ES2535280B1 - Método, dispositivo y sistema de control de calidad alimentaria - Google Patents
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Abstract
Método, dispositivo y sistema de análisis de calidad alimentaria basado en la medida de espectros de bioimpedancia de una muestra (10), y la comparación de dichos espectros con un modelo de calibración de referencia. La medida del espectro se realiza en un dispositivo de medida (20), conectado inalámbricamente con unos medios de procesado encargados de realizar la comparación. Los medios de procesado son instalables en un dispositivo portátil con capacidad de comunicación con un servidor externo desde el que se pueden descargar y actualizar los modelos de calibración propios de cada tipo de muestra.
Description
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DESCRIPCION
Mbtodo, dispositivo y sistema de control de calidad alimentaria Objeto de la invencion
La presente invencion se refiere al campo de la seguridad alimentaria, y mas concretamente a un metodo, dispositivo y sistema con alta portabilidad de control de calidad de alimentos y bebidas.
Antecedentes de la invencion
El consumidor de hoy dia, en general, ha cambiado su comportamiento respecto a los habitos de alimentacion. Los nuevos estilos de vida saludable, basados en buena parte en el hecho de que una alimentacion adecuada se considers la mejor forma de prevenir enfermedades y ganar en bienestar, estan introduciendo nuevos habitos en la alimentacion. Derivado de ello, se aprecia una preocupacion creciente en los ciudadanos por el aporte calorico de los alimentos, el contenido en grasas y el valor nutricional, a los que se le unen otros factores cada vez mas en alza como el origen de los ingredientes de elaboracibn y el reconocimiento de la tradicion artesanal entre otros.
El concepto de calidad en la industria alimentaria abarca una doble dimension. La primera identifies el concepto de calidad con la seguridad alimentaria. La segunda, en cambio, esta relacionada con la satisfaction del consumidor. En cualquier caso, la responsabilidad de la garantia de calidad recae fundamentalmente en la vertiente empresarial. Esto se traduce en la existencia de un gran interbs por parte de dicho segmento industrial en la busqueda de soluciones para el control de materias primas, procesos y productos terminados, asi como para el establecimiento de sus propios mecanismos de trazabilidad, autocontrol y eficacia de los muestreos.
La realization de muestreos aleatorios de productos, o mejor aun la introduction de sistemas de monitorizacibn y control de calidad en la industria, otorga un gran valor anadido al minimizar los costes de la ‘no calidad’. Este termino se refiere al coste que soporta cualquier organizacion como consecuencia de errores internos -aquellos que deben ser detectados antes de servir el producto y son provocados por rechazos, reinspecciones, reprocesados, etc- y externos -aquellos que son originados porque no satisfacen las
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expectativas del cliente y derivan en devoluciones y reclamaciones-
Por todo ello, en la actualidad existe un reto tecnologico atractivo para la industria alimentaria en la incorporacion de tecnologfas en las cadenas productivas de elaboration y control de los productos y de forma paralela, para los consumidores en el sentido de garantizar que sean satisfechas sus expectativas, que son en definitiva las especificaciones por la que estos pagan.
Una solution capaz de satisfacer las expectativas tanto de consumidores como de fabricantes/productores, al igual que al resto de agentes de la cadena de valor - distribuidores, intermediaries y mayoristas- pasa necesariamente por la disponibilidad de dispositivos tecnologicos -economicos, con alta portabilidad (tamano de bolsillo y ligeros), autonomos, basados en tecnicas inocuas con ensayos rapidos y no destructives- capaces de determinar, directa o indirectamente, la composition de los productos alimenticios.
Muchas de las tecnicas biofisicas de analisis que se aplican en la evaluation de alimentos en general, ademas de costosas, lentas y a menudo destructivas, requieren equipos voluminosos y sofisticados, de manera que tienen que ser llevadas a cabo por personal altamente especializado. Algunos equipos generalmente se emplean para inspecciones/controles aleatorios de muestras y en ocasiones, logicamente con ensayos no destructives, para el control en linea de alguna variable y/o proceso en plantas industriales.
La espectroscopia en el infrarrojo cercano (NIRS) es una de las tecnicas de aplicacion mas utilizadas en este campo. Los ensayos correspondientes son no destructives y ni siquiera invasivos, ya que los analisis pueden llevarse a cabo sin contacto con las muestras o simplemente en contacto con la superficie de las mismas. Ademas, la disponibilidad de los resultados de los ensayos es casi inmediata y el coste analitico por muestra es reducido. En la direction de dotar a los espectrometros NIRS de alta portabilidad y flexibilidad, los avances realizados en optica y microelectronica han propiciado progresos importantes. Sin embargo, la reduction en el tamano de dichos equipos se encuentra actualmente en la categoria de instrumentos de mano (portatiles), lejos de poder ser considerados de elevada portabilidad (tamano de bolsillo), con un coste medio elevado, de manera que ambas circunstancias le restan atractivo a la incorporacion de estos dispositivos por parte de numerosos agentes de la cadena de valor y por supuesto, totalmente inapropiados para la incorporacion al ambito del consumidor.
