כאן, אנו מציגים פרוטוקול המבוסס על מערכת ראייה ממוחשבת (CVS) כדי לקבוע את התנהגות ההמסה של מערכות מזון רב פאזיות.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
כאן, אנו מציגים פרוטוקול המבוסס על מערכת ראייה ממוחשבת (CVS) כדי לקבוע את התנהגות ההמסה של מערכות מזון רב פאזיות.
התנהגות המסה היא אחד ממדדי האיכות החשובים ביותר של גלידה. זה מוערך בדרך כלל על ידי שיטות גרבימטריות ומתבטא במונחים של זמן התחלה וקצב התכה. עם זאת, ההיבט של גלידה במהלך המסה חשוב גם כי שימור צורה קשורה למבנה טוב של המוצר. הפרוטוקול המוצע כאן מדגים מערכת ראייה ממוחשבת (CVS) שניתן להשתמש בה כדי לתמוך במתודולוגיית הכבידה הקיימת כבר לחישוב שני מדדי התכה חדשים הקשורים לשימור צורה וקצב התכה. תמונות של גלידה במהלך המסה נלקחים כל 15 דקות במשך סך של 90 דקות. לאחר מכן, תמונות דיגיטליות משוכללות באמצעות שיטת עיבוד תמונה שפותחה בכוונה תחילה כדי לחשב את שטח הגלידה, גובהה ורוחבה. היחס בין גובה לרוחב בכל זמן התכה, המכונה היחס בזמן 0 (Rt/R0), הוא מדד לשימור הצורה של הגלידה, בעוד שהאזור בזמני ההתכה השונים המתייחסים לאזור בזמן 0 (At/A0) קשור לקצב ההתכה. מערכת ראייה ממוחשבת זו מאפשרת קבלת תוצאות רגישות ואמינות ביותר, וניתן ליישם אותה לא רק על גלידה אלא גם על מטריצות מזון שונות, כגון קצפת חלב או חלבון ביצה.
גלידה היא מערכת רב-שלבית שבה פאזות נוזליות, מוצקות וגזיות מחוברות בקפידה. הפאזה הנוזלית הרציפה עוטפת בועות אוויר וגבישי קרח, והיא מכילה שומנים מגובשים חלקית, חלבונים קולואידים, מלחים, סוכרים (שבסופו של דבר התגבשו) ומייצבים. הרכב הגלידה משתנה בהתאם לבקשות השוק המקומי ולתקנות אפשריות. למרות שטכנולוגיית העיבוד משפיעה על מאפייני הגלידה הסופית, כל מרכיב ממלא תפקיד חשוב בהגדרת איכות המוצר1. התנהגות המסה היא אחד ממדדי האיכות החשובים ביותר של גלידה, בהתחשב בתופעות המתרחשות הן במהלך הצריכה והן בפה. עם חדירת החום לתוך הגלידה, גבישי קרח נמסים, ומים מתפזרים ומתערבבים עם שלב הסרום, אשר יכול להתנקז דרך המבנה הנותר2. מוצר שנמס במהירות אינו רצוי לאכילה נוחה, אך גם להבטחת עמידות גבוהה יותר בפני הלם חום. עם זאת, מוצרים איטי התכה גם להצביע על כמה פגמים ניסוח1. ידוע כי מיקרו-מבנה גלידה אחראי לתכונות ההתכה3, אך עד כה פורסמו תוצאות מנוגדות, המראות כי הידע על השפעת גורמים מיקרו-מבניים על המסה עדיין מוגבל4. לפיכך, נדרשים מחקרים נוספים כדי להבהיר את מנגנון ההתכה, שהוא חיוני גם בתכנון ניסוחים חדשים3.
התנהגות ההתכה מוערכת בדרך כלל בשיטות גרבימטריות ומתבטאת במונחים של זמן התחלה וקצב התכה5. מנה נתונה של גלידה מונחת על רשת תיל בארון טמפרטורה מבוקרת, ומשקל המוצר המומס נרשם. מעקומת זמן המשקל ניתן להדגיש שלושה שלבים: שלב הפיגור שבמהלכו מתרחשת חדירת חום, שלב ההתכה המהירה עם שלב הסרום המדולל הזורם במבנה הגלידה בקצב המקסימלי, והשלב הנייח, בו רוב המוצר טפטףהחוצה 2.
