Nieuw type sensor volgt reologische kwaliteit op tijdens productieprocessen

Zowel vanuit kwaliteitsoogpunt als voor processingoptimalisatie hebben voedingsbedrijven baat bij het opvolgen van de reologische kenmerken van hun (tussen)producten.  Vanwege hun complexiteit worden reologische metingen echter vaak niet ofwel via al te empirische alternatieven uitgevoerd.  In deze optiek zou het zogenaamde Foodtexture Puff Device echter wel eens letterlijk en figuurlijk voor een verfrissend nieuwe wind kunnen zorgen. 

Reologische metingen in de voedingsindustrie:  niet evident

Voor een breed gamma aan levensmiddelen zijn reologische kenmerken kwaliteitsbepalend.  Het spreekt dan ook voor zich dat de reologie van levensmiddelen een zeer belangrijk item vormt voor voedingsbedrijven en dit niet enkel vanuit kwaliteitsoogpunt (b.v. stromingsgedrag van allerhande sauzen, kwaliteitsperceptie van de consument) maar ook vanuit processing (b.v. dimensionering van pompen).

De complexiteit van reologisch gedrag is echter zeer groot en slechts een klein aantal levensmiddelen vertoont het eenvoudige Newtonse gedrag. Bijgevolg zijn de traditionele reologische analyses vaak complex en vereisen ze de nodige expertise om de resultaten te interpreteren. Als alternatief bestaan er weliswaar enkele eenvoudige, empirische methoden maar deze beschrijven het onderliggende gedrag slechts in beperkte mate, zijn dus weinig informatief en sterk afhankelijk van omgevingscondities, de uitvoerder, en andere variaties. Hoe dan ook vragen alle bestaande methoden een staalvoorbereiding, die soms zo tijdrovend kan zijn dat er structuurverlies optreedt bij het voorbereiden van de meting. Dit alles maakt de huidige methoden niet geschikt maakt voor at- of on-line toepassingen in de voedingsproductie.

Alternatief Foodtexture Puff Device (FPD)

In dit kader werd door de onderzoeksgroep MeBios (K.U.Leuven) in een EU project (Foodtexture, 5e kaderprogramma) een nieuwe meettechniek ontwikkeld: het Foodtexture Puff Device (FPD).  In dit  meetsysteem worden luchtpulsen op het oppervlak van een product gericht en de uitwijking van het oppervlak gemeten met een laser afstandsensor (Figuur 1) in functie van de tijd. Bij de toepassing van dit sensorsysteem moeten een aantal (hardware)instellingen worden gekozen: de afstand tussen de kop en het oppervlak, de luchtdruk van de puls, het aantal keer dat een luchtpuls na mekaar op het oppervlak wordt geblazen, de tijd tussen deze pulsen, de meettijd, … Dit laat toe om een brede waaier van dynamische modes te exciteren. 

  Het meetresultaat is een opmeting van de vervormingen die zich voordoen aan het oppervlak (Figuur 2).  Op het moment van het luchtschot is de vervorming (indrukking) maximaal.  Deze wordt gevolgd door een tegenreactie die sterk afhankelijk is van de producteigenschappen.  In geval van een product met een elastisch karakter is dit een duidelijke overshoot die gevolgd wordt door een uitdeining van het patroon.  In geval van vloeibare systemen is het resultaat uitgezet in functie van de tijd dat van een gedempte trilling.  In andere systemen kan er een restwaarde zijn.

 Het FPD heeft een aantal belangrijke voordelen:

• Geen staalvoorbereiding
•  Contactloos
•  Hygiënisch
•  Inert
•  Hoge meetsnelheid (< 10 seconden)
•  Flexibel in te stellen
•  Gebruiksvriendelijk

FPD getest in verschillende case studies  

Er werden reeds twee toepassingen gepubliceerd, het betrof:

• Meting van melkstremming (Bamelis and De Baerdemaeker, 2006)
• Bepaling van reologische karakteristieken van o/w emulsies (mayonaise type sauzen) (Van Dyck et al., 2011)

Hierbij werd vastgesteld dat de via FPD gemeten ‘maximale indrukking’ (Figuur 2) heel goed correleert met klassieke reologische parameters zoals de met de stress reometer bepaalde elastische modulus (G’) en viskeuze modulus (G’’) of met hardheidsbepalingen via TA.XT2+ of met meer empirische reologische metingen zoals Bostwick consistometer. Het FPD bleek in staat om accuraat kleine textuurwijzigingen (b.v. ten gevolge wisselende watergehaltes, temperatuur- of tijdseffecten) op te tekenen.

