Microsensores NIRS y plataformas TIC para la autentificación de canales de cerdo ibérico a nivel de la línea de sacrificio

Antecedentes

Muchos trabajos de investigación han demostrado que los consumidores están dispuestos a pagar más por productos autentificados o garantizados por sistemas de trazabilidad, pero también, que el valor añadido de estos productos sería superior si la trazabilidad estuviera vinculada a atributos de calidad (propiedades nutricionales y de salud, bienestar y prácticas de producción sostenibles, seguridad alimentaria, métodos de producción tradicionales, etc.).

Microsensores NIRS y plataformas TIC para la autentificación de canales de cerdo ibérico a nivel de la línea de sacrificio - Image 1

Sin embargo, los métodos de trazabilidad, desarrollados e implantados en la industria agroalimentaria tras la publicación del Libro Blanco de Seguridad Alimentaria en el año 2000, se basan principalmente en registros documentales, los cuales se han mostrado ineficaces para evitar importantes y escandalosos fraudes alimentarios (Garrido-Varo et al., 2009). Una alternativa, y complemento imprescindible a esta estrategia, sería el incorporar en los sistemas de trazabilidad y autentificación información analítica; sin embargo, los métodos tradicionales de laboratorio presentan importantes deficiencias para un control analítico ágil y de coste acorde con los reducidos márgenes existentes en el sector agroalimentario. Dichos métodos son generalmente destructivos, lentos y de alto coste, y por tal razón sólo se utilizan para analizar muestras representativas de lotes, pero no piezas individuales de cada uno de los lotes producidos. Otra limitación importante radica en que si bien son de aplicación para especificaciones químicas concretas (ej. proteína, azúcares, etc.), no permiten ser aplicadas para detectar otros parámetros complejos como puede ser el sistema de producción (ej. orgánico vs convencional) o la procedencia geográfica (Pérez-Marín et al., 2009).

En los últimos 20 años se ha acumulado una importante información científico-técnica sobre la tecnología de Espectroscopía de Infrarrojo Cercano (NIRS) y sus aplicaciones para la determinación tanto de atributos físico-químicos y sensoriales como de atributos cualitativos relacionados con la autentificación y clasificación de numerosos productos agroalimentarios y, particularmente, de productos tan importantes para el mercado español y europeo como el aceite de oliva virgen y los productos derivados del cerdo ibérico (Garrido y de Pedro, 2007).

Los graves problemas ocasionados por crisis alimentarias posteriores a la entrada en vigor de las Directivas emanadas del Libro Blanco de Seguridad Alimentaria relativas a la trazabilidad, tales como la de la melamina en piensos y leches en polvo (2008) y la de la carne de caballo (2013), forzó a la Comisión Europea a urgir la realización de proyectos de investigación relacionados con nuevas metodologías analíticas de inspección y control para la lucha contra el fraude alimentario. Uno de estos proyectos ha sido el denominado FoodIntegrity (Assuring Quality And Authenticity In The Food Chain), financiado por VII Programa Marco de la UE con un total de 12 millones de euros, para el período 2014-2018. El proyecto FoodIntegrity es considerado como el mayor proyecto mundial de calidad, seguridad y autenticidad alimentaria, introduciendo el nuevo concepto global de integridad alimentaria, con un total de 60 participantes de centros de I +D, Universidades e industrias de 18 países europeos, China y Argentina.

Las actividades llevadas a cabo en el marco del mencionado proyecto buscaron armonizar y movilizar las capacidades de los actores europeos, integrando participantes de la industria, empresas tecnológicas, centros de investigación y universidades, en temas de autentificación de productos alimentarios para la mejora de la confianza del consumidor y la protección de los productos europeos con alto valor añadido. El proyecto, coordinado por FERA (Agencia Científica de Alimentación y Medio Ambiente del Reino Unido), además de investigar sobre la mejora de las capacidades de alerta temprana, ha desarrollado métodos, sistemas y procesos que aseguren la calidad, autenticidad y seguridad de la cadena alimentaria, con el objetivo común de proteger a los consumidores y a la propia industria frente al fraude alimentario.

