Aplicaciones en el control de calidad de productos agroalimentarios

Análisis de composición proximal: La FT-NIR permite determinar con precisión y rapidez la composición de macroconstituyentes, como humedad, proteínas, grasas y carbohidratos en alimentos, piensos y materias primas. Al emplear calibraciones multivariadas, como mínimos cuadrados parciales (PLS) o análisis de componentes principales (PCA), es posible relacionar las bandas de absorción FT-NIR con los valores de referencia obtenidos por métodos analíticos convencionales.

Una vez construido el modelo de calibración, se debe validar el modelo utilizando muestras independientes. La validación del modelo es un proceso crítico que evalúa la capacidad del modelo para predecir la composición química de muestras desconocidas. La validación del modelo se realiza mediante la comparación de los resultados de la espectroscopía FT-NIR con los resultados obtenidos por otros métodos de análisis químico, como la cromatografía líquida o la espectroscopía infrarroja de transformada de Fourier (FT-IR).

Otro factor importante en la garantía de la fiabilidad del resultado de la espectroscopía FT-NIR es el mantenimiento y calibración del instrumento. El instrumento debe ser mantenidos regularmente para garantizar su correcto funcionamiento y evitar errores en la medición. Además, el instrumento debe ser calibrado regularmente utilizando estándares de referencia para garantizar la precisión de las mediciones.

Además, es importante tener en cuenta que la espectroscopía FT-NIR es una técnica que puede ser afectada por las condiciones ambientales, como la temperatura y la humedad. Por lo tanto, es importante controlar y documentar las condiciones ambientales durante la medición para garantizar la reproducibilidad de los resultados.

Desafíos y perspectivas futuras

La espectroscopía FT-NIR enfrenta desafíos en la representatividad y robustez de las calibraciones, así como en la estandarización de metodologías y la transferencia de calibraciones entre instrumentos. Además, la complejidad de las matrices alimentarias y la presencia de interferencias pueden generar dificultades en la interpretación de los espectros y afectar la precisión y exactitud de las mediciones.

Para abordar estos desafíos, se están explorando enfoques de preprocesamiento espectral y métodos de selección de variables relevantes, como la eliminación de ruido y la corrección de la dispersión de luz. Además, la integración de la espectroscopía FT-NIR con otras técnicas analíticas y la aplicación de inteligencia artificial y aprendizaje automático pueden mejorar la capacidad de predicción y la robustez de los modelos calibrados.

En cuanto a las perspectivas futuras, se espera una mayor adopción de la espectroscopía FT-NIR en la industria agroalimentaria debido a la creciente demanda de técnicas analíticas rápidas y no destructivas. La miniaturización y el desarrollo de dispositivos portátiles y sistemas de monitoreo en línea permitirán una mayor accesibilidad y versatilidad de la técnica, facilitando su implementación en diferentes etapas del proceso productivo. Además, la integración de la espectroscopía FT-NIR con otras tecnologías, como la espectrometría de masas y la cromatografía líquida, puede mejorar la selectividad y sensibilidad de las mediciones y permitir el análisis de compuestos de baja concentración.

Otro campo de aplicación emergente es la detección de contaminantes y residuos en productos agroalimentarios, como pesticidas y micotoxinas, lo que puede contribuir a la seguridad alimentaria y a la protección de la salud pública.

En resumen, la espectroscopía FT-NIR ofrece una alternativa analítica precisa y no destructiva para el control de calidad de productos agroalimentarios en laboratorio y producción. Si bien enfrenta desafíos en la estandarización y transferencia de calibraciones, el uso de técnicas de preprocesamiento y aprendizaje automático puede mejorar la precisión y robustez de los modelos calibrados. Se espera que su adopción siga creciendo en la industria agroalimentaria, abriendo nuevas oportunidades para el monitoreo y mejora de procesos productivos, la detección de adulteraciones y contaminantes, y la protección de la salud pública.

¿Cómo se garantiza la fiabilidad del resultado de la Espectoscopía FT-NIR?

Para garantizar la fiabilidad del resultado de la espectroscopía FT-NIR, es necesario tener en cuenta varios factores críticos durante el análisis. Uno de los principales factores es la preparación de la muestra. La muestra debe ser homogénea y representativa de la población a la que pertenece. La muestra también debe estar limpia y libre de contaminantes que puedan interferir con la absorción de la radiación NIR. Además, la muestra debe ser correctamente preparada y colocada en la celda de medición para evitar errores en la medición.

Otro factor importante es la calibración del instrumento. La espectroscopía FT-NIR requiere la construcción de un modelo de calibración que relaciona los espectros de absorción con la composición química de la muestra. Este modelo debe ser calibrado utilizando muestras de referencia cuya composición química se conoce con precisión. La selección de las muestras de referencia es crítica para la precisión del modelo y se debe tener en cuenta la variabilidad de las muestras y la representatividad de la población a la que pertenecen.

Industria alimentaria: La FT-NIR es ampliamente utilizada en la evaluación de la calidad y la seguridad de los alimentos, incluyendo la identificación de componentes, la determinación de parámetros nutricionales y la detección de adulteraciones. Los parámetros analizados incluyen la concentración de proteínas, grasas, carbohidratos, fibra, humedad y cenizas en productos como granos, lácteos, carnes, aceites vegetales y alimentos procesados. Además, la FT-NIR puede ser útil en la detección de contaminantes y residuos de pesticidas en productos agrícolas.

Qué productos y parámetros permite analizar la Espectoscopía FT-NIR?

