Innovations in non-destructive techniques for fruit quality control applied to manipulation and inspection lines

Tesis por compendioLa industria alimentaria, concretamente el sector poscosecha, necesita innovar en sus procesos productivos, optimizando los mismos para rentabilizar sus actividades, garantizando productos de calidad capaces de satisfacer las necesidades de los consumidores. La presente tesis doctoral se centra en evaluar el potencial de la espectroscopia VIS-NIR para la caracterización e inspección de la calidad de la fruta tanto fuera de línea como a tiempo real en procesos automatizados. En un primer lugar, la viabilidad de la técnica se estudió a nivel de laboratorio en estado estático (off-line), con el fin de conocer y optimizar las condiciones de medición. Posteriormente, se evaluó la calidad interna y externa de diferentes tipos de frutas como son caqui, nectarina y mango. En una segunda etapa, se llevó a cabo una automatización de los procesos de inspección mediante el desarrollo de nuevos prototipos in-line. Para este propósito, y con el objetivo de completar y corroborar los resultados obtenidos de manera estática, se estudió la integración de dos sondas VIS-NIR en una garra robótica capaz de manipular mangos. Finalmente, se estudió la integración de una sonda VIS-NIR a una cinta transportadora. Los resultados obtenidos a nivel estático han demostrado que la espectroscopia VIS-NIR es un método no destructivo muy prometedor para predecir la astringencia en caqui. Así mismo, ha demostrado ser una adecuada herramienta para clasificar al 100% entre variedades de nectarinas como "Big Top" y "Diamond Ray" con una apariencia externa e interna muy similar, pero con diferentes propiedades organolépticas. De manera similar, fue posible clasificar al 100% variedades como "Big Top" y "Magique" de apariencia externa y composición similar pero distinto color de pulpa., y además se desarrolló un índice de calidad interna (IQI) para evaluar la calidad de las nectarinas. Por lo que respecta a los trabajos off-line realizados con mangos de la variedad "Osteen", fue posible predecir su calidad interna mediante los índices de madurez (RPI) y de calidad (IQI) con un gran rendimiento. A su vez, los ensayos experimentales efectuados con estos mismos mangos bajo la manipulación no destructiva de una garra robótica, demostraron que los mejores modelos eran capaces de predecir tanto la firmeza mecánica, el contenido en sólidos solubles, la luminosidad de la pulpa, así como el índice RPI de las muestras en base a la información obtenida por los acelerómetros instalados en los dedos de la garra robótica. En cuanto a los ensayos realizados de manera in-line, el primer prototipo desarrollado se basó en la integración de dos sondas VIS-NIR en una garra robótica dispuesta con dos acelerómetros. El sistema desarrollado permitió alcanzar una buena estimación de la calidad del mango a través del índice RPI fusionando la información tanto de los espectros VIS-NIR como del impacto no destructivo de los acelerómetros. De este modo quedó demostrado que era posible obtener una predicción similar trabajando de forma in-line como trabajando de manera off-line para la predicción del mismo índice de calidad en mangos. El segundo prototipo in-line desarrollado se basa en la integración de una sonda VIS-NIR en una cinta transportadora para la identificación de distintas variedades y orígenes de manzanas. El prototipo desarrollado permitió registrar resultados de clasificación tan buenos como los efectuados de manera off-line con, por ejemplo, nectarina. De este modo, se puede concluir que la espectroscopia VIS-NIR permite monitorear la calidad y clasificar fruta poscosecha tanto en modo off-line como in-line. Los nuevos prototipos desarrollados aportan claras ventajas respecto a los procesos tradicionales realizados a mano, como son la reducción del tiempo de inspección, la disminución de la cantidad de residuos generados y la posibilidad de inspeccionar toda la producción, obteniendo así un análisis más estandarizThe food industry, concretely the post-harvest sector, needs to innovate in their production processes, optimizing them to make their activities profitable, guaranteeing quality products capable of satisfying the needs of consumers. The present doctoral thesis focuses on evaluating the potential of visible and near infrared spectroscopy (VIS-NIR) for the characterization and inspection of fruit quality both off-line and in real time in automated processes. Firstly, the viability of the technique was studied at the laboratory level in a static mode (off-line), in order to know and optimise the measurement conditions. Subsequently, the internal and external quality of different types of fruits such as persimmon, nectarine and mango were evaluated. Secondly, an automation of the inspection processes was carried out through the development of new in-line prototypes. For this purpose, and with the aim of completing and corroborating the results obtained in a static mode, the integration of two VIS-NIR probes in a robotic gripper capable of manipulating mangoes was studied. Finally, the integration of a VIS-NIR probe to a conveyor belt was studied as an in-line monitoring tool on the inspection process of different apple varieties. The results obtained in static mode have shown that VIS-NIR spectroscopy is a very promising non-destructive method to predict the astringency in persimmon. Likewise, it has demonstrated to be an adequate tool to classify 100% between nectarine varieties such as 'Big Top' and 'Diamond Ray' with very similar external and internal appearance, but with different organoleptic properties. Similarly, it was possible to classify 100% varieties such as 'Big Top' and 'Magique' with external appearance and similar composition but different pulp colour. An internal quality index (IQI) was developed to evaluate the quality of nectarines, which can be predicted through VIS-NIR spectroscopy. Regarding the off-line work carried out with mangoes of 'Osteen' variety, it was possible to