ES2836853A1 - METHOD AND SYSTEM FOR THE CHARACTERIZATION AND CERTIFICATION OF THE EVOLUTION OF FOOD PROCESSES (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
MÉTODO Y SISTEMA PARA LA CARACTERIZACIÓN Y CERTIFICACIÓN DE LA METHOD AND SYSTEM FOR THE CHARACTERIZATION AND CERTIFICATION OF THE
EVOLUCIÓN DE PROCESOS ALIMENTARIOSEVOLUTION OF FOOD PROCESSES
OBJETO DE LA INVENCIÓNOBJECT OF THE INVENTION
La presente invención se refiere a un método y a un sistema para caracterizar y certificar la evolución de procesos alimentarios.The present invention refers to a method and a system to characterize and certify the evolution of food processes.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION
El control de la producción de alimentos en la industria se realiza para garantizar los aspectos sanitarios y de calidad de los productos, y en algunos casos otorgarles denominaciones/certificaciones que finalmente pueden determinar la elección del consumidor. Para esta tarea se utilizan distintos protocolos de inspección manual o automatizada. En algunos de estos protocolos se utilizan dispositivos de medida cuantitativa, tales como sondas de análisis químico, narices/lenguas electrónicas, medidores de pH, sondas de inmersión/penetración o colorímetros, entre otros muchos.The control of food production in the industry is carried out to guarantee the health and quality aspects of the products, and in some cases to grant them designations / certifications that can finally determine the consumer's choice. Different manual or automated inspection protocols are used for this task. In some of these protocols, quantitative measurement devices are used, such as chemical analysis probes, electronic noses / tongues, pH meters, immersion / penetration probes or colorimeters, among many others.
En la mayor parte de las aplicaciones actuales que requieren comprobar el estado de calidad de un alimento se realizan comprobaciones puntuales o instantáneas, que a menudo son invasivas (por ejemplo mediante la realización de incisiones en una fruta). Como consecuencia, el resultado de la comprobación resulta en ocasiones incompleto o inexacto y supone además la necesidad de desechar el producto que ha sido sometido a una comprobación invasiva.In most of the current applications that require checking the quality status of a food, specific or instantaneous checks are carried out, which are often invasive (for example by making incisions in a fruit). As a consequence, the test result is sometimes incomplete or inaccurate and also implies the need to dispose of the product that has been subjected to an invasive test.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION
La presente invención propone una solución a los problemas anteriores mediante un método para caracterizar y certificar la evolución de procesos alimentarios según la reivindicación 1, un sistema para caracterizar y certificar la evolución de procesos alimentarios según la reivindicación 17, un sistema de procesamiento de datos según la reivindicación 24, un programa de ordenador según la reivindicación 25 y un medio legible por ordenador según la reivindicación 26. En las reivindicaciones dependientes se definen realizaciones preferidas de la invención.The present invention proposes a solution to the above problems by means of a method to characterize and certify the evolution of food processes according to claim 1, a system to characterize and certify the evolution of food processes according to claim 17, a data processing system according to claim 24, a computer program according to claim 25 and a computer-readable medium according to claim 26. Preferred embodiments of the invention.
En un primer aspecto inventivo se proporciona un método para caracterizar y certificar la evolución de procesos alimentarios por parte de un sistema que comprende:In a first inventive aspect, a method is provided to characterize and certify the evolution of food processes by a system that comprises:
• un módulo de detección que comprende al menos un elemento de medida de componentes gaseosos configurado para generar al menos una señal de la evolución temporal de al menos un componente gaseoso detectado;• a detection module comprising at least one element for measuring gaseous components configured to generate at least one signal of the time evolution of at least one detected gaseous component;
• un módulo de análisis configurado para caracterizar la al menos una señal generada por el módulo de detección en base a su evolución temporal y para determinar si dicha al menos una señal corresponde al desarrollo de un proceso alimentario concreto; en donde el método comprende las siguientes etapas:• an analysis module configured to characterize the at least one signal generated by the detection module based on its temporal evolution and to determine if said at least one signal corresponds to the development of a specific food process; where the method comprises the following stages:
a) generar al menos una señal de la evolución temporal de al menos un componente gaseoso detectado mediante el al menos un elemento de medida del módulo de detección durante un periodo de tiempo predeterminado;a) generating at least one signal of the time evolution of at least one gaseous component detected by the at least one measuring element of the detection module during a predetermined period of time;
b) recibir, por parte del módulo de análisis, la señal generada;b) receiving, by the analysis module, the generated signal;
c) caracterizar la señal en base a su evolución temporal, por parte del módulo de análisis; yc) characterize the signal based on its temporal evolution, by the analysis module; Y
d) determinar por las características de la señal si su evolución temporal se corresponde con un proceso alimentario concreto.d) determine by the characteristics of the signal if its temporal evolution corresponds to a specific food process.
El método de la presente invención proporciona un mecanismo para la caracterización y certificación de procesos alimentarios mediante la detección y medida de la evolución temporal de componentes gaseosos. A lo largo de este documento, se entenderá que certificar la evolución de un proceso alimentario concreto implica determinar que ha ocurrido dicho proceso alimentario, en particular que ha transcurrido en unos términos preestablecidos.The method of the present invention provides a mechanism for the characterization and certification of food processes by detecting and measuring the time evolution of gaseous components. Throughout this document, it will be understood that certifying the evolution of a specific food process implies determining that said food process has occurred, in particular that it has taken place in pre-established terms.
Como proceso alimentario ha de entenderse cualquier tipo de procesado y conservación de los alimentos realizados en las diferentes partes de la cadena de producción, transporte, almacenamiento y venta realizados con el objetivo de garantizar la calidad e higiene de dichos alimentos. Ejemplos de procesos alimentarios son la maduración, el curado, el envejecimiento, la fermentación, el ahumado, el cultivo, el crecimiento, el horneado o el tostado.As a food process, any type of food processing and preservation carried out in the different parts of the production, transport, storage and sale chain carried out with the aim of guaranteeing the quality and hygiene of said foods must be understood. Examples of food processes are ripening, curing, aging, fermenting, smoking, cultivating, growing, baking, or roasting.
Durante un proceso alimentario, el alimento produce sustancias y gases de origen orgánico de composición variada que se liberan al entorno. El método y el sistema de la presente invención permiten caracterizar la evolución temporal de estos componentes y, así, determinar si ha tenido lugar un proceso alimentario concreto. La presente invención tiene aplicaciones en la caracterización y certificación de procesos alimentarios que evolucionan en el tiempo, tal como maduración de frutas, verduras o carnes, ahumado de alimentos, curado de embutidos o quesos, fermentación de productos lácteos y bebidas, horneado de bollería y pan, tostado del grano de café, etc. Por ejemplo, el método y el sistema de la presente invención permiten detectar cambios en la evolución de la concentración de etileno en frutas y verduras, certificar la calidad de un proceso de curado de embutidos, y/o detectar la liberación de alcoholes en procesos de fermentación.During a food process, food produces substances and gases of organic origin of varied composition that are released into the environment. The method and system of the present The invention makes it possible to characterize the temporal evolution of these components and, thus, determine if a specific food process has taken place. The present invention has applications in the characterization and certification of food processes that evolve over time, such as ripening of fruits, vegetables or meats, smoking of foods, curing of sausages or cheeses, fermentation of dairy products and beverages, baking of pastries and bread, roasted coffee beans, etc. For example, the method and system of the present invention make it possible to detect changes in the evolution of the ethylene concentration in fruits and vegetables, to certify the quality of a sausage curing process, and / or to detect the release of alcohols in processes of fermentation.
Como se ha comentado, mientras que en el estado de la técnica se realizan habitualmente comprobaciones puntuales o instantáneas, la presente invención caracteriza la evolución del proceso alimentario mediante la sensorización continua de los componentes gaseosos detectados. La información de la evolución temporal, no solamente la medición puntual durante el proceso alimentario de un producto, es importante para identificar que el proceso alimentario se ha realizado en los términos deseados, por ejemplo para comprobar la correcta maduración de un alimento. Además, la presente invención no requiere medidas invasivas, es decir, no daña el producto para obtener la información de su estado.As has been commented, while in the state of the art specific or instantaneous checks are usually carried out, the present invention characterizes the evolution of the food process by means of the continuous sensorization of the gaseous components detected. The information on the temporal evolution, not only the specific measurement during the food process of a product, is important to identify that the food process has been carried out in the desired terms, for example to check the correct maturation of a food. Furthermore, the present invention does not require invasive measures, that is, it does not damage the product to obtain its status information.
