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Tomografía computada de rayos X para la evaluación de aberturas y de ojos en quesos

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Tomografía computada de rayos X para la evaluación de aberturas y de ojos en quesos

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Giménez P.1*; Perotti M.C1,2; Leturia M.P.3; George G.1; Peralta G.H.1; Hynes E.R.1,2; Bergamini C.V.1,2
1Instituto de Lactología Industrial – UNL/CONICET. Santa Fe, Argentina.
2Facultad de Ingeniería Química – Universidad Nacional del Litoral. Santa Fe, Argentina.
3Diagnóstico por Imágenes Junín. Santa Fe, Argentina.
*paula.gimenez92@gmail.com

El control del proceso de formación de ojos se realiza tradicionalmente escuchando el sonido que se produce al golpear suavemente la superficie del queso con un martillo especial, o inspeccionando visualmente la masa luego del corte o muestreo de la horma, lo que implica la interrupción de la maduración. Estas metodologías son imprecisas, subjetivas y no cuantitativas. En los últimos años se han propuesto como alternativa metodologías no destructivas, tales como la tomografía computada de rayos X (TC). La TC permite distinguir zonas de diferente densidad dentro del espécimen. Durante el escaneo de una muestra se obtiene una serie de imágenes bidimensionales que se procesan para obtener un modelo tridimensional, en el que es posible visualizar la distribución de ojos/aberturas. Además, se puede realizar un análisis cuantitativo (número, tamaño y volumen de ojos) cuya exactitud dependerá de un correcto procesamiento de las imágenes.

El objetivo de este trabajo fue implementar la TC de rayos X en quesos para evaluar formación de ojos. Se realizó la validación de la cuantificación del volumen de ojos por TC a través de la evaluación de quesos modelo (diámetro: 13cm – alto: 8cm) con la incorporación de esferas de vidrio (Ø=16mm) para simular la presencia de ojos aportando un volumen conocido. La metodología fue posteriormente utilizada para evaluar la evolución de la formación de ojos durante la maduración en quesos tipo suizo elaborados en la planta piloto del INLAIN. Los quesos fueron tomografiados (Toshiba Activion 16) usando los siguientes parámetros de escaneo: 120kV, 70mA y 0,5mm de espesor de corte. Las imágenes obtenidas se procesaron mediante el software 3D Slicer 4.8.1 y se cuantificó el volumen total de ojos. Se obtuvo una buena correlación entre el volumen calculado para los ojos artificiales y el volumen estimado de las esferas en los quesos de validación, indicando la buena performance del procesamiento de imágenes aplicado.

En las imágenes de TC obtenidas de los quesos suizos se visualizó la presencia y distribución de ojos pequeños a medianos al final de la cámara caliente, indicando una buena elasticidad de la masa del queso en este punto, ya que la apertura fue correcta y no hubo defectos de grietas. El volumen de ojos estuvo entre 5,9-7,6% al final de la cámara caliente y aumentó al doble al final de la maduración (60 días). En uno de los quesos se pudo visualizar la formación de grietas en este punto del muestreo, lo que revela que la masa no tuvo la elasticidad necesaria para soportar la gran producción de gas al final de la maduración.

La TC de rayos X es una herramienta novedosa y eficaz para el control de calidad de quesos, tanto para detectar la correcta formación de ojos durante la maduración, estableciendo su evolución y permitiendo el alcance de la calidad óptima, como para evaluar tempranamente la aparición no deseada de los mismos en variedades que no deben presentarlos. Esta metodología no se hallaba disponible en la Argentina para su aplicación en quesos y se encuentra aún en optimización en varios países.


