El aspecto de los alimentos ejerce una gran influencia en la decisión de compra de los consumidores. Es por ello que, desde hace muchos años, se realiza un control visual mediante operarios humanos de numerosos productos alimentarios durante el proceso de producción y envasado. Para automatizar y sistematizar la inspección de los productos alimentarios se han aplicado técnicas de visión artificial desde la década de los 90. Sin embargo, en estos últimos años la preocupación por la seguridad de los alimentos ha ido en aumento, con lo que además de ser de excelente calidad, los productos dirigidos al consumo humano han de ser seguros y, además, saludables.

Uno de los problemas relacionados con la seguridad alimentaria y que no puede resolver la inspección mediante técnicas convencionales como la visión artificial es la detección de cuerpos extraños. Por cuerpo extraño se entiende a cualquier elemento ajeno a los ingredientes base del producto que se está elaborando y que aparezca en el producto final que llega al consumidor. Aunque es un problema que tiene una frecuencia de aparición mínima, su repercusión en los consumidores es enorme, pudiendo llegar a devaluar la imagen de calidad de una empresa entre los consumidores de manera muy importante.

ainia centro tecnológico ha venido detectando en estos últimos años un interés creciente de las grandes cadenas de distribución y de las empresas productoras por ofrecer alimentos absolutamente seguros. Se trata de implantar sistemas que sean capaces de detectar cuerpos extraños basados en tecnologías convencionales y maduras, así como de desarrollar proyectos de implantación de nuevas tecnologías que traten de asegurar la ausencia de cualquier tipo de cuerpo extraño.

Técnicas convencionales aplicadas en la detección de cuerpos extraños

La detección de cuerpos extraños en los productos alimentarios se ha abordado gasta ahora mediante el empleo de técnicas convencionales bien conocidas y empleadas en diferentes campos de aplicación. Entre ellas cabe destacar: la detección de metales, los rayos X, la resonancia magnética nuclear y la visión artificial. Sin embargo, todas ellas presentan algunos inconvenientes que las hacen aplicables tan sólo en algunos casos muy concretos.

Los detectores de metales se basan en una tecnología ya madura y que cuenta con una elevada implantación en numerosos sectores. Presentan como mayor inconveniente la incapacidad de detectar otro tipo de cuerpos extraños que no sean metálicos.

Los rayos X funcionan de manera muy eficaz con cuerpos extraños con densidades superiores a las del producto que se está midiendo, pero tienen dificultades en la detección cuando las densidades se acercan a la del producto alimentario (cartón, papel, huesos, plásticos de baja densidad, grumos o insectos). Asimismo, esta técnica presenta los inconvenientes de su elevado precio y de los elevados requerimientos de seguridad que conlleva cualquier instalación radioactiva para los trabajadores que operan en su entorno.

La resonancia magnética nuclear es una tecnología que se está empezando a emplear en el campo alimentario pero prácticamente sólo a nivel de investigación; además de tratarse de equipos extremadamente caros actualmente, los análisis que son capaces de efectuar son suficientemente lentos como para ser realizados en continuo a las velocidades de cualquier línea de producción.

La visión artificial es una técnica idónea para analizar el aspecto, pues se basa en la interacción de la luz visible con la materia. Sin embargo, al tratarse de una radiación poco penetrante, en la mayoría de los casos no se puede aplicar para detectar cuerpos extraños en productos que no sean transparentes o que hayan sido previamente envasados. Por tanto, sólo se puede emplear con efectividad en la inspección de envases transparentes.

Técnicas emergentes aplicadas a la detección de cuerpos extraños

De entre las técnicas emergentes que se están empleando en la actualidad para tratar de detectar cuerpos extraños, cabe citar la visión multiespectral, la termografía y los ultrasonidos.

La visión multiespectral se basa en el análisis de imágenes en otras bandas del espectro diferentes al visible (infrarrojos fundamentalmente), lo que permite detectar defectos o presencia de objetos indeseados que al sistema visual humano se le puedan escapar. De ese modo podría ser abordable la detección de defectos, de problemas originados por plagas o contaminación microbiológica y la presencia de cuerpos extraños. Esto tiene su fundamento físico en la absorción que en determinadas bandas del espectro se produce ante la presencia de ciertos compuestos (espectroscopia), y en la medida en que su composición difiera del producto base, pueden ser detectables.

La visión multiespectral es una técnica apropiada para detectar cuerpos extraños con composición diferente a la del producto: cáscaras, piedras, huesos e insectos. En cambio, no es capaz de detectar objetos de composición similar: grumos de producto, fragmentos vegetales… Es aplicable en sólidos en grano sobre cinta de transporte o en líquidos transparentes o translúcidos. Una limitación de esta técnica es que se debe aplicar antes del envasado, puesto que la radiación infrarroja no atraviesa ni plásticos ni vidrios.

La termografía es una técnica basada en el análisis de imagen mediante cámaras sensibles a la banda del espectro electromagnético que va desde los 900 hasta los 14.000 nm. Puesto que la radiación infrarroja emitida por cualquier cuerpo es proporcional a la temperatura, las cámaras termográficas captan esa radiación y la transforman en una imagen en la banda del espectro visible (para el sistema visual humano).

