Bread baking as a moving boundary problem. Part 2: Model validation and numerical simulation

A simultaneous heat and mass transfer model proposed to describe the bread baking process is validated. The mathematical model is based on a moving boundary problem formulation with equivalent thermophysical properties and includes the moving evaporation front, the evaporation-condensation mechanism and the development of the crust observed during bread baking. The problem is solved over an irregular three-dimensional geometry using the finite element method. Variation in temperature and water content of bread during baking is predicted with high accuracy by the model. Parameter estimation procedure and sensitivity analysis are performed for some thermophysical properties. The proposed formulation and analysis can be applied for other bakery products as well as for similar food engineering applications.Fil: Purlis, Emmanuel. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos; ArgentinaFil: Salvadori, Viviana Olga. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos; Argentin

Bread baking as a moving boundary problem. Part 1: Mathematical modelling

A mathematical model for the bread baking process is developed in this work. Experimental data (temperature, water content, weight loss, crust thickness) obtained during baking is used to well understand the simultaneous heat and mass transfer occurring during the process. The evaporation-condensation mechanism is responsible for the rapid heating of the porous matrix and takes place either in a closed (dough) or open (crumb) structure. The existence of a moving evaporation front inside bread, which is a determining step of baking, is incorporated in a model applying a moving boundary formulation with equivalent thermophysical properties. The approach proposed here can be extended to other similar processes such as baking of other products (e.g. biscuit, cake), high-temperature drying, cooking and roasting.Fil: Purlis, Emmanuel. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos; ArgentinaFil: Salvadori, Viviana Olga. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos; Argentin

A moving boundary problem in a food material undergoing volume change - Simulation of bread baking

This paper presents a mathematical model for describing processes involving simultaneous heat and mass transfer with phase transition in foods undergoing volume change, i.e. shrinkage and/or expansion. We focused on processes where the phase transition occurs in a moving front, such as thawing, freezing, drying, frying and baking. The model is based on a moving boundary problem formulation with equivalent thermophysical properties. The transport problem is solved by using the finite element method and the Arbitrary Lagrangian-Eulerian method is used to describe the motion of the boundary. The formulation is assessed by simulating the bread baking process and comparing numerical results with experimental data. Simulated temperature and water content profiles are in good agreement with experimental data obtained from bread baking tests. The model well describes the stated general problem and it is expected to be useful for other food processes involving similar phenomena.Fil: Purlis, Emmanuel. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería; ArgentinaFil: Salvadori, Viviana Olga. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería; Argentin

Color measurement: comparison of colorimeter vs. computer vision system

The aim of this work was to compare two food color measurement techniques, the traditional tristimulus colorimeter and an image analysis system. In this sense a computer vision system was developed, consisting of a digital camera, a controlled illumination environment, and a software package to process the images. The conversion between color spaces was performed employing empirical mathematical models; a standard color chart was used for its calibration. The color of 40 samples of raw and processed foods was measured in the CIELAB color space with the computer vision system and a colorimeter. The equivalence between both techniques, for individual L*, a* and b* values, was determined using appropriate hypothesis tests. For most samples both systems provide equivalent results, although the total color difference ΔΕ was high enough to be noticeable. The average ΔΕ was 5.88 ± 3.32, with an average absolute ΔL* = 2.79 ± 2.42, Δa* = 3.02 ± 2.94; Δb* = 2.84 ± 2.53. In addition, the color measured by the image analyses technique seemed to be more similar to the real ones.Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimento

CIELAB : Color measurement from digital images

El color es una característica de calidad de gran importancia, dado que es el primer aspecto que perciben los clientes o consumidores, y puede determinar la aceptación o rechazo de un producto y también su valor. En numerosas áreas científicas e industriales, el color de materiales sólidos y semisólidos de diversa naturaleza se representa tradicionalmente usando el espacio de color CIELAB (o CIE 1976 L*a*b*), un estándar internacional para medición de color adoptado por la Commission Internationale d’Eclairage en 1976. En esta representación de color, L* representa la luminosidad de un objeto, a* representa la variación de verde a rojo, y b* representa la variación de azul a amarillo. Las mediciones instrumentales de color de materiales sólidos y semisólidos se realizan generalmente usando colorímetros digitales, los cuales son fáciles de utilizar y calibrar, y poseen una fuente de iluminación estándar incorporada. Sin embargo, dichos equipos tienen una serie de limitaciones: requieren servicio especializado de mantenimiento y/o reparación, son comparativamente caros, su área de medición es pequeña, no se pueden usar para muestras muy pequeñas, y el equipo debe ponerse en contacto con la superficie a medir. La determinación de color también puede realizarse con cámaras digitales. Para esto se utiliza un sistema de visión computacional (SVC), compuesto por un ambiente de iluminación controlada, una cámara digital y un programa para procesar la información obtenida. Las cámaras digitales permiten obtener, de una sola vez, una gran cantidad de información espacial, permiten realizar mediciones de superficies muy grandes y/o muy pequeñas, son equipos considerablemente más baratos y en el mercado hay gran variedad de marcas, modelos y características, y no requieren un contacto directo con la superficie a medir. La mayor desventaja del uso de cámaras digitales es que brindan información en el espacio de color Rojo, Verde, Azul (RGB), el cual debe transformarse al espacio de color CIELAB, usando modelos teóricos o empíricos. A pesar de todas las ventajas del uso de imágenes digitales para realizar mediciones de color, uno de los aspectos principales que limita su utilización es la falta de programas básicos para realizar el procesamiento de la información. En este trabajo se presenta un programa desarrollado para realizar el procesamiento de imágenes, en el marco de la construcción y validación de un SVC. El programa se presenta como Interfaces Gráficas de Usuario, de fácil utilización, y es acompañado por una breve Guía de Usuario para su uso. La conversión RGB a CIELAB se implementa usando un modelo teórico ampliamente conocido, y diversos modelos empíricos. Éstos últimos permiten trabajar con condiciones de iluminación no estándares. El software permite calibrar los modelos empíricos usando un patrón de color ColorChecker Classic. El sistema se probó usando diferentes cámaras digitales, con resultados satisfactorios. Se realizaron mediciones de color de diferentes alimentos, usando el SVC desarrollado y un colorímetro MINOLTA, y los resultados obtenidos fueron satisfactorios. Potenciales usuarios del software deben tener su propio gabinete de adquisición de imágenes (y el patrón de colores para la calibración, si las condiciones de iluminación no son estándar).This work presents software to perform color measurement in the CIELAB color space from RGB digital images. The software was developed like Graphic User Interfaces, friendly and easy to use. Theoretical as well as empirical models for conversion between color spaces were incorporated. The software allows performing calibration of the empirical conversion models in a simple way, using a standard color-checker.En el archivo .zip puede encontrarse el software para su descarga y posterior acople a MatLab.Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos (CIDCA

CIELAB : Color measurement from digital images

El color es una característica de calidad de gran importancia, dado que es el primer aspecto que perciben los clientes o consumidores, y puede determinar la aceptación o rechazo de un producto y también su valor. En numerosas áreas científicas e industriales, el color de materiales sólidos y semisólidos de diversa naturaleza se representa tradicionalmente usando el espacio de color CIELAB (o CIE 1976 L*a*b*), un estándar internacional para medición de color adoptado por la Commission Internationale d’Eclairage en 1976. En esta representación de color, L* representa la luminosidad de un objeto, a* representa la variación de verde a rojo, y b* representa la variación de azul a amarillo. Las mediciones instrumentales de color de materiales sólidos y semisólidos se realizan generalmente usando colorímetros digitales, los cuales son fáciles de utilizar y calibrar, y poseen una fuente de iluminación estándar incorporada. Sin embargo, dichos equipos tienen una serie de limitaciones: requieren servicio especializado de mantenimiento y/o reparación, son comparativamente caros, su área de medición es pequeña, no se pueden usar para muestras muy pequeñas, y el equipo debe ponerse en contacto con la superficie a medir. La determinación de color también puede realizarse con cámaras digitales. Para esto se utiliza un sistema de visión computacional (SVC), compuesto por un ambiente de iluminación controlada, una cámara digital y un programa para procesar la información obtenida. Las cámaras digitales permiten obtener, de una sola vez, una gran cantidad de información espacial, permiten realizar mediciones de superficies muy grandes y/o muy pequeñas, son equipos considerablemente más baratos y en el mercado hay gran variedad de marcas, modelos y características, y no requieren un contacto directo con la superficie a medir. La mayor desventaja del uso de cámaras digitales es que brindan información en el espacio de color Rojo, Verde, Azul (RGB), el cual debe transformarse al espacio de color CIELAB, usando modelos teóricos o empíricos. A pesar de todas las ventajas del uso de imágenes digitales para realizar mediciones de color, uno de los aspectos principales que limita su utilización es la falta de programas básicos para realizar el procesamiento de la información. En este trabajo se presenta un programa desarrollado para realizar el procesamiento de imágenes, en el marco de la construcción y validación de un SVC. El programa se presenta como Interfaces Gráficas de Usuario, de fácil utilización, y es acompañado por una breve Guía de Usuario para su uso. La conversión RGB a CIELAB se implementa usando un modelo teórico ampliamente conocido, y diversos modelos empíricos. Éstos últimos permiten trabajar con condiciones de iluminación no estándares. El software permite calibrar los modelos empíricos usando un patrón de color ColorChecker Classic. El sistema se probó usando diferentes cámaras digitales, con resultados satisfactorios. Se realizaron mediciones de color de diferentes alimentos, usando el SVC desarrollado y un colorímetro MINOLTA, y los resultados obtenidos fueron satisfactorios. Potenciales usuarios del software deben tener su propio gabinete de adquisición de imágenes (y el patrón de colores para la calibración, si las condiciones de iluminación no son estándar).This work presents software to perform color measurement in the CIELAB color space from RGB digital images. The software was developed like Graphic User Interfaces, friendly and easy to use. Theoretical as well as empirical models for conversion between color spaces were incorporated. The software allows performing calibration of the empirical conversion models in a simple way, using a standard color-checker.En el archivo .zip puede encontrarse el software para su descarga y posterior acople a MatLab.Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos (CIDCA

