El mercado de nutrición y producción animal está experimentando un momento interesante. Por un lado, existe una creciente demanda nacional e internacional de productos brasileños, una población en aumento con ingresos constantes y altas expectativas de crecimiento, y nuevas tecnologías que aumentan la productividad y la eficiencia en el uso de costos y recursos. Por otro lado, dos años de pandemia y el conflicto en Ucrania han llevado a las empresas del sector a enfrentar escasez de materias primas, altos precios de las materias primas agrícolas, obstáculos logísticos, fluctuaciones en el tipo de cambio y la alta inflación, lo que ha llevado al mercado de consumo a reconsiderar algunos de sus hábitos de consumo.
Todos estos desafíos han tenido un impacto significativo en el aumento de los costos de producción, impulsados principalmente por granos como trigo, soja y maíz, que son fundamentales para la composición de los alimentos y piensos animales. En este momento de presión sobre los costos, la competitividad entre las empresas del sector es intensa, con márgenes cada vez más estrechos; la mayoría compite por reducir los centavos por tonelada producida.
En este escenario, la búsqueda de estrategias que mejoren la eficiencia del proceso de producción, optimicen el uso de los recursos disponibles y reduzcan los costos (ya sea aumentando el rendimiento animal mediante una mejor eficiencia alimentaria o reduciendo los costos de producción de materias primas) se ha vuelto aún más relevante. Como hemos visto en artículos anteriores, hay varias formas de lograr esto, desde el uso de premezclas, aditivos y soluciones nutricionales específicas para mejorar los objetivos de rendimiento, hasta un mayor enfoque en el proceso de formulación y reformulación de productos.
Hoy, hablaremos un poco sobre tecnologías que, aunque no son tan nuevas, se han vuelto más accesibles con el tiempo y tienen un impacto significativo en la nutrición y producción animal. En particular, hablaremos sobre una tecnología que ofrece métodos analíticos que se pueden utilizar para tomar decisiones más rápidas y reducir la variabilidad y las desviaciones que afectan las especificaciones del producto, lo que a su vez puede generar ahorros significativos y permitir ofrecer productos de calidad constante a los clientes. Hablaremos sobre la tecnología NIRS, que tiene un enorme potencial para mejorar el monitoreo y control de los procesos relacionados con la producción de alimentos para animales en las fábricas.
La tecnología NIRS tiene una amplia variedad de aplicaciones y se utiliza a gran escala para analizar alimentos de diferentes orígenes: cereales y sus derivados, semillas, productos acabados y premezclas, ingredientes de origen animal, líquidos, granulados, polvos, entre otros. Por supuesto, no vamos a explicar aquí todos los principios de emisión de radiación electromagnética, quimiometría y ciencia de datos, sino que nos centraremos en el concepto principal, su aplicación en la industria y cómo los formuladores pueden beneficiarse de sus datos.
¿Qué es la tecnología NIRS?
En resumen, el NIR (Near Infrared Reflectance en inglés) es una tecnología rápida y de alta precisión que utiliza el principio natural de emisión de radiación electromagnética para llevar a cabo análisis de la composición química de alimentos y otras muestras orgánicas (e incluso algunas inorgánicas). Es una tecnología de espectroscopía vibracional que utiliza la energía de los fotones en el rango espectral de 750 nanómetros (nm) a 2500 nm para medir la interacción de la radiación electromagnética con los movimientos de vibración de un sistema molecular, y así medir su interacción con la materia.
Al utilizar el NIR, la onda electromagnética producida por equipos que utilizan esta tecnología es parcialmente absorbida y reflejada por la muestra del material que se está analizando. Los compuestos orgánicos presentes en la muestra absorben esta energía, que se convierte en vibraciones de las uniones moleculares. A partir de ese momento, la radiación no absorbida, es decir, la reflejada, se analiza y cuantifica.
El principio básico de funcionamiento del NIR se puede definir como sigue:
- La luz del NIR se dirige hacia la muestra.
- La luz se modifica de acuerdo con la composición del elemento analizado.
- La luz modificada se detecta a través de su transmisión y flujo reflejado (reflectancia).
- El espectro modificado, medido por diferencias entre la cantidad de luz emitida por el NIR y la cantidad de luz reflejada por la muestra, se convierte en información que cuantifica la composición de los elementos de la muestra que está siendo analizada.
