Identificação de adulteração de leite bovino pelo método de propagação de onda em meio material utilizando diafragmas piezelétricos

Abstract

O leite é um alimento de alto valor nutritivo e de extrema importância na dieta alimentar especialmente de gestantes, crianças e idosos. Entre os alimentos mais consumidos está o leite bovino, o qual tem sido alvo de adulterações por diversas substâncias em todo o mundo por motivações econômicas, muitas vezes colocando em risco a saúde do consumidor. No controle de adulterações no leite, sensores aplicados na indústria alimentícia são ferramentas importantes para o controle de qualidade. Atualmente, as análises disponíveis no mercado para verificação de possíveis adulterações no leite geralmente são custosas e/ou demoradas, devido a necessidade de ambiente laboratorial e utilização de equipamentos de alto valor. Portanto, é de extrema importância, o desenvolvimento de metodologias e sensores de triagem para identificação de adulterantes no leite que sejam viáveis economicamente e de fácil acesso e utilização. Neste intuito, este estudo utilizou diafragmas transdutores piezelétricos para implementar uma metodologia que identificasse adulterações no leite por meio do método de propagação de ondas mecânicas (vibração e emissão acústica). Leite pasteurizado puro e padronizado e três substâncias comumente encontradas nos casos de adulteração do leite (peróxido de hidrogênio, ureia e bicarbonato de sódio) foram utilizados para as análises. Foi desenvolvido em impressora 3D um dispositivo para a inserção das amostras de leite a serem analisadas, onde dois diafragmas piezelétricos foram adaptados. O primeiro foi excitado por um sinal chirp com 1 V de amplitude, faixa de frequência desde 0 a 65 kHz com 2 Hz de passo e duração de 1,2 segundo, e concomitantemente o sinal de resposta foi obtido do segundo sensor instalado do lado oposto do atuador com a taxa de aquisição de 250 kHz. Depois de obter os dados, estes foram processados utilizando a técnica cromática, que extrai três características: energia, banda média e largura de banda equivalente, com a finalidade de classificar o leite puro e o leite adulterado através de agrupamentos. Os resultados experimentais indicaram que a metodologia pode diferenciar leite puro das três adulterações estudadas nas concentrações de 0,5% e 1%. Portanto, os resultados relatados neste estudo indicam que diafragmas piezelétricos de baixo custo são promissores na identificação de adulterações no leite bovino.

Milk is a food with high nutritional value and extremely important in the diet especially for pregnant women, children and the elderly. Among the most consumed foods is beef milk, which has been tampered with by various substances around the world for economic reasons, often endangering consumer health. In the control of milk adulteration, sensors applied in the food industry are important tools for quality control. Currently, commercially available analyzes for possible milk adulteration are costly and/or time consuming, due to the need for laboratory environment and use of high value equipment. Thus, is of utmost important to develop methodologies and screening sensors for the identification of milk adulteration that are economically viable and easy to access and use. To this end, this study used piezoelectric transducer diaphragms to implement a methodology which identify milk adulterations through the mechanical wave propagation method (vibration and acoustic emission). Pure and standardized pasteurized milk and three substances commonly found in cases of milk adulteration (hydrogen peroxide, urea and sodium bicarbonate) were used for the analyzes. A device was developed in 3D printer for the insertion of milk samples to be analyzed, where two piezoelectric diaphragms were adapted. The first was excited by a chirp signal with 1 V of amplitude and a frequency band from 0 to 65 kHz with 2 Hz pitch and 1.2 second duration, and concomitantly acquired the response signal of the second sensor installed in the opposite side of the actuator with a rate of 250 kHz. After acquiring data, these were processed using chromatic technique, which extracts three features: energy, average band and equivalent bandwidth, in order to classify the raw and the adulterated milk through clustering. The experimental results indicated that the methodology can differentiate raw milk from the three adulterations studied at concentrations of 0.5% and 1%. Therefore, the results reported in this study indicate that low-cost piezoelectric diaphragms are promising in identifying adulteration in beef milk.