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La espectroscopfa de bioimpedancia es otra tecnica que esta recibiendo atencion por parte de la industria alimentaria, puesto que favorece el control de procesos de fabrication y la evaluacion de calidad de los productos. Estas circunstancias la convierten en una atractiva alternativa a los planteamientos clasicos de control de la industria alimentaria. La tecnica es no destructiva, economica y el usuario no requiere adiestramiento previo alguno para su utilization. Los ensayos son rapidos y el coste analftico tambien es casi inexistente, si bien son invasivos en el sentido que para ser realizados se necesita entrar en contacto con una muestra del producto. En la evaluacion de la calidad, la espectroscopia de bioimpedancia se ha utilizado para analizar las propiedades fisicoqufmicas de materiales a traves de la correlacion de las mismas con la respuesta dielectrica en un determinado rango de frecuencias. En particular y dentro del campo alimentario, la tecnica, como se describe a continuation, se ha aplicado a la evaluacion de diferentes propiedades.
US 6,265,882 B1 describe un aparato de mano para la medida del contenido en grasa intramuscular en carne mediante la espectroscopfa de bioimpedancia. Se basa, como la mayorfa de las tecnicas, en medidas indirectas, en particular y en este caso en la correlacion de las propiedades electricas del medio, plasmadas en los parametros de magnitud y fase de la bioimpedancia, con el contenido en grasa intramuscular. La evaluacion de la bioimpedancia en el rango de frecuencias de operation del dispositivo (25 Hz-100 KHz), se realiza simultaneamente en dos zonas de la muestra proximas entre sf. Con ello, se trata de reducir el impacto en el resultado de la aleatoriedad de la zona de la medida si se realizara una unica medida. Para ello, el dispositivo utiliza seis electrodos de puncion. Dos de ellos para la corriente de excitation y los otros cuatro (dos pares de electrodos de sensado) para la medida simultanea de la bioimpedancia en dos zonas proximas.
WO 2010/044080 A3 presenta un dispositivo portable para la estimation de los parametros organolepticos de los tejidos del animal en origen, asf como para la medida de la dureza (terneza) o el tono muscular. El dispositivo se basa en la medida de la permitividad dielectrica en un determinado rango de frecuencia (0.1 Hz a 10 MHz) a traves del calculo de un fndice que refleja la anisotropfa electrica del musculo. Se lleva a cabo midiendo el modulo y fase de la impedancia electrica en las direcciones transversal y paralela a la direction de las fibras musculares. Para ello, una muestra del musculo se coloca entre dos electrodos metalicos y se recurre a un equipo comercial para la medida de la bioimpedancia.
En un sentido similar al anterior de evaluar la anisotropfa de la carne a traves de un analisis de bioimpedancia mediante un sistema multielectrodo es descrito por WO 2006/070169 A1,
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aunque el objetivo especffico y final consiste en la determination del grado de madurez en carne. El musculo es un medio altamente anisotropo, de manera que la conductividad electrica en la direccion de la fibra es mucho mayor que en la direccion transversal. A medida que avanza el estado de madurez el medio se vuelve mas isotropo.
WO 2006/041927 A3 describe un dispositivo de bolsillo para evaluar la frescura de productos alimenticios perecederos. El principio de operation del dispositivo corresponde al de una nariz electronica y proporciona los resultados de una forma rapida y simple. El dispositivo esta provisto de un sensor que reacciona variando una propiedad electrica (resistencia y/o capacidad) cuando se expone a determinadas moleculas, particulas, virus y bacterias contaminantes que desprenden los alimentos en su proceso hacia la descomposicion. El resultado proporcionado es discreto entre varios estados posibles desde la maxima frescura hasta el estado de desecho.
US 2010/0237850 A1 presenta un dispositivo portatil para medir el grado de frescura de una gran variedad de alimentos. Se basa en una punta de prueba formada por dos metales concentricos de diferente naturaleza, que forman una celda galvanica cuando se inserta en el alimento y un instrumento de medida del potencial electrico. La comparacion del decrecimiento del potencial electrico con unas referencias previamente establecidas de esta variable proporciona de una manera indirecta el estado de frescura del alimento.
US 7,493,798 B2 describe de una tecnica para la detection de la adulteration y la medida de la calidad en liquidos en cierto sentido similar a la anterior. Consiste basicamente en comparar la constante de tiempo asociada a la relajacion con un valor de referencia previamente caracterizado y almacenado. La constante de relajacion asociada al fluido se determina generando primero una carga estatica, despues inyectandola en el medio y finalmente colectandola para realizar el calculo.