In een momenteel lopend  Tetra project werden en worden de toepassingsmogelijkheden voor drie uiteenlopende klassen van levensmiddelensystemen uitvoerig onderzocht, zijnde:

• Suikersystemen (sacharose-oplossingen en glucosestropen) met fruitpuree als toepassing
• Vetsystemen (oliën en vetten) met chocolade als toepassing
• Visco-elastische systemen (gluten en tarwedegen) met pasta- en bakkerijdegen als toepassing

Verder werden al enkele preliminaire testen gedaan op vleessystemen:

• Opvolgen van rigor mortis ontwikkeling bij kippenvlees
• Bepaling van malsheid van rood vlees

Algemeen kan gesteld worden dat FPD potentieel biedt voor een brede range van vloeibare tot halfvaste levensmiddelen.  

De Foodtexture Puff Device aan het werk zien

U kan deze en een aantal andere innovatieve sensoren aan het werk zien op de workshop en demonamiddag ‘Sensorsystemen voor voedselveiligheid, kwaliteit & processing’ die Flanders’ FOOD in samenwerking met de Innovatiecentra van Oost- en West-Vlaanderen organiseert op 9 juni te Tielt.   

Inschrijven kan online.  

Interesse om deze en andere innovatieve sensoren toe te passen? Neem dan deel aan Sensors For Food!

Om de implementatie van deze en andere innovatieve sensoren in de voedingsindustrie op korte en middellange termijn te concretiseren heeft Flanders’ FOOD recent met succes een VIS-traject voorstel goedgekeurd gekregen bij het IWT.  De doelstellingen van dit zogenaamde Sensor For Food traject zijn:

• bedrijven kennis bij te brengen en up to date informatie te bezorgen omtrent sensoren
• bedrijven te sensibiliseren over de toepassingsmogelijkheden van deze sensoren in de voedingsindustrie
• op vraag van bedrijven hierover kennisondersteunende adviezen en diensten verlenen
• het genereren van innovatieve ideeën in dit domein en deze te begeleiden voor en met bedrijven
• het stimuleren van netwerking tussen voedingsbedrijven en technologie aanbieders
• het demonstreren, onderzoeken, testen, aanpassen en optimaliseren van innovatieve en beloftevolle sensortechnologische ontwikkelingen op maat van verschillende toepassingen in de voedingsindustrie

Meer info over Sensors For Food vindt u hier. 

Indien u meer info wenst of graag wil deel uitmaken van het Sensors For Food platform, neem dan contact op met Steven Van Campenhout [steven.vancampenhout@flandersfood.com], Flanders’ FOOD.    

Bronnen

• Bart De Ketelaere [bart.deketelaere@biw.kuleuven.be], MeBioS-K.U.Leuven
• Johan Claes [johan.claes@khk.be], Departement Industriële en Biowetenschappen Katholieke Hogeschool Kempen
• TETRA project ‘Toepasbaarheid van het Foodtexture Puff Device voor reologische metingen in de voedingsindustrie’.  IWT TETRA  Fonds 2009
• Bamelis F.R. and De Baerdemaeker J.G. (2006) Use of the Foodtexture Puff Device to monitor milk coagulation.  Journal of Dairy Science 89, 29-36.  Een pdf kopie van dit artikel kan aangevraagd worden bij: bart.deketelaere@biw.kuleuven.be
• Van Dyck T., De Ketelaere B., Claes J. (2011) Applicability of the Foodtexture Puff Device for the determination of the rheological properties of o/w emulsions.  Ingediend ter publicatie  Meer info bij: johan.claes@khk.be  

Nuttige links

• Lab4Food, Katholieke Hogeschool Kempen
• MeBioS (afdeling Mechatronica, Biostatistiek en Sensoren aan de K.U.Leuven)
• Persbericht: Flanders’ FOOD zet via een IWT VIS-traject 3 miljoen euro in voor het concretiseren van  sensorinnovaties in de voedingsindustrie