Este proceso de conversión de la luz para la determinación de los componentes también incluye uno de los puntos clave del NIR: los métodos estadísticos y matemáticos que procesan los datos para obtener los resultados, incluyendo la modelización de datos químicos. Estos modelos se traducen en las famosas curvas de calibración del NIR, que son modelos matemáticos que generan ecuaciones que deben representar muy bien (es decir, ser estadísticamente relevantes) la predicción de un determinado elemento químico para cada componente de la muestra.
Las variables se estudian constantemente y se relacionan con los datos espectrales y de referencia (un proceso conocido como quimiometría) y se combinan mediante regresiones multilíneas. A partir de ahí, las ecuaciones de determinación se someten a pruebas de significancia para determinar el coeficiente de determinación (que en estadística llamamos R²) obtenido en las etapas de validación y calibración. Es importante recordar un importante concepto estadístico: R² expresará la cantidad de variabilidad de los datos; por lo tanto, cuanto mayor sea R², mejor se ajustará la ecuación de determinación a la muestra y mejores serán los planes de calibración del equipo que se está utilizando.
Es evidente que hay otros aspectos a tener en cuenta en este proceso de calibración, como el error estándar del método, la desviación estándar de la población de la muestra, la diversidad de composiciones de la muestra y las alteraciones de las condiciones externas que pueden afectar la medición de los resultados, entre otros. Por esta razón, este proceso de calibración es tan relevante para la precisión de los instrumentos. Muchas empresas, como AB Vista,
Adisseo y Evonik cuentan con plataformas que leen los datos del NIR con curvas de calibración y ecuaciones de determinación en una base de datos propia. Esta aproximación se vuelve interesante para reducir la variabilidad de datos y lograr una mayor relevancia analítica en la determinación de los resultados de composición química, lo que permite una correlación más precisa con la información obtenida mediante análisis húmedos y evaluaciones espectrales. De esta manera, se mejora la precisión de los resultados y se optimiza el proceso de análisis de los componentes de las muestras analizadas.
Tipos de equipos y beneficios del NIR
Existen diversos modelos, de diversas marcas, que utilizarán diferentes métodos analíticos (o predicciones de composición, tanto tradicionales como no tradicionales). Sin embargo, vamos a hablar un poco más sobre los 3 tipos de equipos más comunes tanto en productores rurales y pecuarios, como en la industria de nutrición animal y humana hoy en día: el NIR en línea, de banco y los portátiles.
Comenzando por el último, el NIR portátil está ganando cada vez más espacio, principalmente en el uso en campo, por parte de productores rurales, veterinarios y criadores, por ejemplo. Muchos equipos ya vienen precalibrados y son excelentes herramientas para análisis rápidos de materias primas como silaje y pasto. Suelen no requerir una preparación compleja de la muestra y proporcionan resultados confiables en pocos minutos. La gran desventaja es que la banda espectral con la que trabajan es más pequeña, lo que limita los planes de calibración y análisis embarcados.
Para fábricas medianas, en crecimiento e incluso para grandes organizaciones, sin duda el NIR más utilizado es el de banco. El concepto del NIR de banco es similar al portátil (y será igual al que mencionaremos más adelante, el NIR en línea). La gran diferencia es que trabaja con una resolución y rango espectral mayor, llegando hasta 2500 nm. Suele estar en la bancada del laboratorio de análisis químicos, recibiendo muestras de insumos y productos acabados para análisis exactos y robustos. Así, en teoría, la precisión de los resultados obtenidos en el NIR de banco será mayor y tendrá una mayor capacidad de predicción. Por otro lado, el NIR de banco es un instrumento más costoso y, además, está restringido a recibir muestras en el laboratorio donde se encuentra.
Por último, una de las grandes tendencias dentro del proceso de predicción analítica es el NIR en línea, que se instala directamente en la línea de producción del proceso, ya sea en la mezcladora, en la cinta de pesaje o en la salida del silo, para realizar mediciones continuas de los insumos utilizados con frecuencia. Este enfoque proporciona al formulador una imagen mucho más precisa de las fluctuaciones y variabilidades del proceso, lo que trae beneficios como:
- Tendencias de variaciones nutricionales
- Curvas de calibración con poblaciones de muestra más grandes
- Analizador de materias primas en tiempo real, lo que permite la calificación de proveedores y una inspección de insumos más eficiente y en menos tiempo.
- Reducción de las diferencias en los niveles de garantía entre el producto formulado y el producto producido.
