Name: Komputerowy system wizyjny do oceny topnienia lodów (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-10-04T12:40:00.000+00:00
Duration: 8 min 2 s
Description: Poznaj metodę analizy topnienia lodów za pomocą systemu wizyjnego CVS, która pozwala precyzyjnie ocenić zmiany kształtu i wielkości próbek. To podejście jest bardziej czułe niż tradycyjne metody wagowe.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

​1. Układ doświadczalny i procedury dla prób topnienia
<ol>
	<li>Przygotowanie próbki lodów
	<ol>
		<li>Wybrać przezroczyste kubeczki o stałej objętości i kształcie, wyposażone w pokrywki. Wyciąć dwa długie paski papieru do pieczenia o szerokości około 2 cm i przytwierdzić je za pomocą taśmy papierowej do wewnętrznych ścianek kubeczka tak, aby tworzyły krzyż na dnie. Zacząć napełniać kubeczek próbką lodów, używając szpatułki. 
		UWAGA: Przed rozpoczęciem należy upewnić się, że lody mają temperaturę w zakresie od -7 °C do -12 °C, aby można było je rozprowadzić wewnątrz kubeczka. Należy zwrócić uwagę, aby podczas napełniania kubeczka nie powstawały puste przestrzenie, regularnie sprawdzając to przez przezroczystą ściankę kubeczka.</li>
		<li>Po napełnieniu kubeczka delikatnie usunąć nadmiar lodów szpatułką, tworząc gładką i płaską powierzchnię. Zamknąć kubeczek pokrywką i przechowywać próbkę w temperaturze -30 °C przez co najmniej 24 h.</li>
		<li>Przed analizą poddać próbkę kondycjonowaniu w temperaturze -16 °C przez 24 h.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Konfiguracja próby topnienia i akwizycja obrazów
	<ol>
		<li>Ustawić szafę termostatyczną na temperaturę 20 ± 1 °C. Umieścić w szafie wagę cyfrową i podłączyć ją do komputera z oprogramowaniem do rejestracji masy w funkcji czasu.</li>
		<li>Umieścić cylindr miarowy na wadze cyfrowej i wytarować wagę. Nad cylindrem umieścić zawieszony lejek, który pomoże w zbieraniu roztopionych lodów. Układ próby topnienia przedstawiono na Rysunku 2. 
		UWAGA: Lejek powinien być zawieszony nad cylindrem, aby uniknąć przekroczenia zakresu pomiarowego wagi cyfrowej. Aby zapobiec niestabilności lejka podczas pozycjonowania próbki na początku analizy, należy przymocować go do półki szafy nad cylindrem.</li>
		<li>Ustawić aparat na statywie przed drzwiami szafy na określonej wysokości i odległości, aby uzyskać najbardziej wiarygodne kadrowanie próbki. 
		UWAGA: Należy upewnić się, że aparat jest dobrze wyrównany z próbką lodów, aby uniknąć błędów paralaksy podczas przetwarzania obrazu.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Próba topnienia
	<ol>
		<li>Przygotować metalowy ekran z siatki wyposażony w wzorzec rozmiaru. Wyjąć kubeczek z lodami z zamrażarki, zdjąć pokrywkę i zacząć delikatnie wsuwać szpatułkę między lody a ścianki kubeczka, aby oddzielić próbkę od pojemnika. 
		UWAGA: Kubeczek z lodami należy wyjąć z zamrażarki dopiero po zakończeniu poprzednich etapów (do kroku 1.2.3), aby uniknąć przedwczesnego topnienia przed rejestracją danych.</li>
		<li>Podczas oddzielania próbki lodów od ścianek kubeczka należy pozostawić papier do pieczenia przyklejony do powierzchni lodów.</li>
		<li>Gdy cała próbka lodów zostanie oddzielona od ścianek kubeczka, delikatnie pociągnąć za końce papieru do pieczenia, aby wyciągnąć lody i położyć je na metalowym ekranie z siatki wraz z paskami papieru. Następnie ostrożnie usunąć paski papieru do pieczenia z powierzchni lodów. 
		UWAGA: Należy uważać, aby nie zmienić kształtu lodów podczas wykonywania kroków 1.3.1–1.3.3.</li>
		<li>Umieścić metalowy ekran z siatką wraz z próbką lodów na lejku w szafie. Za pomocą aparatu cyfrowego na statywie wykonać pierwsze zdjęcie (t0) próbki lodów przy otwartych drzwiach szafy, pamiętając o uchwyceniu wzorca rozmiaru. Zamknąć drzwi szafy i rozpocząć rejestrację danych grawimetrycznych w każdej minucie za pomocą oprogramowania podłączonego do wagi. 
		UWAGA: Nie używać lampy błyskowej, aby uniknąć cieni na obrazie, oraz zastosować bardzo kontrastowe tło w celu poprawy segmentacji lodów. Sprawdzić ostrość wykonanego zdjęcia; jeśli obraz jest nieostry, natychmiast wykonać nową fotografię.</li>
		<li>Rejestrować dane grawimetryczne przez 90 min (jeden pomiar na minutę) i wykonywać zdjęcie próbki lodów (zgodnie z krokiem 1.3.4) co 15 min (łącznie 7 zdjęć).</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
<img alt="Schemat równowagi statycznej; próbka na lejku z drucianej siatki; szklany cylinder na wadze cyfrowej; pomiar masy." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66114/66114fig02.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rycina 2"> 
Rycina 2: Układ do testu topnienia. Na rysunku przedstawiono sposób przygotowania próby topnienia w szafie termostatycznej: na wadze cyfrowej ustawiono miarkowany cylinder szklany w celu zbierania i ważenia roztopionych lodów. Próbkę lodów umieszczono na metalowym sitcie z drucianej siatki w lejku zawieszonym nad cylindrem. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66114/66114fig02large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>
2. Przetwarzanie obrazów w celu obliczenia indeksów topnienia
<ol>
	<li>Przetwarzanie obrazów
	<ol>
		<li>Pobrać obrazy cyfrowe z karty pamięci aparatu i zapisać je jako pliki .tiff lub .jpg bez kompresji.</li>
		<li>Użyć poleceń File &gt; Open w oprogramowaniu do analizy obrazu, aby otworzyć zdjęcia lodów. Rozpocząć przetwarzanie pierwszego obrazu (t0), korygując obrót w razie potrzeby (polecenia: Edit &gt; Rotate).</li>
		<li>Użyć punktu odniesienia wielkości nabytego na każdym zdjęciu (patrz kroki 1.3.1. i 1.3.4.), aby przeprowadzić kalibrację przestrzenną obrazu (polecenia: Measure &gt; Calibration &gt; Spatial &gt; Image), przeliczając piksele na milimetry (Supplementary Figure 1).</li>
		<li>Wybrać prostokątny obszar zainteresowania (AOI), obejmujący próbkę lodów i omijający krawędź metalowej siatki (polecenia: Edit &gt; New AOI &gt; Rectangular). Wyciąć AOI i przekonwertować go na skalę szarości (głębokość koloru 8) za pomocą poleceń Edit &gt; Covert to &gt; Grey Scale 8 (Supplementary Figure 2).</li>
		<li>Zastosować filtr Best Fit, który automatycznie dostosowuje jasność i kontrast (polecenia: Enhance &gt; Equalize &gt; Best Fit).</li>
		<li>Przejść do okna Measure &gt; Count/Size w oprogramowaniu i otworzyć okno Measure, aby wybrać następujące parametry: Area, Box Height oraz Box Width. Następnie kliknąć OK, aby zamknąć to okno (Supplementary Figure 3).</li>
		<li>Wybrać pomiar ręczny (flaga Manual w oknie Count/Size) i kliknąć Select Ranges, aby ustawić wartości histogramu umożliwiające dokładną segmentację jasnego kształtu lodów. Zamknąć okno Segmentation (Supplementary Figure 4).</li>
		<li>Kliknąć Count w oknie Count/Size oprogramowania, aby zmierzyć trzy parametry wybrane w kroku 2.1.6. Jeśli policzone zostaną jasne obiekty inne niż próbka lodów, użyć progu powierzchni do odfiltrowania obiektów (polecenia: Measure &gt; Select measurements &gt; Area; dostosować zakresy początkowe i końcowe). Przejrzeć wyniki pomiarów, klikając View &gt; Measurement Data (Supplementary Figure 5). Użyć funkcji File &gt; Data to Clipboard, aby skopiować wyniki pomiarów i wkleić je do arkusza w programie do zarządzania danymi.</li>