Ohmic treatment of fresh foods: effect on textural properties

The aim of this work was to verify the effects of ohmic heating (OH) treatment on texture of fresh solid food (without pre-treatment in brine solutions), subjected to constant electrical field gradient (1100 V/m; 2200 V/m; 3300 V/m). Samples of fresh potatoes, carrots and apples cut into cylinders (d = 30 mm, h = 9.0 mm) underwent OH for 60, 120, 180 and 240 seconds. Texture measurements were performed in a universal testing machine Instron 4301, with a 100 N load cell, using a single-cycle compression test. The raw untreated sample was used as control. Stress–deformation behavior of food samples processed by OH differs appreciably from raw untreated samples for all cooking times. Firmness of solid samples decreased with OH time. This study confirmed that OH significantly affects texture of solid foods, producing structural damage, even though food has a low electrical conductivity.Fil: Olivera, Daniela Flavia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico la Plata. Centro de Investigaciones En Criotecnología de Alimentos (i); Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas; ArgentinaFil: Salvadori, Viviana Olga. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico la Plata. Centro de Investigaciones En Criotecnología de Alimentos (i); Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas; ArgentinaFil: Marra, Francesco . Università degli Studi di Salerno. Dipartimento di Ingegneria Industriale; Itali

Three-dimensional reconstruction of irregular foodstuffs

Three-dimensional reconstruction of general solid food materials was performed using a reverse engineering method based on a surface cross-sectional design. Digital images of cross-sections of irregular multi-dimensional foodstuffs were acquired using a computer vision system, and image processing was performed to obtain the actual boundaries. These boundaries were then approximated by closed B-spline curves, which were assembled through a lofting technique to construct a geometrical representation of food materials. Considering the reconstructed objects, a procedure based on finite element method was developed to estimate the surface area and volume. The developed finite element method approach was validated against experimental volume values of apples and meat pieces, obtaining an estimation error less than 2%. Surface area prediction equations were proposed from estimated surface area values and weight and volumeFil: Goñi, Sandro Mauricio. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos; Argentina. Universidad Nacional de Quilmes. Departamento de Ciencia y Tecnología; ArgentinaFil: Purlis, Emmanuel. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos; ArgentinaFil: Salvadori, Viviana Olga. Provincia de Buenos Aires. Gobernación. Comisión de Investigaciones Científicas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Exactas. Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimentos; Argentina. Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ingeniería; Argentin

Ohmic treatment of fresh foods: effect on textural properties

The aim of this work was to verify the effects of ohmic heating (OH) treatment on texture of fresh solid food (without pre-treatment in brine solutions), subjected to constant electrical field gradient (1100 V/m; 2200 V/m; 3300 V/m). Samples of fresh potatoes, carrots and apples cut into cylinders (d = 30 mm, h = 9.0 mm) underwent OH for 60, 120, 180 and 240 seconds. Texture measurements were performed in a universal testing machine Instron 4301, with a 100 N load cell, using a single-cycle compression test. The raw untreated sample was used as control. Stress–deformation behavior of food samples processed by OH differs appreciably from raw untreated samples for all cooking times. Firmness of solid samples decreased with OH time. This study confirmed that OH significantly affects texture of solid foods, producing structural damage, even though food has a low electrical conductivity.Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimento

A moving boundary problem in a food material undergoing volume change: simulation of bread baking

This paper presents a mathematical model for describing processes involving simultaneous heat and mass transfer with phase transition in foods undergoing volume change, i.e. shrinkage and/or expansion. We focused on processes where the phase transition occurs in a moving front, such as thawing, freezing, drying, frying and baking. The model is based on a moving boundary problem formulation with equivalent thermophysical properties. The transport problem is solved by using the finite element method and the Arbitrary Lagrangian–Eulerian method is used to describe the motion of the boundary. The formulation is assessed by simulating the bread baking process and comparing numerical results with experimental data. Simulated temperature and water content profiles are in good agreement with experimental data obtained from bread baking tests. The model well describes the stated general problem and it is expected to be useful for other food processes involving similar phenomena.Centro de Investigación y Desarrollo en Criotecnología de Alimento