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Evaluación del uso de la tecnología VIS-NIR para el control in situ de la calidad microbiológica de la carne fresca de pollo

Publicado: 21 de abril de 2016
Por: Natalia Prado Marrón, Juan Díaz García, Pelayo González González (ASINCAR, Centro Tecnológico Agroalimentario), Alfredo Corujo Fernández (NUTRECO ESPAÑA) y Verónica Sierra (SPECTRAPPLY S.L.). España
Resumen

En el presente estudio se analizó la capacidad de la tecnología VIS-NIR (Espectroscopia en el Visible e Infrarrojo Cercano) para predecir la calidad microbiológica de jamoncitos de pollo con piel, envasados en atmósfera modificada. Para el análisis VIS-NIR, se ha usado el equipo LABSPEC, ASD dotado de una sonda de superficie. Se tomaron espectros de una población de 150 bandejas de jamoncitos y se realizó el recuento de aerobios mesófilos y Enterobacterias a distintos tiempos a lo largo del periodo de conservación. El análisis quimiométrico se realizó con el software comercialUnscramblerÒ v. 10.3 con el que se generaron distintos modelos de calibración cuyos coeficientes de determinación de calibración (R2) y validación cruzada (R2 cv) eran superiores a 0.8 y con valores estadísticos de RER y RPD adecuados. Posteriormente se ha realizado una validación con 16 bandejas de un nuevo lote. La predicción mediante VIS-NIR de los recuentos de microorganismos fue adecuada en un 93% de las muestras para el recuento de aerobios mesófilos y en un 87% de las muestras para el recuento de Enterobacterias, con un error promedio en ambos casos de 0.5 log ufc/g. Con este trabajo se demuestra el potencial del VIS-NIR para la predicción cuantitativa de microorganismos en jamoncitos de pollo con piel.

Introducción
La estimación de calidad microbiológica de los productos es de gran importancia para la industria agroalimentaria. Es esencial contar con herramientas analíticas que den una respuesta rápida y fiable.
La espectroscopía en el infrarrojo cercano ha resultado ser una tecnología muy adecuada para el control de calidad y monitorización de procesos en la industria agroalimentaria (Sun, 2009) por su capacidad de obtener simultáneamente información de la composición química así como sobre características físicas y estructurales (Williams y col., 2001).
El potencial del VIS-NIR como herramienta para el análisis microbiológico ha sido evaluada en alimentos (Tito y col., 2012, Grau et al., 2012), si bien no se conocen precedentes de aplicación sobre jamoncitos de pollo con piel. De modo que el objetivo de este trabajo era evaluar la capacidad de la tecnología VIS-NIR para cuantificar la calidad microbiológica de jamoncitos de pollo con piel, envasados en atmósfera modificada.
 
Material y métodos
Muestra.
En la fase de calibración se han utilizado un total de 150 bandejas (unidad experimental), que contienen de 5 a 7 jamoncitos de pollo con piel envasados en atmósfera modificada. Estas bandejas procedían de 6 tandas de muestreo distintas, a su vez cada tanda se corresponde con un lote distinto. Dentro de cada tanda las bandejas se repartieron de forma que al menos 5 bandejas eran muestreadas en cada tiempo seleccionado a lo largo del período de envasado. Para la fase de validación se recogieron otras 16 bandejas de un séptimo lote que fueron muestreadas a lo largo del período de envasado.
 
Análisis microbiológico.
Para la evaluación de la calidad microbiológica se ha realizado el recuento de aerobios mesófilos y Enterobacterias de cada bandeja para lo que se ha recogido piel de los distintos jamoncitos de una bandeja y se ha creado una muestra conjunta para cada bandeja. Tras la toma de muestra y la preparación de una dilución madre 1:10, la determinación de microorganismos indicadores se ha llevado a cabo mediante la metodología del número más probable (NMP) miniaturizado y basada en el sistema Tempo.
 
Análisis Estadístico.
El análisis estadístico de los datos microbiológicos se realizó mediante el paquete SPSS vs 15.0. Se eliminaron espurios, se comprobó la normalidad mediante un Test Kolmogorov-Smirnov, y se estudió el efecto del lote y del tiempo de conservación sobre las variables microbiológicas mediante ANOVA.
 
VIS-NIR.
La toma de espectros se realizó con un equipo LABSPEC 5000 (ASD), dotado de una sonda de superficie, que mide en reflectancia (350-2500nm, con 1nm de intervalo y 50 scans por disparo). Se recogieron espectros de cada jamoncito antes (con film) y después (sin film) de retirar el film protector, que fueron promediados obteniéndose un espectro medio por bandeja.
El análisis quimiométrico se realizó con el software comercial Unscrambler vs 10.3. Para estudiar el efecto del film y de la tanda de muestreo se han realizado Análisis Discriminantes y de Componentes Principales. Se ha trabajado tanto con los espectros brutos o tras aplicarles distintos tratamientos matemáticos (1ª y 2ª derivada, correcciones de efectos aditivos y dispersivos SNVD, MSC etc) así como seleccionando distintas regiones espectrales.
Para el análisis cuantitativo de la calidad microbiológica se han generado modelos de regresión por mínimos cuadrados parciales (PLS-R) y validación cruzada completa. Los mejores modelos fueron seleccionados en base a los coeficientes de determinación de calibración (R2) y validación cruzada (Rcv2) los errores típicos de calibración (ETC) y validación cruzada (ETCV) así como de los estadísticos RER (Rango/ETCV) y RPD (SD/ETCV).
 