		<li>Powtórzyć kroki od 2.1.2 do 2.1.8 dla każdego obrazu zebranego podczas topnienia lodów.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Ocena indeksów topnienia 
	UWAGA: Od tego momentu parametry wielkości zmierzone z obrazów lodów będą oznaczone w następujący sposób: A – powierzchnia; H – wysokość ramki (box height); W – szerokość ramki (box width) (Supplementary Figure 6).
	<ol>
		<li>Wykorzystując dane H i W obliczone w poprzednim kroku 2.1 dla różnych czasów t podczas topnienia (0 min, 15 min, 30 min, 45 min, 75 min i 90 min), obliczyć indeks utrzymania kształtu (Rt) zgodnie z równaniem 1: 
		<img alt="Równanie czynnika utrzymania \( R_t = \frac{H_t}{W_t} \); formuła analizy chromatograficznej." src="/files/ftp_upload/66114/66114eq01.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Equation 1">     (1)</li>
		<li>Zgodnie z równaniem 2 i równaniem 3, odnieść dane R i A obliczone w każdym czasie do odpowiadającego im indeksu w czasie 0 (R0 i A0) i nanieść uzyskane wyniki jako funkcję czasu, jak pokazano na Rysunku 3A, B. Trend At jako funkcja czasu jest powiązany z szybkością topnienia lodów. 
		<img alt="Równanie stosunku oporności elektrycznej \( R_t = \frac{R_t}{R_0} \), stosowane w analizie obwodów." src="/files/ftp_upload/66114/66114eq02.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Equation 2">     (2) 
		<img alt="Równanie równowagi statycznej \(A_t = \frac{A_t}{A_0}\), reprezentacja formuły, analiza naukowa." src="/files/ftp_upload/66114/66114eq03.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Equation 3">     (3)</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
Rycina uzupełniająca 1: Przestrzenna kalibracja obrazu. (A) Przejdź do okna Measure &gt; Calibration &gt; Spatial w oprogramowaniu do analizy obrazu. Wybierz New, a następnie zaznacz Image, aby otworzyć okno Scaling. Wskaż długość referencyjną w jednostce, na którą mają zostać przeliczone piksele (np. milimetry). (B>) Ostrożnie nałóż zielony pasek na fragment referencyjny odpowiadający wskazanej długości i kliknij OK. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66114/Figure%201S.zip" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Rysunek uzupełniający 2: Wycinanie AOI i konwersja na skalę szarości. (A) Konwersja obszaru zainteresowania (AOI) na skalę szarości oraz (B) obraz wynikowy. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66114/Figure%202S.zip" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Rycina uzupełniająca 3: Wybór parametrów do pomiaru. W oknie Select Measurement można wybrać parametry do pomiaru; w przypadku oceny topnienia lodów należy wybrać pole (area), szerokość ramki (box width) oraz wysokość ramki (box height). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66114/Figure%203S.zip" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Rycina uzupełniająca 4: Segmentacja próbki lodów.W oknie „Segmentation” możliwe jest wybranie zakresów histogramu tak, aby objął on dokładnie obszar kształtu lodów. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66114/Figure%204S.zip" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Rysunek uzupełniający 5: Filtrowanie obiektów i funkcja Count.Czerwone linie zaznaczają rozpoznane jasne obiekty. Po zastosowaniu funkcji count i otwarciu okna „View, Measurement data” zostaną wyświetlone wyniki dla wybranych parametrów (A). Aby odfiltrować tylko kształt loda, w oknie „Select Measurement” można wybrać zakres minimalnej i maksymalnej powierzchni, dzięki czemu policzone zostaną parametry tylko jednego obiektu (B). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66114/Figure%205S.zip" target="_blank">Kliknij tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
Rycina uzupełniająca 6: Indeks zachowania kształtu (R). Przedstawiono wysokość pudełka (Ht, czerwona przerywana linia) oraz szerokość pudełka (Wt, czarna ciągła linia) wykorzystywane do obliczenia indeksu zachowania kształtu (R). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66114/Figure%206S.zip" target="_blank">Proszę kliknąć tutaj, aby pobrać ten plik.</a>
<img alt="Rozkład zależny od czasu w metodzie chromatograficznej; wykres A: Rf/R0, B: Af/A0 w funkcji czasu (min)." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66114/66114fig03.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 3"> 
Rysunek 3: Krzywe retencji kształtu i pola. Przykład krzywych retencji kształtu (A) i pola (B) dla lodów, na których naniesiono średnie wartości Rt/R0 oraz At/A0 w funkcji czasu; słupki błędów odpowiadają wartościom odchylenia standardowego uzyskanych w powtórzeniach analizy. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66114/66114fig03large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.</a>
3. Opracowanie danych grawimetrycznych
<ol>
	<li>Po zakończeniu próby topnienia (90 min), zapisz arkusz z masą stopionej próbki (gramy) dla każdej minuty analizy, uzyskany za pomocą oprogramowania połączonego z wagą cyfrową.</li>
	<li>Otwórz arkusz z masą w oprogramowaniu do zarządzania danymi, aby stworzyć wykres masy stopionej (gramy) w funkcji czasu (minuty), uzyskując w ten sposób krzywą topnienia próbki lodów.</li>
	<li>Wybierz dane w liniowej części krzywej topnienia i oblicz linię regresji metodą najmniejszych kwadratów, zapisując równanie 4 oraz współczynnik regresji (R2). 
	<img alt="Równanie liniowe \(y = mx + q\), wzór matematyczny dla wykresu linii w kontekście algebry." src="/files/ftp_upload/66114/66114eq04.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Równanie 4">     (4)</li>
	<li>Wartość nachylenia linii regresji (m) stanowi szybkość topnienia lodów (gramy/minuta). Oblicz czas rozpoczęcia topnienia (ts; minuta) jako punkt przecięcia z osią x (gdy y = 0) w następujący sposób: 
	<img alt="Wzór na równowagę statyczną, \( t_s(min) = \frac{|q|}{m} \), równanie." src="/files/ftp_upload/66114/66114eq05.jpg" style="margin: auto;" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Równanie 5">     (5)</li>
</ol>
<img alt="Wykres analizy szybkości wzrostu; waga względem czasu, regresja liniowa y=2.7995x-53.494, R²=0.9996." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66114/66114fig04.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 4"> 
Rysunek 4: Krzywa grawimetryczna. Przykład krzywej topnienia lodów uzyskanej metodą grawimetryczną. Oryginalna krzywa jest przedstawiona na czerwono; wybrany szereg danych w części liniowej zaznaczono na zielono; wyliczona linia regresji jest przedstawiona czarnymi kropkami. Przedstawiono również równanie oraz współczynnik determinacji (R2) linii regresji. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66114/66114fig04large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tego rysunku.</a>
UWAGA: Aby uzyskać wiarygodne wyniki do analizy statystycznej, należy powtórzyć całą procedurę próby topnienia i przetwarzania obrazów co najmniej trzy razy dla każdej próbki.