בשיטה הגרבימטרית ניתן לזהות מוצרים בהתכה איטית ומהירה; עם זאת, גם ההיבט של גלידה במהלך ההתכה חשוב, מכיוון ששימור הצורה קשור להרכב ומבנה טובים של המוצר6. לפיכך, הליך המבוסס על מערכת ראייה ממוחשבת (CVS) יכול לתמוך במתודולוגיית הכבידה הקיימת כבר בכך שהוא מאפשר ללמוד את מראה המוצר במהלך ההמסה. CVS יכול לרכוש תכונות מזון רבות3 (למשל, גודל, משקל, צורה, מרקם וצבע) עם פרטים מדויקים שאינם ניתנים לצפייה על ידי העין האנושית. מערכות כאלה עשויות בדרך כלל ממצלמות דיגיטליות ותוכנות עיבוד תמונה7. ואכן, פרוטוקול המבוסס על CVS כולל שני שלבים עיקריים: 1) רכישת תמונה 2) עיבוד תמונה. ניתן ליישם רמות שונות של עיבוד תמונה7, מהפשוטות ביותר ועד המורכבות יותר, כגון שיטות למידה עמוקה לפיתוח בינה מלאכותית 8,9. תשומת לב רבה הוקדשה לאחרונה ל- CVS בתחום המזון, ומספר רב של יישומים פותחו לבדיקת בטיחות מזון, ניטור עיבוד מזון, זיהוי עצמים זרים ותחומים אחרים. הם מהירים, יעילים ולא הרסניים, ובכך מייצגים כלים תקפים לספק לצרכנים מזון בטוח באיכות גבוהה10.
בתחום הגלידה, הוצעה שיטת ניתוח תמונה לחקר התגבשות מחדש של קרח על ידי מיקרוסקופ אופטי11. לאחרונה, תמונות טומוגרפיה ממוחשבת רנטגן עובדו כדי לנתח את המיקרו-מבנה התלת-ממדי של חומרים נקבוביים רכים, כולל גלידה3. עם זאת, ההרחבה של תמונות דיגיטליות פשוטות של Charge Coupled Device (CCD) יכולה להציג מספר יתרונות מבחינת קלות הרכישה ועיבוד היבט הגלידה כפי שהוא נתפס על ידי הצרכנים. חלק מהמחברים מראים תמונות של גלידה במהלך המסה12, אך למיטב ידיעתנו, הפקת מדדים מספריים מהתמונות דווחה לראשונה על ידי מוריאנו ואלמפרזה13.
לכן, הפרוטוקול המוצע כאן, המבוסס על עבודתם של מוריאנו ואלמפרזה13, ממחיש CVS פשוט שניתן ליישם כדי לתמוך במתודולוגיית הכבידה הקיימת כבר לחקר התנהגות המסת גלידה. דיאגרמת בלוקים של השיטה המוצעת מודגמת באיור 1. השימוש במערכת כזו מאפשר חישוב של שני מדדי התכה הקשורים לשימור צורה וקצב ההתכה. בפרט, המאמר מתאר לראשונה את ההגדרה הניסויית המפורטת ואת ההליך לרכישת תמונה דיגיטלית במהלך התכת גלידה ואת שלבי עיבוד התמונה. חוץ מזה, התוצאות המתקבלות מגלידות המיוצרות עם ממתיקים שונים (כלומר, סוכרוז, סוכרומלט ואריתריטול) מדווחות כדי להראות את הפוטנציאל של השיטה.

איור 1: דיאגרמת בלוקים של המתודולוגיות המוצעות. סיכום השלבים הכלליים למערכת הראייה הממוחשבת המוצעת והשיטה הכבידתית לחקר התנהגות המסת גלידה. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. מערך ניסויי ונהלים לניסויי התכה

איור 2: הגדרת בדיקת התכה. האיור מראה כיצד להגדיר את ניסוי ההתכה בארון התרמוסטטי: שים גליל זכוכית מדורג על סולם דיגיטלי כדי לאסוף ולשקול את הגלידה המומסת. דגימת הגלידה מונחת על רשת תיל מתכת על משפך התלוי מעל הצילינדר. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
2. עיבוד תמונה לחישוב אינדקסים מתיך
(1)
(2)
(3)איור משלים 1: כיול מרחבי של תמונה. (א) עבור לחלון מדוד > כיול > מרחבי של תוכנת ניתוח התמונה. בחר חדש ולאחר מכן סמן תמונה בדגל כדי לפתוח את חלון שינוי קנה המידה . אורך הייחוס ביחידה להמרת פיקסלים (לדוגמה, מילימטרים) מצוין. (B) חפפו בזהירות את הפס הירוק עם חלק ההפניה המתאים לאורך שצוין ולחצו על הלחצן 'אשר'. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
איור משלים 2: חיתוך AOI והמרתו לגווני אפור. (A) המרה של תחום העניין (AOI) לגווני אפור ו-(B) התמונה המתקבלת. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
תרשים משלים 3: בחירת הפרמטרים שיימדדו. בחלון Select Measurement ניתן לבחור את הפרמטרים שיש למדוד; להערכת המסת הגלידה, יש לבחור שטח, רוחב קופסה וגובה קופסה. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
תרשים משלים 4: פילוח מדגם הגלידה. בחלון "סגמנטציה" ניתן לבחור את טווחי ההיסטוגרמה שייחשבו כמכסים בדיוק את שטח צורת הגלידה. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
איור משלים 5: סינון אובייקטים והפונקציה Count. הקווים האדומים מדגישים את העצמים הבהירים המזוהים. על ידי החלת פונקציית הספירה ופתיחת החלון "תצוגה, נתוני מדידה", יוצגו תוצאות הפרמטרים שנבחרו (A). כדי לסנן רק את צורת הגלידה, ניתן לבחור טווח שטח מינימלי ומקסימלי בחלון "בחר מדידה", ובכך לספור רק את הפרמטרים של אובייקט אחד (B). אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.