predict its internal quality through the indexes of maturity (RPI) and quality (IQI) with a high performance. Moreover, the experimental tests carried out with these same mangoes under the non-destructive manipulation of a robotic gripper, showed that the best models were able to predict both the mechanical firmness, the soluble solids content, the brightness of the pulp, as well as the RPI index of the samples based on the information obtained by the accelerometers installed on the fingers of the robotic gripper. Regarding the tests carried out in an in-line mode, the first developed prototype was based on the integration of two VIS-NIR probes in a robotic gripper fitted with two accelerometers. The developed system allowed reaching a good estimation of mango quality through the RPI index. In this way, it was demonstrated that it was possible to obtain a similar prediction working in-line as off-line mode for the prediction of the same quality index in mangoes. The second developed in-line prototype is based on the integration of a VIS-NIR probe in a conveyor belt for the identification of different varieties and origins of apples, achieving a success rate of 98% with the system. The developed prototype allowed to register classification results as good as those carried out off-line with, for example, nectarine. In this way, it can be concluded that VIS-NIR spectroscopy allows monitoring the quality and classifying post-harvest fruit in both off-line and in-line mode, being a tool that allows improving and guaranteeing the correct quality and food safety. The new developed prototypes provide clear advantages over the traditional processes performed by hand, such as the reduction of inspection time, the reduction of the amount of waste generated by destructive quality analysis and the possibility of inspecting full production, obtaining a more standardised analysis of the quality of the products.La indústria alimentària, concretament el sector postcollita, necessita innovar en els seus processos productius, optimitzant els mateixos per a rendibilitzar les seues activitats, garantint productes de qualitat capaços de satisfer les necessitats dels consumidors. La present tesi doctoral es centra en avaluar el potencial de l'espectroscòpia visible i infraroig pròxim (VIS-NIR) per a la caracterització i la inspecció de la qualitat de la fruita tant fora de línia com a temps real en processos automatitzats. En un primer lloc, la viabilitat de la tècnica es va estudiar a nivell de laboratori en estat estàtic (off-line), a fi de conéixer i optimitzar les condicions de mesurament. Posteriorment, es va avaluar la qualitat interna i externa de diferents tipus de fruites com són caqui, nectarina i mango. En una segona etapa, es va dur a terme una automatització dels processos d'inspecció per mitjà del desenvolupament de nous prototips in-line. Per aquest propòsit, i amb l'objectiu de completar i corroborar els resultats obtinguts de manera estàtica, es va estudiar la integració de dos sondes VIS-NIR en una garra robòtica capaç de manipular. Finalment, es va estudiar la integració d'una sonda VIS-NIR a una cinta transportadora. Els resultats obtinguts a nivell estàtic han demostrat que l'espectroscòpia VIS-NIR és un mètode no destructiu molt prometedor per a predir l'astringència en caqui. Així mateix, ha demostrat ser una adequada ferramenta per a classificar al 100% entre varietats de nectarines com "Big Top" i "Diamond Ray" amb una aparença externa i interna molt semblant, però amb diferents propietats organolèptiques. De manera semblant, va ser possible classificar al 100% varietats com "Big Top" i "Magique" d'aparença externa i composició semblant però distint color de polpa. Es va desenvolupar un índex de qualitat interna (IQI) per avaluar la qualitat de les nectarines. Pel que fa als treballs off-line realitzats amb mangos de la varietat "Osteen" va ser possible predir la seua qualitat interna mitjançant els índexs de maduresa (RPI) i de qualitat (IQI) amb un gran rendiment. Al mateix temps, els assajos experimentals efectuats amb estos mateixos mangos baix la manipulació no destructiva d'una garra robòtica, van demostrar que els millors models eren capaços de predir tant la fermesa mecánica, el contingut en sòlids solubles, la lluminositat de la polpa, així com l'índex RPI de les mostres basant-se en l'informació obtinguda pels acceleròmetres instal¿lats en els dits de la garra robòtica. En quant als assajos realitzats de manera in-line, el primer prototip desenvolupat es va basar en la integració de dos sondes VIS-NIR en una garra robòtica disposada amb dos acceleròmetres. El sistema desenvolupat va permetre aconseguir una bona estimació de la qualitat del mango a través de l'índex RPI fusionant l'informació tant dels espectres VIS-NIR com de l'impacte no destructiu dels acceleròmetres. D'esta manera va quedar demostrat que era possible obtindre una predicció semblant treballant de forma in-line com off-line per a la predicció del mateix índex de qualitat en mangos. El segon prototip in-line desenvolupat es va basar en la integració d'una sonda VIS-NIR en una cinta transportadora per a l'identificació de distintes varietats i orígens de pomes. El prototip desenvolupat va permetre registrar resultats de classificació tan bons com els efectuats de manera off-line. D'aquesta manera, es pot concloure que l'espectroscòpia VIS-NIR permet monitorar la qualitat i classificar fruita postcollita tant en mode off-line com in-line. Els nous prototips desenvolupats aporten clars avantatges respecte als processos tradicionals realitzats a mà, com són la reducció del temps d'inspecció, la disminució de la quantitat de residus generats pels anàlisis destructives de qualitat i la possibilitat d'inspeccionar tota la producció, obtenint així un anàlisi més estandarditzCortés López, V. (2018). Innovations in non-destructive techniques for fruit quality control applied to manipulation and inspection lines [Tesis doctoral no publicada]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/110969TESISCompendi