En el contexto de la invención, determinar que la evolución temporal de la señal se corresponde con un proceso alimentario concreto ha de entenderse como la validación de que dicho proceso alimentario ha tenido lugar y ha transcurrido, en particular según unos términos preestablecidos.In the context of the invention, determining that the temporal evolution of the signal corresponds to a specific food process is to be understood as the validation that said food process has taken place and has elapsed, in particular according to pre-established terms.
El proceso alimentario concreto puede entenderse como perteneciente a una categoría predefinida de procesos alimentarios. Ejemplos de categorías de procesos alimentarios son:The particular food process can be understood as belonging to a predefined category of food processes. Examples of food process categories are:
- proceso de maduración; o- ripening process; or
- proceso de curado; o- curing process; or
- proceso de envejecimiento; o- aging process; or
- proceso de fermentación; o- fermentation process; or
- proceso de ahumado; o- smoking process; or
- proceso de cultivo; o- cultivation process; or
- proceso de crecimiento; o- growing process; or
- proceso de horneado; o - baking process; or
- proceso de tostado; o- roasting process; or
- proceso alimentario acelerado y/o intervenido; o- accelerated and / or intervened food process; or
- proceso alimentario insalubre; o- unhealthy food process; or
- una combinación de cualquiera de las anteriores.- a combination of any of the above.
En el contexto de la invención, caracterizar un proceso alimentario ha de entenderse como la identificación de elementos y patrones que permiten describir propiedades específicas de dicho proceso alimentario mediante la monitorización de su evolución en el tiempo.In the context of the invention, characterizing a food process has to be understood as the identification of elements and patterns that make it possible to describe specific properties of said food process by monitoring its evolution over time.
A lo largo del documento, ha de entenderse como módulo de análisis un conjunto de medios con capacidad para procesar, transmitir y almacenar información; preferiblemente, un ordenador que comprende un procesador, un dispositivo de comunicación y una memoria. Como caracterizar la evolución en el tiempo de una señal ha de entenderse establecer los atributos de la señal que la hacen única de forma que ésta sea distinguible de otras señales. De manera preferida, la señal se caracteriza en base a su magnitud y/o estructura temporal, utilizando parámetros tales como la amplitud de la señal, máximos y mínimos de la señal, el valor de la derivada y/o la correlación de la señal con una o varias señales adicionales. Esta caracterización permite determinar si las señales se corresponden con un proceso alimentario concreto.Throughout the document, an analysis module is to be understood as a set of media with the capacity to process, transmit and store information; preferably a computer comprising a processor, a communication device and a memory. How to characterize the evolution in time of a signal has to be understood to establish the attributes of the signal that make it unique so that it is distinguishable from other signals. Preferably, the signal is characterized based on its magnitude and / or temporal structure, using parameters such as the amplitude of the signal, maxima and minima of the signal, the value of the derivative and / or the correlation of the signal with one or more additional signals. This characterization makes it possible to determine if the signals correspond to a specific food process.
La caracterización de la señal puede implementarse con variables discretas en el tiempo (correspondientes a características específicas y/o etiquetas que ocurren en un instante determinado de la evolución temporal de las señales) y/o con variables continuas (la propia señal o las correspondientes a operaciones cuyo resultado es una función continua que toma valores durante el proceso de adquisición, como el cálculo de la derivada de la señal, el cálculo de la integral de la señal, la combinación de dos o más señales o la correlación de dos o más señales). Como etiqueta ha de entenderse un valor asignado a la señal en un instante de tiempo determinado para distinguirlo del resto de instantes de tiempo y/o para contextualizar dicho valor, pudiendo provenir cada etiqueta de un proceso de etiquetado automático. Una misma etiqueta puede asignarse a más de una señal al mismo tiempo para contextualizar dichas señales.The characterization of the signal can be implemented with discrete variables in time (corresponding to specific characteristics and / or labels that occur at a given moment in the temporal evolution of the signals) and / or with continuous variables (the signal itself or those corresponding to operations whose result is a continuous function that takes values during the acquisition process, such as the calculation of the derivative of the signal, the calculation of the integral of the signal, the combination of two or more signals or the correlation of two or more signals ). A label is to be understood as a value assigned to the signal at a given moment of time to distinguish it from the rest of the moments of time and / or to contextualize said value, each label being able to come from an automatic labeling process. The same label can be assigned to more than one signal at the same time to contextualize these signals.
En una realización la etapa d) de determinar si la evolución temporal de la señal se corresponde con un proceso alimentario concreto comprende realizar una clasificación, una regresión u otro proceso para asociar la estructura temporal de la señal medida a un proceso alimentario concreto.In one embodiment, step d) of determining whether the temporal evolution of the signal corresponds to a specific food process comprises performing a classification, a regression or another process to associate the temporal structure of the measured signal to a process concrete food.
En una realización, la etapa (c) comprende identificar al menos un evento temporal en la señal y la etapa (d) se realiza en base a la secuencialidad de los eventos temporales identificados.In one embodiment, step (c) comprises identifying at least one temporal event in the signal and step (d) is performed based on the sequentiality of the identified temporal events.
En el contexto de la presente invención se entenderá por "evento temporal” un suceso particular caracterizador de la señal que puede corresponder a un punto o a una región más extensa de la señal. Preferentemente, dichos eventos temporales son la presencia de máximos o mínimos, los valores de pendientes medidas en la señal, la superación de umbrales predefinidos, y/o conjuntos secuenciales de los anteriores que definen una estructura temporal específica. Cada evento temporal se identifica en base a las variables discretas y/o continuas que caracterizan una o varias señales.In the context of the present invention, "temporal event" will be understood as a particular event characterizing the signal that may correspond to a point or to a larger region of the signal. Preferably, said temporal events are the presence of maximums or minimums, the Slope values measured in the signal, the exceeding of predefined thresholds, and / or sequential sets of the above that define a specific temporal structure. Each temporal event is identified based on the discrete and / or continuous variables that characterize one or more signals. .
En esta realización una vez se han identificado los eventos temporales, se determina si las señales corresponden al desarrollo de un proceso alimentario concreto en función de la estructura temporal de dichos eventos temporales. Por ejemplo, una estructura temporal de eventos temporales podría ser una secuencia de máximos locales seguidos de una superación de un umbral específico. Según ese ejemplo, si se produce esa secuencia de eventos temporales, el método determina que ha tenido lugar un proceso alimentario concreto, en particular que ha transcurrido en unos términos preestablecidos.In this embodiment, once the temporal events have been identified, it is determined whether the signals correspond to the development of a specific food process based on the temporal structure of said temporal events. For example, a time structure of time events could be a sequence of local highs followed by a specific threshold being exceeded. According to that example, if that sequence of temporal events occurs, the method determines that a specific food process has taken place, in particular that it has taken place in pre-established terms.
La identificación de eventos temporales y su secuencialidad permiten la clasificación de las señales como proceso alimentario específico (por ejemplo, proceso de maduración de una fruta o proceso de curado de un queso) o como una familia de procesos alimentarios (por ejemplo, proceso alimentario acelerado, intervenido o insalubre).The identification of temporal events and their sequentiality allow the classification of the signals as a specific food process (for example, the ripening process of a fruit or the curing process of a cheese) or as a family of food processes (for example, accelerated food process , intervened or unhealthy).
En una realización, la etapa (c) comprende utilizar al menos un algoritmo de identificación de eventos temporales y de su temporalidad, que utiliza por ejemplo la computación de las derivadas de las señales, detección de máximos/mínimos, detección de superación de umbrales y/o correlación entre señales. Así, las señales se caracterizan en relación a la secuencialidad y temporalidad de los eventos temporales identificados.In one embodiment, step (c) comprises using at least one algorithm for identifying temporal events and their temporality, which uses, for example, the computation of the derivatives of the signals, detection of maximums / minimums, detection of exceeding thresholds and / or correlation between signals. Thus, the signals are characterized in relation to the sequentiality and temporality of the identified temporal events.
Como señales han de entenderse las producidas por los sensores y/o entradas del sistema, incluyendo los que detectan sustancias químicas gaseosas procedentes del proceso alimentario, así como otro tipo de señales adicionales que puedan considerarse, por ejemplo, señales relativas a condiciones ambientales y/o a magnitudes medidas y/o monitorizadas.As signals are to be understood those produced by the sensors and / or inputs of the system, including those that detect gaseous chemical substances from the food process, as well as other types of additional signals that can be considered, for example, signals related to environmental conditions and / or measured and / or monitored quantities.
En un ejemplo particular, la identificación de eventos temporales en la señal comprende adicionalmente una etapa de etiquetado de dichos eventos temporales. Como etiquetado, ha de entenderse un proceso de asignar a un evento temporal una etiqueta distintiva de dicho evento temporal.In a particular example, the identification of temporary events in the signal additionally comprises a step of labeling said temporary events. As tagging, is to be understood a process of assigning a time event a distinctive tag of said time event.