No obstante, todos los dispositivos y tecnicas presentados anteriormente presentan limitaciones en terminos de portabilidad y versatilidad, debido a su tamano y a su diseno especffico para un tipo concreto de productos o elementos a analizar. Existe por lo tanto la necesidad en el estado de la tecnica de un metodo y dispositivo portatil de analisis de calidad alimentaria.
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La presente invencion soluciona los problemas anteriormente descritos mediante una tecnica basada en la medida de espectros de bioimpedancia de muestras tanto solidas como liquidas atraves de un dispositivo de medida, siendo dichos espectros comparados en unos medios de procesado externos al dispositivo de medida con unos modelos de calibracion almacenados previamente.
En un primer aspecto de la invencion se presenta un sistema de medida de calidad alimentaria que comprende un dispositivo de medida adaptado para entrar en contacto con una muestra bajo analisis, y unos medios de procesado adaptados para ser instalados en un dispositivo de procesado, externo y portatil, como por ejemplo un telefono movil. El dispositivo de medida comprende a su vez un espectrometro de bioimpedancia, y opcionalmente, un sensor de temperatura. Asimismo, el dispositivo de medida comprende medios de comunicacion adaptados para enviar los datos de las medidas (espectros de bioimpedancia, y en su caso, temperatura) a los medios de procesado. Los medios de procesado reciben dichas medidas y las comparan con un modelo de calibracion, previamente almacenado en el dispositivo de procesado, determinando asi la calidad de la muestra. En el caso preferente en el que el dispositivo de medida comprende un sensor de temperatura, dicha temperatura se utiliza para corregir desviaciones en el espectro de bioimpedancia medido, a la hora de determinar la calidad de la muestra. Esta realization preferente de la invencion no excluye la posibilidad de incorporar los medios de procesado en el propio dispositivo de medida para efectuar la comparacion con el modelo de calibracion.
Una particularidad de la tecnica de espectroscopia de bioimpedancia, comun tambien a la espectroscopia en el infrarrojo cercano, consiste en que su utilization para la caracterizacion de la composicion de productos precisa previamente de un metodo analitico secundario o de referencia. Dicho metodo analitico de referencia facilita la correlation de las propiedades dielectricas recogidas en el espectro de bioimpedancia de la muestra con la composicion de la misma. Preferentemente dichas propiedades dielectricas comprenden informacion de magnitud y angulo de fase, utiliz^ndose para su analisis un modelo de calibracion multivariante y de toma de decisiones.
Preferentemente, los medios de procesado tienen acceso a una red de comunicaciones, como por ejemplo internet, a traves del dispositivo portatil en el que se instalan. Los medios
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de procesado estan conectados a traves de dicha red con un servidor externo desde el que descargan los modelos de calibracion asociados a cada tipo de muestra que se desea analizar. De acuerdo con una opcion preferente, los resultados de los analisis realizados por los medios de procesado pueden ser almacenados en dicho servidor externo. Preferentemente, los modelos de calibracion descargados desde el servidor externo se utilizan tambien para que los medios de procesado configuren el espectrometro del dispositivo de medida. En una opcion preferente, dicho espectrometro comprende cuatro electrodos de medida.
En un segundo aspecto de la invencion, se presenta un metodo de control de calidad alimentaria de una muestra, que comprende los siguientes pasos:
- Medir espectros de bioimpedancia de una muestra alimenticia mediante un dispositivo de medida, y en particular, mediante un espectrometro de bioimpedancia comprendido en dicho dispositivo de medida. Preferentemente, los espectros comprenden information de magnitud y angulo de fase y son procesados de acuerdo con un modelo de calibracion multivariante y de toma de decisiones. Tambien los espectros se pueden medir mediante el uso conjunto de cuatro electrodos de medida.
- Preferentemente, medir tambien una temperatura de la muestra mediante un sensor de temperatura comprendido en el dispositivo de medida. Dicha medida de temperatura permite compensar las desviaciones en el espectro de bioimpedancia causadas por fluctuaciones en la temperatura de la muestra.
- Transmitir los datos medidos (espectro de bioimpedancia y temperatura) a unos medios de procesado, adaptados para ser instalados en un dispositivo externo de procesado. Dicha transmision de datos se realiza a traves de una conexion inalambrica.
- Comparar en los medios de procesado los datos medidos con un modelo de calibracion de referencia previamente almacenado en el dispositivo de procesado. Preferentemente, dicho modelo de calibracion, independiente para cada tipo de muestra bajo analisis, se descarga de un servidor externo al que los medios de procesado acceden a traves de una red de comunicaciones a la que el dispositivo de procesado esta conectado. Mediante dicha comparacion, se determina la calidad
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- Preferentemente, y previamente a la realization de las medidas utilizadas en el analisis de calidad alimentaria, configurar el espectrometro de acuerdo con el modelo de calibracion descargado del servidor externo para el tipo de muestra bajo analisis.
