Resumen
El control de calidad, caracterización fisicoquímica y optimización de procesos de conservación de alimentos requiere actualmente del uso de herramientas analíticas avanzadas, no invasivas y adaptadas a las propiedades específicas de matrices alimentarias complejas. En esta tesis doctoral se integran diversas líneas de investigación orientadas al estudio de frutos andinos como el aguaymanto (Physalis peruviana L.), así como de productos cárnicos (cerdo y pescado), leguminosas y maíz morado INIA 601, a través de tecnologías emergentes como la espectrofotometría de: campos magnéticos (estático y pulsado), radiofrecuencia, microondas, termografía infrarroja e imágenes hiperespectrales, el modelado termodinámico irreversible. Estas tecnologías se agrupan en torno a tres líneas principales: (i) caracterización dieléctrica y espectral de alimentos para el análisis de calidad, (ii) modelado físico y termodinámico de procesos de conservación, y (iii) aplicación de machine learning y estímulos físicos en la monitorización y el control de alimentos. A continuación, se describen los avances más relevantes en cada una de estas áreas.
1. Caracterización dieléctrica y espectral para el análisis de calidad en alimentos
En una primera línea, se exploró el uso de espectroscopía dieléctrica en el rango de microondas para predecir propiedades fisicoquímicas clave en frutos de aguaymanto (Physalis peruviana L.), tales como sólidos solubles, acidez y pH. Las mediciones de la constante dieléctrica (¿') se realizaron de 0.5 a 9 GHz a 20¿°C utilizando una sonda coaxial abierta conectada a un analizador vectorial de redes. Los resultados evidenciaron que ¿' disminuye con la frecuencia, mientras que los sólidos solubles aumentaron (de 13,493 a 14,850 ºBrix), la acidez disminuyó (de 2,842 a 2,120) y el pH aumentó (de 3,468 a 3,663). Los mejores modelos de predicción se registraron a 915 MHz para sólidos solubles (R²=0,7760), a 5800 MHz para acidez (R²=0,4790) y a 2450 MHz para pH (R²=0,9994), con errores de predicción aceptables, lo cual demuestra el potencial de esta técnica para el análisis de calidad interna de frutos.
De manera complementaria, la espectroscopía dieléctrica también fue aplicada al estudio de la calidad de carne de cerdo durante el periodo post-mortem. Ochenta músculos longissimus dorsi fueron analizados a diferentes tiempos de almacenamiento a 4¿±¿1¿°C, determinando propiedades dieléctricas (¿' y ¿''), junto con pH, color instrumental, humedad y pérdida por goteo. Se distinguieron dos tipos de carne: RFN (Rigor Fast Normal) y DFD (Dark, Firm and Dry), con parámetros significativamente distintos. Los modelos de predicción (PLSR) alcanzaron un R² de hasta 0.811 para el color L* y 0.743 para el pH en carnes DFD, lo que indica que la espectroscopía dieléctrica puede predecir moderadamente la calidad cárnica, aunque requiere mejoras para una mayor precisión en diferentes tipos de carne.
2. Modelado físico y termodinámico en procesos de conservación: secado y congelación
En una segunda línea de investigación, se abordó el estudio del secado convectivo del aguaymanto integrando un modelo termodinámico irreversible con un sistema de monitorización por termografía infrarroja. Se analizaron la cinética de secado, las isotermas de sorción y los gradientes del potencial químico del agua, evaluando el flujo de masa y energía a través de conceptos de termodinámica no lineal. Las frutas fueron sometidas a secado a 60¿°C y 1,0¿m/s durante 13 horas, registrando la evolución de peso, temperatura superficial y actividad de agua mediante sensores térmicos y cámaras infrarrojas. Se desarrolló un marco teórico novedoso para estimar cambios en la energía libre de Gibbs y la contribución de energía mecánica al flujo de agua, correlacionando estos parámetros con el coeficiente fenomenológico de Onsager. La termografía infrarroja permitió visualizar los patrones de deshidratación y deformación superficial de manera continua, mientras que el modelo GAB ...
