Detección y cuantificación de la especie en harinas proteicas de origen animal mediante el uso de sensores hiperspectrales

Abstract

Con la aparición de la crisis de la Encefalopatía Espongiforme Bovina, los científicos albergaron sospechas de que la causa de la propagación de la epizootia fuera el consumo por los animales bovinos de MBM. Desde el 1988, se prohibió la utilización de proteínas derivadas de mamíferos en la alimentación de los rumiantes. Para ello, se pidió a la comunidad científica buscar el desarrollo y la validación de métodos analíticos para la detección de especies animales en piensos. Uno de los métodos candidatos, para reemplazar o complementar al método oficial (microscopía óptica) es la espectroscopía NIR-CI que integra la tecnología NIRS con el análisis de imagen. La presente tesis se divide en varios capítulos. El Capítulo 1, recoge una revisión de la legislación sobre el uso de harinas proteicas en piensos animales, una descripción de los actuales métodos analíticos para la detección de MBM y en particular de las características operativas de la tecnología NIR-CI. Los Capítulos 2 y 3 describen la puesta a punto de un protocolo para analizar muestras de harinas animales y crear imágenes hiperespectrales e incluye la identificación de factores influyentes en los valores de reflectancia/absorbancia de diferentes pixeles y la optimización de estos factores. A continuación en el Cap. 4 se realiza una evaluación de métodos de compresión y reducción de datos para la optimización del tamaño y la estructura del set de entrenamiento. Una vez establecidos los parámetros para seleccionar un colectivo de píxeles representativos, se desarrollan y validan modelos quimiométricos para la predicción de composición de harinas animales comparando entre diferentes herramientas de estadística multivariante (Cap. 5). El estudio sucesivo (Cap. 6) incluye la puesta a punto de un protocolo para la determinación cuantitativa de la especie animal en una harina proteica. Finalmente (Cap. 7) se comprueba la viabilidad de la tecnología NIR-CI para la detección de diferentes especies en harinas animales comparando los resultados obtenidos con la tecnología NIR-CI frente a los obtenidos con la espectroscopía NIR tradicional.

After the emergence of the crisis of BSE, scientists hosted suspicions that the cause of the spread of the disease was the consumption of MBM by cattle. Since 1988, the use of mammalian derived protein in ruminant feed was banned. For this purpose the scientific community was requested to seek development and validation of analytical methods for the detection of animal species in feedstuffs. One of the candidate methods, to replace or to complement the official method (Optical Microscopy) is NIR-CI which integrates NIRS technology with image analysis. This thesis is divided into several chapters. Chapter 1 provides a review of legislation on the use of protein meals in animal feed, a description of current analytical methods for the detection of MBM and in particular the operational features of NIR-CI technology. Chapter 2 and 3 describe the development of a protocol to analyze samples of animal meal and create hyperspectral images including the identification of factors influencing the values of reflectance / absorbance of different pixels and the optimization of these factors . Then on Chapter 4 an assessment of compression methods and data reduction was performed to optimize the size and structure of the training set. Having established the parameters for selecting a representative group of pixels, chemometric models were developed and validated for predicting the composition of animal meal by comparing different multivariate statistical tools (Chapter 5). The following study (Chapter 6) includes the development of a protocol for the quantitative determination of the species in protein meal. Finally (Ch. 7) the feasibility of NIR-CI to detect different species of animal meal was studied by comparing the results obtained with NIR-CI to those obtained with traditional NIR spectroscopy.