En un tercer aspecto de la invencion se presenta un dispositivo de medida de calidad alimentaria que comprende un espectrometro de bioimpedancia, preferentemente con cuatro electrodos de medida, y medios de comunicacion adaptados para transmitir los espectros de bioimpedancia medidos a un dispositivo externo para su analisis. Preferentemente, el dispositivo de medida comprende tambien un sensor de temperatura, permitiendo as! compensar las derivas en los espectros producidas por variaciones en la temperatura de la muestra.
Finalmente, en un cuarto aspecto de la invencion se presenta un programa de ordenador que comprende instrucciones ejecutables por ordenador para implementar el metodo descrito, al ejecutarse en un ordenador, un procesador digital de la serial, un circuito integrado especffico de la aplicacion, un microprocesador, un microcontrolador o cualquier otra forma de hardware programable. Dichas instrucciones pueden estar almacenadas en un medio de almacenamiento de datos digitales.
Ademas de las ventajas inherentes a la tecnica de la bioimpedancia -ensayos rapidos, no destructives, economicos y faciles de llevar a cabo-, la presente invencion aporta otras ventajas importantes como son una elevada portabilidad y versatilidad. La elevada portabilidad deriva del reducido tamano y peso del dispositivo de medida, gracias a que el tratamiento de la information y la interaction con el usuario (muestra de resultados e introduction de instrucciones) se realiza en unos medios de procesado instalados en un dispositivo externo. La versatilidad resulta del hecho de que el mismo dispositivo permite operar sobre un catalogo abierto de productos, sin mas que descargarse en un dispositivo de comunicaciones moviles el modelo de calibracion oportuno o versiones mejoradas de estos que vayan estando disponibles. Por todo lo anterior, junto con un coste reducido, el dispositivo resulta de utilidad no solo para todos los agentes de la cadena de valor sino tambien para los consumidores. Estas y otras ventajas de la invencion seran aparentes a la luz de la description detallada de la misma.
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Con objeto de ayudar a una mejor comprensibn de las caracterlsticas de la invencibn de acuerdo con un ejemplo preferente de realizacibn practica de la misma, y para complementar esta descripcibn, se acompanan como parte integrante de la misma las siguientes figuras, cuyo caracter es ilustrativo y no limitativo:
La Figura 1 ilustra una implementacibn particular del dispositivo de acuerdo a una realizacibn de la presente invencion y su aplicacion en la caracterizacibn de una muestra de un liquido.
La Figura 2 corresponde a una implementacibn particular de los electrodos del espectrometro de bioimpedancia de acuerdo a una realizacibn de la presente invencion.
La Figura 3 presenta un diagrama de bloques de una implementacibn particular del espectrometro inalambrico de bioimpedancia de acuerdo a una realizacibn de la presente invencion, con capacidad de registrar la temperatura del producto bajo test.
La Figura 4 ejemplifica un diagrama de Nyquist (parte reactiva imaginaria frente a parte resistiva real de la impedancia para diferentes frecuencias) correspondiente a soluciones con distintas concentraciones de etanol.
La Figura 5 muestra el diagrama de flujo del procedimiento utilizado para la caracterizacibn de la composicion de productos alimenticios, de acuerdo con una implementacibn particular del metodo de acuerdo a una realizacibn de la presente invencion.
Realizacibn preferente de la invencion
En este texto, el termino "comprende" y sus derivaciones (como "comprendiendo", etc.) no deben entenderse en un sentido excluyente, es decir, estos terminos no deben interpretarse como excluyentes de la posibilidad de que lo que se describe y define pueda incluir mas elementos, etapas, etc.
La Figura 1 ilustra la operacion de caracterizacibn de una muestra (10) alimenticia con una realizacibn particular del sistema de control de calidad alimentaria de la invencibn, que a su vez sigue los pasos de una realizacibn particular del metodo de control de calidad
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alimentaria de la invention. La muestra (10) puede ser tanto una muestra Ifquida como una muestra solida. El sistema comprende un dispositivo de medida (20) que comprende a su vez un espectrometro de bioimpedancia y un sensor de temperatura. El dispositivo de medida esta comunicado inalambricamente con unos medios de procesamiento, instalados en un dispositivo de procesado (30), como por ejemplo un smart phone. Notese que los medios de procesado pueden ser una aplicacion informatica instalable en cualquier soporte programable portable, como por ejemplo tabletas electronicas, ordenadores portatiles, dispositivos programables disenados especificamente para dicha aplicacion, etc.