El principio de funcionamiento se basa en que objetos de diferente composición tienen un coeficiente de difusividad distinto, con lo que retienen la temperatura de modo desigual. Basándose en este principio, es posible detectar cuerpos extraños si su composición es diferente al la del producto alimentario que se desea analizar.

La termografía es una técnica especialmente indicada cuando hay algún tipo e tratamiento térmico durante el procesado y cuando se pretende detectar cuerpos extraños con coeficiente de difusividad distinto al del producto, como es el caso de los metales, maderas, cartón… En cambio, no es capaz de detectar objetos con un coeficiente de difusividad similar al del producto (piedras, grumos de producto, insectos…).

Se trata de una técnica aplicable en productos sólidos en grano sobre cinta de transporte y bajo espesor de tomo (menor de 3-5 cm) con la limitación de no poder inspeccionar objetos envasados puesto que se basa también en la radiación infrarroja, que no es capaz de atravesar los materiales de envasado habitualmente empleados.

Los ultrasonidos son ondas acústicas con frecuencias superiores al límite audible por los seres humanos, a partir de 20 kHz. Aunque existen aplicaciones en medicina para visionar el interior del cuerpo humano (ecografías) y en aviónica para detectar grietas y fisuras, desde hace relativamente poco tiempo se han empezado a aplicar en el control de calidad de alimentos.

El funcionamiento de los ultrasonidos para la de detección de cuerpos extraños se basa en las diferencias de impedancia acústica entre el producto y los cuerpos extraños. Al encontrar en el producto un cuerpo extraño, éste provoca que las ondas acústicas reboten, produciendo un eco en la señal que el sistema es capaz de detectar (efecto radar, aplicado en el campo de las microondas).

Los ultrasonidos permiten la detección de cuerpos extraños que tengan densidad y textura diferente a la del producto: piedras, metales, vidrios, gomas, maderas, huesos, plásticos e insectos. Sin embargo, no permite la detección de cualquier objeto que tenga aire a su alrededor o que no suponga un cambio de fase con el producto. Por tanto, es aplicable en productos líquidos y sólidos que no contengan burbujas o discontinuidades en la propagación de las ondas.

Una de las grandes ventajas de los ultrasonidos es su aplicabilidad a multitud de formatos de envase diferentes, como en botellas, tarros, barquetas y latas de conserva. La principal limitación viene impuesta por la necesidad de disponer de contacto directo entre el transductor y el producto.

Metodología de trabajo en la detección de cuerpos extraños

Por supuesto, antes que detectar cuerpos extraños, conviene prevenir y evitar las causas que generan esos cuerpos extraños, como por ejemplo:

    – Procurando que los proveedores suministren la materia prima en las mejores condiciones.
    – Implantando guías de buenas prácticas y comprobando su cumplimiento.
    – Implantando un sistema de APPCC y utilizando herramientas informáticas para su seguimiento.
    – Implantando una sistemática de gestión ante situaciones de crisis alimentarias.
   – Incluyendo en el proceso productivo aquellos sistemas mecánicos de bajo coste como cribadores, lavadores, separadores, etc. que puedan reducir y minimizar el problema.

Si con las medidas anteriores no es suficiente, es entonces cuando se hace necesario aplicar  nuevas técnicas que permitan ver más allá de lo que puede ver el sistema visual humano. Previamente es preciso dar una serie de pasos que se resumen a continuación:

    – Identificar el tipo y naturaleza de los cuerpos extraños que se desea eliminar, confeccionando una tabla con tipos, tamaños e importancia.
    – Cruzarla con la tabla de tecnologías y las características de detección de cada una de las técnicas.
    – Solicitar pruebas a los proveedores de equipamiento o a algún centro de investigación con capacidad para hacer el estudio.
    – Estudiar los costes no sólo del equipo o sistema, sino también del mantenimiento, calibración, etc.
   – Implantar el sistema en una línea de producción y realizar baterías de pruebas con muestras problema y muestras correctas para chequear el sistema y ajustarlo.

Tendencias y previsiones futuras

Las ventajas fundamentales de las técnicas emergentes anteriormente explicadas es que se trata de técnicas no destructivas, capaces de inspeccionar el 100% de la producción y de bajo coste. La limitación es que aunque los dispositivos en que se basan están comercialmente disponibles, aún no hay fabricantes de maquinaria que las integren, por lo que su aplicación pasa por la realización de estudios previos y el desarrollo de soluciones a medida. Del mismo modo que pasó por ejemplo con los sistemas de visión artificial, es necesario pasar por un proceso de desarrollo de soluciones a medida hasta que sean soluciones incorporadas directamente por los fabricantes de maquinaria de producción y envasado.

Desde ainia centro tecnológico se está trabajando en el desarrollo de numerosas aplicaciones prácticas basadas en las tecnologías anteriormente descritas y que tienen una finalidad clara y evidente: garantizar la idoneidad de los alimentos que llegan al consumidor final.

Finalmente cabe comentar que no es descartable en algunos casos la posibilidad de combinar varias técnicas para conseguir una detección completa de cuerpos extraños de diferente naturaleza.