Desarrollo de un sistema de automatización no destructivo para la clasificación de mangos en función de su madurez

[ES] El objetivo del presente trabajo fue el desarrollo de un sistema de automatización para la clasificación no destructiva de mango en categorías de madurez. Durante el estudio, 120 mangos de la variedad ‘Kent’ se almacenaron en condiciones de temperatura y humedad controladas, y se manipularon con una garra neumática acoplada a un brazo robot. Las características espectrofotométricas en visible-infrarrojo cercano, color de la piel, peso, parámetros de textura (fuerza/distancia en compresión en tres puntos del fruto), actividad de agua, grados brix, pH y acidez titulable fueron determinadas. Mediante una clasificación no supervisada (Cluster), los parámetros de textura destructivos y los parámetros, índice de madurez y pH, fueron empleados para establecer tres categorías de madurez de los mangos (medios, maduros y sobremaduros). Las variables obtenidas de los acelerómetros colocados en los dedos de la garra neumática de manipulación de productos, junto con las variables de color externo y del espectro visible-infrarrojo cercano, fueron utilizadas para clasificar los mangos en las tres categorías de madurez obteniéndose un 82 % de frutos bien clasificados.[EN] The aim of this work was to develop an automation system for the nondestructive discrimination of mango fruit according to ripeness. During the study, 120 of the ‘Kent’ variety mango fruits were stored in controlled conditions of temperature and humidity, and manipulated by a pneumatic robot gripper. Visible and near-infrared spectrophotometry, skin color, weight, texture parameters (compression strength /distance in three points of the fruit), water activity, brix degree, pH and titratable acidity were determined. Using an unsupervised classification (Cluster), the destructive texture parameters and the parameters, maturity index and pH, were used to establish three ripeness categories of mango fruit (medium, ripe and overripe). The variables obtained from the accelerometers placed on the fingers of the pneumatic robot gripper during product handling, along with external color and visible and near-infrared spectrophotometry variables, were used to classify the mango fruit in the three ripeness categories with an 82% of well classified fruit.[CA] L'objectiu del present treball va ser el desenvolupament d'un sistema d'automatització per a la classificació no destructiva de mànec en categories de maduresa. Al llarg de l'estudi, 120 mànecs de la varietat ‘Kent’ es varen emmagatzemar en condicions de temperatura i humitat controlades, i es varen manipular amb una urpa pneumàtica acoplada a un braç robot. Les característiques espectrofotomètriques en visible-infraroig pròxim, color de la pell, pes, paràmetres de textura (força/distància en compressió en tres punts del fruit), activitat d'aigua, graus brix, pH i acidesa titulable varen ser determinades. Per mitjà d'una classificació no supervisada (Cluster), els paràmetres de textura destructius i els paràmetres índex de maduresa i pH, varen ser empleats per a establir tres categories de maduresa dels mànecs (mitjans, madurs i sobremadurs). Les variables obtingudes dels acceleròmetres col·locats en els dits d'una urpa pneumàtica de manipulació de productes, junt amb les variables de color extern i de l'espectre visibleinfraroig pròxim, varen ser utilitzades per a clasificar els mànecs en les tres categories de maduresa obtenint-se un 82 % de fruits ben classificats.Cortés López, V. (2014). Desarrollo de un sistema de automatización no destructivo para la clasificación de mangos en función de su madurez. http://hdl.handle.net/10251/57100.Archivo delegad