- Toma de decisiones más inteligentes y rápidas con respecto a los niveles de composición de materia prima para raciones, con datos generados por los análisis que abastecerán al formulador en el mismo momento en que se está produciendo el producto.
De hecho, es un equipo que requiere una inversión más alta y demanda un proceso de implementación más personalizado para cada empresa y proceso. Sin embargo, suele ofrecer un rápido retorno de la inversión debido a las posibilidades de análisis de datos y ahorro de costos que aporta al proceso productivo.
Aunque es un equipo nuevo y aún con una inversión elevada, siempre es importante recordar la famosa Ley de Moore: la tecnología duplica la capacidad de procesamiento cada 18 meses al mismo precio que se pagó hoy. Es decir, en todas las áreas de la tecnología, ocurren tres cosas: la digitalización de los procesos, el crecimiento exponencial del rendimiento y la disminución del precio al mismo tiempo que aumenta la escala de uso.
Observamos que muchas de las empresas que utilizan el NIR aún no conocen todo el potencial de la herramienta y la inversión realizada, y muchas veces solo la utilizan para medir y controlar analíticamente los insumos (lo cual es esencial) dentro del laboratorio, pero con datos que no trascienden más allá de este. Es importante recordar que la calidad moderna es estratégica, colaborativa y forma parte de una cultura que involucra diferentes áreas y agentes (por lo que la participación de la empresa de arriba hacia abajo es crucial). Previo mencionamos cómo la calidad y la formulación (solo como ejemplo) están conectadas. Dentro de este mismo contexto, y ampliando el alcance del trabajo del formulador, sabemos que la formulación se comunicará con compras para la calificación de proveedores, con producción para una planificación y control de la producción más efectiva, con calidad para el análisis de variabilidad y así sucesivamente.
Por lo tanto, el gran desafío para las empresas no es solo utilizar el NIR para generar los datos necesarios para el monitoreo de los parámetros de seguridad físico-químicos y el desarrollo de una calibración consistente y regular, ya que esto es esencial. Sino también, a partir de un conjunto de datos estructurados, permitir que la toma de decisiones entre varias áreas de la empresa sea cada vez más estratégica y que brinde una visión integrada del impacto de estos datos en las diferentes actividades. En resumen: la tecnología NIRS se está convirtiendo en una herramienta de gestión dentro de las empresas para una toma de decisiones inteligente y en tiempo real.
Aplicación en la industria de nutrición animal
Las tecnologías NIRS y los equipos que utilizan esta técnica no son novedad en la industria de nutrición y producción animal; por el contrario, se han utilizado durante décadas para determinar parámetros bromatológicos como proteína, humedad, extracto etéreo, entre otros. Lo que se observa en la industria más recientemente es la popularización de estos equipos, es decir, herramientas cada vez más accesibles que ofrecen resultados inmediatos tanto en el control de parámetros de validación como en la calificación de proveedores de materia prima.
Además de aplicarse en otros tipos de análisis, como micotoxinas, esta metodología no requiere un tratamiento complejo de muestreo y preparación, se puede utilizar en muestras sólidas, líquidas, pastosas y granulares, y los resultados se obtienen en cuestión de minutos (si no segundos), sin generar residuos adicionales, lo que la convierte en un proceso más sostenible. Asimismo, con la popularización de herramientas de gestión de resultados y predicción de análisis, como Labinfy, que permite un control completo de los resultados analíticos e inferencias estadísticas basadas en los resultados de NIRS, las empresas pueden realizar análisis de datos más completos, rápidos y potentes.
Desde la perspectiva del sector en su conjunto, el aumento del uso de la tecnología NIRS por parte de cada vez más empresas para analizar ingredientes y/o productos terminados con el fin de conocer sus constituyentes básicos y contaminantes tiene un impacto importante: eleva el estándar de calidad exigido y entregado de las materias primas, con una menor variabilidad y una mejor trazabilidad, impulsando así la cultura del uso de datos para la elaboración de estrategias y resultados más confiables.
El impacto en la formulación de alimentos balanceados
Para los formuladores y equipos de desarrollo de productos, el NIR se convierte en un gran aliado. Observamos el uso de esta tecnología en todo tipo de empresas de piensos, desde fabricantes de premix, piensos comerciales, suplementos, granos y commodities, hasta la industria de alimentos humanos, como productos lácteos, jarabe de helado y achocolatados. Sea cual sea el propósito de uso, el gran impacto del NIR en la formulación es permitir una mayor precisión y reducir la diferencia entre el producto formulado y el producido, además de facilitar el monitoreo más rápido de los parámetros de seguridad y calidad de los ingredientes.