תרשים משלים 6: Shape retentionindex (R). גובה התיבה (Ht, קו מקווקו אדום) ורוחב התיבה (Wt, קו שחור מלא) המשמשים לחישוב אינדקס שמירת הצורה (R) מוצגים. אנא לחץ כאן כדי להוריד קובץ זה.

איור 3: עקומות שמירת צורה ושטח. דוגמה לצורת גלידה (A) ועקומות שימור שטח (B), שבהן הערכים הממוצעים Rt/R0 ו- At/A0 משורטטים לאורך זמן; קווי שגיאה תואמים לערכי סטיית התקן המתקבלים על ידי הניתוח המשוכפל. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
3. פירוט נתונים גרבימטריים
(4)
(5)
איור 4: עקומה גרווימטרית. דוגמה לעקומת המסת גלידה המתקבלת בשיטה הכבידתית. העקומה המקורית מוצגת באדום; סדרת הנתונים שנבחרה בחלק הליניארי מוצגת בירוק; קו הרגרסיה המחושב מוצג בנקודות שחורות. המשוואה ומקדם הקביעה (R2) של קו הרגרסיה מוצגים גם הם. אנא לחץ כאן כדי להציג גרסה גדולה יותר של איור זה.
הערה: כדי לקבל תוצאות אמינות לניתוח סטטיסטי, שכפל את כל הליך ההתכה של ניסוי התכה ועיבוד תמונה לפחות שלוש פעמים עבור כל דגימה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
כדוגמה לתפוקות CVS המוצעות, מוצגות תוצאות של ניתוחי התכה עבור שלוש פורמולציות גלידה שונות, בהשוואה לנתונים שהתקבלו מהשיטה הגרבימטרית. בפרט, התנהגות ההמסה של גלידות המיוצרות עם ממתיקים שונים (כלומר, סוכרוז, סוכרומלט ואריתריטול) נחקרה.
טבלה 1 ואיור 5A מציגים את התוצאות של מדד שימור הצורה (Rt/R0) עבור שלוש דגימות הגלידה במהלך ההמסה. שימור צורה דומה נצפה עבור כל הדגימות עד 45 דקות; לאחר מכן, הדגימה שנעשתה עם סוכרוז איבדה את צורתה...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
CVS המוצע מאפשר חישוב של מדדי שימור הצורה והשטח של דגימות גלידה במהלך ההמסה, מלבד הדמיה של תהליך ההמסה. זה יכול להיות בשילוב עם השיטה הכבידתית המסורתית מיושמת כדי להעריך את התנהגות ההמסה של גלידה5, כדי להשיג תוצאות הקשורות להיבט של הגלידה. זה מאוד חשוב כי הצרכנים מעריכים את איכותו גם על בסיס המראה החזותי של המוצר, ואת היכולת לשמור על הצורה במהלך המסה קשורה הרכב ומבנה של גלידה 1,3. היישום של מערכת זו בתעשיות המזון יכול לשפר את בקרת האיכות, ...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| קבינט | קוואלו s.r.l. | FTX700 | מיקום למבחן ההיתוך |
| מצלמה דיגיטלית | Sony Group Corp | DSC-S650 | |
| משקל דיגיטלי | Gibertini Elettronica | EU-C 4002 LCD | |
| ImagePro Plus 7.0 | Media Cybernetics, Inc | N/A | תוכנה לניתוח תמונות |
| Microsoft Excel | Microsoft | N/A | נתונים ועיבוד גרפי |
| Scalecom | Gibertini Elettronica | N/A | רכישת תוכנה בקנה מידה דיגיטלי |
| חצובה | Manfratto | #055 |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.