En una realización particular, si mediante el método se determina que ha tenido lugar un proceso alimentario, el método adicionalmente comprende una etapa de clasificar las señales en al menos una subcategoría de proceso alimentario. En esta realización, una vez se ha determinado que ha tenido lugar un proceso alimentario concreto, de una categoría específica, se realiza una categorización más específica en subcategorías de procesos alimentarios. A continuación se presentan algunos ejemplos de procesos alimentarios concretos y sus posibles subcategorías:In a particular embodiment, if by the method it is determined that a food process has taken place, the method additionally comprises a step of classifying the signals into at least one food process sub-category. In this embodiment, once it has been determined that a specific food process of a specific category has taken place, a more specific categorization is performed into subcategories of food processes. Below are some examples of specific food processes and their possible subcategories:
- Categoría: maduración de plátanos. Subcategorías: natural, acelerada con carburo de calcio, inhibida por refrigeración, etc.- Category: ripening of bananas. Subcategories: natural, accelerated with calcium carbide, inhibited by cooling, etc.
- Categoría: curado de queso. Subcategoría: con denominación de origen, curado con resultado insalubre, etc.- Category: cheese curing. Subcategory: with designation of origin, cured with unhealthy results, etc.
- Categoría: curado de jamón. Subcategoría: curado con género ubicado en la misma zona geográfica, curado con ventilación suficiente, etc.- Category: cured ham. Subcategory: cured with gender located in the same geographical area, cured with sufficient ventilation, etc.
- Categoría: fermentación de bebida. Subcategoría: natural, fermentación con resultado insalubre, etc.- Category: beverage fermentation. Subcategory: natural, fermentation with unhealthy results, etc.
- Categoría: crecimiento de fruta en invernadero. Subcategoría: natural, acelerada con inyección de CO2 , etc.- Category: greenhouse fruit growth. Subcategory: natural, accelerated with CO 2 injection, etc.
- Categoría: crecimiento de verdura. Subcategoría: natural, acelerada con luz artificial, etc.- Category: vegetable growing. Subcategory: natural, accelerated with artificial light, etc.
- Categoría: cultivo de legumbres. Subcategoría: regado con agua limpia ó contaminada, calidad de aire adecuada, etc.- Category: vegetable cultivation. Subcategory: irrigated with clean or polluted water, adequate air quality, etc.
- Categoría: secado de fruta. Subcategoría: con luz solar natural, en horno, etc.- Category: dried fruit. Subcategory: with natural sunlight, in oven, etc.
Durante el transcurso de los procesos alimentarios, los elementos de medida de componentes gaseosos generan señales asociadas a la detección de componentes gaseosos. En dichas señales es posible distinguir y cuantificar diferentes eventos temporales que definen una estructura temporal característica para cada uno de dichos procesos alimentarios. During the course of food processes, the gaseous component measurement elements generate signals associated with the detection of gaseous components. In these signals it is possible to distinguish and quantify different temporal events that define a characteristic temporal structure for each of said food processes.
En una realización preferida el sistema comprende un conjunto de elementos de medida, configurados para detectar una pluralidad de componentes gaseosos.In a preferred embodiment, the system comprises a set of measurement elements, configured to detect a plurality of gaseous components.
En una realización el elemento de medida de componentes gaseosos es un sensor olfativo. De manera preferida, el sensor olfativo está configurado para detectar sustancias emitidas por un alimento. Preferiblemente el sensor olfativo está configurado para detectar al menos uno de: Compuestos Orgánicos Volátiles (COVs), etileno, sulfuros, ácido isovalérico, ácido butírico, alcoholes, aromatizantes, oxidasas y amoniaco. En una realización preferida más particular, el sistema comprende un elemento de medida de componentes gaseosos configurado para detectar Compuestos Orgánicos Volátiles (COVs).In one embodiment, the gaseous component measurement element is an olfactory sensor. Preferably, the olfactory sensor is configured to detect substances emitted by a food. Preferably the olfactory sensor is configured to detect at least one of: Volatile Organic Compounds (VOCs), ethylene, sulfides, isovaleric acid, butyric acid, alcohols, flavorings, oxidases and ammonia. In a more particular preferred embodiment, the system comprises a gaseous component measurement element configured to detect Volatile Organic Compounds (VOCs).
La agregación de sensores olfativos en un dispositivo se denomina habitualmente "nariz artificial” o "nariz electrónica”. Las aplicaciones de las narices artificiales suelen estar orientadas a tareas de detección de umbrales, discriminación/clasificación de olores, sistemas de alerta, etc., y se basan típicamente en medidas puntuales. Por el contrario, la presente invención se basa en el análisis de la estructura temporal de la información registrada por los sensores durante una medición prolongada.The aggregation of olfactory sensors in a device is commonly referred to as an "artificial nose" or "electronic nose." Applications of artificial noses are often geared towards threshold detection, odor discrimination / classification, warning systems, etc., and are typically based on point measurements. On the contrary, the present invention is based on the analysis of the temporal structure of the information recorded by the sensors during a prolonged measurement.
En una realización el sensor olfativo es de cualquiera de los siguientes tipos: quimiorresistivo, quimiocapacitivo, potenciométrico, gravimétrico, óptico, acústico, térmico, polimérico, amperimétrico, cromatográfico, espectrométrico o de efecto campo.In one embodiment, the olfactory sensor is of any of the following types: chemoresistive, chemocapacitive, potentiometric, gravimetric, optical, acoustic, thermal, polymeric, amperometric, chromatographic, spectrometric, or field effect.
En una realización preferida más particular, el sistema comprende al menos un sensor olfativo quimiorresistivo.In a more particular preferred embodiment, the system comprises at least one chemoresistive olfactory sensor.
En una realización el módulo de detección comprende adicionalmente al menos un sensor adicional, preferiblemente un sensor de condiciones ambientales, un sensor de partículas, un sensor de contacto, un sensor de posicionamiento y/o un sensor de imagen. En esta realización el método comprende adicionalmente una etapa de obtener medidas de al menos una magnitud mediante el al menos un sensor adicional y de identificar eventos temporales de la señal asociados a dicha al menos una magnitud, por ejemplo un evento temporal asociado a un cambio detectado en la magnitud, o a la superación de un umbral predefinido de la magnitud. Dichos eventos temporales identificados se utilizan como información adicional durante la etapa de caracterización de la señal. In one embodiment the detection module further comprises at least one additional sensor, preferably an ambient condition sensor, a particle sensor, a contact sensor, a positioning sensor and / or an image sensor. In this embodiment the method additionally comprises a step of obtaining measurements of at least one magnitude by means of the at least one additional sensor and of identifying temporal events of the signal associated with said at least one magnitude, for example a temporal event associated with a detected change. in magnitude, or exceeding a predefined magnitude threshold. These identified temporal events are used as additional information during the signal characterization stage.
En una realización al menos un sensor adicional es un sensor de condiciones ambientales, preferentemente un sensor de humedad, temperatura, presión atmosférica, velocidad del aire, y/o salinidad.In one embodiment at least one additional sensor is an ambient condition sensor, preferably a humidity, temperature, atmospheric pressure, air velocity, and / or salinity sensor.
En una realización preferida, el sistema comprende al menos un sensor de condiciones ambientales. En una realización preferida más particular, el sensor de condiciones ambientales está configurado para medir humedad.In a preferred embodiment, the system comprises at least one sensor for environmental conditions. In a more particular preferred embodiment, the ambient condition sensor is configured to measure humidity.
En una realización al menos un sensor adicional es un sensor de partículas, preferentemente un sensor de esporas y/o microplásticos.In one embodiment at least one additional sensor is a particle sensor, preferably a spore and / or microplastic sensor.
En una realización al menos un sensor adicional es un sensor de contacto, preferentemente un sensor de lípidos, dureza, peso, masa, volumen, glucosa, sacarosa, fosfatos, y/o isomaltol.In one embodiment at least one additional sensor is a contact sensor, preferably a sensor for lipids, hardness, weight, mass, volume, glucose, sucrose, phosphates, and / or isomaltol.
En una realización al menos un sensor adicional es un sensor de posicionamiento, por ejemplo basado en GPS, Galileo, y/o GLONASS. Ventajosamente, esta realización permite conocer la ubicación del producto, lo que puede ser de interés al monitorizar procesos alimentarios que tienen lugar durante el traslado del alimento, por ejemplo para verificar si el transporte de un alimento se ha realizado en condiciones que no supongan un riesgo sanitario.In one embodiment at least one additional sensor is a positioning sensor, for example based on GPS, Galileo, and / or GLONASS. Advantageously, this embodiment makes it possible to know the location of the product, which may be of interest when monitoring food processes that take place during the transfer of food, for example to verify if the transport of a food has been carried out under conditions that do not pose a risk. sanitary.
