Aplicación de la tecnología NIRS para la diferenciación de razas de caprino en muestras de leche

El consumidor de hoy en día es cada vez más consciente y demanda información fiable acerca de los productos alimenticios que consume. Factores tales como la autenticidad, el origen geográfico, los ingredientes, el tipo de sistema de cría animal, el bienestar, así como la alimentación que recibe el ganado en origen se han convertido en preocupaciones reales a la hora de hacer la compra. Actualmente existen algunas normativas nacionales e internacionales que regulan el etiquetado y el comercio de los alimentos; sin embargo, estas son, en ocasiones, percibidas como insuficientes. Ante este contexto, los diferentes tipos de certificados de calidad, como las denominaciones de origen e indicaciones geográficas protegidas o el distintivo Raza Autóctona, y las metodologías analíticas orientadas a la autentificación y la discriminación son consideradas de vital importancia para asegurar por un lado la fiabilidad a los consumidores y, por otro, la rentabilidad a los productores, principalmente la de aquellos cuya actividad se centra en producciones minoritarias.

España es el segundo productor de caprino lechero en la Unión Europea, con un 1,5% del censo mundial de cabezas (aproximadamente 2,5 millones de animales). A nivel nacional, la producción de leche de cabra en España supone un 1,7% de la Producción Final Ganadera y un 10,7% de la producción lechera total. Al margen de la importancia económica y social que las cifras anteriores demuestran, los productos procedentes de este sector se caracterizan por una alta calidad y unas propiedades organolépticas distintivas. Además, en comparación con la leche de vaca (la más consumida en términos generales), la de cabra resulta más digestible, con mejor biodisponibilidad mineral y perfiles proteico y graso. Todo ello tiene como consecuencia final que cada vez más consumidores opten por estos productos como fuente de proteína. Los sellos de calidad disponibles actualmente en este sector consisten principalmente en denominaciones de origen, indicaciones geográficas protegidas y distintivos de Raza Autóctona, cuyo objetivo es salvaguardar y vincular el producto a una determinada zona geográfica, tipo de producción y raza. No obstante, estos no contemplan el uso de metodologías analíticas objetivas para el proceso de certificación, que en gran medida se basa en trazabilidad documental.

Leche de cabra recogida en una granja.

Los estudios previos que se han llevado a cabo hasta la fecha para autentificar productos lácteos utilizando metodologías analíticas implican diferentes análisis directos e indirectos como la evaluación de tipos de triacilgliceroles, o el estudio de ácidos grasos específicos. En general, estos ensayos requieren metodologías complejas o el uso de marcadores específicos previamente establecidos, que no siempre son fáciles de definir.

En este sentido, la búsqueda de una herramienta analítica rápida, económica, precisa, fiable y objetiva que permita la autentificación de productos sin necesidad de establecer criterios de clasificación previos ha puesto en el punto de mira a la Espectroscopia de Infrarrojo Cercano (NIRS) o tecnología NIRS por sus numerosas ventajas sobre otras técnicas. Esta tecnología se basa en la correlación de las propiedades fisicoquímicas de un producto y la absorción de radiación en la región del infrarrojo cercano, considerándose una metodología rápida, no destructiva, barata y fácil de usar, capaz de determinar parámetros con alta repetibilidad y reproducibilidad. Implica la irradiación de luz infrarroja cercana sobre una muestra, que absorbe parte de la radiación incidente, obteniendo así picos o bandas de absorción, que son directamente proporcionales a la concentración del analito en cuestión. Esta información puede ser utilizada posteriormente para desarrollar modelos discriminantes y predictivos, que correlacionan los datos espectrales con los atributos cuantitativos y/o cualitativos de las muestras (como por ejemplo la alimentación, el origen geográfico o la raza de los animales).

El avance tecnológico, tanto en quimiometría como en instrumentación NIRS, ha dado lugar a la implementación gradual de esta tecnología en la industria agroalimentaria, analizándose actualmente diferentes matrices como la leche, el queso, la carne o la miel. Sin embargo, a pesar del interés de esta aplicación, en el sector lácteo su uso principalmente se ha basado en el análisis de parámetros nutricionales de la leche y otros derivados lácteos, con escaso desarrollo de modelos cualitativos para clasificación o autentificación.

De esta manera, considerando el contexto anteriormente explicado, así como el potencial de la tecnología NIRS, se ha realizado un estudio con el fin de evaluar la viabilidad de esta tecnología como aproximación analítica objetiva que permitiese contribuir a la diferenciación o autentificación de muestras de leche en función de la raza de cabra de la que proceden.

Para llevar a cabo el trabajo, se evaluaron tres razas diferentes de cabras especializadas en la producción de leche: Florida, Murciano-Granadina y Serrana portuguesa de ecotipo Transmontano. En total, se recogieron 163 muestras individuales de leche: 74 de cabras de raza Florida, 50 de raza Murciano-Granadina y 39 de raza Serrana. Las muestras de leche de cada grupo racial procedieron de varias explotaciones para evitar la influencia del factor granja en la discriminación entre muestras. Además, siempre se intentaron incluir en los muestreos explotaciones representativas de los distintos modelos de producción típicos de cada raza. Las muestras de leche se recogieron in situ en las explotaciones durante las rutinas de ordeño habitual, sin que ello supusiera ningún tipo de estrés para los animales, y se transportaron en refrigeración hasta el laboratorio donde se congelaron hasta el día de análisis. Las muestras fueron analizadas en reflectancia en un equipo NIRS FOSS-NIRSystems 6500, tras desecarse en estufa usando como soporte un filtro de fibra de vidrio (sistema DESIR). Se empleó la información espectral de las muestras per se para llevar a cabo la quimiometría, que consistió en un modelo discriminante de mínimos cuadrados parciales (PLS-DA) centrado en la diferenciación de muestras de cada una de las tres razas incluidas en el estudio. El software empleado para el tratamiento quimiométrico fue MATLAB^®. De las 163 muestras iniciales, un 80% se utilizó para la calibración del modelo y el 20% restante para su validación.