Studying Ice Cream Melting Behavior Using a Computer Vision System

<ol><li>Marshall, R. T., Arbuckle, W. S. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aMarshall%2C+RT+%22Ice+Cream%22">Ice Cream</a>. , Chapman and Hall. New York. (1996).</li>
<li>Goff, H. D., Hartel, R. W. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aGoff%2C+HD+%22Ice+Cream%22">Ice Cream</a>. , Springer. Boston. (2013).</li>
<li>Metilli, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Investigating+the+microstructure+of+soft%2C+microporous+matter+with+synchrotron+X-ray+tomography%5BTitle%5D)+AND+%22Materials+Characterization%22%5BJournal%5D)">Investigating the microstructure of soft, microporous matter with synchrotron X-ray tomography.</a> Materials Characterization. 180, 111408(2021).</li>
<li>Liu, X., Sala, G., Scholten, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Structural+and+functional+differences+between+ice+crystal-dominated+and+fat+network-dominated+ice+cream%5BTitle%5D)+AND+%22Food+Hydrocolloids%22%5BJournal%5D)">Structural and functional differences between ice crystal-dominated and fat network-dominated ice cream.</a> Food Hydrocolloids. 138, 108466(2023).</li>
<li>Alamprese, C., Foschino, R., Rossi, M., Pompei, C., Savani, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Survival+of+Lactobacillus+johnsonii+La1+and+influence+of+its+addition+in+retail-manufactured+ice+cream+produced+with+different+sugar+and+fat+concentrations%5BTitle%5D)+AND+%22International+Dairy+Journal%22%5BJournal%5D)">Survival of Lactobacillus johnsonii La1 and influence of its addition in retail-manufactured ice cream produced with different sugar and fat concentrations.</a> International Dairy Journal. 12 (2-3), 201-208 (2002).</li>
<li>Alamprese, C., Foschino, R. Technology and Stability of Probiotic and Prebiotic Ice Cream. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aAlamprese%2C+C+%22Probiotic+and+Prebiotic+Foods%3A+Technology%2C+Stability+and+Benefits+to+Human+Health%22">Probiotic and Prebiotic Foods: Technology, Stability and Benefits to Human Health</a>. , Nova Science Publishers, Inc. Hauppauge, NY. Chapter 11 (2011).</li>
<li>Golnabi, H., Asadpour, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Design+and+application+of+industrial+machine+vision+systems%5BTitle%5D)+AND+%22Robotics+and+Computer-Integrated+Manufacturing%22%5BJournal%5D)">Design and application of industrial machine vision systems.</a> Robotics and Computer-Integrated Manufacturing. 23 (6), 630-637 (2007).</li>
<li>Patel, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((DBGC%3A+Dimension-based+generic+convolution+block+for+object+recognition%5BTitle%5D)+AND+%22Sensors%22%5BJournal%5D)">DBGC: Dimension-based generic convolution block for object recognition.</a> Sensors. 22 (5), 1780(2022).</li>
<li>Bhatt, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((CNN+variants+for+computer+vision%3A+History%2C+architecture%2C+application%2C+challenges+and+future+scope%5BTitle%5D)+AND+%22Electronics%22%5BJournal%5D)">CNN variants for computer vision: History, architecture, application, challenges and future scope.</a> Electronics. 10 (20), 2470(2021).</li>
<li>Zhu, L., Spachos, P., Pensini, E., Plataniotis, K. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Deep+learning+and+machine+vision+for+food+processing%3A+A+survey%5BTitle%5D)+AND+%22Current+Research+in+Food+Science%22%5BJournal%5D)">Deep learning and machine vision for food processing: A survey.</a> Current Research in Food Science. 4, 233-249 (2021).</li>
<li>Donhowe, D. P., Hartel, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Recrystallization+of+ice+in+ice+cream+during+controlled+accelerated+storage%5BTitle%5D)+AND+%22International+Dairy+Journal%22%5BJournal%5D)">Recrystallization of ice in ice cream during controlled accelerated storage.</a> International Dairy Journal. 6 (11-12), 1191-1208 (1996).</li>
<li>Velásquez-Cock, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+cellulose+nanofibrils+on+the+structural+elements+of+ice+cream%5BTitle%5D)+AND+%22Food+Hydrocolloids%22%5BJournal%5D)">Influence of cellulose nanofibrils on the structural elements of ice cream.</a> Food Hydrocolloids. 87, 204-213 (2019).</li>
<li>Moriano, M. E., Alamprese, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Honey%2C+trehalose+and+erythritol+as+sucrose-alternative+sweeteners+for+artisanal+ice+cream.+A+pilot+study%5BTitle%5D)+AND+%22LWT-Food+Science+%26+Technology%22%5BJournal%5D)">Honey, trehalose and erythritol as sucrose-alternative sweeteners for artisanal ice cream. A pilot study.</a> LWT-Food Science & Technology. 75, 329-334 (2017).</li>
<li>Loffredi, E., Moriano, M. E., Masseroni, L., Alamprese, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effects+of+different+emulsifier+substitutes+on+artisanal+ice+cream+quality%5BTitle%5D)+AND+%22LWT-Food+Science+%26+Technology%22%5BJournal%5D)">Effects of different emulsifier substitutes on artisanal ice cream quality.</a> LWT-Food Science & Technology. 137, 110499(2021).</li>
<li>Loffredi, E., Alamprese, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Optimisation+of+a+blend+of+emulsifier+substitutes+for+clean-label+artisanal+ice+cream%5BTitle%5D)+AND+%22LWT-Food+Science+%26+Technology%22%5BJournal%5D)">Optimisation of a blend of emulsifier substitutes for clean-label artisanal ice cream.</a> LWT-Food Science & Technology. 173, 114338(2023).</li>
<li>Moriano, M. E., Alamprese, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Organogels+as+novel+ingredients+for+low+saturated+fat+ice+creams%5BTitle%5D)+AND+%22LWT-Food+Science+%26+Technology%22%5BJournal%5D)">Organogels as novel ingredients for low saturated fat ice creams.</a> LWT-Food Science & Technology. 86, 371-376 (2017).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Zaproponowany system CVS pozwala na obliczenie indeksów utrzymania kształtu i powierzchni próbek lodów podczas topnienia, a ponadto umożliwia wizualizację procesu topnienia. Może on być łączony z tradycyjną metodą grawimetryczną stosowaną do oceny zachowania lodów podczas topnienia5, aby uzyskać wyniki dotyczące aspektu wizualnego produktów. Jest to bardzo istotne, ponieważ konsumenci oceniają ich jakość również na podstawie wyglądu zewnętrznego, a zdolność do zachowania kształtu podczas topnienia jest powiązana ze składem i strukturą lodów1,3. Zastosowanie tego systemu w przemyśle spożywczym może usprawnić kontrolę jakości, a także badania i rozwój nowych receptur.
Przykład wyników uzyskanych dla topnienia trzech próbek lodów z różnymi stosowanymi słodzikami wykazał, że proponowana metoda CVS jest czuła na różnice w składzie (Tabela 1 i Tabela 2), nawet bardziej niż metoda grawimetryczna, która nie była w stanie wykazać istotnych różnic między próbkami (Tabela 3). Czułość indeksu utrzymania kształtu na recepturę lodów została wykazana również w naszych poprzednich pracach13,14,15,16. Ze względu na wysoką czułość proponowanej metody, może ona nawet zastąpić procedurę grawimetryczną.
Poza przygotowaniem próbki lodów, najbardziej krytyczne etapy w opracowanym systemie CVS wiążą się z prawidłowym przechwytywaniem i segmentacją obrazu7. Odniesienie danych Rt i At do wartości początkowych obliczonych w czasie 0 zapobiega możliwym błędnym wynikom wynikającym z różnic w ustawieniu eksperymentów między powtórzeniami. Jednakże błędy paralaksy podczas akwizycji obrazu mogą prowadzić do przeszacowania powierzchni próbki podczas topnienia, szczególnie jeśli obrazy zebrane w jednej próbie nie są spójne z powodu zmiany położenia kamery między kolejnymi ujęciami. Dlatego należy zwrócić szczególną uwagę na ustawienie procedury akwizycji obrazu, upewniając się, że metalowy ekran z siatki z próbką na górze jest idealnie wyrównany z obiektywem kamery, oraz starannie definiując i zabezpieczając pozycję kamery przed szafą termostatyczną. Podobnie, błędna segmentacja obrazu może prowadzić do nadmiernego lub niedoszacowania powierzchni lodów, a także H i W, co skutkuje bezsensownymi wskaźnikami zachowania kształtu. W tym przypadku głównym źródłem błędu są możliwe wypustki na krawędzi porcji lodów umieszczonych na siatce lub pęcherzyki powietrza pojawiające się na powierzchni lodów podczas topnienia (Rycina 7), które muszą zostać usunięte z jasnego kształtu przed pomiarem powierzchni pola oraz wartości W i H pola. Można to rozwiązać, korzystając z funkcji Split Object oprogramowania do analizy obrazu. Wysokokontrastowe tło jest również przydatne dla lepszej segmentacji obrazu7. Kolor tła należy dobrać w zależności od koloru próbki lodów, przy czym pożądane jest wysokie nasycenie barw dla uzyskania lepszego kontrastu.
<img alt="Proces odciekania serwatki z skrzepu serowego; schemat trójetapowy pokazujący synerezę z czerwonymi strzałkami zaznaczającymi zmiany." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66114/66114fig07.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rysunek 7"> 
Rysunek 7: Możliwe źródła błędów w segmentacji kształtu lodów. Czerwone strzałki wskazują możliwe wypustki i pęcherzyki powietrza na kształcie lodów, które mogą prowadzić do błędnego obliczenia pola powierzchni, wysokości i szerokości. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66114/66114fig07large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.</a>
Jeśli obrazy są prawidłowo gromadzone i przetwarzane, metoda CVS jest jeszcze bardziej czuła i precyzyjna niż metodologia grawimetryczna. Rzeczywiście, w przedstawionych przykładach współczynniki zmienności dla analiz grawimetrycznych mieściły się w zakresie od 4% do 20%, co sprawiło, że wszystkie średnie dane nie wykazywały istotnych różnic (ANOVA, p &gt; 0,05). Przeciwnie, dla wskaźników CVS wartości współczynnika zmienności mieściły się w zakresie od 0,1% do 13%, wykazując istotne różnice pomiędzy trzema próbkami lodów podczas topnienia (Tabela 1 i Tabela 2). Zmniejszenie szybkości topnienia spowodowane przez erytrytol jest prawdopodobnie związane z tworzeniem się amorficznych kryształów cukru podczas mrożenia lodów oraz niższą rozpuszczalnością tego słodzika w porównaniu z sacharozą i sukromaltem, co przekłada się na większą ilość zamrożonej wody w produkcie końcowym13. Inne udane zastosowania zaproponowanej tutaj metody CVS można znaleźć w naszych poprzednich badaniach13,14,15,16.
Po osiągnięciu odpowiedniej standaryzacji procedury przetwarzania obrazów, automatyczną analizę obrazu można skonfigurować za pomocą funkcji Macro-Recording (nagrywanie makr) w oprogramowaniu do analizy obrazu, co znacznie przyspiesza proces opracowania danych. Oczywiście zawsze wymagana jest dokładna weryfikacja danych przez operatora, aby uniknąć artefaktów i błędnych wyników. Ponadto można przeprowadzić analizę krzywych retencji kształtu i powierzchni w celu obliczenia parametrów kinetycznych oraz zastąpienia metody grawimetrycznej.
Protokół ten można zastosować również do innych produktów spożywczych, dla których istotna jest szybkość topnienia i wskaźnik utrzymania kształtu, takich jak musy i pianki (np. ubita śmietana mleczna i białko jaja kurzego). Najważniejszym aspektem jest zdolność produktów do utrzymania formy, natomiast temperaturę podczas prób topnienia można dostosować do konkretnego produktu.