Introducción

Ciertas variedades de quesos se caracterizan por la presencia de ojos, que se originan como consecuencia de la producción de gas por la microflora presente. En particular, en los quesos tipo suizos, las bacterias propiónicas incorporadas en el fermento de quesería metabolizan el lactato y producen CO2 que da lugar a la formación de ojos característicos, además de ácido propiónico y otros compuestos que influyen en el flavor (Bachmann y col., 2011). La elaboración y maduración de este tipo de queso es una de las más complejas, ya que una gran cantidad de parámetros deben ser estrictamente controlados para obtener una textura adecuada que permita, entre otros factores, una buena formación de ojos, sin el desarrollo de defectos (Furtado, 2008; Polychroniadou y col., 2001).
El número, tamaño, forma y distribución espacial de los ojos representan uno de los parámetros de calidad más importantes en estos quesos (Guggisberg y col., 2015; Huc y col., 2014). De esta manera, es indispensable el control de su producción y evolución durante la maduración. Sin embargo, una vez que la cuajada se moldea es imposible examinar directamente lo que sucede dentro de la horma del queso. El control de este proceso se realiza tradicionalmente escuchando el sonido producido cuando se golpea suavemente la superficie del queso con un martillo especial o inspeccionando visualmente la masa del mismo luego del corte o muestreo de la horma; estas metodologías son imprecisas y no cuantitativas, dependen de la experiencia del evaluador y, además, las últimas implican la destrucción del queso (Guggisberg y col., 2015).
En los últimos años, varias metodologías no destructivas, tales como la tomografía computada de rayos X (TC), se han empleado con dicho propósito (Huc y col., 2014, Guggisberg y col., 2013). Si bien la aplicación de la TC está muy difundida como herramienta de diagnóstico en medicina, su uso en matrices alimenticias es más reciente y novedoso. Cabe resaltar que la energía suministrada por el tomógrafo de rayos X es mil veces más baja que la necesaria para inducir la mutación o muerte bacteriana, por lo que la aplicación de esta metodología en alimentos fermentados no tendría influencia en la microflora presente (Huc y col., 2014).
Los rayos X son radiaciones electromagnéticas cuya longitud de onda es del orden del Angstrøms (10-10 m) (Suetens, 2017a). Esta radiación genera un mapa tridimensional del coeficiente de absorción de la muestra, es decir de la atenuación de los fotones, debido a la interacción de los mismos con la materia, por lo que depende de la energía de los fotones y de los elementos que componen la muestra (número atómico) (Suetens, 2017b). Esta interacción (radiación-muestra) es registrada por los detectores a través de la radiación transmitida luego de atravesar la muestra, obteniéndose una serie de imágenes radiográficas consecutivas, que son planos que representan la distribución del coeficiente de absorción de la muestra en cada posición (visualizada por la intensidad del tono de gris) (Suetens, 2017b). Los datos adquiridos en la medición se recopilan en múltiples direcciones, lo que permite hacer una reconstrucción tomográfica para obtener un modelo 3D virtual (Goy y col., 2014).
El proceso de construcción de este modelo (post-procesamiento) se inicia con la “segmentación”. La segmentación es la acción de seleccionar y resaltar las estructuras individuales, en este caso los ojos y la masa del queso, en la serie de cortes tomográficos. Este proceso de reconstrucción es la etapa más laboriosa del análisis, ya que depende de la cantidad de cortes y del contraste entre las diferentes zonas. En el caso particular de los quesos, se tiene un buen contraste por las diferencias de densidad entre la masa y el aire, es por ello que se puede cuantificar y evaluar los mismos sin necesidad de destruir la horma (Guggisberg y col., 2013).
La manipulación de estos datos con software adecuados permite visualizar la distribución y morfología de los ojos y calcular determinados parámetros de los mismos, como el tamaño,
cantidad y volumen total (Schuetz y col., 2016); sin embargo, la exactitud de esta herramienta depende en gran medida del correcto procesamiento de las imágenes. En comparación con las radiografías convencionales, la TC permite una extracción precisa de la información de profundidad y distancia a lo largo de la línea de proyección y tiene como ventaja que el análisis puede automatizarse y la cantidad de información accesible excede el potencial de la radiografía (Schuetz y col., 2013).
El objetivo de este trabajo fue implementar la aplicación de la tomografía computada de rayos X para evaluar el proceso de formación de ojos durante la maduración en quesos tipo suizos.