En una realización al menos un sensor adicional es un sensor de imagen, tal como una cámara para detectar y/o medir en el alimento manchas, color y/o brillo.In one embodiment at least one additional sensor is an image sensor, such as a camera for detecting and / or measuring stains, color and / or gloss on food.
En una realización, la identificación de eventos temporales asociados a condiciones ambientales y/o a otras magnitudes medidas por sensores adicionales comprende una etapa de etiquetado de dichos eventos temporales.In one embodiment, the identification of temporary events associated with environmental conditions and / or other quantities measured by additional sensors comprises a step of labeling said temporary events.
Ventajosamente, la detección de condiciones ambientales y/o el registro de la evolución de otras magnitudes proporcionan información adicional que permite contextualizar la evolución de la señal registrada, así como correlacionar eventos temporales detectados en la señal con la información obtenida por los sensores adicionales. Esta información de contexto permite determinar con mejores resultados si ha ocurrido un proceso alimentario concreto y/u obtener una clasificación de señales más precisa. Advantageously, the detection of environmental conditions and / or the recording of the evolution of other magnitudes provide additional information that makes it possible to contextualize the evolution of the recorded signal, as well as to correlate temporary events detected in the signal with the information obtained by the additional sensors. This contextual information makes it possible to determine with better results whether a specific food process has occurred and / or to obtain a more precise classification of signals.
En una realización el sistema comprende adicionalmente un módulo de acondicionamiento configurado para acondicionar la señal generada por el módulo de detección. En esta realización el método comprende adicionalmente, entre las etapas (a) y (b), las etapas de recibir y acondicionar la señal por parte del módulo de acondicionamiento. En esta realización la etapa (c) se realiza sobre la señal generada y acondicionada. En una realización la etapa de acondicionar la señal comprende filtrar y/o remuestrear dicha señal.In one embodiment the system further comprises a conditioning module configured to condition the signal generated by the detection module. In this embodiment the method further comprises, between steps (a) and (b), the steps of receiving and conditioning the signal by the conditioning module. In this embodiment, step (c) is carried out on the generated and conditioned signal. In one embodiment, the step of conditioning the signal comprises filtering and / or resampling said signal.
En una realización las etapas (c) y (d) se realizan mediante un algoritmo de aprendizaje automático previamente entrenado con señales de entrenamiento que corresponden a al menos un proceso alimentario concreto. En una realización preferida, en dichas señales de entrenamiento, además, se identifican una serie de eventos temporales y de etiquetas predefinidos. Cuando el método ha de clasificar la señal en distintas subcategorías, la clasificación puede realizarse también mediante un algoritmo de aprendizaje automático previamente entrenado con señales de entrenamiento que están clasificadas en al menos una subcategoría de proceso alimentario predefinido.In one embodiment, steps (c) and (d) are performed by means of a previously trained machine learning algorithm with training signals that correspond to at least one specific food process. In a preferred embodiment, in said training signals, in addition, a series of time events and predefined labels are identified. When the method is to classify the signal into different subcategories, the classification can also be performed by a previously trained machine learning algorithm with training signals that are classified into at least one predefined food process subcategory.
En la realización donde las etapas (c) y (d) se realizan mediante un algoritmo de aprendizaje automático, existe una fase de entrenamiento previa, en la que se utilizan señales obtenidas en el registro repetido de un proceso alimentario para entrenar el algoritmo de aprendizaje automático, preservando la estructura temporal individual y conjunta de las señales. En una realización preferida, el algoritmo de aprendizaje automático es supervisado y comprende una red neuronal y/o un random forest y/o máquina de soporte vectorial con la codificación y requisitos de temporalidad establecidos por el tipo de clasificador y por las características de las señales que produce el dispositivo. El resultado de la fase de entrenamiento es un algoritmo capaz de extraer y comparar la estructura temporal de eventos en las señales registradas con la representación de un proceso alimentario. Una vez construido el algoritmo de aprendizaje automático, puede emplearse para caracterizar las señales registradas de acuerdo a sus estructuras temporales en lo que se denomina fase de explotación. El resultado de la fase de explotación es la determinación de si una señal corresponde al desarrollo de un proceso alimentario concreto. En todas las etapas de procesamiento se conserva la estructura temporal tanto de las señales individuales como la de su representación integrada, ya que la secuencialidad en la evolución de los eventos temporales es fundamental para caracterizar el proceso alimentario. La temporalidad y/o secuencialidad de los eventos temporales en relación a la determinación del proceso alimentario, en general no se conocen a priori, y quedan representadas en el algoritmo de aprendizaje automático con la información adquiridaIn the embodiment where stages (c) and (d) are performed by means of a machine learning algorithm, there is a previous training phase, in which signals obtained in the repeated registration of a food process are used to train the learning algorithm automatic, preserving the individual and joint temporal structure of the signals. In a preferred embodiment, the machine learning algorithm is supervised and comprises a neural network and / or a random forest and / or vector support machine with the coding and temporality requirements established by the type of classifier and by the characteristics of the signals. produced by the device. The result of the training phase is an algorithm capable of extracting and comparing the temporal structure of events in the recorded signals with the representation of a food process. Once the machine learning algorithm has been built, it can be used to characterize the recorded signals according to their temporal structures in what is called the exploitation phase. The result of the exploitation phase is the determination of whether a signal corresponds to the development of a specific food process. In all processing stages, the temporal structure of both the individual signals and their integrated representation are preserved, since the sequentiality in the evolution of temporal events is essential to characterize the food process. The temporality and / or sequentiality of the temporal events in relation to the determination of the food process, in general are not known a priori, and are represented in the machine learning algorithm with the acquired information
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mediante el entrenamiento.through training.
En un ejemplo particular, existe un proceso de etiquetado automático de todos los tipos de eventos temporales (los correspondientes a las señales asociadas a componentes gaseosos, a cambios en las condiciones ambientales y/o en otras magnitudes). Las etiquetas generadas proporcionan información relevante sobre la propia señal y sobre el contexto de sus eventos para mejorar los resultados de los algoritmos de aprendizaje.In a particular example, there is an automatic labeling process for all types of temporal events (those corresponding to signals associated with gaseous components, changes in environmental conditions and / or other magnitudes). The generated labels provide relevant information about the signal itself and about the context of its events to improve the results of the learning algorithms.
En un ejemplo particular, los resultados del algoritmo de aprendizaje automático (determinación del proceso alimentario concreto que ha tenido lugar) también se etiquetan de forma automática durante la fase de explotación. De este modo, el propio algoritmo de aprendizaje automático se realimenta con dichas etiquetas automáticas de los resultados para, ventajosamente, mejorar la precisión del algoritmo en posteriores ejecuciones del método.In a particular example, the results of the machine learning algorithm (determination of the particular food process that has taken place) are also automatically tagged during the exploitation phase. In this way, the automatic learning algorithm itself is fed back with said automatic labels of the results to, advantageously, improve the precision of the algorithm in subsequent executions of the method.
En una realización, la etapa (d) del método comprende comparar la señal con al menos una señal de referencia, preferentemente una señal de referencia codificada en el resultado del algoritmo de aprendizaje utilizado. Por ejemplo, en una red neuronal una vez entrenada, la representación de la señal de referencia queda reflejada en los pesos de las conexiones de la red. Adicional o alternativamente, la comparación con una o varias señales de referencia puede utilizarse para clasificar la señal en al menos una subcategoría de procesos alimentarios.In one embodiment, step (d) of the method comprises comparing the signal with at least one reference signal, preferably a reference signal encoded in the result of the learning algorithm used. For example, in a neural network once trained, the representation of the reference signal is reflected in the weights of the network connections. Additionally or alternatively, comparison with one or more reference signals can be used to classify the signal into at least one subcategory of food processes.
En una realización, las etapas del método se repiten periódicamente, donde el periodo de repetición es un valor predefinido, para monitorizar y caracterizar la evolución de los procesos alimentarios detectados y/o clasificados. Ventajosamente, el método permite detectar cambios en procesos alimentarios que deberían reproducirse periódicamente.In one embodiment, the steps of the method are repeated periodically, where the repetition period is a predefined value, to monitor and characterize the evolution of the detected and / or classified food processes. Advantageously, the method makes it possible to detect changes in food processes that should be reproduced periodically.
En una realización, si mediante el método se detecta que el proceso alimentario no ha seguido la evolución deseada, se genera una alerta para que puedan tomarse medidas para corregir dicho proceso alimentario. De esta forma, se consigue que el alimento final se encuentre en las condiciones deseadas.In one embodiment, if the method detects that the food process has not followed the desired evolution, an alert is generated so that measures can be taken to correct said food process. In this way, it is achieved that the final food is in the desired conditions.
