Estudio de la composición nutricional de un alimento por espectroscopía de infrarrojo cercano con transformada de fourier (ft-nirs) y quimiometría [recurso electrónico] / Olivia Flores Peñaloza ; director, Mónica Carrillo Beltrán.

Maestría y Doctorado en Ciencias e Ingeniería.

Tesis (Maestría) - Universidad Autónoma de Baja California Instituto de Ingeniería, Mexicali, 2017.

Incluye referencias bibliográficas.

Los análisis de alimentos se realizan de manera rutinaria para garantizar su calidad e inocuidad. Para lograr que cumplan con los estándares establecidos por las regulaciones gubernamentales, además de examinar el producto final se evalúan la materia prima y se monitorean los cambios durante el proceso de producción (Nielsen, 2010). Dentro de los parámetros de calidad solicitados está el determinar la
composición química del alimento cuyos constituyentes principales son los carbohidratos, lípidos, proteínas, vitaminas, minerales y agua, también conocidos como nutrientes. La información resultante se puede utilizar para distintos propósitos como determinar si se alteraron las propiedades físicas y químicas del producto (Cheung y Mehta, 2015) así como el establecer el valor nutricional, dato que les interesa a muchos consumidores al momento de elegir un alimento sobre otro por motivos de salud, y que se reporta por medio de la etiqueta nutrimental. A los métodos empleados para cuantificar a los nutrientes se le conoce como análisis proximales. Debido a que el alimento se considera un sistema complejo, para evaluar un componente en particular se requiere de múltiples técnicas analíticas cuyo desempeño dependerá de la matriz alimenticia a la que pertenece (Nielsen, 2010). Actualmente, se realizan investigaciones sobre metodologías analíticas alternativas que, comparadas con las tradicionales, sean más rápidas, menos costosas, se realicen en cada etapa de la producción, no dependan de la matriz alimenticia y que no destruyan la muestra (Bhunia, Kim y Taitt, 2015). La espectroscopía de infrarrojo cercano (NIRS, por sus siglas en inglés: Near Infrared Spectroscopy) es una técnica secundaria que permite evaluar distintos componentes de una muestra con niveles de exactitud y precisión comparables con los métodos de referencia primarios. Al prescindir de la separación física de los analitos o
de una dilución, no requiere el uso de solventes ni reactivos tóxicos para el análisis, teniendo un beneficio con la reducción de tiempos y costos. Además, el material a investigar no es destruido, lo que permite realizar el estudio en la línea de producción (Moros, Garrigues y De la Guardia, 2010). Esto ha permitido que sea utilizada como técnica analítica en la industria farmacéutica, petroquímica, alimenticia, agrícola, medio ambiental, médica, textil, cosmética y estudio de químicos como polímeros (Manley, 2014). Los primeros estudios que se realizaron con la espectroscopía en el infrarrojo cercano (NIRS) comenzaron a inicios del siglo XIX con el descubrimiento de la energía relacionada con la radiación infrarroja por Sir William Herschel. Las investigaciones consistían principalmente en caracterizar las moléculas orgánicas sencillas. Transcurrieron aproximadamente 150 años para que esta técnica analítica se utilizara en la industria agrícola y alimentaria. La inclusión se le atribuye a Karl Norris con su trabajo para el Departamento de Agricultura de Estados Unidos (USDA) sobre la determinación de humedad y proteínas en cereales y granos. Además, fue pionero en el uso del análisis multivariante, herramienta indispensable para la interpretación de los espectros en NIRS (Workman y Weyer, 2008). Para la década de 1970, Phil Williams, investigador de la Comisión de Granos Canadiense (CGC), reemplazó exitosamente la prueba Kjeldahl para la determinación de proteína en granos por NIRS lo que significó
un ahorro de costos por análisis de más de 500,000 dólares anuales (Skoog, Holler y Nieman, 2001). Al convertirse en una técnica analítica útil en productos agrícolas, la
transición hacia el área de alimentos procesados fue rápida. Gradualmente se ha incrementado su uso durante la cadena de producción de chocolates, panes, lácteos,
carnes, aceites y bebidas (Irudayaraj y Reh, 2008). El establecer el lugar de origen de un producto o ingrediente, se ha convertido en uno de los estudios recurrentes debido a que son parte de los parámetros que determinan su valor económico. Tal es el caso del aceite de oliva, miel, quesos, carnes y café. Además, para garantizar que es seguro para el consumidor, se han desarrollado modelos que detectan si han sido adulterados, como el utilizado para identificar la presencia de melamina en la leche en polvo para lactantes. La industria de carnes la emplea para obtener un análisis de la composición nutricional
de manera rápida, no destructiva y constante durante el proceso de producción. Con un solo espectro, se puede cuantificar simultáneamente el contenido de grasas, humedad y proteína. También se han desarrollado modelos para monitorear la
concentración de azúcar y etanol durante la fermentación en la producción de vinos, así como determinar el contenido de alcohol en bebidas alcohólicas (Picó, 2012) Existen métodos oficiales internacionales basados en el uso de NIRS para
cuantificar nutrientes en alimentos, en su mayoría productos agrícolas (ver tabla 1), además de guías para el desarrollo de los modelos de predicción y manejo del instrumento NIR, como la AOCS AM1a-09, AACC 39-00.01 y AACC 39-01.01. Sin
embargo, México carece de normas sobre este campo.