Figura 1. Espectros medios obtenidos tras el análisis NIRS de las muestras de leche procedentes de tres razas de cabra.

Los resultados obtenidos fueron muy satisfactorios. Como se puede observar en la Figura 1, la representación inicial de los espectros medios de las tres razas incluidas en el estudio puso de manifiesto la existencia de diferencias claras en distintos puntos de la información espectral resultante. Los hallazgos obtenidos en esta primera fase de análisis de datos adelantan una previsible discriminación en el modelo discriminante posterior entre los tres grupos raciales comparados. En cuanto al modelo, se obtuvo un porcentaje de clasificación correcta en validación que ascendió hasta el 93,75%. Los resultados de clasificación relativos a la validación del modelo se muestran en la Tabla 1.

Tabla 1. Matriz de confusión obtenida en la validación del modelo discriminante PLS-DA.

Así, las diferencias iniciales anteriormente mencionadas y observadas en la comparación de los espectros medios en la Figura 1 fueron confirmadas posteriormente con el desarrollo del modelo PLS-DA. De hecho, la representación gráfica en tres dimensiones de las muestras utilizando las diferentes variables creadas tras el tratamiento quimiométrico, muestran una separación clara de las tres razas comparadas. Esta representación puede consultarse en la Figura 2, existiendo escaso solapamiento entre grupos. Por un lado, se observa cierta aproximación de muestras de raza Florida al grupo de muestras de raza Murciano-Granadina, lo cual coincide con los resultados obtenidos en la validación del modelo (Tabla 1); y por otro, también existe cierta aproximación entre algunas muestras de raza Florida y raza Serrana.

Figura 2. Representación gráfica del modelo discriminante PLS-DA desarrollado.

Así, los resultados observados en la presente aproximación preliminar destacan el potencial de la tecnología NIRS para la distinción o autentificación de muestras de leche de distintas razas de cabras utilizando la información espectral, si bien habría que valorar otros factores intrínsecos a cada explotación para explicar los errores en la predicción del modelo, así como evaluar los casos específicos de cada una de las muestras mal clasificadas. En este sentido, la aproximación de muestras de raza Florida al grupo de Murciano-Granadinas podría deberse a la existencia de ciertos tipos de sistemas intensivos de producción o alimentación comunes en ambas razas. Por otro lado, la cercanía entre los grupos de raza Serrana y Florida podría estar relacionada con la similitud existente entre sistemas semiextensivos, frecuentes en la explotación de la raza Florida, y el pastoreo habitual en los rebaños de cabras Serranas de ecotipo Transmontano, establecido y exigido por la Denominación del Queso Transmontano. La consecuencia final habría sido la obtención de características similares a nivel espectral entre dichos tipos de muestras.

Tanque de leche en una explotación caprina.

Los resultados preliminares obtenidos en el presente estudio sobre la aplicación de la tecnología NIRS para la discriminación de la raza de cabra de muestras de leche son prometedores. No obstante, sigue siendo necesario ampliar y enriquecer los modelos quimiométricos con tamaños poblacionales mayores y distintas razas, que incluyan distintos sistemas de producción y alimentación de los animales. Esto es considerado de vital importancia para evaluar la influencia de dichos factores en la clasificación de muestras y poder considerar esta metodología como herramienta complementaria a la trazabilidad documental realizada para la certificación de leche en función de la raza implicada en la producción, cuya imagen o diferenciación puede tener un valor comercial.

Agradecimientos

A la Asociación Nacional de Criadores de Ganado Caprino de Raza Florida (Acriflor), a la Associação Nacional de Criadores da Raça Serrana (Ancras) y a la Escola Profissional de Agricultura e Desenvolvimento Rural de Carvalhais/Mirandela (EPA), a los Servicios Centrales de Apoyo a la Investigación de la Universidad de Córdoba, así como a los distintos ganaderos implicados, por permitir el acceso de manera desinteresada a las muestras incluidas en el trabajo.

Bibliografía

• Valdés, A.; Beltrán, A.; Mellinas, C.; Jiménez, A.; Garrigós, M.C. 2018. Analytical methods combined with multivariate analysis for authentication of animal and vegetable food products with high fat content. Trends in food science & technology, 77: 120-130.
• Windarsih, A.; Rohman, A.; Riyanto, S. 2021. The Combination of Vibrational Spectroscopy and Chemometrics for Analysis of Milk Products Adulteration. International Journal of Food Science, 2021.
• Yakubu, H.G.; Kovacs, Z.; Toth, T.; Bazar, G. 2020. The recent advances of near-infrared spectroscopy in dairy production—A review. Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 62(3): 810-831.