El enfoque principal del proyecto FoodIntegrity ha sido el de consolidar, armonizar y movilizar la capacidad europea para dar repuesta a problemas de integridad alimentaria tanto para incrementar la confianza del consumidor, como para proteger el valor añadido de los productos alimentarios producidos en Europa. Para ello, uno de los objetivos específicos mas relevantes de dicho proyecto ha sido el de proporcionar a la Comisión Europea información científico-técnica relevante sobre el estado de conocimiento y desarrollo de nuevas tecnologías para detectar fraudes y garantizar la integridad (calidad, seguridad y autenticidad) de los productos alimentarios de alto valor añadido a lo largo de la cadena alimentaria (Brereton, 2014).

Microsensores NIRS y plataformas TIC para la autentificación de canales de cerdo ibérico a nivel de la línea de sacrificio - Image 2

Microsensores NIRS y plataformas TIC para la autentificación de canales de cerdo ibérico a nivel de la línea de sacrificio - Image 3

En el caso de España, el jamón de cerdo Ibérico de bellota es, sin duda, uno de los productos de más alto valor añadido. El Grupo de Ingeniería de Sistemas de Producción-Agroganaderos de la Universidad de Córdoba (ISPAG, ETSIAM-UCO) ha sido participante del proyecto FoodIntegrity, el cual ha financiado con un total de 860.000 euros el subproyecto titulado “Microsensores NIRS y plataformas TIC para garantizar la autenticación in situ de alimentos europeos de alto valor añadido: estudio de caso jamón de cerdo Ibérico”. Dicho subproyecto ha sido integrado en dos paquetes de Trabajo del proyecto, los denominados “Microsensores NIRS y plataformas ICT para asegurar la autenticidad de productos europeos de alto valor añadido: caso de estudio del jamón ibérico” y “Actividades de demostración” coordinados por las profesoras Ana Garrido Varo y Dolores Pérez Marín, respectivamente. Otros participantes de este subproyecto han sido la empresa andaluza Ibéricos de Bellota S.A (Ibesa), la empresa británica de servicios analíticos NIRS (AUNIR, AB Agri, UK) y el Departamento de Estadística de la University College London (UCL).

El subproyecto ha tenido como objetivo general el diseñar, desarrollar e implementar en la industria del cerdo Ibérico un sistema de control de calidad y autentificación, mediante una combinación de sensores portátiles de bajo coste, basados en la Espectroscopía de Infrarrojo Cercano NIRS y tecnologías de información y comunicación (TIC). Dicho sistema debía poder ser empleado para el control del proceso y el etiquetado voluntario y, consecuentemente, para garantizar la integridad y la imagen internacional del jamón Ibérico de bellota, cuyo precio puede variar de cientos a miles de euros (Garrido-Varo et al. 2017)

Actualmente, los sistemas oficiales de control de calidad utilizados para determinar el régimen alimenticio de los cerdos ibéricos solo se basan en la inspección de campo. El análisis de laboratorio, particularmente la cromatografía de gases (CG) para la determinación de la composición de ácidos grasos de la grasa subcutánea fundida, se utiliza a nivel industrial para el autocontrol de la producción y el pago al productor. Sin embargo, ambos métodos son costosos y requieren mucho tiempo. Además, solo proporcionan información sobre lotes, pero no de animales individuales lo que supone un inconveniente importante si se tienen en cuenta los precios de mercado que alcanza el producto. Por lo general, se toma una muestra de grasa por animal y lote en el matadero, en un determinado porcentaje (20-30%) de los animales que formen el lote de sacrificio (cada lote se compone de 30-80 animales). Todas estas muestras se funden juntas y se realiza un único análisis de CG. No obstante, el perfil de ácidos grasos de los cerdos individuales puede diferir mucho del promedio del lote.

Esto, junto con el coste y tiempo requerido por el procedimiento, así como la incapacidad de implementarse en línea en la planta, son las principales desventajas del sistema de control tradicional.

