نظام رؤية حاسوبي لتقييم سلوك ذوبان الآيس كريم

الآيس كريم هو نظام متعدد المراحل ترتبط فيه المراحل السائلة والصلبة والغازية بشكل صارم. يغلف الطور السائل المستمر فقاعات الهواء وبلورات الثلج ، ويحتوي على دهون متبلورة جزئيا وبروتينات غروانية وأملاح وسكريات (تبلورت في النهاية) ومثبتات. تختلف تركيبة الآيس كريم حسب طلبات السوق المحلية واللوائح الممكنة. على الرغم من أن تقنية المعالجة تؤثر على خصائص الآيس كريم النهائي ، إلا أن كل مكون يلعب دورا مهما في تحديد جودة المنتج¹. يعد سلوك الذوبان أحد أهم مؤشرات جودة الآيس كريم ، مع الأخذ في الاعتبار الظواهر التي تحدث أثناء الاستهلاك وفي الفم. مع تغلغل الحرارة في الآيس كريم ، تذوب بلورات الثلج ، وينتشر الماء ويختلط مع مرحلة المصل ، والتي يمكن أن تستنزف من خلال الهيكل المتبقي². المنتج سريع الذوبان غير مرغوب فيه للأكل المريح ولكن أيضا لضمان مقاومة أعلى للصدمات الحرارية. ومع ذلك ، تشير المنتجات ذات الذوبان البطيء أيضا إلى بعض العيوب في الصيغة¹. من المعروف أن البنية المجهرية للآيس كريم هي المسؤولة عن خصائص الذوبان³ ، ولكن تم نشر نتائج متناقضة حتى الآن ، مما يدل على أن المعرفة حول تأثير العوامل المجهرية على الذوبان لا تزال محدودة⁴. وبالتالي ، من الضروري إجراء المزيد من الدراسات لتوضيح آلية الانهيار ، وهو أمر حاسم أيضا في تصميم تركيبات جديدة³.

عادة ما يتم تقييم سلوك الذوبان بطرق القياس الوزني ويتم التعبير عنه من حيث وقت البدء ومعدل الذوبان⁵. يتم وضع جزء معين من الآيس كريم على شبكة سلكية في خزانة درجة حرارة يتم التحكم فيها ، ويتم تسجيل وزن المنتج المذاب. من منحنى وقت الوزن ، يمكن تسليط الضوء على ثلاث مراحل: مرحلة التأخر التي يحدث خلالها تغلغل الحرارة ، ومرحلة الذوبان السريع مع تدفق مرحلة المصل المخفف عبر هيكل الآيس كريم بأقصى معدل ، والمرحلة الثابتة ، حيث يقطر معظم المنتج².

باستخدام طريقة الجاذبية ، يمكن التعرف على المنتجات البطيئة وسريعة الذوبان ؛ ومع ذلك ، فإن جانب الآيس كريم أثناء الانهيار مهم أيضا ، لأن الاحتفاظ بالشكل مرتبط بتكوين وهيكل جيد للمنتج⁶. وبالتالي ، يمكن للإجراء القائم على نظام رؤية الكمبيوتر (CVS) أن يدعم منهجية الجاذبية الموجودة بالفعل من خلال السماح بدراسة مظهر المنتج أثناء الذوبان. يمكن أن تكتسب CVSs العديد من سمات الطعام³ (على سبيل المثال ، الحجم والوزن والشكل والملمس واللون) بتفاصيل دقيقة لا يمكن ملاحظتها بالعين البشرية. عادة ما تكون هذه الأنظمة مصنوعة من الكاميرات الرقمية وبرامج معالجة الصور⁷. في الواقع ، يتضمن البروتوكول القائم على CVSs خطوتين رئيسيتين: 1) الحصول على الصور و 2) معالجة الصور. يمكن تطبيق مستويات مختلفة من معالجة الصور⁷ ، من أبسطها إلى أكثرها تعقيدا ، مثل طرق التعلم العميق لتطوير الذكاء الاصطناعي ^8,9. تم إيلاء اهتمام كبير مؤخرا ل CVSs في قطاع الأغذية ، وتم تطوير عدد كبير من التطبيقات لفحص سلامة الأغذية ، ومراقبة معالجة الأغذية ، واكتشاف الأجسام الغريبة ، وغيرها من المجالات. إنها سريعة وفعالة وغير مدمرة ، وبالتالي تمثل أدوات صالحة لتزويد المستهلكين بأطعمة آمنة ذات جودة^{عالية 10}.

في مجال الآيس كريم ، تم اقتراح طريقة تحليل الصور لدراسة إعادة بلورة الجليد بواسطة المجهر الضوئي¹¹. في الآونة الأخيرة ، تمت معالجة صور التصوير المقطعي المحوسب بالأشعة السينية لتحليل البنية المجهرية ثلاثية الأبعاد للمسائل المسامية الناعمة ، بما في ذلك الآيس كريم³. ومع ذلك ، فإن إعداد صور رقمية بسيطة لجهاز اقتران الشحن (CCD) يمكن أن يقدم العديد من المزايا من حيث سهولة الحصول على جانب الآيس كريم وتقديمه كما يراه المستهلكون. يعرض بعض المؤلفين صورا للآيس كريم أثناء الذوبان¹² ، ولكن على حد علمنا ، تم الإبلاغ عن استخراج المؤشرات العددية من الصور لأول مرة بواسطة Moriano و Alamprese¹³.

لذلك ، فإن البروتوكول المقترح هنا ، بناء على عمل Moriano و Alamprese¹³ ، يوضح CVS بسيطا يمكن تطبيقه لدعم منهجية الجاذبية الموجودة بالفعل لدراسة سلوك ذوبان الآيس كريم. يوضح الشكل 1 مخططا للكتلة للطريقة المقترحة. يسمح استخدام مثل هذا النظام بحساب مؤشري انصهار يتعلقان بالاحتفاظ بالشكل ومعدل الانصهار. على وجه الخصوص ، تصف الورقة لأول مرة الإعداد التجريبي التفصيلي وإجراءات الحصول على الصور الرقمية أثناء ذوبان الآيس كريم وخطوات معالجة الصور. إلى جانب ذلك ، تم الإبلاغ عن النتائج التي تم الحصول عليها من الآيس كريم المنتج بمحليات مختلفة (مثل السكروز والسكرومالت والإريثريتول) لإظهار إمكانات الطريقة.

الشكل 1: مخطط كتلة للمنهجيات المقترحة. ملخص الخطوات العامة لنظام الرؤية الحاسوبية المقترح وطريقة الجاذبية لدراسة سلوك ذوبان الآيس كريم. يرجى النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.