En un segundo aspecto inventivo se proporciona un sistema para caracterizar y certificar la evolución de procesos alimentarios, que comprende: In a second inventive aspect, a system is provided to characterize and certify the evolution of food processes, which comprises:
- un módulo de detección que comprende al menos un elemento de medida de componentes gaseosos configurado para generar al menos una señal de la evolución temporal de al menos un componente gaseoso detectado;- a detection module comprising at least one element for measuring gaseous components configured to generate at least one signal of the time evolution of at least one detected gaseous component;
- un módulo de análisis configurado para caracterizar la al menos una señal generada por el módulo de detección en base a su evolución temporal, para determinar si dicha al menos una señal corresponde al desarrollo de un proceso alimentario concreto; y en donde el módulo de análisis está configurado para llevar a cabo las etapas (b) a (d) del método según cualquiera de las realizaciones del primer aspecto inventivo.- an analysis module configured to characterize the at least one signal generated by the detection module based on its temporal evolution, to determine if said at least one signal corresponds to the development of a specific food process; and wherein the analysis module is configured to carry out steps (b) to (d) of the method according to any of the embodiments of the first inventive aspect.
A lo largo del documento, ha de entenderse como módulo de análisis un conjunto de medios con capacidad para procesar, transmitir y almacenar información; preferiblemente, un ordenador que comprende un procesador, un dispositivo de comunicación y una memoria.Throughout the document, an analysis module is to be understood as a set of media with the capacity to process, transmit and store information; preferably a computer comprising a processor, a communication device and a memory.
En una realización el sistema comprende adicionalmente un módulo de acondicionamiento configurado para acondicionar la señal generada por el módulo de detección.In one embodiment the system further comprises a conditioning module configured to condition the signal generated by the detection module.
En una realización, el módulo de análisis del sistema adicionalmente está configurado para clasificar la al menos una señal en al menos una subcategoría de procesos alimentarios.In one embodiment, the analysis module of the system is further configured to classify the at least one signal in at least one sub-category of food processes.
En una realización el sistema comprende al menos un sensor adicional. De manera preferida, el sensor adicional es un sensor de condiciones ambientales, un sensor de partículas, un sensor de contacto, un sensor de posicionamiento y/o un sensor de imagen.In one embodiment the system comprises at least one additional sensor. Preferably, the additional sensor is an ambient sensor, a particle sensor, a contact sensor, a positioning sensor and / or an image sensor.
En una realización, el sistema comprende una pluralidad de sensores adicionales, preferentemente sensores de diferentes tipos para la medición y/o monitorización de una pluralidad de magnitudes.In one embodiment, the system comprises a plurality of additional sensors, preferably sensors of different types for the measurement and / or monitoring of a plurality of quantities.
En una realización al menos un sensor adicional es un sensor de condiciones ambientales, preferentemente de humedad, temperatura, presión atmosférica, velocidad del aire, y/o salinidad. En una realización preferida, el sistema comprende al menos un sensor de condiciones ambientales. En una realización preferida más particular, el sensor de condiciones ambientales está configurado para medir humedad.In one embodiment at least one additional sensor is a sensor for ambient conditions, preferably humidity, temperature, atmospheric pressure, air velocity, and / or salinity. In a preferred embodiment, the system comprises at least one sensor for environmental conditions. In a more particular preferred embodiment, the ambient condition sensor is configured to measure humidity.
En una realización al menos un sensor adicional es un sensor de partículas, preferentemente un sensor de esporas y/o microplásticos. In one embodiment at least one additional sensor is a particle sensor, preferably a spore and / or microplastic sensor.
En una realización al menos un sensor adicional es un sensor de contacto, preferentemente un sensor de lípidos, dureza, peso, masa, volumen, glucosa, sacarosa, fosfatos, y/o isomaltol.In one embodiment at least one additional sensor is a contact sensor, preferably a sensor for lipids, hardness, weight, mass, volume, glucose, sucrose, phosphates, and / or isomaltol.
En una realización al menos un sensor adicional es un sensor de posicionamiento.In one embodiment at least one additional sensor is a positioning sensor.
En una realización al menos un sensor adicional es un sensor de imagen.In one embodiment at least one additional sensor is an image sensor.
En una realización, el al menos un elemento de medida de componentes gaseosos es un sensor olfativo. De manera preferida, el sensor olfativo está configurado para detectar sustancias emitidas por un alimento. Preferiblemente, el sensor olfativo está configurado para detectar al menos una de las siguientes sustancias: Compuestos Orgánicos Volátiles (COVs), etileno, sulfuros, ácido isovalérico, ácido butírico, alcoholes, aromatizantes, oxidasas y amoniaco.In one embodiment, the at least one gaseous component measurement element is an olfactory sensor. Preferably, the olfactory sensor is configured to detect substances emitted by a food. Preferably, the olfactory sensor is configured to detect at least one of the following substances: Volatile Organic Compounds (VOCs), ethylene, sulfides, isovaleric acid, butyric acid, alcohols, flavorings, oxidases and ammonia.
En una realización el sensor olfativo es de cualquiera de los siguientes tipos: quimiorresistivo, quimiocapacitivo, potenciométrico, gravimétrico, óptico, acústico, térmico, polimérico, amperimétrico, cromatográfico, espectrométrico o de efecto campo.In one embodiment, the olfactory sensor is of any of the following types: chemoresistive, chemocapacitive, potentiometric, gravimetric, optical, acoustic, thermal, polymeric, amperometric, chromatographic, spectrometric, or field effect.
En una realización preferida el sistema comprende una pluralidad de elementos de medida configurados para detectar una pluralidad de componentes gaseosos. De manera preferida la pluralidad de elementos de medida está configurada para detectar una o varias de las siguientes sustancias: Compuestos Orgánicos Volátiles (COVs), etileno, sulfuros, ácido isovalérico, ácido butírico, alcoholes, aromatizantes, oxidasas y amoniaco. Preferentemente, los elementos de medida son sensores olfativos. En una realización preferida más particular, el sistema comprende un elemento de medida de componentes gaseosos configurado para detectar Compuestos Orgánicos Volátiles (COVs).In a preferred embodiment the system comprises a plurality of measurement elements configured to detect a plurality of gaseous components. Preferably, the plurality of measuring elements is configured to detect one or more of the following substances: Volatile Organic Compounds (VOCs), ethylene, sulfides, isovaleric acid, butyric acid, alcohols, flavorings, oxidases and ammonia. Preferably, the measuring elements are olfactory sensors. In a more particular preferred embodiment, the system comprises a gaseous component measurement element configured to detect Volatile Organic Compounds (VOCs).
En un tercer aspecto inventivo se proporciona un sistema de procesamiento de datos que comprende medios para llevar a cabo las etapas (b) a (d) del método según cualquiera de las realizaciones del primer aspecto inventivo.In a third inventive aspect there is provided a data processing system comprising means for carrying out steps (b) to (d) of the method according to any of the embodiments of the first inventive aspect.
En un cuarto aspecto inventivo se proporciona un programa de ordenador que comprende instrucciones que, cuando el programa es ejecutado por un ordenador, produce que el ordenador lleve a cabo las etapas (b) a (d) del método según cualquiera de las realizacionesIn a fourth inventive aspect a computer program is provided comprising instructions which, when the program is executed by a computer, causes the computer to carry out steps (b) to (d) of the method according to any of the embodiments.
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del primer aspecto inventivo.of the first inventive aspect.
En un quinto aspecto inventivo se proporciona un medio legible por ordenador que comprende instrucciones que, cuando son ejecutadas por un ordenador, produce que el ordenador lleve a cabo las etapas (b) a (d) del método según cualquiera de las realizaciones del primer aspecto inventivo.In a fifth inventive aspect a computer-readable medium is provided comprising instructions which, when executed by a computer, cause the computer to carry out steps (b) to (d) of the method according to any of the embodiments of the first aspect. inventive.
Todas las características y/o las etapas de métodos descritas en esta memoria (incluyendo las reivindicaciones, descripción y dibujos) pueden combinarse en cualquier combinación, exceptuando las combinaciones de tales características mutuamente excluyentes.All features and / or method steps described herein (including claims, description, and drawings) may be combined in any combination, except combinations of such mutually exclusive features.
DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURASDESCRIPTION OF THE FIGURES
Estas y otras características y ventajas de la invención, se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la descripción detallada que sigue de una forma preferida de realización, dada únicamente a título de ejemplo ilustrativo y no limitativo, con referencia a las figuras que se acompañan.These and other characteristics and advantages of the invention will become more apparent from the detailed description that follows of a preferred embodiment, given solely by way of illustrative and non-limiting example, with reference to the accompanying figures. .
