Système de vision par ordinateur pour l’évaluation du comportement de fonte de la crème glacée

La crème glacée est un système multiphasé dans lequel les phases liquide, solide et gazeuse sont strictement liées. La phase liquide continue enveloppe des bulles d’air et des cristaux de glace, et elle contient des graisses partiellement cristallisées, des protéines colloïdales, des sels, des sucres (éventuellement cristallisés) et des stabilisants. La composition de la crème glacée varie en fonction des demandes du marché local et d’éventuelles réglementations. Bien que la technologie de traitement affecte les caractéristiques de la crème glacée finale, chaque constituant joue un rôle important dans la définition de la qualité du produit¹. Le comportement à la fonte est l’un des indices de qualité les plus importants de la crème glacée, compte tenu des phénomènes qui se produisent à la fois lors de la consommation et en bouche. Avec la pénétration de la chaleur dans la crème glacée, les cristaux de glace fondent et l’eau se diffuse et se mélange à la phase sérum, qui peut s’écouler à travers la structure^{restante 2}. Un produit à fusion rapide n’est pas souhaitable pour manger confortablement, mais aussi pour garantir une plus grande résistance aux chocs thermiques. Cependant, les produits à fusion lente indiquent également certains défauts dans la formulation¹. On sait que la microstructure de la crème glacée est responsable des propriétés de fusion³, mais des résultats contrastés ont été publiés jusqu’à présent, montrant que les connaissances sur l’influence des facteurs microstructuraux sur la fusion sont encore limitées⁴. Ainsi, d’autres études sont nécessaires pour élucider le mécanisme de fusion, qui est également crucial dans la conception de nouvelles formulations³.

Le comportement à la fusion est généralement évalué par des méthodes gravimétriques et exprimé en termes de temps de début et de vitesse de fusion⁵. Une portion donnée de crème glacée est placée sur un treillis métallique dans une armoire à température contrôlée, et le poids du produit fondu est enregistré. À partir de la courbe poids-temps, trois phases peuvent être mises en évidence : la phase de latence au cours de laquelle la chaleur pénètre se produit, la phase de fusion rapide avec la phase sérique diluée s’écoulant à travers la structure de la crème glacée à la vitesse maximale, et la phase stationnaire, où la majeure partie du produit s’est écoulée².

Avec la méthode gravimétrique, les produits à fusion lente et rapide peuvent être reconnus ; Cependant, l’aspect de la crème glacée lors de la fusion est également important, car la conservation de la forme est liée à une bonne composition et structure du produit⁶. Ainsi, une procédure basée sur un système de vision par ordinateur (CVS) peut soutenir la méthodologie gravitationnelle déjà existante en permettant l’étude de l’aspect du produit lors de la fusion. Les CVS peuvent acquérir de nombreux attributs alimentaires³ (par exemple, la taille, le poids, la forme, la texture et la couleur) avec des détails précis qui ne peuvent pas être observés par l’œil humain. Ces systèmes sont généralement constitués d’appareils photo numériques et de logiciels de traitement d’images⁷. En effet, un protocole basé sur les CVS comprend deux étapes principales : 1) l’acquisition d’images et 2) le traitement d’images. Différents niveaux de traitement d’images peuvent être appliqués⁷, des plus simples aux plus complexes, comme les méthodes d’apprentissage profond pour le développement de l’intelligence artificielle ^8,9. Une grande attention a récemment été accordée aux CVS dans le secteur alimentaire, et un grand nombre d’applications ont été développées pour l’inspection de la sécurité alimentaire, la surveillance de la transformation des aliments, la détection de corps étrangers et d’autres domaines. Ils sont rapides, efficaces et non destructifs, représentant ainsi des outils valables pour fournir aux consommateurs des aliments sûrs et de haute qualité¹⁰.

Dans le domaine de la crème glacée, une méthode d’analyse d’images a été proposée pour étudier la recristallisation de la glace par microscopie optique¹¹. Plus récemment, des images de tomographie par ordinateur à rayons X ont été traitées pour analyser la microstructure 3D de matériaux poreux mous, y compris la crème glacée³. Cependant, l’élaboration d’images numériques simples de dispositifs à couplage de charge (CCD) peut présenter plusieurs avantages en termes de facilité d’acquisition et de rendu de l’aspect glace tel que perçu par les consommateurs. Certains auteurs montrent des images de crème glacée pendant la fonte¹², mais, à notre connaissance, l’extraction d’indices numériques à partir des images a été rapportée pour la première fois par Moriano et Alamprese¹³.

Par conséquent, le protocole proposé ici, basé sur les travaux de Moriano et Alamprese¹³, illustre un CVS simple qui peut être appliqué pour soutenir la méthodologie gravitationnelle déjà existante pour l’étude du comportement de la fonte de la crème glacée. Un schéma fonctionnel de la méthode proposée est illustré à la figure 1. L’utilisation d’un tel système permet de calculer deux indices de fusion liés à la conservation de la forme et à la vitesse de fusion. En particulier, l’article décrit pour la première fois la configuration expérimentale détaillée et la procédure d’acquisition d’images numériques pendant la fonte de la crème glacée et les étapes de traitement des images. En outre, les résultats obtenus à partir de crèmes glacées produites avec différents édulcorants (c’est-à-dire le saccharose, le sucromalt et l’érythritol) montreraient le potentiel de la méthode.

Figure 1 : Schéma fonctionnel des méthodologies proposées. Résumé des étapes générales du système de vision par ordinateur proposé et de la méthode gravimétrique pour étudier le comportement de la fonte de la crème glacée. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.