Lody są systemem wielofazowym, w którym fazy ciekła, stała i gazowa są ściśle powiązane. Ciągła faza ciekła otacza pęcherzyki powietrza oraz kryształki lodu i zawiera częściowo skrystalizowane tłuszcze, białka koloidalne, sole, cukry (ewentualnie skrystalizowane) oraz stabilizatory. Skład lodów różni się w zależności od wymagań lokalnego rynku i ewentualnych regulacji. Choć technologia przetwarzania wpływa na charakterystykę gotowego produktu, każdy składnik odgrywa istotną rolę w określaniu jakości lodów1. Zachowanie podczas topnienia jest jednym z najważniejszych wskaźników jakości lodów, biorąc pod uwagę zjawiska zachodzące zarówno podczas konsumpcji, jak i w jamie ustnej. Wraz z penetracją ciepła w głąb lodów kryształki lodu topnieją, a woda dyfunduje i miesza się z fazą surowiczą, która może wyciekać przez pozostałą strukturę2. Produkt szybko topniejący jest niepożądany zarówno ze względu na komfort spożycia, jak i gwarancję wyższej odporności na szok termiczny. Jednak produkty topniejące powoli również mogą wskazywać na pewne wady w recepturze1. Wiadomo, że za właściwości topnienia odpowiada mikrostruktura lodów3, lecz do tej pory publikowano sprzeczne wyniki, co pokazuje, że wiedza na temat wpływu czynników mikrostrukturalnych na topnienie jest wciąż ograniczona4. W związku z tym niezbędne są dalsze badania w celu wyjaśnienia mechanizmu topnienia, co jest kluczowe również przy projektowaniu nowych receptur3.
Właściwości topnienia są zazwyczaj oceniane metodami grawimetrycznymi i wyrażane w postaci czasu rozpoczęcia oraz szybkości topnienia5. Określoną porcję lodów umieszcza się na drucianej siatce w komorze z kontrolowaną temperaturą, a następnie rejestruje się wagę stopionego produktu. Na podstawie krzywej zależność wagi od czasu można wyróżnić trzy fazy: fazę opóźnienia, podczas której następuje przenikanie ciepła; fazę szybkiego topnienia, w której rozcieńczona frakcja surowicy przepływa przez strukturę lodów z maksymalną prędkością, oraz fazę stacjonarną, w której większość produktu spłynęła2.
Metodą grawimetryczną można rozpoznać produkty wolno i szybko topniejące; jednak istotny jest również wygląd lodów podczas topnienia, ponieważ zachowanie kształtu wiąże się z dobrym składem i strukturą produktu6. Zatem procedura oparta na systemie wizji komputerowej (CVS) może wspierać istniejącą już metodologię grawimetryczną, umożliwiając badanie wyglądu produktu podczas topnienia. Systemy CVS mogą pozyskiwać liczne atrybuty żywności3 (np. rozmiar, wagę, kształt, teksturę i kolor) z dokładnością, której nie jest w stanie dostrzec ludzkie oko. Takie systemy składają się zazwyczaj z kamer cyfrowych i oprogramowania do przetwarzania obrazu7. W rzeczywistości protokół oparty na CVS obejmuje dwa główne kroki: 1) akwizycję obrazu i 2) przetwarzanie obrazu. Można zastosować różne poziomy przetwarzania obrazu7, od najprostszych po bardziej złożone, takie jak metody głębokiego uczenia w rozwoju sztucznej inteligencji8,9. W ostatnim czasie poświęcono wiele uwagi systemom CVS w sektorze spożywczym i opracowano dużą liczbę zastosowań w zakresie kontroli bezpieczeństwa żywności, monitorowania przetwarzania żywności, wykrywania ciał obcych oraz w innych dziedzinach. Są one szybkie, wydajne i nieniszczące, stanowiąc tym samym wartościowe narzędzia do dostarczania konsumentom bezpiecznej żywności wysokiej jakości10.
W dziedzinie badań nad lodami zaproponowano metodę analizy obrazu do badania rekrystalizacji lodu za pomocą mikroskopii optycznej11. W ostatnim czasie obrazy z tomografii komputerowej rentgenowskiej były przetwarzane w celu analizy trójwymiarowej mikrostruktury materiałów miękkich i porowatych, w tym lodów3. Jednak opracowanie prostych cyfrowych obrazów z urządzeń CCD (Charge Coupled Device) może oferować szereg zalet pod kątem łatwości pozyskiwania danych oraz oddania wyglądu lodów w taki sposób, w jaki są one postrzegane przez konsumentów. Niektórzy autorzy prezentują obrazy lodów podczas topnienia12, lecz według naszej najlepszej wiedzy, wyodrębnianie wskaźników liczbowych z obrazów zostało po raz pierwszy opisane przez Moriano i Alamprese13.
W związku z powyższym, proponowany tutaj protokół, oparty na pracy Moriano i Alamprese13, przedstawia prosty system CVS, który może zostać zastosowany w celu wsparcia istniejącej już metodologii grawitacyjnej do badania zachowania lodów podczas topnienia. Schemat blokowy proponowanej metody przedstawiono na Rysunku 1. Zastosowanie takiego systemu umożliwia obliczenie dwóch wskaźników topnienia związanych z utrzymaniem kształtu oraz szybkością topnienia. W szczególności w pracy po raz pierwszy szczegółowo opisano konfigurację eksperymentalną i procedurę cyfrowej akwizycji obrazów podczas topnienia lodów oraz etapy przetwarzania obrazów. Ponadto przedstawiono wyniki uzyskane dla lodów produkowanych z różnymi słodzikami (tj. sacharozą, sukromaltem i erytrytolem), aby wykazać potencjał tej metody.
<img alt="Test topnienia lodów, wykres danych grawimetrycznych z równaniami indeksu retencji do analizy badawczej." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66114/66114fig01.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Rycina 1"> 
Rycina 1: Schemat blokowy proponowanych metodologii. Podsumowanie ogólnych etapów dla proponowanego systemu wizji komputerowej oraz metody grawimetrycznej do badania zachowania lodów podczas topnienia. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66114/66114fig01large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić powiększoną wersję tej ryciny.</a>