Figura 1 En esta figura se muestra una representación esquemática del sistema para caracterizar y certificar procesos alimentarios según una realización de la invención.Figure 1 This figure shows a schematic representation of the system to characterize and certify food processes according to an embodiment of the invention.
Figura 2 En esta figura se muestra una representación esquemática del método para caracterizar y certificar procesos alimentarios según una realización de la invención.Figure 2 This figure shows a schematic representation of the method to characterize and certify food processes according to an embodiment of the invention.
Figura 3 En esta figura se muestra un ejemplo de las señales recogidas en un proceso de maduración de plátanos para dos condiciones distintas.Figure 3 This figure shows an example of the signals collected in a banana ripening process for two different conditions.
EXPOSICIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓNDETAILED EXHIBITION OF THE INVENTION
La presente invención propone un método y un sistema para caracterizar y certificar procesos alimentarios.The present invention proposes a method and a system to characterize and certify food processes.
El sistema (1) para caracterizar y certificar procesos alimentarios comprende un módulo de detección (2) y un módulo de análisis (3). El módulo de detección (2) comprende al menos un elemento de medida (2.1) de componentes gaseosos. Los elementos de medida (2.1) detectan sustancias gaseosas producidas por un alimento y generan señales (2.2) de la evolución temporal de los componentes gaseosos detectados. El módulo de análisis (3) recibe las señales (2.2) generadas por el módulo de detección (2), caracteriza las señales (2.2) en base a su evolución temporal y, de acuerdo a la caracterización, determina si la evolución temporal de la señal corresponde a un proceso alimentario concreto.The system (1) to characterize and certify food processes comprises a module of detection (2) and an analysis module (3). The detection module (2) comprises at least one element for measuring gaseous components (2.1). The measuring elements (2.1) detect gaseous substances produced by a food and generate signals (2.2) of the temporal evolution of the gaseous components detected. The analysis module (3) receives the signals (2.2) generated by the detection module (2), characterizes the signals (2.2) based on their temporal evolution and, according to the characterization, determines whether the temporal evolution of the signal corresponds to a specific food process.
Si se determina que ha ocurrido la evolución temporal de un proceso alimentario concreto, en particular en unos términos preestablecidos, se certifica dicho proceso alimentario.If it is determined that the temporal evolution of a specific food process has occurred, in particular in pre-established terms, said food process is certified.
En una realización, el módulo de análisis (3) está configurado adicionalmente para clasificar las señales (2.2) en al menos una subcategoría de procesos alimentarios.In one embodiment, the analysis module (3) is further configured to classify the signals (2.2) in at least one sub-category of food processes.
En la figura 1 se muestra una representación esquemática del sistema de caracterización y certificación de procesos alimentarios según una realización de la invención. En esta realización, el módulo de detección (2) comprende una pluralidad de elementos de medida (2.1) de componentes gaseosos y una pluralidad de sensores adicionales (2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7). Los elementos de medida (2.1) de componentes gaseosos son sensores olfativos. En una realización preferida los sensores olfativos son de tipo metal-óxido (MOX) y nondispersive infrared (NDIR) y están configurados para registrar sustancias como Compuestos Orgánicos Volátiles (COVs), etileno, sulfuros, ácido isovalérico, ácido butírico, alcoholes, aromatizantes, oxidasas y amoniaco.Figure 1 shows a schematic representation of the food process characterization and certification system according to an embodiment of the invention. In this embodiment, the detection module (2) comprises a plurality of measurement elements (2.1) of gaseous components and a plurality of additional sensors (2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7). The measuring elements (2.1) of gaseous components are olfactory sensors. In a preferred embodiment, the olfactory sensors are of the metal oxide (MOX) and nondispersive infrared (NDIR) type and are configured to record substances such as Volatile Organic Compounds (VOCs), ethylene, sulfides, isovaleric acid, butyric acid, alcohols, flavorings, oxidases and ammonia.
Los sensores adicionales (2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7) proporcionan datos relativos a otras magnitudes detectadas y/o medidas durante el transcurso del proceso alimentario. Los datos procedentes de los sensores adicionales (2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7) permiten contextualizar las señales obtenidas por los sensores olfativos para determinar con mejores resultados si ha ocurrido un proceso alimentario concreto.The additional sensors (2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7) provide data related to other quantities detected and / or measured during the course of the food process. The data from the additional sensors (2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7) allow contextualizing the signals obtained by the olfactory sensors to determine with better results if a specific food process has occurred.
En esta realización los sensores adicionales incluyen sensores de condiciones ambientales (2.3), en particular sensores de temperatura y de humedad, un sensor de partículas (2.4), un sensor de contacto o proximidad (2.5), un sensor de posicionamiento (2.6) y un sensor de imagen (2.7). A partir de los datos de estos sensores adicionales, se contextualizan las señales obtenidas por los sensores olfativos, generando etiquetas de forma automática queIn this embodiment the additional sensors include sensors for environmental conditions (2.3), in particular temperature and humidity sensors, a particle sensor (2.4), a contact or proximity sensor (2.5), a positioning sensor (2.6) and an image sensor (2.7). From the data of these additional sensors, the signals obtained by the olfactory sensors are contextualized, automatically generating labels that
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proporcionan información relevante sobre el origen y contexto de los eventos; por ejemplo, una etiqueta informando de un aumento de la temperatura o de la concentración de Compuestos Orgánicos Volátiles (COVs).provide relevant information on the origin and context of the events; for example, a label reporting an increase in temperature or the concentration of Volatile Organic Compounds (VOCs).
En la realización de la figura 1 el módulo de análisis (3) incluye un procesador (7), en particular un microcontrolador, configurado para recibir (120) las señales (2.2) generadas por el módulo de detección (2), para caracterizar (131) las señales (2.2) en base a su evolución temporal y para determinar (132) si ha ocurrido un proceso alimentario concreto en base a la caracterización de las señales (2.2). Si se determina que ha ocurrido la evolución temporal de un proceso alimentario concreto, en particular en unos términos preestablecidos, se certifica dicho proceso alimentario.In the embodiment of Figure 1 the analysis module (3) includes a processor (7), in particular a microcontroller, configured to receive (120) the signals (2.2) generated by the detection module (2), to characterize ( 131) the signals (2.2) based on their temporal evolution and to determine (132) if a specific food process has occurred based on the characterization of the signals (2.2). If it is determined that the temporal evolution of a specific food process has occurred, in particular in pre-established terms, said food process is certified.
En una realización, el procesador (7) está configurado adicionalmente para clasificar las señales (2.2) en al menos una subcategoría de procesos alimentarios y/o para ordenar al módulo de detección (2) que genere las señales (2.2).In one embodiment, the processor (7) is further configured to classify the signals (2.2) into at least one subcategory of food processes and / or to command the detection module (2) to generate the signals (2.2).
En la realización de la figura 1 el módulo de análisis (3) incluye adicionalmente un sistema de transmisión inalámbrica (8) y una memoria (9). El sistema de transmisión inalámbrica (8) permite el intercambio de datos con sistemas de procesamiento y/o almacenamiento externos. En una realización preferida el sistema está configurado para transmitir los datos a un servidor centralizado accesible vía web y un API REST, para su almacenamiento. La memoria (9) permite el almacenamiento de datos en el propio sistema (1).In the embodiment of Figure 1 the analysis module (3) additionally includes a wireless transmission system (8) and a memory (9). The wireless transmission system (8) allows the exchange of data with external processing and / or storage systems. In a preferred embodiment, the system is configured to transmit the data to a centralized server accessible via the web and a REST API, for storage. The memory (9) allows the storage of data in the system itself (1).
Como API REST ha de entenderse una arquitectura software que actúa como interfaz de comunicación entre dos sistemas que usan HTTP.As a REST API, a software architecture that acts as a communication interface between two systems using HTTP must be understood.
El sistema (1) de la figura 1 incluye adicionalmente un módulo de acondicionamiento (4) configurado para acondicionar la señal (2.2) generada por el módulo de detección (2). En una realización preferida el módulo de acondicionamiento (4) incluye uno o varios amplificadores operacionales y uno o varios filtros RLC.The system (1) of Figure 1 additionally includes a conditioning module (4) configured to condition the signal (2.2) generated by the detection module (2). In a preferred embodiment, the conditioning module (4) includes one or more operational amplifiers and one or more RLC filters.