El espectrometro, a traves de un conjunto de cuatro electrodos, entra en contacto con la muestra (10) y genera un espectro de bioimpedancia en la banda de frecuencia comprendida entre 100 Hz y 3 MHz. Este rango de frecuencia abarca la banda de frecuencias de dispersion “P”, que es una de las bandas donde las propiedades electricas -permitividad y conductividad- en el caso de tejidos biologicos cambian significativamente de valor. En concreto, la medida en esta banda de frecuencia es una evaluation directa del comportamiento de la membrana celular, lo cual a su vez revela information util acerca del estado de la muestra. Notese que otras realizaciones con un numero distinto de electrodos son posibles dentro del marco de la invention tal y como ha sido reivindicada, asi como otras realizaciones con distintos rangos frecuenciales para el analisis de bioimpedancia.
El espectro de bioimpedancia medido comprende information de magnitud y angulo de fase de dicha bioimpedancia en la banda de frecuencias de analisis. Adicionalmente, el sensor de temperatura mide la temperatura de la muestra (10) bajo analisis. La information capturada por el dispositivo de medida (20), es decir la temperatura de la muestra (10) y su espectro de bioimpedancia, es transmitida al dispositivo de procesado (30) por un enlace inalambrico regido por un protocolo de comunicaciones comun a los dos dispositivos. La configuration del dispositivo de medida (20), y en particular del espectrometro de bioimpedancia, se realiza de forma inalambrica desde el dispositivo de procesamiento (30).
En una realization alternativa del sistema de la invention, que no implica ninguna alteration relevante en el principio de operation del mismo, la comunicacion entre el dispositivo de medida (20) y el dispositivo de procesado (30) se realiza mediante una conexion fisica -a traves de cualquier entrada como por ejemplo de un puerto USB (Universal Serial Bus) o de un conector de serial de audio-, en lugar de mediante un enlace de comunicaciones inalambricas.
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En la realization de la Figura 1, el conjunto de electrodos que entra en contacto con la muestra bajo caracterizacion se considera que reside en la base inferior del dispositivo de medida (10). Un sistema de medida de la bioimpedancia basado en cuatro electrodos o tetrapolar -que utiliza dos electrodos para inyectar la corriente de excitacion en la muestra y otros dos electrodos para recoger el voltaje-, presenta como ventaja respecto al correspondiente bipolar -que utiliza los mismos dos electrodos para la inyeccion de la corriente de excitacion y para recoger los voltajes de respuesta- en que en el primer caso la medida de la bioimpedancia no se ve afectada por la impedancia de las interfases electrodo- producto alimenticio.
La Figura 2 corresponde a una posible realizacion de los electrodos del espectrometro de bioimpedancia. En este caso particular, consiste en cuatro electrodos concentricos en forma de anillos en la base inferior, estando dichos electrodos separados entre si por un material aislante. En esta arquitectura, la corriente electrica de muy baja intensidad que se utiliza para excitar a la muestra (10) se aplica entre un electrodo externo (24) y un electrodo interno (21), que actuan como electrodos de excitacion. La frecuencia de esta corriente electrica de excitacion varia secuencialmente en un determinado rango. Dos electrodos concentricos intermedios (23) y (22) actuan como electrodos de sensado, recogiendo el potencial cuya diferencia se pretende medir. Los cuatro electrodos se encuentran electricamente conectados, a traves del interior del vastago, a la circuiterfa del espectrometro de bioimpedancia, que reside en el extremo opuesto a los electrodos concentricos en el dispositivo de medida (20). Notese que otras arquitecturas diferentes para los electrodos pueden ser adoptadas dentro del marco de la invention tal y como ha sido reivindicada. Asimismo, es posible optar por arquitecturas de electrodos intercambiables en funcion del tipo de producto, sin que ello altere el concepto de la operacion del sistema propuesto.
La Figura 2 muestra adicionalmente un sensor de temperatura (25), en este caso particular ubicado en el interior de los electrodos concentricos del dispositivo de medida (20). La medida de la temperatura a traves de dicho sensor de temperatura (25) permite posteriormente compensar en el dispositivo de procesado (30) las desviaciones que dicha temperatura puede inducir en los espectros de bioimpedancia, y por lo tanto, en la caracterizacion de la composition de la muestra (10).