<table><tbody><tr><td>Gabinet</td><td>Cavallo s.r.l.</td><td>FTX700</td><td>Miejsce próby topnienia</td></tr><tr><td>Aparat cyfrowy</td><td>Sony Group Corp</td><td>DSC-S650</td><td></td></tr><tr><td>Waga cyfrowa</td><td>Gibertini Elettronica</td><td>EU-C 4002 LCD</td><td></td></tr><tr><td>ImagePro Plus 7.0</td><td>Media Cybernetics, Inc</td><td>N/A</td><td>Oprogramowanie do analizy obrazu</td></tr><tr><td>Microsoft Excel</td><td>Microsoft</td><td>N/A</td><td>Opracowanie danych i grafika</td></tr><tr><td>Scalecom</td><td>Gibertini Elettronica</td><td>N/A</td><td>Statyw do akwizycji oprogramowania do wagi cyfrowej</td></tr><tr><td></td><td>Manfratto</td><td>#055</td><td></td></tr></tbody></table>

komputerowy system wizyjny do oceny topnienia lodów

A Computer Vision System for the Assessment of Ice Cream Melting Behavior

Topnienie jest jednym z najważniejszych wskaźników jakości lodów. Zwykle ocenia się go metodami grawimetrycznymi i wyraża w kategoriach czasu rozpoczęcia i szybkości topnienia. Jednak aspekt lodów podczas topnienia jest również ważny, ponieważ zachowanie kształtu wiąże się z dobrą strukturą produktu. Proponowany tutaj protokół ilustruje komputerowy system wizyjny (CVS), który może być wykorzystany do wsparcia już istniejącej metodologii grawitacyjnej do obliczenia dwóch nowych wskaźników topnienia związanych z zachowaniem kształtu i szybkością topnienia. Zdjęcia lodów podczas topienia są robione co 15 minut, w sumie 90 minut. Następnie obrazy cyfrowe są opracowywane przy użyciu celowo opracowanej metody przetwarzania obrazu w celu obliczenia powierzchni, wysokości i szerokości lodów. Stosunek wysokości do szerokości w każdym czasie topnienia, odniesiony do stosunku w czasie 0 (Rt/R0), jest wskaźnikiem zachowania kształtu lodów, podczas gdy obszar w różnych czasach topnienia odnoszący się do obszaru w czasie 0 (At/A0) jest związany z szybkością topnienia. Ten komputerowy system wizyjny pozwala na uzyskanie bardzo czułych i wiarygodnych wyników i może być stosowany nie tylko do lodów, ale także do różnych matryc spożywczych, takich jak bita śmietana mleczna lub białko jaja.