En la realización mostrada en la figura 1, el módulo de detección (2) y el módulo de análisis (3) están implementados como partes de un único dispositivo y se encuentran alojados en el interior de una envolvente o carcasa (10) junto con el resto de elementos del sistema (1). Sin embargo, en otras realizaciones el módulo de detección (2) y el módulo de análisis (3) puedenIn the embodiment shown in figure 1, the detection module (2) and the analysis module (3) are implemented as parts of a single device and are housed inside an enclosure or casing (10) together with the other elements of the system (1). However, in other embodiments the detection module (2) and the analysis module (3) can
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estar implementados como dispositivos separados.be implemented as separate devices.
De manera preferida, los sensores adicionales (2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7) están integrados formando un único dispositivo, facilitando de esta manera la portabilidad del dispositivo. Sin embargo, en otras realizaciones los sensores adicionales (2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7) pueden ser elementos periféricos independientes que pueden conectarse/desconectarse del sistema mediante cable, y/o de forma inalámbrica, mediante tecnologías como WiFi, Bluetooth, LoRA, Zigbee o cualquier tipo de conectividad móvil (3G, 4G, 5G...).Preferably, the additional sensors (2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7) are integrated forming a single device, thus facilitating the portability of the device. However, in other embodiments the additional sensors (2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7) can be independent peripheral elements that can connect / disconnect from the system via cable, and / or wirelessly, using technologies such as WiFi, Bluetooth, LoRA , Zigbee or any type of mobile connectivity (3G, 4G, 5G ...).
La carcasa (10) presenta accesos mediante los cuales se permite la entrada y salida de aire. En la figura 1 estos accesos se han representado mediante líneas discontinuas. En esta realización, el sistema incluye adicionalmente un sistema de captura y acondicionamiento (5) del aire, que permite controlar y modificar variables como la temperatura, humedad y/o flujo del aire que entra al interior de la carcasa (10). En esta realización el sistema incluye adicionalmente un sistema de difusión del aire (6) hacia los sensores olfativos (2.1) y/o hacia los sensores adicionales (2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7). Algunos de dichos sensores, como los de humedad y temperatura, requieren acceso continuo al aire exterior para poder realizar la medición de manera adecuada. Este acceso al aire exterior puede no ser necesario para otros sensores.The casing (10) has accesses through which the entry and exit of air is allowed. In figure 1 these accesses have been represented by dashed lines. In this embodiment, the system additionally includes an air capture and conditioning system (5), which allows controlling and modifying variables such as temperature, humidity and / or air flow that enters the interior of the casing (10). In this embodiment, the system additionally includes an air diffusion system (6) towards the olfactory sensors (2.1) and / or towards the additional sensors (2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7). Some of these sensors, such as humidity and temperature sensors, require continuous access to outside air in order to perform the measurement properly. This access to outside air may not be necessary for other sensors.
La figura 2 muestra una representación esquemática del método (100) de caracterización y certificación de procesos alimentarios según una realización de la invención. Este método (100) comprende las siguientes etapas:Figure 2 shows a schematic representation of the method (100) of characterization and certification of food processes according to an embodiment of the invention. This method (100) comprises the following steps:
a) generar (110) al menos una señal (2.2) de la evolución temporal de al menos un componente gaseoso detectado mediante el al menos un elemento de medida (2.1) del módulo de detección (2) durante un periodo de tiempo predeterminado;a) generating (110) at least one signal (2.2) of the time evolution of at least one gaseous component detected by the at least one measuring element (2.1) of the detection module (2) during a predetermined period of time;
b) recibir (120), por parte del módulo de análisis (3), la señal (2.2) generada;b) receiving (120), by the analysis module (3), the generated signal (2.2);
c) caracterizar (131) la señal (2.2) en base a su evolución temporal, por parte del módulo de análisis (3), yc) characterize (131) the signal (2.2) based on its temporal evolution, by the analysis module (3), and
d) determinar (132) por las características de la señal (2.2) si su evolución temporal se corresponde con un proceso alimentario concreto.d) determine (132) by the characteristics of the signal (2.2) if its temporal evolution corresponds to a specific food process.
Así, se parte del registro de la evolución temporal de las señales de los sensores olfativos (2.1) según lo descrito en relación con la figura 1. En caso de que el sistema (1) incluya sensores adicionales (2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7), se utilizan opcionalmente los datos adicionales obtenidos de estos sensores, sincronizando temporalmente estos datos adicionales con las señales de los sensores olfativos (2.1). Como se ha descrito previamente, los datos adicionales proporcionados por sensores adicionales (2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7), permiten informar sobre la evolución temporal del proceso alimentario, y contextualizar así la evolución de las señales olfativas en el transcurso del proceso alimentario de forma que se obtienen resultados más precisos en la caracterización de procesos alimentarios y/o en la clasificación de dichas señales.Thus, we start from the record of the temporal evolution of the olfactory sensor signals (2.1) as described in relation to figure 1. If the system (1) includes additional sensors (2.3, 2.4, 2.5, 2.6 , 2.7), the additional data is optionally used obtained from these sensors, temporarily synchronizing this additional data with the signals of the olfactory sensors (2.1). As previously described, the additional data provided by additional sensors (2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7), make it possible to report on the temporal evolution of the food process, and thus contextualize the evolution of olfactory signals in the course of the food process. so that more precise results are obtained in the characterization of food processes and / or in the classification of said signals.
En esta realización, se etiqueta la señal olfativa en base a la detección de eventos tales como la detección de un aumento brusco de un componente, por ejemplo Compuestos Orgánicos Volátiles (COVs), o la detección de signos visibles en la superficie del alimento, por ejemplo la aparición de manchas en una fruta detectada mediante una cámara. Además, adicionalmente o como alternativa, la señal olfativa puede etiquetarse en base a una condición ambiental detectada, tal como un cambio de temperatura, de presión, de humedad o de salinidad.In this embodiment, the olfactory signal is labeled based on the detection of events such as the detection of a sudden increase of a component, for example Volatile Organic Compounds (VOCs), or the detection of visible signs on the surface of the food, for example example the appearance of spots on a fruit detected by a camera. Furthermore, additionally or alternatively, the olfactory signal can be labeled based on a sensed environmental condition, such as a change in temperature, pressure, humidity or salinity.
El módulo de análisis (3) recibe (120) la señal (2.2) generada y la caracteriza (131) en base a su evolución temporal. En esta realización, el módulo de análisis (3) determina (132) si dicha señal (2.2) corresponde a la evolución de un proceso alimentario concreto clasificándola en al menos una categoría de procesos alimentarios. En una realización preferida, en primer lugar, se sincronizan en el tiempo y remuestrean las señales olfativas, adecuándose al muestreo original y al tipo de datos obtenidos (medidas continuas/discretas, etiquetas, etc.). A continuación, se identifican los eventos temporales en la estructura de las señales y la temporalidad y secuencialidad de dichos eventos temporales, mediante la computación de la derivada de la señal, detección de máximos y/o mínimos en la señal, superación de umbrales predefinidos por parte de la señal, correlación entre señales, etc.The analysis module (3) receives (120) the generated signal (2.2) and characterizes it (131) based on its temporal evolution. In this embodiment, the analysis module (3) determines (132) if said signal (2.2) corresponds to the evolution of a specific food process, classifying it in at least one category of food processes. In a preferred embodiment, first of all, the olfactory signals are synchronized in time and resampled, adapting to the original sampling and the type of data obtained (continuous / discrete measurements, labels, etc.). Next, the temporal events in the structure of the signals and the temporality and sequentiality of said temporal events are identified, by computing the derivative of the signal, detection of maximums and / or minimums in the signal, exceeding predefined thresholds by part of the signal, correlation between signals, etc.