Efecto de la temperatura en el comportamiento reológico de un alimento fluido

La viscosidad de un fluido está afectada por muchas variables, siendo la temperatura una de ellas. Conforme aumenta la temperatura, las fuerzas viscosas son superadas por la energía cinética, dando lugar a una disminución de la viscosidad. Dado que los alimentos durante su almacenamiento, procesado, y/o consumo pasan por distintas temperaturas, este artículo docente se centra en evaluar y estudiar la influencia que tiene la temperatura en el comportamiento reológico de un fluido.Talens Oliag, P.; Cortés López, V.; Fuentes López, A. (2017). Efecto de la temperatura en el comportamiento reológico de un alimento fluido. Universitat Politècnica de València. http://hdl.handle.net/10251/83406DE

Comportamiento reológico de un alimento en función su contenido en grasa

Este objeto puede utilizarse como guion para estudiar el comportamiento reológico de un alimento en función de su contenido en grasa. En este artículo se describe el procedimiento empleado para analizar el comportamiento reológico de dos yogures con diferente contenido en grasa, un yogur natural entero y un yogur natural desnatado. Con el ejemplo dado en este artículo, el alumno comprobará como la composición de un alimento fluido puede afectar a su comportamiento reológico.Fuentes López, A.; Cortés López, V.; Talens Oliag, P. (2017). Comportamiento reológico de un alimento en función su contenido en grasa. http://hdl.handle.net/10251/83391DE

Determinación experimental de la difusividad térmica en alimentos

Estudiar el comportamiento térmico de muestras alimentarias, y por tanto caracterizar las mismas, puede resultar de gran utilidad en la elaboración de productos alimenticios, así como también en el diseño de equipos para su procesado. En este documento vamos a mostrar cómo se determina experimentalmente la difusividad térmica de un alimento sometido a un proceso de transferencia de calor en régimen no estacionario.Cortés López, V.; Talens Oliag, P.; Fuentes López, A. (2017). Determinación experimental de la difusividad térmica en alimentos. http://hdl.handle.net/10251/83407DE

Ampicillin Plus Ceftriaxone Combined Therapy for Enterococcus faecalis Infective Endocarditis in OPAT