Jako przykład proponowanych wyników CVS przedstawiono analizy roztopu dla trzech różnych formulacji lodów, porównane z danymi uzyskanymi metodą wagową. W szczególności zbadano zachowanie podczas topnienia lodów wykonanych z wykorzystaniem różnych słodzików (czyli sacharozy, sukromaltu i erytrytolu).
Tabela 1 oraz Rycina 5A przedstawiają wyniki indeksu zachowania kształtu (Rt/R0) dla trzech próbek lodów podczas topnienia. Do 45 minuty zaobserwowano podobne zachowanie kształtu we wszystkich próbkach; następnie próbka zawierająca sacharozę traciła kształt szybciej niż pozostałe produkty, co skutkowało istotnie niższym wskaźnikiem Rt/R0 zgodnie z analizą wariancji jednoczynnikowej (ANOVA) oraz testem najmniejszej istotnej różnicy (LSD) (p &lt; 0,05). Tylko próbka zawierająca erythrytol zachowała swój kształt do końca badania, dając mierzalne wartości Rt/R0.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td></td>
			<td colspan="2">SUKROZA</td>
			<td colspan="2">SUCROMALT</td>
			<td colspan="2">ERYTRYTOL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Czas (min)</td>
			<td>At/A0</td>
			<td>s.d.</td>
			<td>At/A0</td>
			<td>s.d.</td>
			<td>At/A0</td>
			<td>s.d.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0</td>
			<td>1.00</td>
			<td>-</td>
			<td>1.00</td>
			<td>-</td>
			<td>1.00</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>15</td>
			<td>0.91a</td>
			<td>0.01</td>
			<td>0.93a</td>
			<td>0.02</td>
			<td>0.92a</td>
			<td>0.04</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>30</td>
			<td>0.76a</td>
			<td>0.04</td>
			<td>0.82a</td>
			<td>0.02</td>
			<td>0.84a</td>
			<td>0.04</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>45</td>
			<td>0.56a</td>
			<td>0.04</td>
			<td>0.66ab</td>
			<td>0.02</td>
			<td>0.74b</td>
			<td>0.03</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>60</td>
			<td>0.32a</td>
			<td>0.01</td>
			<td>0.46b</td>
			<td>0.02</td>
			<td>0.62c</td>
			<td>0.01</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>75</td>
			<td>0.13a</td>
			<td>0.01</td>
			<td>0.24b</td>
			<td>0.02</td>
			<td>0.52c</td>
			<td>0.02</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>90</td>
			<td>n.d.</td>
			<td>-</td>
			<td>n.d.</td>
			<td>-</td>
			<td>0.40</td>
			<td>0.01</td>
		</tr>
		<tr>
			<td colspan="7">n.d., nie wykrywalne</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabela 1: Wartości średnie i odchylenia standardowe wskaźników zachowania kształtu dla trzech próbek lodów wytwarzanych z wykorzystaniem różnych słodzików. Różne litery małe w tym samym wierszu wskazują na istotnie różne wartości średnie (p &lt; 0,05).
<img alt="Wykresy rozpadu stosunków absorbancji (Rt/R0 i At/A0) w czasie, prezentujące wyniki analizy danych." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66114/66114fig05.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Figure 5"> 
Rycina 5: Krzywe utrzymywania kształtu i powierzchni dla trzech próbek lodów przygotowanych z wykorzystaniem różnych słodzików. (A) Krzywe utrzymywania kształtu oraz (B) krzywe utrzymywania powierzchni. Różowa linia reprezentuje próbkę z sacharozą, traktowaną jako odniesienie; żółta linia – próbkę z sukromaltą, a niebieska linia – próbkę z erytrytolem. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66114/66114fig05large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.</a>
Próbka z erytrytolem wykazała również niższą szybkość topnienia, o czym świadczą wskaźniki topnienia At/A0 (Tabela 2 oraz Rysunek 5B). Od 45 minuty próbka z erytrytolem wykazywała istotnie (p &lt; 0,05) największe zachowanie powierzchni, a po niej lody z zawartością sukromaltu i sacharozy.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td></td>
			<td colspan="2">SACHAROZA</td>
			<td colspan="2">SUCROMALT</td>
			<td colspan="2">ERYTRYTOL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Czas (min)</td>
			<td>Rt/R0</td>
			<td>s.d.</td>
			<td>Rt/R0</td>
			<td>s.d.</td>
			<td>Rt/R0</td>
			<td>s.d.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0</td>
			<td>1.00</td>
			<td>-</td>
			<td>1.00</td>
			<td>-</td>
			<td>1.00</td>
			<td>-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>15</td>
			<td>0.98a</td>
			<td>0.04</td>
			<td>0.97a</td>
			<td>0.01</td>
			<td>0.93a</td>
			<td>0.02</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>30</td>
			<td>0.94a</td>
			<td>0.05</td>
			<td>0.94a</td>
			<td>0.02</td>
			<td>0.89a</td>
			<td>0.02</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>45</td>
			<td>0.80a</td>
			<td>0.03</td>
			<td>0.89a</td>
			<td>0.02</td>
			<td>0.84a</td>
			<td>0.02</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>60</td>
			<td>0.64a</td>
			<td>0.04</td>
			<td>0.78b</td>
			<td>0.01</td>
			<td>0.76b</td>
			<td>0.03</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>75</td>
			<td>0.54a</td>
			<td>0.03</td>
			<td>0.65a</td>
			<td>0.01</td>
			<td>0.60a</td>
			<td>0.07</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>90</td>
			<td>n.d.</td>
			<td>-</td>
			<td>n.d.</td>
			<td>-</td>
			<td>0.45</td>
			<td>0.06</td>
		</tr>
		<tr>
			<td colspan="7">n.d., nie wykrywalne</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabela 2: Średnie wartości i odchylenia standardowe indeksów retencji powierzchni dla trzech próbek lodów wytwarzanych z wykorzystaniem różnych słodzików. Różne małe litery w tym samym wierszu wskazują średnie wartości istotnie różne (p &lt; 0,05).
Wyniki potwierdzono również analizą wagową, której dane przedstawiono w Tabeli 3 jako czas rozpoczęcia topnienia (tS) oraz szybkość topnienia (gramy/minuta). Jednak w tym przypadku nie stwierdzono istotnych różnic stosując analizę wariancji ANOVA (p &gt; 0,05).
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td></td>
			<td colspan="2">SUKROZA</td>
			<td colspan="2">SUKROMALT</td>
			<td colspan="2">ERYTRYTOL</td>
		</tr>
		<tr>
			<td></td>
			<td>średnia</td>
			<td>odchylenie standardowe</td>
			<td>średnia</td>
			<td>odchylenie standardowe</td>
			<td>średnia</td>
			<td>odchylenie standardowe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ts (min)</td>
			<td>15.3a</td>
			<td>1.4</td>
			<td>16.4a</td>
			<td>1.4</td>
			<td>17.2a</td>
			<td>2.6</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>prędkość topnienia (g/min)</td>
			<td>2.67a</td>
			<td>0.26</td>
			<td>2.29a</td>
			<td>0.09</td>
			<td>1.96a</td>
			<td>0.41</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
Tabela 3: Średnie wartości i odchylenia standardowe indeksów topnienia obliczone metodą wagową dla trzech próbek lodów wytwarzanych z wykorzystaniem różnych słodzików. ts, czas rozpoczęcia topnienia. Różne małe litery w tym samym wierszu wskazują istotnie różne średnie wartości (p &lt; 0,05).
Ryc. 6 przedstawia niektóre przetworzone (krok 2.1) obrazy uzyskane podczas prób topnienia (krok 1.3) trzech próbek lodów; można zauważyć dobrą retencję kształtu wszystkich próbek oraz najniższą szybkość topnienia lodów przygotowanych z erytrytolem, które po 90 min nie uległy całkowitemu stopieniu.
<img alt="Badanie czasoprzestrzenne zapadania się ciasta: sacharoza vs sucramalt vs erytrytol; analiza odkształcenia." class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66114/66114fig06.jpg" data-altupdatedat="1788304762000" data-alt="Figure 6"> 
Rycina 6: Rozpływ trzech próbek lodów. Obrazy pozyskane co 15 minut podczas rozpływania się trzech próbek lodów przygotowanych z wykorzystaniem różnych słodzików. Przetworzone obrazy trzech próbek lodów podczas topnienia. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66114/66114fig06large.jpg" target="_blank">Kliknij tutaj, aby wyświetlić większą wersję tego rysunku.</a>