Resultados y discusión
El análisis estadístico de los datos microbiológicos mostraba un incremento significativo de la carga bacteriana de cada tanda a lo largo del tiempo. Además al analizar el efecto de las diferentes tandas sobre los recuentos de aerobios mesófilos y Enterobacterias, en los tiempos de muestreo comunes, se observaron diferencias significativas (P<0.05) entre tandas, por lo que se demuestra que el lote es un factor importante que afecta considerablemente a dichas variables microbiológicas.
 
Fase de Calibración.
En primer lugar se comprobó la existencia de diferencias entre las poblaciones espectrales recogidas con o sin film (discriminación correcta del 95% de las muestras) por lo que hemos desarrollado calibraciones independientes según haya sido la recogida de espectros (con o sin film).
La tabla 1 resume los resultados de los mejores modelos obtenidos para la determinación de las variables microbiológicas analizadas, mostrando valores adecuados de coeficientes de determinación de calibración y validación cruzada (>0.8), errores típicos de calibración y validación cruzada (entre 0.5-0.6) así como de los estadísticos RER (>8) y RPD (>2).
Tabla 1: Estadísticos de calibración y validación cruzada. 
Tabla 2: Estadísticos de validación de los modelos quimiométricos generados.
Evaluación del uso de la tecnología VIS-NIR para el control in situ de la calidad microbiológica de la carne fresca de pollo - Image 1 Evaluación del uso de la tecnología VIS-NIR para el control in situ de la calidad microbiológica de la carne fresca de pollo - Image 2
AM: Aerobios mesófilos. ENT: Enterobacterias. N: número de bandejas. ETC: error típico de calibración. R2: coeficiente de determinación de calibración. ETCV: error típico de validación cruzada. R2cv: coeficiente de determinación de validación cruzada. RER: Ratio entre el rango de los datos y el error típico de validación cruzada. RPD: Ratio entre la desviación típica de la variable y el error típico de la validación cruzada. AM: Aerobios mesófilos. ENT: Enterobacterias. SEP: Error típico de predicción. DESVEST: promedio de las desviaciones estándar de los datos predichos. Dif: promedio de los valores absolutos de la diferencia entre el valor real y el predicho.
 
Fase de Validación.
Estos modelos de calibración han sido validados con 16 bandejas procedentes de una nueva tanda/lote de muestreo. Los valores predichos de recuento microbiológico de las muestras de validación eran correctos y semejantes a los obtenidos mediante la analítica de referencia. El promedio, en valor absoluto, de las diferencias entre datos predichos y reales fue de 0.40 log ufc/g para aerobios mesófilos y de 0.39 log ufc/g para Enterobacterias en los modelos generados en presencia del film y de 0.39 log ufc/g (aerobios mesófilos) y de 0.38 log ufc/g (Enterobacterias) en los modelos generados en ausencia del film. La desviación típica promedio de los datos predichos es de 0.76-0.77 log ufc/g para aerobios mesófilos y de 0.65-0.66 log ufc/g para Enterobacterias (ver tabla 2).
Los resultados muestran que en todos los casos el error típico de predicción (SEP) de los modelos (aproximadamente 0.5 log ufc/g) es menor de dos veces el error típico de laboratorio.
De las 16 muestras utilizadas en la validación únicamente en una muestra para aerobios mesófilos (7%), y en 2 muestras para Enterobacterias (13%), tanto con film como sin él, el valor de referencia está fuera del rango de predicción de la calibración (valor predicho ± desviación típica) por lo que se considera que dichas muestras no han sido bien predichas.
Pese al número limitado de diferentes lotes incluidos las calibraciones desarrolladas muestran una gran robustez. No obstante sería necesario ir incluyendo, de forma sistemática, nuevos datos provenientes de lotes no incluidos en la calibración.
Este trabajo muestra por primera vez el potencial de la espectroscopía VIS–NIR para la predicción cuantitativa de la calidad microbiológica en jamoncitos de pollo con piel y con presencia o no del film de envasado.
 
Bibliografía
1. Grau, R., Sánchez, J.A., Girón, J., Iborra, E., Ana Fuentes, A., Barat, J.B. 2011. Nondestructive assessment of freshness in packaged sliced chicken breasts using SW-NIR spectroscopy. Food Research International, 44: 331–337.
2. Sun, D. 2009. Infrared Spectroscopy for Food Quality Analysis and Control, Academic Press / Elsevier, San Diego, California, USA.
3. Tito, N.B., Rodemann, T., Powell, S.M., 2012. Use of near infrared spectroscopy to predict microbial numbers on Atlantic salmon. Food. Microbiol., 32:431-436.
4. Williams, P., Norris, K. 2001. Near-Infrared Technology in the Agricultural and Food Industries. 2nd Edition. American Association of Cereal Chemists Inc., St. Paul, Minnesota, USA.
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Autores:
Alfredo Corujo Fernández
Nutreco
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