Cardiovascular Infectious Study Group of the Andalusian Society of Infectious Diseases.Ampicillin plus ceftriaxone (AC) is a well-recognized inpatient regimen for Enterococcus faecalis infective endocarditis (IE). In this regimen, ceftriaxone is usually administered 2 g every 2 h (AC12). The administration of AC in outpatient parenteral antibiotic treatment (OPAT) programs is challenging because multiple daily doses are required. AC regimens useful for OPAT programs include once-daily high-dose administration of ceftriaxone (AC24) or AC co-diluted and jointly administered in bolus every 4 h (ACjoined). In this retrospective analysis of prospectively collected cases, we aimed to assess the clinical effectivity and safety of three AC regimens for the treatment of E. faecalis IE. Fifty-nine patients were treated with AC combinations (AC12 n = 32, AC24 n = 17, and ACjoined n = 10). Six relapses occurred in the whole cohort: five (29.4%) treated with AC24 regimen and one (10.0%) with ACjoined. Patients were cured in 30 (93.3%), 16 (94.1%), and eight (80.0%) cases in the AC12, AC24 and ACjoined groups, respectively. Unplanned readmission occurred in eight (25.0%), six (35.3%), and two (20.0%) patients in the AC12, AC24 and ACjoined groups, respectively. The outcome of patients with E. faecalis IE treated with AC in OPAT programs relies on an optimization of the delivery of the combination. AC24 exhibit an unexpected rate of failures, however, ACjoined might be an effective alternative which clinical results should corroborate in further studies.The authors received no financial support for the research, authorship, and/or publication of this article. GVA was supported by the Instituto de Salud Carlos III, cofinanced by the European Development Regional Fund (“A way to achieve Europe”), Subprograma Miguel Servet (grant CP19/00159). HHL was supported by the Instituto de Salud Carlos III, Subprograma Rio Hortega (grant CM19/00152)

A new internal quality index for mango and its predicción by external visible and near-infrared reflection spectroscopy

[EN] A non-destructive method based on external visible and near-infrared reflection spectroscopy for determining the internal quality of intact mango cv. ‘Osteen’ was investigated. An internal quality index, well correlated with the ripening index of the samples, was developed based on the combination of a biochemical property (total soluble solids) and physical properties (firmness and flesh colour) of mango samples. The diffuse reflectance spectra of the samples were recorded and used to predict the internal quality and the ripening index. These spectra were obtained using different spectroscopic external measurement sensors involving a spectrometer, capable of measuring in different spectral ranges (600– 1100 nm and 900–1750 nm), and also a spectrocolorimeter that measured in the visible range (400– 700 nm). Three regression models were developed by partial least squares to establish the relationship between spectra and indices. Good results in the prediction of internal quality of the samples were obtained using the full spectral range (Rp 2 = 0.833–0.879, RMSEP = 0.403–0.507 and RPD = 2.341–2.826) and some selected wavelengths (Rp 2 = 0.815–0.896, RMSEP = 0.403–0.537 and RPD = 2.060–2.905). The results obtained from this study revealed that external visible and near-infrared reflection spectroscopy can be used as a non-destructive method to determine the internal quality of mango cv. ‘Osteen’.This work was partially funded by the Conselleria d' Educació, Investigació, Cultura i Esport, Generalitat Valenciana, through the project AICO/2015/122 and by the INIA through the projects RTA2012-00062-C04-01, 02 and 03 with the support of FEDER funds. V. Cortés López thanks the Spanish MEC for the FPU grant (FPU13/04202).Cortés López, V.; Ortiz Sánchez, MC.; Aleixos Borrás, MN.; Blasco Ivars, J.; Cubero García, S.; Talens Oliag, P. (2016). A new internal quality index for mango and its predicción by external visible and near-infrared reflection spectroscopy. Postharvest Biology and Technology. (118):148-158. doi:10.1016/j.postharvbio. 2016.04.011S14815811

Drug ‘clicking’ on cell-penetrating fluorescent nanoparticles for in cellulo chemical proteomics

Chemical proteomics approaches are widely used to identify molecular targets of existing or novel drugs. This manuscript describes the development of a straightforward approach to conjugate azide-labeled drugs via click chemistry to alkyne-tagged cell-penetrating fluorescent nanoparticles as a novel tool to study target engagement and/or identification inside living cells. A modification of the Baeyer test for alkynes allows monitoring the Cu­(I)-catalyzed azide–alkyne cycloaddition (CuAAC) reaction, guaranteeing the presence of the drug on the solid support. As a proof of concept, the conjugation of the promiscuous kinase inhibitor dasatinib to Cy5-labeled nanoparticles is presented. Dasatinib-decorated fluorescent nanoparticles efficiently inhibited its protein target SRC in vitro, entered cancer cells, and colocalized with SRC in cellulo