Tutaj prezentujemy protokół oparty na komputerowym systemie wizyjnym (CVS) do określenia zachowania podczas topnienia wielofazowych systemów żywnościowych.

Komputerowy system wizyjny do oceny topnienia lodów

Melting behavior is one of the most important quality indices of ice cream. It is usually evaluated by gravimetric methods and expressed in terms of ...

Badania te mają na celu zaproponowanie procedury komputerowego systemu wizyjnego w celu zbadania jednej z najważniejszych cech lodów, jaką jest topnienie. Zwykle zachowanie topnienia jest badane za pomocą podejścia grawimetrycznego, dostarczającego informacji o początkowym czasie topnienia i szybkości topnienia. Jednak aspekt produktu podczas topienia jest również bardzo ważny, a ta metoda oblicza kilka wskaźników związanych z zachowaniem kształtu i wielkości lodów podczas topnienia.Zaletą zastosowania komputerowego systemu wizyjnego w ocenie topnienia lodów jest zwiększona czułość wykrywania niewielkich zmian w porównaniu z metodą grawimetryczną oraz możliwość opracowania danych związanych z wyglądem produktu podczas topnienia. Zaproponowane tutaj podejście oparte na komputerowym systemie wizyjnym można łatwo zastosować do innych produktów spożywczych, dla których szybkość topnienia i wskaźnik zachowania kształtu są ważne, takich jak kąski i formy, takie jak mleko do ubijania, śmietana i albumina jaja. Może to prowadzić do lepszego zrozumienia mechanizmu topnienia, który jest związany z różnymi czynnikami.Na początek wybierz przezroczyste kubki o stałej objętości i kształcie, z których każdy jest wyposażony w pokrywkę. Wytnij dwa paski papieru do pieczenia, każdy o szerokości około dwóch centymetrów. Za pomocą taśmy papierowej przymocuj te paski do ścianek kubka, formując je w poprzek na dole.Napełnij kubek lodami za pomocą szpatułki. Po napełnieniu wygładź powierzchnię lodów szpatułką i zamknij kubek pokrywką. Przygotowaną próbkę należy przechowywać w temperaturze minus 30 stopni Celsjusza przez co najmniej 24 godziny, a następnie kondycjonować próbkę w temperaturze minus 16 stopni Celsjusza przez 24 godziny przed analizą.Aby przeprowadzić próbę topnienia, ustaw szafkę termostatyczną na około 20 stopni Celsjusza. Umieść wagę cyfrową wewnątrz szafki. Podłącz wagę do komputera z oprogramowaniem, aby rejestrować masę w funkcji czasu.Następnie umieść cylinder z podziałką na wadze i zresetuj wagę. Umieść wiszący lejek nad cylindrem, aby zebrać stopione lody. Ustaw aparat na statywie przed szafką, zapewniając najlepsze kadrowanie dla przykładowych zdjęć.Następnie przygotuj metalową siatkę drucianą z odniesieniem do rozmiaru. Wyjmij kubek do lodów z zamrażarki i odłącz lody od ścianek kubka za pomocą szpatułki, trzymając przymocowany papier do pieczenia. Delikatnie umieść go na siatce drucianej.Następnie usuń paski papieru do pieczenia. Umieść sitko z lodami na lejku wewnątrz szafki. Uchwyć początkowy obraz z otwartymi drzwiami szafy, w tym odniesienie do rozmiaru.Rejestruj dane przez 90 minut i rób zdjęcia lodów co 15 minut. Korzystając z tego protokołu, przeprowadzono próby topnienia trzech próbek lodów wykonanych z różnych substancji słodzących, takich jak sacharoza, sachafilt i erytrytol. Podczas gdy wszystkie próbki wykazały dobre zachowanie kształtu po 90 minutach, najniższą szybkość topnienia zaobserwowano w przypadku lodów z erytrytolem.Aby rozpocząć, pobierz do komputera obrazy topniejących lodów uchwycone przez konfigurację aparatu cyfrowego. Następnie w oprogramowaniu do analizy obrazu kliknij plik i otwórz, aby otworzyć obrazy lodów. Rozpocznij przetwarzanie pierwszego obrazu i kliknij edytuj i obróć, aby w razie potrzeby dostosować jego obrót.Następnie powiększ odniesienie do rozmiaru i kliknij pomiar, następnie kalibrację, a następnie przestrzenny. Następnie kliknij obraz, aby skalibrować go przestrzennie. Przesuń skalę nad odniesieniem rozmiaru i skalibruj długość, aby przekonwertować piksele na milimetry.Następnie kliknij edytuj nowy obszar zainteresowania i prostokątny, aby wybrać prostokątny obszar zainteresowania, który zawiera próbkę lodów, omijając krawędź ekranu z metalowej siatki drucianej. Przytnij ten obszar i przekonwertuj go na skalę szarości, klikając przycisk edycji, a następnie przekonwertuj na i wybierając opcję Skala szarości. Aby zastosować filtr o najlepszym dopasowaniu, kliknij Ulepsz, a następnie Wyrównaj i Najlepsze dopasowanie, aby automatycznie dostosować jasność i kontrast.Następnie otwórz okno pomiaru i zliczania rozmiaru i ustaw parametry powierzchni, wysokości i szerokości pudełka. Wybierz pomiar ręczny w oknie liczenia rozmiaru i kliknij wybierz zakresy, aby ustawić wartości histogramu, aby podzielić jasny kształt lodów. Po zamknięciu okna segmentacji kliknij na count w oknie rozmiaru licznika w oprogramowaniu, aby zmierzyć parametry.Wyświetl wyniki, klikając view i dane pomiarowe. Następnie kliknij plik i dane do schowka, aby skopiować te wyniki i wkleić je do arkusza kalkulacyjnego oprogramowania do zarządzania danymi. Aby ocenić wskaźnik topnienia, użyj tego równania na danych H i W przy różnych czasach topnienia, aby obliczyć wskaźnik zachowania kształtu.Odnieś dane R i A w każdym punkcie czasowym do odpowiedniego indeksu w czasie zerowym i wykreśl te wyniki w czasie zgodnie z tymi równaniami. W przypadku analizy danych grawimetrycznych zapisz arkusz kalkulacyjny z wagą stopionej próbki na minutę. Pod koniec 90-minutowej próby topnienia otwórz ten arkusz kalkulacyjny w oprogramowaniu do zarządzania danymi, aby utworzyć krzywą topnienia pokazującą stopioną masę w czasie.Wybierz dane z liniowej części krzywej topnienia, aby obliczyć linię regresji metodą najmniejszych kwadratów i współczynnik regresji. Nachylenie tej linii reprezentuje szybkość topnienia lodów w gramach na minutę. Oblicz czas rozpoczęcia topnienia jako punkt przecięcia X, gdzie Y wynosi zero.Korzystając z tego protokołu, przeanalizowano zachowanie topnienia lodów wykonanych z różnymi substancjami słodzącymi, takimi jak sacharoza, sucromalt i erytrytol. Krzywe zachowania kształtu wykazały, że lody wykonane z sacharozy traciły swój kształt szybciej niż inne, podczas gdy lody wykonane z erytrytolem zachowywały swój kształt do końca badania. Podobnie, krzywe retencji obszarowej wykazały, że lody zawierające erytrytol wykazywały niższy wskaźnik topnienia w porównaniu z lodami z sachuramaltem i sacharozą.Co więcej, analiza grawimetryczna wykazała, że lody zawierające erytrytol wykazały najwyższy czas topnienia i najniższy stopień topnienia spośród trzech próbek.

