, agua y

el componente proteína más otros. φf, φw y φp+o son los porcentajes de

grasa, agua y el componente proteína más otros




APLICACIONES EN PRODUCTOS CÁRNICOS1660 Mezcla cárnica (0 %)

1600

1620

1640m

/s)

Mezcla cárnica (30 %)

Mezcla cárnica (70 %)

1560

1580

velo

cida

d (m

Sobrasada (43%)

Sobrasada (54%)

1520

1540 Sobrasada (67%)

15000 5 10 15 20 25 30

Temperatura (ºC)

La velocidad disminuye con la temperatura en la grasa y aumenta en el agua.



60

70

80

wm

)

40

50

60

estim

ada

(% w

20

30

Com

posi

ción

Mezcla cárnica

0

10

0 10 20 30 40 50 60 70 80

C Mezcla cárnicaSobrasada

Estimación de la composición mediante el modelo propuesto midiendo la velocidad a 4 y 25ºC

Composición experimental (% wm)

midiendo la velocidad a 4 y 25 C.


APLICACIONES EN PRODUCTOS CÁRNICOSCaracterización de la materia prima para la elaboración de jamónCaracterización de la materia prima para la elaboración de jamón

Ibérico.

•Materia prima: Grasa de cerdo Ibérico de 5 lotesa e a p a G asa de ce do bé co de 5 o es

Lote Raza Alimentación (cebo)

IBxD PAO 50% Ibérico x Duroc,

madre Ibérica Pienso alto oleico + Vitamina E

IB PAO 100% Ibéricos Pienso alto oleico + Vitamina E

DxIB PAO 50% Duroc x Ibérico,

madre Duroc Pienso alto oleico + Vitamina E

50% Ibérico x DurocIBxD PC

50% Ibérico x Duroc,

madre Ibérica Pienso control

IB MO 100% Ibéricos Montanera


s)

1640

1: IBxD PAO2: IB PAO3: DxIB PAO4: IBxD PC5: IB MO

idad

(m/

1620

1630 5: IB MO

Velo

c

1600

1610

Lote1 2 3 4 5

1600

Se encontraron diferencias significativas entre lotes con diferente raza y alimentaciónalimentación


Caracterización del producto curado

Análisis discriminante

Lote V4-20 V4-10 V10-20 V4-20+Textura V4-20+Sensorial Sensorial

IBxD PAO 77.8 77.8 23.2 77.8 100.0 45.5

DxIB PAO 75 0 75 0 38 5 75 0 66 0 18 2DxIB PAO 75.0 75.0 38.5 75.0 66.0 18.2

IBxD PC 80.0 80.0 51.0 80.0 90.0 36.4

IB PAO 88.9 88.9 55.5 88.9 88.9 21.5

IB MO 70.0 70.0 71.0 70.0 90.0 54.5

Las temperaturas más bajas (4-10ºC) permitieron clasificar correctamente el 78

Avg. 78.3 78.3 47.8 78.3 87.0 35.2

Las temperaturas más bajas (4 10 C) permitieron clasificar correctamente el 78 % de las muestras.



1700

1750

80

85

90A B C D

Grasa fundida

1600

1650

Vel

ocity

(m/s

)

60

65

70

75

% M

elte

d fa

t

1500

1550

V

45

50

55

60 %

95

III

15000 5 10 15 20 25

Temperature (ºC)

45

65

75

85

EF

IB INIBxD INIB EX

45

55%M

E

25

35

1450 1500 1550 1600 1650 1700 1750 1800 1850Velocity (m/s)


Grasa fundida durante la cristalización isoterma

1750

1800

1850

1600

1650

1700

V (m

/s)

0 ºC3º C5 ºC7 ºC10 ºC20 ºC

1500

1550

1600 20 C

14500 48 96 144 192 240 288

Tiempo (h)

3000

4000

5000

6000

mW

)

0

1000

2000

-60 -40 -20 0 20 40 60 80

DSC

(m

-1000

Temperatura (ºC)


Grasa fundida durante la cristalización isoterma.

90

100

80

90

ada

(%)

5ºC

60

70

asa

cris

taliz

a

50

gr

400 48 96 144 192 240 288

tiempo (h)


APLICACIONESEN ACEITE DE FRITURAEN ACEITE DE FRITURA


TIPOS DE EXPERIENCIASAPLICACIÓN ULTRASONIDOS CALIDAD ALIMENTOSAPLICACIÓN ULTRASONIDOS CALIDAD ALIMENTOS

TIPOS DE EXPERIENCIAS

ACEITES DE FRITURAACEITES DE FRITURA• Aceite de girasol ⇒ 200ºC durante 16 h• Aceite de oliva ⇒ 200ºC durante 16 h. Tipo 1

•40 muestras de aceites de fritura procedentes de restaurantes, cafeterías y empresas de catering.