Principales resultados para el control in situ de canales de cerdo Ibérico derivados del proyecto FoodIntegrity

El trabajo realizado por el Grupo ISPAG en el marco del proyecto FoodIntegrity ha constado de tres etapas fundamentales que se describen a continuación.

Análisis NIRS in situ (imagen 1) de la canal en la línea de sacrificio usando un espectrómetro portátil NIRS miniaturizado (MicroNIR, Viavi Solution) y transferencia de las bases de datos espectrales NIR pre-existentes. En esta fase se han evaluado métodos matemáticos y quimiométricos para el procesamiento en tiempo real de espectros y datos de predicción a las velocidades de las líneas de producción. La integración de las bases de datos espectrales ya existentes creada con instrumentos NIRS de laboratorio con la nueva base de datos creada con el instrumento portátil miniaturizado (figura 1) ha permitido incrementar considerablemente la robustez de los modelos de predicción de los principales ácidos grasos presentes en el tejido adiposo de las canales, esto es, palmítico, esteárico, oleico, linoleico (Garrido-Varo, A. et al., 2017).
Desarrollo de modelos cuantitativos para la determinación del contenido de los principales ácidos grasos del tejido adiposo. Se han mostrado la viabilidad del instrumento portátil para la predicción cuantitativa de dichos parámetros.
Desarrollo de modelos cualitativos para la clasificación de las canales de acuerdo al régimen alimenticio, estableciendo las categorías “Premium” para aquellos animales alimentados con bellota (precintos negro y rojo) y “Non Premium” para aquellos animales de cebo (precintos verde y blanco). Para la identificación de dichas categorías se evaluaron diferentes métodos matemáticos; todos ellos proporcionaron resultados aceptables en términos de éxito de clasificación (98% de las muestras correctamente clasificadas con probabilidades del 90% utilizando en la validación externa de los modelos).
Desarrollo de una plataforma basada en la combinación de tecnologías de la información y la comunicación (TIC) y sensores espectrales NIR, que permita el desarrollo de nuevos sistemas integrales de control de calidad de canales de cerdo Ibérico, en el que la tecnología NIRS jugaría un papel fundamental como herramienta analítica en tiempo real, posibilitando dar respuesta a las demandas actuales de automatización y control de la industria agroalimentaria. En esta fase se ha explorado el potencial del Cloud Computing mediante el diseño y desarrollo de una Interfaz Gráfica de Usuario, un entorno web NIRSIntegrityHam y una aplicación Android, para uso con teléfonos móviles y tabletas, para predicciones NIRS automatizadas de parámetros que relacionados con la calidad y la autenticidad del jamón Ibérico.

Microsensores NIRS y plataformas TIC para la autentificación de canales de cerdo ibérico a nivel de la línea de sacrificio - Image 4

Los resultados científico–técnicos generados , representan un importante avance en un innovador sistema de “etiquetado voluntario”, basado en la Espectroscopía NIR en combinación con las TIC, cuya respuesta podría ser integrada a través de un código QR junto al precinto identificativo por colores para proporcionar información precisa en línea sobre el perfil de ácidos grasos de cada canal, además de información complementaria actualmente registrada y trazada obligatoriamente de acuerdo con la “Norma de calidad para la carne, el jamón, la paleta y la caña de lomo Ibéricos” (Real Decreto 4/2014, BOE, 2014), como por ejemplo, la pureza del animal por rastreo de ADN. Este nuevo sistema de etiquetado es de interés para:

Los productores, ya que les permite obtener información sobre el resultado de sus prácticas de producción individuales.
La industria, ya que les permite tomar decisiones sobre el post-procesamiento de cada canal individual y para el pago a los productores de acuerdo a la calidad.
Los consumidores primarios de una pieza de jamón ibérico (restaurantes, supermercados, tiendas gastronómicas, etc.), como garantía de calidad.

