Dondurma Erime Davranışının Değerlendirilmesi için Bir Bilgisayarlı Görü Sistemi

Dondurma, sıvı, katı ve gaz fazlarının sıkı bir şekilde bağlı olduğu çok fazlı bir sistemdir. Sürekli sıvı faz hava kabarcıklarını ve buz kristallerini sarar ve kısmen kristalize yağlar, kolloidal proteinler, tuzlar, şekerler (sonunda kristalleşmiş) ve stabilizatörler içerir. Dondurma bileşimi, yerel pazar taleplerine ve olası düzenlemelere bağlı olarak değişir. İşleme teknolojisi nihai dondurmanın özelliklerini etkilese de, her bir bileşen ürün kalitesini tanımlamada önemli bir rol oynar¹. Erime davranışı, hem tüketim sırasında hem de ağızda meydana gelen olaylar göz önüne alındığında, dondurmanın en önemli kalite indekslerinden biridir. Dondurmaya ısı nüfuz ettiğinde, buz kristalleri erir ve su yayılır ve kalan yapıdan^akabilen serum fazı ile karışır 2. Hızlı eriyen bir ürün, rahat yemek için değil, aynı zamanda daha yüksek bir ısı şoku direncini garanti etmek için de istenmeyen bir durumdur. Bununla birlikte, yavaş eriyen ürünler de formülasyonda bazı kusurları gösterir¹. Dondurma mikroyapısının erime özelliklerinden³ sorumlu olduğu bilinmektedir, ancak şimdiye kadar zıt sonuçlar yayınlanmıştır, bu da mikroyapısal faktörlerin erime üzerindeki etkisi hakkındaki bilgilerin hala sınırlı olduğunu göstermektedir⁴. Bu nedenle, yeni formülasyonların tasarımında da çok önemli olan erime mekanizmasını aydınlatmak için daha fazla çalışmaya ihtiyaç vardır³.

Erime davranışı genellikle gravimetrik yöntemlerle değerlendirilir ve erime başlama zamanı ve erime hızı cinsinden ifade edilir⁵. Dondurmanın belirli bir kısmı, kontrollü bir sıcaklık kabininde bir tel örgü üzerine yerleştirilir ve erimiş ürünün ağırlığı kaydedilir. Ağırlık-zaman eğrisinden üç faz vurgulanabilir: ısı penetrasyonunun meydana geldiği gecikme fazı, dondurma yapısından maksimum oranda akan seyreltik serum fazı ile hızlı erime fazı ve ürünün çoğunun damladığı sabit faz².

Gravimetrik yöntemle yavaş ve hızlı eriyen ürünler tanınabilir; Bununla birlikte, dondurmanın erime sırasındaki yönü de önemlidir, çünkü şeklin korunması, ürünün iyi bir bileşimi ve yapısı ile bağlantılıdır⁶. Bu nedenle, bir bilgisayarlı görme sistemine (CVS) dayalı bir prosedür, erime sırasında ürünün görünümünün incelenmesine izin vererek halihazırda mevcut olan yerçekimi metodolojisini destekleyebilir. CVS’ler, insan gözünün gözlemleyemeyeceği doğru ayrıntılarla çok sayıda gıda özelliği³ (örneğin, boyut, ağırlık, şekil, doku ve renk) elde edebilir. Bu tür sistemler genellikle dijital kameralardan ve görüntü işleme yazılımlarından yapılır⁷. Gerçekten de, CVS’lere dayalı bir protokol iki ana adım içerir: 1) görüntü elde etme ve 2) görüntü işleme. Yapay Zeka geliştirme için derin öğrenme yöntemleri^gibi en basitinden en karmaşığına kadar çeşitli seviyelerde görüntü işleme 7 uygulanabilir ^8,9. Son zamanlarda gıda sektöründe CVS’lere büyük önem verilmiş ve gıda güvenliği denetimi, gıda işleme izleme, yabancı madde tespiti ve diğer alanlar için çok sayıda uygulama geliştirilmiştir. Hızlı, verimli ve tahribatsızdırlar, bu nedenle tüketicilere yüksek kalitede güvenli gıdalar sağlamak için geçerli araçları temsil ederler¹⁰.

Dondurma alanında, optik mikroskopi¹¹ ile buzun yeniden kristalleşmesini incelemek için bir görüntü analiz yöntemi önerilmiştir. Daha yakın zamanlarda, X-ışını bilgisayarlı tomografi görüntüleri, dondurma³ de dahil olmak üzere yumuşak gözenekli maddelerin 3D mikro yapısını analiz etmek için işlendi. Bununla birlikte, basit dijital Şarj Bağlantılı Cihaz (CCD) görüntülerinin detaylandırılması, dondurma yönünün tüketiciler tarafından algılandığı şekliyle elde edilmesi ve işlenmesi açısından çeşitli avantajlar sunabilir. Bazı yazarlar dondurmanın eritilmesi sırasındaki görüntülerini göstermektedir¹², ancak bildiğimiz kadarıyla, görüntülerden sayısal indekslerin çıkarılması ilk kez Moriano ve Alamprese¹³ tarafından rapor edilmiştir.

Bu nedenle, Moriano ve Alamprese^13’ün çalışmasına dayanan burada önerilen protokol, dondurma erime davranışının incelenmesi için halihazırda var olan yerçekimi metodolojisini desteklemek için uygulanabilecek basit bir CVS’yi göstermektedir. Önerilen yöntemin bir blok diyagramı Şekil 1’de gösterilmiştir. Böyle bir sistemin kullanılması, şekil tutma ve erime hızı ile ilgili iki erime indeksinin hesaplanmasına izin verir. Özellikle, makale ilk kez dondurmanın eritilmesi sırasında dijital görüntü elde etmek için ayrıntılı deney kurulumunu ve prosedürünü ve görüntü işleme adımlarını açıklamaktadır. Ayrıca, farklı tatlandırıcılarla (sakaroz, sukromalt ve eritritol gibi) üretilen dondurmalardan elde edilen sonuçların, yöntemin potansiyelini gösterdiği bildirilmektedir.

Şekil 1: Önerilen metodolojilerin blok diyagramı. Önerilen Bilgisayarlı Görü Sistemi için genel adımların özeti ve dondurma erime davranışını incelemek için gravimetrik yöntem. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.