El dispositivo de medida (20) es el encargado de obtener los parametros de bioimpedancia de la muestra (10) alimenticia -magnitud y angulo de fase para diferentes frecuencias de la corriente de excitacion en la banda de operacion-, ademas de la temperatura de la misma, y
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transmitirlos al dispositivo de procesado (30) para su procesamiento. La Figura 3 muestra el diagrama de bloques del dispositivo de medida (20) con capacidad de medida de espectros de bioimpedancia y de temperatura de la muestra. El dispositivo de procesado (30) comprende un primer bloque (26), que a su vez comprende un circuito integrado de aplicacion especifica junto con un circuito generador de corriente de excitacion programable en magnitud y frecuencia. Asimismo, el dispositivo de medida comprende un microcontrolador (27), medios de radiofrecuencia (29) con capacidades de transmision y recepcion, y un circuito de acondicionamiento de serial (28) conectado al sensor de temperatura (25). Notese que otros medios de transmision y recepcion de datos pueden ser utilizados, como por ejemplo, una conexion bluetooth o cualquier otro sistema de comunicacion alternative, siendo preferible que dicha comunicacion tenga caracter inalambrico para facilitar el uso y portabilidad del sistema.
El circuito generador de la corriente de excitacion esta controlado por el microcontrolador (27). La corriente de excitacion, de caracter sinusoidal, se aplica a la muestra (10) alimenticia a traves de los electrodos de excitacion (21,24). El voltaje resultante se recoge a traves de los electrodos de sensado (22, 23). La diferencia entre los voltajes medidos por los electrodos de sensado se procesa en una seccion de entrada analogica implementada en el circuito integrado de aplicacion especifica. La seccion de entrada analogica suministra como salidas sendos voltajes de continua (DC), proporcionales a la magnitud y angulo de fase, respectivamente, de la bioimpedancia de la muestra biologica (10).
La operacion del circuito integrado de aplicacion especifica descrito, encargado de la medida de la bioimpedancia de la muestra alimenticia, se basa en la deteccion de la relacion de magnitudes y diferencia de fases. No obstante, cualquier realization basada en otro principio de medida de espectro de bioimpedancia puede utilizarse dentro del alcance de la invention tal y como ha sido reivindicada. Una description mas detallada de una posible implementation de la estructura y operacion del circuito integrado de aplicacion especifica puede encontrarse en una solicitud de Patente WO 2013/030425 A1, donde concretamente dicho circuito integrado especifico corresponde a la subunidad 9 de la Figura 1.
La temperatura es una de las variables mas influyentes en el comportamiento dielectrico de un medio, jugando un importante papel en el valor de las magnitudes electricas medidas. Por ello, el dispositivo de medida (20) esta provisto de un sensor de temperatura (25) (por ejemplo, un termistor) y una seccion de acondicionamiento de serial (28). El voltaje de salida del circuito (28), que es proporcional a la temperatura de la muestra, se transmite al
microcontrolador (27) para su conversion a un codigo digital y para su posterior transmision, junto con el espectro de bioimpedancia, al dispositivo de procesado (30) a traves de la seccion de radiofrecuencia (29).
5 El microcontrolador (27) controla la fuente de corriente de excitacion que se aplica a la muestra de acuerdo con una configuracion almacenada en un modelo de calibracion que es transmitido desde la unidad de comunicaciones moviles (30). Dicho modelo de calibracion comprende information de frecuencia e intensidad de la corriente para cada analisis que conforma el espectro, y es dependiente del tipo de muestra (10) bajo analisis. 10 Adicionalmente, el microcontrolador (27) convierte a un codigo digital los voltajes correspondientes a la magnitud y angulo de fase de la bioimpedancia para cada uno de los analisis de bioimpedancia que conforman el espectro. De esta manera, en su modo de reception, la seccion de radiofrecuencia (29) recibe del dispositivo de procesado (30) los parametros de configuracion del espectrometro para la adecuada generation del espectro 15 de bioimpedancia correspondientes al tipo de muestra alimenticia bajo test. En su modo de transmision, la seccion de radiofrecuencia (29) transmite al dispositivo de procesado (30), junto con la temperatura de la muestra, las medidas obtenidas de bioimpedancia que conforman el espectro.
20 El dispositivo de procesado (30) realiza una doble funcion. En primer lugar, previamente a la realization de medidas de bioimpedancia del dispositivo de medida (20), configura el espectrometro de acuerdo con el correspondiente modelo de calibracion. En segundo lugar, una vez recibido el espectro de bioimpedancia y la temperatura, el dispositivo de procesado (30) se encarga de procesar e interpretar las medidas, mostrar los resultados de la 25 caracterizacion en una pantalla y, opcionalmente, almacenar dichos resultados en el propio dispositivo de medida (30) y/o transmitirlos a un servidor remoto.
