Opkomende technologieën voor contactloze evaluatie en controle van hammen

De finale kwaliteit van hammen wordt in grote mate bepaald door karakteristieken van het gebruikte vlees en de verschillende productiestappen. Opkomende contactloze testen kunnen enerzijds een objectief beeld geven van de kwaliteit en anderzijds een beter inzicht geven in de invloed die de verschillende procescondities hebben op het uiteindelijke product.

In de vleesindustrie wordt de evaluatie en controle van vleeskwaliteit nog veel door manuele en visuele inspecties gedaan, wat veel tijd vraagt en voor een stuk ook een subjectief oordeel toelaat.  Visuele eigenschappen die vaak gebruikt worden om de kwaliteit te beschrijven zijn: grootte, vorm, kleur, textuur en verschijning. Men kan deze karakteristieken ook, al dan niet rechtstreeks, opmeten met contactloze technologieën.

Beeldverwerkingssystemen

Beeldverwerkingssystemen zijn camerasystemen met een CCD (charge-coupled  device) of CMOS (Complementary  metal oxide Semicoductor) sensoren waarbij opgenomen 2D-beelden worden geanalyseerd en geïnterpreteerd met complexe algoritmes.

De uiteindelijke productkwaliteit van  gekookte hammen hangt zowel af van het gebruikte vlees als van de verschillende procescondities zoals injectie van de pekel, trommelen en koken. In figuur 1 wordt het effect van  verschillende pekelcondities en ingrediënten op de uiteindelijke kwaliteit zichtbaar. De kleur werd zo gekalibreerd dat de kwaliteit duidelijker zichtbaar wordt dan met het blote oog.

Figuur 1: Gekalibreerde 2D-beelden van 3 sneden van verschillende kwaliteit van ham: a) hoge opbrengst, lage kwaliteit, b) gemiddelde opbrengst en middelmatige kwaliteit, c) lage opbrengst, hoge kwaliteit

Van een beeld van een doorsnede van de ham kan software de globale vorm, maar ook structuur en textuurkenmerken bepalen. Ze kan een inschatting maken van de poriën, vetgehalte, de verdeling van het vet en het 'marmer-patroon'. (Fig. 2) Deze parameters zijn belangrijk voor de sensorische evaluatie van het eindproduct.

Figuur 2: Snede gerookte ham: a) oorspronkelijk kleurenfoto, b) beeld van de verschillende grote poriën, c) beeld van het vetweefsel, d) kleurenbeeld van de snede zonder de poriën en vetweefsel.

Spectroscopie

VIS/NIR spectroscopie wordt al langer succesvol toegepast in de vlees industrie voor het bepalen vocht, vet en eiwitgehalte.  Deze testen zijn snel en goedkoop.  De technologie blijkt echter minder succesvol in het karakteriseren textuur/structuur en sensorische parameters.

Computed tomografie

Computed tomografie (CT) is een techniek die vooral in de medische wereld wordt gebruikt voor o.a. detectie van breuken en tumoren. De technologie laat toe om zonder snijden een beeld te maken van een doorsnede van een ham. Door de hele ham te scannen en met hele kleine intervallen, tot enkele micrometers, een beeld van de doorsneden te maken en vervolgens het geheel van doorsneden op elkaar te 'plakken' is het mogelijk een 3-dimensionaal beeld te krijgen van de structuur van een ham. Bij een X-stralen CT wordt de absorptie van röntgen stralen gemeten. (Fig. 3)

Figuur 3: X-stralen CT beeld van 3 sneden ham van verschillende kwaliteit. Het vetweefsel is weegegeven in donkergrijs, de poriën in zwart: a) hoge opbrengst, lage kwaliteit, b) gemiddelde opbrengst, middelmatige kwaliteit, c) lage opbrengst, hoge kwaliteit

Een andere type van CT is Magnetic Resonance Imaging (MRI). Een sterk magneet verandert de kernspin van waterstofdeeltjes. Wanneer ze terugvallen naar hun oorspronkelijke toestand zenden ze fotonen uit die kunnen gedetecteerd worden. Omdat de hoeveelheid fotonen wordt bepaald door het aantal waterstofdeeltjes is het mogelijk de water- en vetdistributie van hammen in kaart te brengen.

Beide technieken zijn complementair en laten toe inzicht te krijgen in de 3D microstructuur van voedingsproducten en ingrediënten en de invloed van processen op deze microstructuur.

Beide technologieën zijn echter zeer duur en tijdrovend, wat hen eigenlijk enkel geschikt maakt voor fundamenteel onderzoek.

Elektronenmicroscopen

Scanning  Electron Microscopy (SEM) en Transmission Electron Microscopy (TEM) kunnen gebruikt worden om veranderingen in de microstructuur tijdens processing met zeer groot detail te bestuderen. Beide technieken zijn complementair, SEM geeft informatie over het oppervlak terwijl TEM inzicht geeft in de interne structuur.

Elektronenmicroscopen zijn dure apparaten, vragen gespecialiseerd personeel, staalvoorbereiding en trilvrije ruimtes. Ze zijn dus enkel realistisch in gespecialiseerde labo's.

Hyperspectral Imaging

Deze nieuwe technologie combineert de eigenschappen van conventionele beeldbewerking met die van spectroscopie om zo zowel ruimtelijke als spectrale informatie van een object te bekomen.

Een hyperspectraal beeld kan gebruikt worden om zeer nauwkeurig fysische en geometrische karakteristieken zoals kleur, grootte, vorm en textuur te onderscheiden door zowel informatie over structuur als de biochemische informatie op te meten.

Momenteel zijn hyperspectrale camera's nog zeer duur en groot, en vragen ze enorm veel rekenkracht om de data te verwerken. De technologie is echter in een snelle evolutie en men hoopt deze camera's in de toekomst veel kleiner, goedkoper en efficiënter te kunnen maken.

Meer info over 'hyperspectral imaging' en zijn potentiële toepassingen in de voedingsindustrie  vindt u in het artikel "Hyperspectral imaging, toekomstmuziek in de voedingsindustrie?"

Conclusie

De verschillende technieken om op een contactloze wijze informatie over de kwaliteit te kunnen bekomen hebben elk hun specifieke kenmerken en potentieel. Beeldverwekingssystemen en spectroscopie kunnen in de bedrijven hun nut hebben als snelle en objectieve test voor verschillende parameters.
Computed Tomografie en elektronenmicroscopen kunnen fundamentele inzichten verschaffen in de verschillende processen bij de bereiding van gekookte of gerookte hammen.
Naar de toekomst toe lijkt Hyperspectral Imaging door de unieke combinatie van ruimtelijke en biochemische informatie een groot potentieel te hebben.

Bronnen

• N.A. Valous, F. Mendoza, D. Sun, "Emerging non-contact imaging, spectroscopic and colorimetric technologies for quality evaluation and control of hams: a review", Trends in Food Science & Technologie, vol 21 26-43 (2010)