Tipo 2

Caracterización. Tiempo de descartedescarte

Caracterización. Control de calidad


EQUIPAMIENTO


EQUIPAMIENTO


Aceites de Oliva y GirasolAPLICACIÓN ULTRASONIDOS CALIDAD ALIMENTOSAPLICACIÓN ULTRASONIDOS CALIDAD ALIMENTOS

Cambios de los parámetros ultrasónicos durante la fritura

Aceites de Oliva y Girasol

14519,8Oliva

1445

1447

1449

(m/s

)

8,8

9,3

nepe

r/m)Girasol

1441

1443

Velo

cida

d

7 3

7,8

8,3

tenu

ació

n (n

1435

1437

1439

6,3

6,8

7,3 At

0 5 10 15

Tiempo de fritura (h)

,


Aceite de Oliva

4550

mer

os Compuestos Polares

y = -0,2971x 2 + 862,49x - 625945

R•2 = 0,975125303540

olar

es/P

olím Polímeros

y = 2 7608x - 3975 410152025

mpu

esto

s P

y 2,7608x 3975,4

R•2 = 0,9916

05

10

1435 1440 1445 1450

% C

om

Velocidad (m/s)


A it d f it i d t i l


Aceite de fritura industrial

1460

1462

Mono

1454

1456

1458

ad (m

/s)

MonoPoli

1448

1450

1452

Velo

cida

1442

1444

1446

0 10 20 30 40 500 10 20 30 40 50

%CP


A it d f it i d t i l



% Polar compounds

0 921ºC23ºC

0.60.70.80.9

MonoPoly

23ºC

0 20.30.40.5

R2

00.10.2

0 10 20 30 40 50

T (ºC)


Aceite de fritura industrialAPLICACIÓN ULTRASONIDOS CALIDAD ALIMENTOSAPLICACIÓN ULTRASONIDOS CALIDAD ALIMENTOS

CONTROL DE CALIDAD


%CP = -778.76 + 0.5305061 Vel25 + 0.605113µ R2=0.90

% Compuestos Polares50

Med

ido

30

40

M

0

10

20

Estimado0 10 20 30 40 50

0


Aplicación industrial

180ºC 15 %24 %26 %


APLICACIONEN HORCHATAEN HORCHATA


EQUIPAMIENTO


EQUIPAMIENTO


APLICACIONES EN HORCHATA


APLICACIONES EN HORCHATA

Estimación de la composiciónEstimación de la composición.

1560.008

1520.00

1540.00

5

6

7

8

ado+ Grasa

1460 00

1480.00

1500.00

ELO

CID

AD

(m/s

)

2

3

4

5

Gra

sa c

alcu

la1420.00

1440.00

1460.00VE

0

1

2

0.00 2.00 4.00 6.00 8.00%

% G i t l0.0 10.0 20.0 30.0 40.0 50.0

T(ºC)

% Grasa experimental


CONCLUSIONES


CONCLUSIONES• Las técnicas de ultrasonidos son rápidas, económicas

y no destructivas.• Mediante sistemas ultrasónicos es posible estimar la

textura de quesos y productos cárnicos.• Los ultrasonidos pueden emplearse para detectar

d f t i t li t ldefectos internos en alimentos como el queso.• La estimación de la composición de productos cárnicos

y su caracterización es posible a través de la mediday su caracterización es posible a través de la medidade la velocidad de los ultrasonidos a una o variastemperaturas.temperaturas.

• Es posible estimar los cambios en grasa sólida/líquidaen la refrigeración de productos grasos.g p g


CONCLUSIONES

Un sistema ultrasónico automatizado podría emplearse• Un sistema ultrasónico automatizado podría emplearsepara determinar el momento de descarte y la calidadde los aceites de fritura.de los aceites de fritura.

• El desarrollo de equipamiento específico y laautomatización de las medidas son los factores queqfacilitarán la aplicación de estás tecnologías a losprocesos industriales agroalimentarios.

aplicaciÓn de los ultrasonidos para ... - … · • ensayos no destructivos para el control de...

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