A modo de ejemplo, la Figura 4 muestra el diagrama de Nyquist -parte reactiva imaginaria X(£2) frente a parte resistiva real R(£2) de la impedancia para diferentes frecuencias- 30 correspondiente a soluciones de etanol con distintos valores de concentracion (C). El diametro de cada semicirculo decrece a medida que hace lo propio el valor (C) de la concentracion de alcohol. En concreto, existe una elevada correlation, con un coeficiente de regresion lineal de aproximadamente 0.98, entre la concentracion y el diametro del semicirculo de Nyquist. En la practica, el desarrollo del modelo de calibracion/prediccion 35 para cada tipo de producto requiere un analisis de referenda con un metodo analitico secundario. El proposito general de un modelo de calibracion consiste en correlacionar
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determinadas propiedades del mismo -en este caso propiedades electricas que tienen su reflejo en el espectro de bioimpedancia- con las propiedades fisicoqufmicas o parametros de interes. En cualquier caso, los modelos son modelos estadisticos basados en tecnicas multivariante. Una vez generado el modelo estadistico se emplea posteriormente en la prediction de las propiedades de nuevas muestras a partir de su espectro de bioimpedancia. El desarrollo de modelos multivariantes requiere la participation de personal tecnico cualificado.
Los modelos de calibracion usados en la presente invencion se pueden generar usando distintas tecnicas que son ampliamente conocidas y usadas en el estado de la tecnica (por ejemplo, en espectrometria de infrarrojo cercano).
En el sistema propuesto, la unidad de procesado (30) dispone de una memoria en la que se almacena el modelo de calibracion correspondiente al tipo de producto que se pretende caracterizar, previamente a la aplicacion del sistema sobre la muestra (10). El modelo de calibracion puede descargarse, por ejemplo, desde un servidor externo a traves de redes de comunicacion, como por ejemplo internet. La conectividad a Internet del dispositivo de procesado (30) proporciona al dispositivo de medida (20) una elevada versatilidad, derivada de la posibilidad de realizar descargas de modelos de calibracion de otros productos alimenticios o nuevas versiones mejoradas de modelos ya existentes. Los modelos de calibracion, ademas de proporcionar una referenda con la que comparar los espectros de bioimpedancia medidos por el espectrometro, proporcionan parametros de configuracion del espectrometro espetificos para cada tipo de producto, como por ejemplo frecuencias e intensidades de la corriente de excitation para los analisis.
La Figura 5 muestra el diagrama de flujo del procedimiento utilizado por el sistema de la invencion para la caracterizacion de la composition de productos alimenticios. Notese que es posible variar el orden de algunas etapas dependiendo de la implementation particular del sistema, siempre dentro del alcance de la invencion tal y como ha sido reivindicada. El procedimiento comprende las etapas siguientes:
a) Descarga (40) del modelo de calibracion en el dispositivo de procesado (30) correspondiente al tipo de muestra (10) alimenticia que se pretenda caracterizar. Este paso solo es necesario si el modelo de calibracion no se encuentra previamente almacenado en el dispositivo de procesado (30).
b) Configuracion remota (41) del espectrometro de bioimpedancia. Para ello, se ejecuta
el modelo de calibracion en los medios de procesado instalados en el dispositivo de procesado (30) y se transmiten a traves del protocolo inalambrico los parametros especificos de configuracion del espectrometro de bioimpedancia. Dichos parametros de configuracion son, tipicamente, los valores correspondientes a las 5 frecuencias de la corriente electrica de excitacion y la intensidad de la misma para
cada analisis de bioimpedancia que conforma el espectro del tipo de muestra.
c) Disponer en contacto (42) la muestra (10) con los electrodos (21,22, 23, 24) y con el sensor de temperatura (25) del dispositivo de medida.
10
d) Activacion remota del espectrometro desde el dispositivo de procesado (30), y medida (43) el espectro de bioimpedancia y la temperatura de la muestra (10).
15
e) Transmision (44) de las medidas que conforman el espectro de bioimpedancia de la muestra y la temperatura de la misma a la unidad de procesado (30).
f) Comparacion (45) del modelo de calibracion con las medidas recibidos en el dispositivo de procesado (30), toma de decisiones acerca de la composition y calidad alimentaria de acuerdo con las variables consideradas en el modelo 20 espetifico de calibracion y muestra de resultados.
g) Repetition (46) del ensayo sobre una nueva muestra (10) del mismo tipo, si asi lo indica el usuario. En caso afirmativo se procede de nuevo con el paso de disponer en contacto (42) la nueva muestra (10). En caso negativo, se procede con el paso de 25 almacenar (47) o desechar los resultados.
h) Almacenar (47) o desechar los resultados obtenidos, segun indique el usuario, y finalmente, salir (48) del proceso.
30 A la vista de esta description y figuras, el experto en la materia podra entender que la invencion ha sido descrita segun algunas realizaciones preferentes de la misma, pero que multiples variaciones pueden ser introducidas en dichas realizaciones preferentes, sin salir del objeto de la invencion tal y como ha sido reivindicada.