Plataforma NIRSIntegrityHam

La arquitectura de la plataforma se basa en un total de tres aplicaciones trabajando juntas a través de un servidor en la nube (figura 2).

La aplicación de análisis está dirigida al procesamiento de los espectros resultantes del análisis de cada canal individual llevado a cabo con el sensor microNIR descrito. La aplicación consta de dos secciones: la primera de tratamientos espectrales en la que se evalúan los datos obtenidos en términos de repetibilidad y la segunda de análisis en la que los modelos cuantitativos y cualitativos son aplicados al espectro de la muestra analizada para obtener valores predichos de ácidos grasos y categoría comercial. Los resultados son incorporados a la nube. Posteriormente, la aplicación permite generar un código QR (figura 3).

El contenido de este código son todos los resultados obtenidos por esta aplicación en la fase de análisis. De este modo, se proporciona así una etiqueta trazable e identificativa de la muestra analizada, que es escaneable desde dispositivos móviles, y que facilita el acceso sencillo a la información por cualquier tipo de usuario (productor, consumidor, etc.). Finalmente, se habilita el acceso a la segunda componente de la plataforma, un sitio web que actúa de centro de información sobre este proyecto.

La aplicación incluye una última funcionalidad denominada Server files. A diferencia del resto de la aplicación que es de acceso público (consumidores), al pulsar sobre ella se accede a una parte privada (destinada a productores), sólo accesible para aquellos usuarios autorizados y previamente registrados.

Impacto esperado del proyecto en el sector del cerdo Ibérico

El proyecto ha pretendido aportar innovación en los actuales sistemas de control de procesos, mediante un muestreo más intensivo y una medición más precisa y no destructiva de las propiedades de los productos, mejorando la toma de decisiones en tiempo real, tanto para la industria porcina como en general para la industria agroalimentaria, ya que muchos de los aspectos metodológicos desarrollados a lo largo del proyecto podrán extrapolarse a otros productos alimentarios. Se espera una mejora significativa en la eficiencia de la producción a través del establecimiento de nuevos estándares de calidad en relación con la composición de los alimentos y una reducción en el número de quejas por parte de los consumidores.

La investigación llevada a cabo por la ETSIAMUniversidad de Córdoba contribuirá a la sustitución de los tradicionales métodos de control analítico utilizados en la industria porcina, por sensores inteligentes no destructivos que no requieran el uso de productos químicos, permitiendo la implementación de sistemas de control más sostenibles en términos ambientales y económicos. La investigación realizada en este proyecto, ha permitido establecer las especificaciones científicas y técnicas para extender el uso in situ de sensores NIRS no invasivos, de bajo coste y de tamaño reducido, no solo a la aplicación desarrollas ( análisis in situ de canales ) sino asimismo, a otras aplicaciones de interés en la industria agroalimentaria, en general , y la cárnica en particular.

Microsensores NIRS y plataformas TIC para la autentificación de canales de cerdo ibérico a nivel de la línea de sacrificio - Image 5

De esta manera, se contribuiría a una mejora en la competitividad y la calidad de la producción de carne de cerdo de la UE, aumentando la confianza de los consumidores sobre la calidad y la seguridad de los productos alimenticios tanto en la UE como en los mercados internacionales, como resultado de un mejor control analítico.

Por último, los resultados obtenidos en el proyecto proporcionan, por un lado, la oportunidad a los industriales del sector del cerdo ibérico, de agregar valor a sus productos garantizando que se cumplen los estándares de calidad que comunican a los consumidores y, por otro, una plataforma técnica para que los legisladores y los organismos reguladores faciliten las tareas de inspección, para así evitar episodios de fraude alimentario en uno de los productos de mayor precio en el mercado alimentario nacional e internacional y desafortunadamente, uno de los productos detectados como importante objeto de fraudes y con gran repercusión mediática.

Microsensores NIRS y plataformas TIC para la autentificación de canales de cerdo ibérico a nivel de la línea de sacrificio

AP Equipos Integrados, S.A. de C.V.

Evonik Animal Nutrition