Como vimos en artículos anteriores, los datos del NIR ayudan a adoptar una nutrición y formulación de precisión cada vez más eficiente, impulsando el uso estratégico de datos para descubrir brechas, oportunidades e ideas. Al observar una gran discrepancia en el resultado encontrado de un determinado componente nutricional en comparación con el promedio, el formulador puede ajustar sus matrices nutricionales y cambiar sus coeficientes de seguridad, asegurando así que la formulación de los productos sea la más adecuada. Al adecuar las matrices nutricionales con la información correcta, la optimización de la formulación puede equilibrar los requerimientos nutricionales de manera más ajustada a la realidad y brindar un rendimiento financiero y una performance animal superiores.
Las técnicas más modernas de NIR permiten realizar análisis en la propia línea de producción de su producto, es decir, podrá actualizar sus matrices nutricionales y reformular sus productos al instante. Sin duda, el impacto que esto tiene en las empresas, ya sea financiero o productivo, es enorme, llevando la formulación de precisión a niveles máximos. Formular con la matriz del ingrediente que entra en el mezclador o sale del silo, ya ajustado por la desviación estándar y las medias de poblaciones de muestras pasadas, es permitir que la formulación entregue cálculos de baja variabilidad y con un costo aún menor; esto sin mencionar el beneficio de la nutrición de precisión para satisfacer los requerimientos nutricionales de los animales.
Independientemente del equipo y del tipo de empresa, destacamos 4 puntos a tener en cuenta para formuladores y calidad al utilizar el NIR como ayuda en la formulación:
- Consulte con el laboratorio los resultados del NIR y compárelos con buenos resultados analíticos inferidos por métodos de referencia convencionales y químicos húmedos, para asegurarse de que los resultados encontrados siempre sean confiables.
- Implemente una rutina analítica colaborativa con otras áreas de la empresa, es decir, permita que las áreas tengan acceso a los datos que impactan en los resultados de la empresa en su conjunto.
- Revise periódicamente sus matrices nutricionales para asegurarse de que los valores registrados estén siempre actualizados y adecuados a los estándares y proveedores utilizados en la producción.
Evidentemente, hay otros puntos a los que hay que prestar atención, desde el proceso de muestreo, actividades de laboratorio que respeten los parámetros y programas de autocontrol, hasta calibraciones regulares y mantenimiento de los equipos. Estos son solo algunos consejos prácticos de los cuales los formuladores pueden beneficiarse al utilizar el NIR y acercarse cada vez más a los laboratorios y áreas de calidad.
Cada día vemos más empresas adoptando e implementando la tecnología NIRS para apoyar los procesos y registros de los parámetros de verificación previstos en sus controles de calidad. Como hemos visto, no es una tecnología nueva, pero ha experimentado un crecimiento importante impulsado por los avances en modelos matemáticos y científicos que permiten una capacidad de detección de valores nutricionales cada vez más precisa y rápida. Y como toda tecnología que escala, la tendencia es que haya nuevos equipos y proveedores en el mercado y que los precios sean cada vez más accesibles.
Hoy en día, vemos a muchos formuladores y nutricionistas que consideran al NIR como un aliado importante para lograr de manera más eficiente los objetivos de la empresa y obtener resultados reales en la producción. Ya sea analizando ingredientes para determinar si los niveles evaluados están de acuerdo con los informados por el proveedor, para actualizar sus matrices nutricionales o incluso para evaluar los niveles de garantía del producto producido, el NIR está brindando grandes facilidades a las empresas, haciéndolas más competitivas y con productos de mayor calidad.
Sin embargo, todavía vemos que hay oportunidades gigantescas con el NIR. El proceso de expandir el uso de estos equipos y actualizar las tecnologías de laboratorios propios posibilita resultados más rápidos para decisiones cada vez más acertadas. Con análisis rápidos y continuos, la tendencia es que las empresas puedan adaptarse más rápidamente y, en consecuencia, aumentar su productividad operativa y competitividad en el sector.
La formulación y nutrición de precisión están cada vez más al alcance de empresas de diferentes tipos y tamaños. Y sin duda, la tecnología NIRS será una gran herramienta para ello.