Claims (11)
- 5101520253035REIVINDICACIONES1. Sistema de control de calidad alimentaria caracterizado porque comprende:- un dispositivo de medida (20) que entra en contacto con una muestra (10) alimenticia; comprendiendo a su vez dicho dispositivo de medida (20):- un espectrometro de bioimpedancia configurado para medir al menos un espectro de bioimpedancia de la muestra (10);- medios de comunicacion adaptados para transmitir el espectro de bioimpedancia a un dispositivo externo de procesado (30);- medios de procesado configurados para ser instalados en el dispositivo externo de procesado (30), recibir el espectro de bioimpedancia medido, y determinar la calidad alimentaria de la muestra (10) comparando el espectro de bioimpedancia medido con un modelo de calibracion de referenda previamente almacenado en el dispositivo de procesado (30).
- 2. Sistema segun la reivindicacion 1 caracterizado porque el espectro de bioimpedancia medido comprende informacion de magnitud y angulo de fase, y porque dicha informacion de magnitud y angulo de fase es procesada por los medios de procesado de acuerdo con un modelo de calibracion multivariante y de toma de decisiones.
- 3. Sistema segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el dispositivo de medida (20) comprende ademas un sensor de temperatura (25) adaptado para medir la temperatura de la muestra (10), y porque los medios de procesado aplican la temperatura de la muestra (10) para corregir desviaciones en el espectro de bioimpedancia medido.
- 4. Sistema segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque los medios de procesado estan adaptados para ser instalados en un dispositivo portatil con conectividad a un servidor externo desde el que se descargan los modelos de calibracion correspondientes a distintos tipos de muestras.
- 5. Sistema segun la reivindicacion 4 caracterizado porque los medios de procesado5101520253035estan configurados para almacenar resultados referentes a la calidad alimentaria de la muestra en el servidor externo.
- 6. Sistema segun cualquiera de las reivindicaciones 4 y 5 caracterizado porque el espectrometro es configurado por los medios de procesado en funcion del tipo de muestra (10) a analizar de acuerdo con un modelo descargado del servidor externo.
- 7. Metodo de control de calidad alimentaria caracterizado porque comprende:- medir (43) al menos un espectro de bioimpedancia de una muestra (10) alimenticia mediante un espectrometro de bioimpedancia comprendido en un dispositivo de medida (20) que entra en contacto con dicha muestra (10);- transmitir (44) el espectro de bioimpedancia a unos medios de procesado adaptados para ser instalados en un dispositivo de procesado (30) externo;- determinar en los medios de procesado la calidad alimentaria de la muestra (10) comparando (45) el espectro de bioimpedancia medido con un modelo de calibracion de referenda previamente almacenado en el dispositivo de procesado (30).
- 8. Metodo segun la reivindicacion 7 caracterizado porque comprende medir informacion de magnitud y angulo de fase del espectro de bioimpedancia y procesar dicha informacion de magnitud y angulo de fase de acuerdo con un modelo de calibracion multivariante y de toma de decisiones.
- 9. Metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 7 y 8 caracterizado porque comprende ademas para medir la temperatura de la muestra (10) y aplicar dicha temperatura de la muestra (10) para corregir desviaciones en el espectro de bioimpedancia medido.
- 10. Metodo segun cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9 caracterizado porque comprende ademas descargar (40) los modelos de calibracion correspondientes a distintos tipos de muestras desde un servidor externo.
- 11. Metodo segun la reivindicacion 10 caracterizado porque comprende ademasconfigurar remotamente (41) el espectrometro desde los medios de procesado en funcion del tipo de muestra (10) a analizar de acuerdo con un modelo de calibration descargado del servidor externo.Dispositivo de medida (20) de calidad alimentaria caracterizado porque comprende:- un espectrometro de bioimpedancia configurado para medir al menos un espectro de bioimpedancia de una muestra (10);- medios de comunicacion adaptados para transmitir el espectro de bioimpedancia a un dispositivo externo de procesado (30) y para recibir instrucciones de configuration del espectrometro de bioimpedancia desde dicho dispositivo externo de procesado (30).Dispositivo segun la revindication 12 caracterizado porque el espectrometro de bioimpedancia comprende cuatro electrodos (21,22, 23, 24) de medida.Dispositivo segun cualquiera de las reivindicaciones 12 y 13 caracterizado porque comprende ademas un sensor de temperatura adaptado para medir la temperatura de la muestra (10).Programa de ordenador que comprende medios de codigo de programa de ordenador adaptados para realizar las etapas del metodo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 14, cuando el mencionado programa se ejecuta en un ordenador, un procesador digital de la serial, un circuito integrado espetifico de la aplicacion, un microprocesador, un microcontrolador o cualquier otra forma de hardware programable.
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|---|---|---|---|
| ES201301058A ES2535280B1 (es) | 2013-11-05 | 2013-11-05 | Método, dispositivo y sistema de control de calidad alimentaria |
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