a-computer-vision-system-for-assessment-ice-cream-melting

Research

JoVE Journal

Engineering

Inżynieria

Wykazaliśmy, że złośliwe zmiany barwnikowe o zwiększonej aktywności metabolicznej generują mierzalne ilości ciepła, a pomiar przejściowej odpowiedzi termicznej skóry na pobudzenie chłodzące pozwala na ilościową identyfikację czerniaka oraz innych nowotworów skóry (w przeciwieństwie do zniewów nieproliferacyjnych) we wczesnym stadium choroby.

Ilościowa wizualizacja i detekcja raka skóry z wykorzystaniem dynamicznej obrazowania termowizyjnego

Białka wiążące lód (IBPs), znane również jako białka przeciwzamrożeniowe, hamują wzrost kryształków lodu i stanowią obiecujący dodatek do stosowania w krio konserwacji tkanek. Głównym narzędziem wykorzystywanym do badania białek IBPs jest osmometr nanolitrowy. Opracowaliśmy autorską platformę chłodzącą zamontowaną na mikroskopie optycznym, sterowaną za pomocą dedykowanej procedury w programie LabVIEW. Opisany tutaj osmometr nanolitrowy umożliwia ultrazieczulną manipulację temperaturą próbki.

Nowoczesny osmometr nanolitrowy sterowany programem LabVIEW do badań nad białkami wiążącymi lód

Przedstawiono eksperymentalne metody badania procesów chłodzenia ciała stałego oraz charakterystyki właściwości materiałów elastokalorycznych stopów z pamięcią kształtu (SMA). Specjalnie skonstruowane stanowisko testowe zostało zaprojektowane do sterowania i kompleksowego monitorowania procesów chłodzenia elastokalorycznego. Ponadto stanowi platformę walidacyjną dla podejść do modelowania sprzężonego z termomechaniką.

Eksperymentalne metody badania procesów chłodzenia elastokalorycznego opartych na pamięci kształtu i walidacji modeli

Źródło obrazowania spektrometrią mas (MSI) działające pod ciśnieniem atmosferycznym zostało opracowane przez sprzężenie desorpcji laserowej w średniej podczerwieni i post-jonizacji elektrorozpylania. Egzogenna matryca lodowa została wykorzystana jako matryca pochłaniająca energię, aby ułatwić rezonansową desorpcję materiału związanego z tkanką. Ten manuskrypt zawiera protokół krok po kroku do wykonywania IR-MALDESI MSI u noworodków całego ciała.

Obrazowanie spektrometrii mas całego ciała za pomocą jonizacji elektronatryskowej z desorpcją laserową wspomaganą matrycą w podczerwieni (IR-MALDESI)

Ten artykuł przedstawia identyfikację białek wiążących lód z roślin odpornych na zamrażanie poprzez ocenę aktywności hamowania rekrystalizacji lodu i późniejszą izolację rodzimych IBP za pomocą oczyszczania o powinowactwie do lodu.

Identyfikacja białek wiążących lód roślinny poprzez ocenę inhibicji i izolacji rekrystalizacji lodu za pomocą oczyszczania o powinowactwie do lodu

Przedstawiamy protokół do optycznego wykrywania pojedynczych, nieznakowanych białek w czasie rzeczywistym, gdy są wydzielane z żywych komórek. Opiera się to na mikroskopii rozpraszania interferometrycznego (iSCAT), która może być stosowana do wielu różnych systemów i konfiguracji biologicznych.

Bezznacznikowe obrazowanie pojedynczych białek wydzielanych z żywych komórek za pomocą mikroskopii iSCAT

W tym artykule przedstawiono protokół projektowania ładunku kosmicznego, eksperymentu kosmicznego z konwekcją termokapilarną, a także analizy danych eksperymentalnych i obrazów.

Kosmiczny eksperyment z konwekcją termokapilarną na satelicie SJ-10

Przedstawiamy protokół do badania powstawania hydratów w obecności niejonowych środków powierzchniowo czynnych na granicy kropel wody zanurzonych w cyklopentanie. Protokół polega na zbudowaniu taniego, programowalnego regulatora temperatury. System kontroli temperatury jest połączony z technikami wizualizacji i pomiarami ciśnienia wewnętrznego.

Badanie wpływu środków powierzchniowo czynnych na krystalizację hydratów na granicy faz olej-woda przy użyciu niedrogiego, zintegrowanego modułowego urządzenia Peltiera

Eksperymentalna metodologia oparta na pomiarach termicznych i reologicznych jest proponowana w celu scharakteryzowania procesu utwardzania klejów w celu uzyskania użytecznych informacji dla przemysłowego wyboru kleju.

Ocena utwardzania systemów adhezyjnych za pomocą badań reologicznych i termicznych

Ta publikacja pokazuje zastosowanie dyfrakcji rentgenowskiej i różnicowej kalorymetrii skaningowej jako złotych standardów do badania stanu stałego lipidowych substancji pomocniczych (LBE). Zrozumienie zmian w stanie stałym w LBE i ich wpływu na działanie produktów farmaceutycznych jest kluczowym czynnikiem w produkcji solidnych form dawkowania na bazie lipidów.

Pakiet uznanych narzędzi analitycznych do badania zmian w stanie stałym substancji pomocniczych na bazie lipidów

W tym artykule prezentujemy nowatorską, zautomatyzowaną metodę oceny ostrości wzroku u niemowląt i małych dzieci za pomocą systemu śledzenia wzroku.

Zautomatyzowana metoda oceny ostrości wzroku u niemowląt i małych dzieci za pomocą systemu śledzenia ruchu gałek ocznych

Poznaj metodę analizy topnienia lodów za pomocą systemu wizyjnego CVS, która pozwala precyzyjnie ocenić zmiany kształtu i wielkości próbek. To podejście jest bardziej czułe niż tradycyjne metody wagowe.

Komputerowy system wizyjny do oceny topnienia lodów

Przeglądaj więcej filmów