Arroz: rendimiento de molienda mediante análisis de imágenes
Autor: María Ana Loubes y Marcela Tolaba Departamento de Industrias - Facultad de Ciencias Exactas y Naturales - Universidad de Buenos Aires. Buenos Aires, Argentina. mtolaba@di.fcen.uba.ar
En la molienda, el grano de arroz se descascara y pule para obtener el arroz blanco o elaborado. Durante este proceso el grano puede quebrarse y esto afecta un importante índice de calidad: el rendimiento en grano entero.
Tradicionalmente éste se calcula como el porcentaje en peso de la fracción de granos enteros (no quebrados). Se desarrolló un método de análisis de imágenes que permite evaluar el porcentaje de grano quebrado sobre la base de la cuantificación de las variaciones del área proyectada del grano quebrado respecto del grano entero. Los ensayos se realizaron en un molino arrocero de laboratorio (100 g) cubriendo un rango amplio del porcentaje de grano quebrado (6-100%). Los rendimientos obtenidos mediante imágenes se correlacionaron satisfactoriamente con los del método tradicional, encontrándose correspondencia lineal significativa entre ambos métodos (r2=0,998). En relación al método tradicional, el análisis digital de imágenes presenta algunas ventajas significativas: evita la etapa de separación de granos quebrados y enteros, requiere menor tiempo de proceso y proporciona la distribución de tamaño de los granos en la muestra analizada. Se trata de una alternativa fácil de implementar que redundará en beneficio de la industria arrocera.
Palabras clave: descascarado de arroz, pulido de arroz, rendimiento en grano entero, arroz blanco, área proyectada del grano.
Introducción El arroz es posiblemente el grano que se cultiva desde hace más tiempo y más extensamente, pues ocupa aproximadamente el 9% de la tierra total cultivable y es el segundo cereal en importancia para la nutrición humana, después del trigo. Actualmente es la base de la alimentación de dos tercios de la población mundial.
La molienda en el arroz difiere completamente de la del trigo. El trigo es molturado para obtener harina, mientras que la molienda del arroz incluye el descascarillado, la eliminación del salvado y finalmente la separación de los granos partidos y dañados (Rosell y Gómez 2006).
El arroz proveniente del campo es el entero, conocido mundialmente como “paddy” o arroz cáscara; contiene cáscara externa fibrosa y no comestible llamada cascarilla (glumas y glumillas). Cuando se le quita la cáscara pero se conservan el pericarpio (afrecho) y el germen, es el arroz integral o arroz cargo, de color marrón, que después de pulido se transforma en arroz blanco.
Contrariamente a los otros cereales, el arroz se produce solamente para la alimentación humana y no se utiliza como pienso. Los criterios de calidad más importantes del arroz son: el rendimiento de la molienda, la apariencia del grano crudo, el comportamiento en la cocción y la textura y aroma del grano cocido (Juliano, 1979; León y Carreres, 2002). El rendimiento de la molienda es una medida de la proporción de granos enteros no quebrados y refleja la variedad, las condiciones del cultivo, recolección y manejo posterior. En la apariencia del grano crudo participan la biometría (dimensiones y forma del grano), el color y las características del perlado (zonas opacas del grano, sin cristalinidad). El contenido de amilosa del grano es el componente químico que más influencia tiene sobre la calidad de cocción (Juliano 1979) y su valor es una medida indirecta de la textura, dada su correlación positiva con la consistencia del grano cocido. Además se utiliza para clasificar las variedades de arroz en cinco categorías: céreo o “waxy" (<5%), de baja amilosa (16-20%), contenido intermedio (21-25%), alto (26-30%) y muy alto de amilosa (>30%) (Jayamani y col., 2007). El contenido proteico también ha sido propuesto como parámetro de calidad, pero tiene menor influencia y es mucho más dependiente del ambiente del cultivo que el contenido de amilosa (Gómez, 1979).
Para aumentar el rendimiento industrial, el arroz cáscara se somete a un proceso de parbolizado, que consiste en una hidratación a temperatura superior a la ambiente, seguida de un tratamiento con vapor a presión. Finalmente el arroz parbolizado se seca, descascara y pule para obtener arroz blanco. El parbolizado favorece la migración de nutrientes desde el pericarpio hacia el endosperma enriqueciendo el producto. El rendimiento en grano entero (no quebrado) se incrementa dado que la gelatinización posibilita la recuperación de grano fisurado.
En los últimos años, para determinar algunas propiedades relacionadas con la calidad de los alimentos, se ha pasado de realizar controles visuales y técnicas analíticas a la aplicación de técnicas de visión por computadora. El uso de estas técnicas ha permitido mejorar significativamente el control de los procesos, principalmente por su rapidez, su inocuidad al interactuar con los alimentos y su bajo costo en comparación con otros métodos.
Los sistemas de visión por computadora utilizan dispositivos para la adquisición de imágenes y programas que permiten el procesamiento de la imagen digitalizada para su mejora, restauración, codificación y segmentación, así como la obtención de datos morfológicos, topológicos, densitométricos y colorimétricos. Se recurre a la técnica de análisis de imágenes cuando se desea obtener datos cuantitativos a partir de informaciones visuales. La calidad de la imagen objeto de estudio es de importancia decisiva para la aplicación de este tipo de análisis y deben estar libres de alteraciones y presentar contrastes nítidos. Existe una gran variedad y cantidad de algoritmos que se aplican, esencialmente en imágenes binarias, aunque existen extensiones de la teoría para aplicarse en imágenes multinivel (Ibarra, 2012).
En el campo de los alimentos, las técnicas de análisis de imágenes se presentan como métodos alternativos para la estimación de la cantidad de grasa y su distribución en productos cárnicos (Ventanas y col. 2000), la evaluación de calidad de frutas deshidratadas (Agudelo y col. 2009), y para la cuantificación de parámetros de calidad en cereales (dimensiones del grano).
En el caso particular del arroz, se han desarrollado métodos de análisis de imágenes para el seguimiento del fisurado durante el secado del grano y para el estudio de la cinética de hidratación, que es una etapa clave en procesos tales como el parbolizado y la molienda húmeda. Yadav y col. (2007) monitorearon con una cámara CCD los cambios dimensionales de diez variedades de arroz con diferente contenido de amilosa (16-29%) y humedad inicial (8, 12 y 16% b.s.) durante su hidratación a temperatura ambiente. Correlacionaron con éxito los cambios dimensionales (longitud, ancho, perímetro y área proyectada del grano) con los contenidos de humedad inicial y amilosa.
Courtois y col. (2010) establecieron el porcentaje de fisuras en granos de arroz mediante el análisis de imágenes adquiridas mediante un escáner. Desarrollaron una técnica compleja para la segmentación de los granos, utilizaron un programa de código abierto (libre) y validaron el método con valores de referencia e inspección visual.
En vista del potencial de este método, el presente estudio tuvo por objeto determinar utilizando el análisis de imágenes el rendimiento en grano entero durante la molienda de arroz cáscara. Para ello se analizaron imágenes digitales adquiridas por escaneado de muestras correspondientes a un amplio rango del porcentaje de grano quebrado. Los resultados se compararon con los obtenidos mediante el método tradicional basado en el porcentaje en peso de los granos enteros (no quebrados).