En una realización preferida la caracterización (131) de la señal (2.2), la determinación (132) de si la señal (2.2) corresponde al desarrollo de un proceso alimentario concreto y la posible clasificación de dicha señal (2.2) se realizan mediante un algoritmo de aprendizaje automático previamente entrenado. En la fase de entrenamiento previa se alimenta el algoritmo de aprendizaje automático con señales de entrenamiento clasificadas en categorías de proceso alimentario predefinidas, así como con datos adicionales y etiquetas obtenidos durante el registro repetido de dicho proceso alimentario predefinido. De esta manera se entrena el algoritmo de aprendizaje automático, preservando la estructura temporal individual y conjuntaIn a preferred embodiment, the characterization (131) of the signal (2.2), the determination (132) of whether the signal (2.2) corresponds to the development of a specific food process and the possible classification of said signal (2.2) are carried out by means of a pre-trained machine learning algorithm. In the pre-training phase, the machine learning algorithm is fed with training signals classified in predefined food process categories, as well as with additional data and labels obtained during the repeated recording of said predefined food process. In this way the machine learning algorithm is trained, preserving the individual and joint temporal structure
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de la información obtenida de los sensores y sus etiquetas. En una realización preferida, el algoritmo de aprendizaje automático es supervisado y está basado en una red neuronal y/o un random forest y/o máquina de soporte vectorial con la codificación y requisitos de temporalidad establecidos. El resultado del entrenamiento es un algoritmo capaz de extraer la estructura temporal de eventos en las señales olfativas registradas y de compararla con su representación de procesos alimentarios predefinidos. Una vez entrenado el algoritmo de aprendizaje automático, al proporcionarle una señal olfativa registrada y opcionalmente datos adicionales, el algoritmo de aprendizaje automático es capaz de determinar (132) si una señal corresponde al desarrollo de un proceso alimentario concreto mediante su clasificación, es decir, clasifica que pertenece a una categoría determinada de procesos alimentarios o identifica que no corresponde a ninguno de dichos procesos alimentarios predefinidos. Adicionalmente, el entrenamiento puede mejorarse realimentando el algoritmo de aprendizaje automático con las etiquetas generadas automáticamente por dicho algoritmo.of the information obtained from the sensors and their labels. In a preferred embodiment, the machine learning algorithm is supervised and is based on a neural network and / or a random forest and / or vector support machine with established coding and temporality requirements. The result of the training is an algorithm capable of extracting the temporal structure of events in the registered olfactory signals and comparing it with its representation of predefined food processes. Once the machine learning algorithm has been trained, by providing it with a registered olfactory signal and optionally additional data, the machine learning algorithm is able to determine (132) if a signal corresponds to the development of a specific food process through its classification, that is, classifies that it belongs to a certain category of food processes or identifies that it does not correspond to any of these predefined food processes. Additionally, training can be improved by feeding back the machine learning algorithm with the tags automatically generated by said algorithm.
En una realización, la adquisición de datos se realiza durante el tiempo en el que se desarrolla el proceso alimentario.In one embodiment, data acquisition is performed during the time the food process is taking place.
Con el método de la invención descrito en la figura 2, entre otras aplicaciones, se puede determinar que las señales corresponden a diferentes categorías de procesos alimentarios:With the method of the invention described in figure 2, among other applications, it can be determined that the signals correspond to different categories of food processes:
- proceso alimentario acelerado o intervenido de forma distinta a la deseable por el consumidor, por ejemplo, bebidas de envejecimiento acelerado por ultrasonido;- food processing accelerated or intervened in a way other than desirable by the consumer, for example, drinks with accelerated aging by ultrasound;
- proceso alimentario acelerado o intervenido que incumpla la legislación, por ejemplo, maduración acelerada de la fruta mediante acetileno;- accelerated or intervened food process that violates the legislation, for example, accelerated ripening of the fruit using acetylene;
- proceso alimentario con sello de garantía;- food process with guarantee seal;
- proceso alimentario de producción insalubre;- unhealthy food production process;
- proceso alimentario de maduración, curado o fermentación que ha seguido un patrón determinado;- food process of maturation, curing or fermentation that has followed a certain pattern;
- proceso alimentario de maduración, curado o fermentación de calidad inferior o superior a la de otros productos similares;- food process of maturation, curing or fermentation of inferior or superior quality to that of other similar products;
- proceso alimentario de maduración, curado o fermentación con denominación de origen.- food process of maturation, curing or fermentation with designation of origin.
La figura 3 muestra un ejemplo de caracterización de la evolución temporal de un proceso de maduración de fruta, plátanos en este ejemplo particular. En este ejemplo se parte de dos grupos de fruta provenientes del mismo racimo, que han sido sometidos a procesos deFigure 3 shows an example of characterization of the temporal evolution of a fruit ripening process, bananas in this particular example. In this example, we start from two groups of fruit from the same bunch, which have been subjected to processes of
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conservación distintos previamente a la monitorización de su maduración. En particular, el primer grupo (A) se mantuvo a temperatura ambiente durante un periodo de 48 h, y el segundo grupo (B) se mantuvo ese tiempo refrigerado a 5°C.different preservation prior to monitoring their maturation. In particular, the first group (A) was kept at room temperature for a period of 48 h, and the second group (B) was kept that time refrigerated at 5 ° C.
Para el experimento se situaron ambos grupos (A, B) en cajas separadas monitorizadas con sendos sistemas idénticos según una realización de la invención. La figura 3 muestra la evolución temporal de la señal registrada por dos sensores olfativos, identificados en la figura como "Sensor tipo 1” y "Sensor tipo 2” durante un periodo de 12 días. Simultáneamente, para asociar el grado de maduración con la evolución de las señales, el sistema realizó fotografías de ambos grupos en distintos momentos, anotando de forma sincronizada la temporalidad de las señales y las fotografías. En este ejemplo la señal correspondiente al grupo A correspondería a un proceso de maduración no perturbada, mientras que la señal correspondiente al grupo B correspondería a un proceso de maduración inhibida. El periodo de muestreo de los sensores en este ejemplo fue de 1 minuto. En la figura se puede apreciar la distinta evolución temporal de las señales recogidas por los sensores en los dos casos, así como la evolución temporal distinta de cada uno de los sensores y la diferencia de nivel de las señales en cada etapa de la maduración. En particular, se aprecia una clara divergencia entre las señales de cada grupo a partir del cuarto día de maduración.For the experiment, both groups (A, B) were placed in separate boxes monitored with two identical systems according to an embodiment of the invention. Figure 3 shows the temporal evolution of the signal recorded by two olfactory sensors, identified in the figure as "Sensor type 1" and "Sensor type 2" during a period of 12 days. Simultaneously, to associate the degree of maturation with the evolution of the signals, the system took photographs of both groups at different times, synchronously recording the temporality of the signals and the photographs. In this example the signal corresponding to group A would correspond to an undisturbed maturation process, while the signal corresponding to group B would correspond to an inhibited maturation process. The sampling period of the sensors in this example was 1 minute. The figure shows the different time evolution of the signals collected by the sensors in the two cases, as well as the different time evolution of each of the sensors and the difference in the level of the signals at each stage of maturation. In particular, there is a clear divergence between the signals of each group from the fourth day of maturation.
Por tanto, la evolución característica de las señales en procesos alimentarios se puede utilizar como referencia para la certificación del proceso de maduración. En particular, en relación con el ejemplo mostrado en la figura 3, las señales olfativas permiten distinguir un proceso de maduración natural de un proceso de maduración inhibido.Therefore, the characteristic evolution of the signals in food processes can be used as a reference for the certification of the ripening process. In particular, in relation to the example shown in figure 3, the olfactory signals make it possible to distinguish a natural maturation process from an inhibited maturation process.
El sistema y el método de la invención son igualmente aplicables para caracterizar y certificar otros tipos de procesos alimentarios además de la maduración de fruta, tales como proceso de curado, proceso de envejecimiento, proceso de fermentación, proceso de ahumado, proceso de horneado y/o proceso de tostado. Del mismo modo, el sistema y el método de la invención son aplicables para caracterizar y certificar la evolución de procesos alimentarios tales como el proceso de cultivo o el proceso de crecimiento de un alimento. La invención permite identificar que un proceso alimentario ha tenido lugar, así como clasificarlo en un tipo concreto de proceso alimentario, certificar que el proceso se ha desarrollado según unas condiciones predefinidas y/o detectar la desviación del proceso alimentario respecto a dichas condiciones predefinidas, permitiendo identificar así procesos alimentarios acelerados, intervenidos, fraudulentos y/o insalubres.The system and the method of the invention are equally applicable to characterize and certify other types of food processes in addition to the ripening of fruit, such as the curing process, the aging process, the fermentation process, the smoking process, the baking process and / or or roasting process. In the same way, the system and the method of the invention are applicable to characterize and certify the evolution of food processes such as the cultivation process or the growth process of a food. The invention allows identifying that a food process has taken place, as well as classifying it in a specific type of food process, certifying that the process has developed according to predefined conditions and / or detecting the deviation of the food process with respect to said predefined conditions, allowing thus identify accelerated, intervened, fraudulent and / or unhealthy food processes.
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BHATTACHARYYA N.; SETH S.; TUDU B.; TAMULY P.; JANA A.; GHOSH D.; BANDYOPADHYAY R.; BHUYAN M.; SABHAPANDIT S., . Detection of optimum fermentation time for black tea manufacturing using electronic nose. Sensors and Actuators, B: Chemical, 26/03/2007, Vol. 122, Páginas 627-634 0925-4005, (DOI: 10.1016/j.snb.2006.07.013) * |
Preemptive identification of optimum fermentation time for black tea using electronic nose. 14/04/2008, * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
ES2836853B2 (en) | 2023-04-13 |
WO2021130401A1 (en) | 2021-07-01 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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BA2A | Patent application published |
Ref document number: 2836853 Country of ref document: ES Kind code of ref document: A1 Effective date: 20210628 |
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FG2A | Definitive protection |
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