Design of an innovative learning experience for the final project of the building engineering degree

This essay presents the bases for a new teaching methodology for the Final Project of the Degree of Building Engineering. The aim of this methodology is to approach students to advanced forms of work in architectural and engineering offices by employing Building Information Modelling (BIM) technologies. This initiative has been funded within the Call 2011 for Teaching Research Incentives ofthe I Teaching Plan of the University of Seville. Following the guidelines of the European Higher Education Area, the learning experience designed has to enable the future Building Engineers to acquire specific and generic competences ascribed to the Final Project in the Verification Report of the Building Engineering Degree. The specific competence “E71. Presentation and defence before a university board of a final project, consisting of an integration exercise of the formative contents received and skills acquired through t he degree” is trained by the development of a building execution project with the use of BIM technologies. For a decade, architecture and engineering offices have increasingly been incorporating in their projects new tools for information processing in digital integrated systems, i.e. programs which allow the construction of building virtual models in three dimensions, and the identification of their constructive components, providing them with parametric dimensions. The operating capacity of BIM programs is stronger than that of 2D drawing programs, since they can manage and generate all the technical documentation in an integrated way. As far as the generic competences are concerned, the problem is that the Final Project has ascribed twenty four competences and their training and evaluation throughout a single term, which seems rather unattainable. In order to solve this matter, the four most important generic competences of Building Engineers have been identified according to their professional profile: “G01. Capacity for organization and planning”, “G06. Information management skills”, “G09. Ability to work in an interdisciplinary team” and “G13. Positive social attitude towards social and technological innovations”. The use of BIM technologies and collaborative work methodologies allow the training of these genericcompetences. Finally, assessment matrixes of the five competences involved have been established with the descriptors of the assessment indicators for each of their corresponding criteria at each level of student achievement. This study is limited to the design of the experience; its implementation could be carried out in the first term of the 2012/2013 academic year, provided the main pre-requisite are met by students, and command of BIM programs such as ALLPLAN, REVIT or ARCHICAD, is achieved. Aware of this challenge− since BIM programs are taught as optional subjects− a curricular line for students interested in participating in this experience is also proposed for the next academic yea

Blood culture-negative infective endocarditis: a worse outcome? Results from a large multicentre retrospective Spanish cohort study

[Background] To assess the impact of blood cultures negative infective endocarditis (BCNIE) on in-hospital mortality.[Methods] Prospective multicentre study with retrospective analysis of a Spanish cohort including adult patients with definite IE. Cardiac implantable devices infection were excluded. Comparisons between blood cultures positive and BCNIE groups were performed to analyse in-hospital mortality.[Results] 1001 cases were included of which 83 (8.3%) had BCNIE. Alternative microbiological diagnosis was achieved for 39 (47%) out 83 cases. The most frequent identifications were: Coxiella burnetii (11; 28.2%), Tropheryma whipplei (4; 10.3%), Streptococcus gallolyticus (4;10.3%) and Staphylococcus epidermidis (3; 7.7%). Surgery was performed more frequently in BCNIE group (57.8 vs. 36.9%, p < .001). All-cause in-hospital mortality rate was 26.7% without statistical difference between compared groups. BCNIE was not associated to worse mortality rate in Cox regression model (aHR = 1.37, 95% CI 0.90–2.07, p = .14). Absence of microbiological diagnosis was also not associated to worse in-hospital prognosis (aHR = 1.62, 95% CI 0.99–2.64, p = .06).[Conclusions] In our cohort, BCNIE was not associated to greater in-hospital mortality based in multivariate Cox regression models. The variables most frequently associated with mortality were indicated but not performed surgery (aHR = 2.48, 95% CI 1.73–3.56, p < .001), septic shock (aHR = 2.24, 95% CI 1.68–2.99, p < .001), age over 65 years (aHR = 1.88, 95% CI 1.40-2.52, p < .001) and complicated endocarditis (aHR = 1.79, 95% CI 1.36–2.37, p < .001).Peer reviewe