La FT-NIR es capaz de analizar una variedad de productos y parámetros, lo que la convierte en una herramienta indispensable en el control de calidad, el monitoreo de procesos y la investigación y desarrollo en múltiples sectores.

Industria farmacéutica: La FT-NIR se emplea en la caracterización de materias primas, productos intermedios y productos farmacéuticos terminados. Permite analizar parámetros como la identificación de compuestos activos, la cuantificación de ingredientes activos y excipientes, la evaluación de la homogeneidad y la uniformidad de contenido, la cristalinidad y la determinación del contenido de humedad, entre otros. Además, la FT-NIR es útil en la monitorización de procesos de fabricación como la granulación, secado, mezclado y recubrimiento de tabletas.

Industria química y petroquímica: La FT-NIR es empleada en la caracterización y cuantificación de compuestos orgánicos e inorgánicos, como hidrocarburos, polímeros, surfactantes y  catalizadores. Permite determinar parámetros como la concentración de productos químicos, la identificación de compuestos desconocidos y la monitorización de reacciones químicas en tiempo real. En la industria petroquímica, la FT-NIR se utiliza para analizar productos derivados del petróleo, como gasolinas, aceites lubricantes, combustibles y aditivos, proporcionando información sobre su composición, propiedades físicas y calidad.

Sensibilidad y precisión: La técnica FT-NIR ofrece una alta sensibilidad y precisión en la detección de componentes químicos en una amplia variedad de matrices. Esto permite obtener resultados confiables y cuantitativos en la evaluación de la calidad y pureza de los materiales.

Menor riesgo de contaminación: Dado que no se requiere preparación de la muestra, el riesgo de contaminación cruzada entre muestras es mínimo, lo que asegura la integridad de los resultados obtenidos.

Menor uso de reactivos y desechos químicos: A diferencia de otras técnicas analíticas, la espectroscopía FT-NIR no requiere el uso de reactivos ni genera desechos químicos. Esto reduce el impacto ambiental y los costos asociados con la eliminación de residuos químicos.

Facilidad de uso: La espectroscopía FT-NIR es una técnica relativamente fácil de usar, con una curva de aprendizaje corta. Esto permite que sea accesible para usuarios con diferentes niveles de experiencia y conocimientos técnicos. Además, los avances en software y hardware han simplificado aún más su uso, lo que permite una adopción más amplia en diversos entornos.

Adaptabilidad a distintas formas y tamaños de muestras: La espectroscopía FT-NIR es versátil en cuanto a las formas y tamaños de las muestras que se pueden analizar. Puede utilizarse para analizar sólidos, líquidos, polvos y geles, lo que la hace adecuada para una amplia gama de aplicaciones en diferentes industrias.

Calibración y validación: Los modelos de calibración desarrollados para la espectroscopía FT-NIR pueden ser validados y transferidos fácilmente entre instrumentos, lo que facilita la estandarización y la comparabilidad de los resultados entre laboratorios y equipos.

Ventajas de Espectroscopía FT-NIR 

La espectroscopía de transformada de Fourier en el infrarrojo cercano ofrece varias ventajas en comparación con otras técnicas de análisis, que incluyen:

Rapidez: La espectroscopía FT-NIR es una técnica rápida, ya que puede realizar mediciones en cuestión de segundos. Esto permite un alto rendimiento en el análisis de muestras y facilita la toma de decisiones en tiempo real en procesos de producción y control de calidad.

No destructiva: FT-NIR es una técnica no destructiva, lo que significa que no se requiere preparación de la muestra y no se daña la muestra durante el análisis. Esto permite realizar mediciones repetidas en la misma muestra y ahorrar en costos de material.

Análisis simultáneo de múltiples componentes: FT-NIR puede analizar simultáneamente varios componentes químicos en una muestra, lo que facilita la obtención de información completa sobre la composición del material sin necesidad de realizar múltiples pruebas.

Análisis en situ: La espectroscopía FT-NIR permite el análisis en tiempo real y en el lugar donde se encuentra la muestra, sin necesidad de trasladarla a un laboratorio. Esto es especialmente útil en aplicaciones industriales y de procesamiento, donde es importante monitorear y ajustar las condiciones del proceso en tiempo real.

Evaluación de la calidad sensorial y funcional: La espectroscopía FT-NIR también se ha utilizado para evaluar la calidad sensorial y funcional de alimentos, como textura, aroma y capacidad antioxidante. Aunque estas propiedades son subjetivas y complejas, se ha demostrado que existen correlaciones significativas entre los parámetros espectrales y las características sensoriales y funcionales de ciertos productos.

Monitoreo en tiempo real de procesos de producción: La FT-NIR ofrece la posibilidad de implementarse en líneas de producción para el control en tiempo real de parámetros clave, como el contenido de humedad, sólidos solubles y concentraciones de compuestos activos en productos agroalimentarios. Este enfoque permite optimizar procesos, minimizar desechos y garantizar una mayor uniformidad en el producto final.

Autenticación y detección de adulteraciones: La espectroscopía FT-NIR se emplea en la detección de adulteraciones y la autenticación de productos agroalimentarios, como aceites, vinos y mieles. La información espectral obtenida puede utilizarse para diferenciar productos auténticos de aquellos adulterados, basándose en patrones espectrales específicos asociados a cada producto. También puede emplearse para identificar la procedencia geográfica y varietal de ciertos productos, contribuyendo a la trazabilidad y a la protección de indicaciones geográficas y denominaciones de origen.