Zowel zuivel-, bakkerijproducten als groenten en fruit hebben een microstructuur. Inzicht in deze structuren en in de veranderingen ervan door processing, kunnen helpen om de kwaliteit van het voedingsproduct te verbeteren. Dit onderzocht ILVO als partner in het ‘TomFood’ project.
In het TomFood project werden verschillende voorbeeldmatrices uit de zuivel gekozen, al dan niet met kwaliteitsdefecten. Om productkwaliteiten te bekomen die representatief zijn voor reële productiebatches, werden stalen geproduceerd op semi-industriële processingtoestellen in de Food Pilot. De doelstelling van de studie was om na te gaan of X-ray tomografie in staat is om kwaliteitsverschillen te detecteren. De onderzochte producten waren:
- melk met proteolytische activiteit,
- chocolademelk met cacaosedimentatie,
- standyoghurt met syneresis,
- luchtbelstabiliteit in slagroom en chocolademousse,
- waterkristallen en luchtbelstabiliteit in roomijs,
- oogvorming in kaas,
- water- en zoutverdeling in boter.
Resultaten
De productvoorbeelden melk, chocolademelk en yoghurt toonden aan dat X-ray tomografie niet voldeed om kwaliteitsdefecten van fasescheiding (sedimentatie of syneresis) te visualiseren. De mate van absorptie van X-stralen door de verschillende fasen van het product verschilde blijkbaar niet sterk genoeg om ze visueel van elkaar te onderscheiden. Absorptie is immers afhankelijk van de samenstelling en densiteit. De verschillende fasen zijn opgebouwd uit C-, H-, en O-atomen die blijkbaar in verhouding niet voldoende van elkaar verschilden, en ook de dichtheid varieerde te weinig tussen de verschillende fasen.
In de hiernavolgende voorbeelden werd de X-ray tomografie toegepast om holtes van lucht of water in de zuivelmatrix te visualiseren. Het contrast tussen lucht of water en de zuivelmatrix was voldoende groot voor duidelijke beeldvorming.
Luchtbelstabiliteit in mousses en roomijs
Slagroom en chocolademousse opgeklopt op verschillende wijzen en snelheden werden vergeleken. De chocolademousse werd ook ingevroren bij verschillende tijdstippen om het effect van invriezen na te gaan. Bij elke stap werden de luchtbellen gevisualiseerd en gekwantificeerd. Zo werd een luchtbelgroottedistributie-grafiek opgemaakt voor elke type/snelheid van opkloppen en bewaring. X-ray tomografie toonde aan dat sneller opkloppen meer grotere luchtbellen gaf. Er werd ook aangetoond dat de verdeling van de luchtbellen gecorreleerd is aan stabiliteit, kleurveranderingen en textuur.
Figuur 1: X-ray tomografisch beeld van chocolademousse
Ook bij roomijs waren de luchtbellen duidelijk zichtbaar. Er werd een heat-shock (verschillende malen invriezen en ontdooien) uitgevoerd om het effect van wat er bij de consument thuis gebeurt (uit de diepvries halen, voor een bepaalde periode bewaren op kamertemperatuur en dan opnieuw invriezen) te simuleren. Er werd een verandering in luchtbelgrootte gemeten, met luchtbellen met een grotere gemiddelde diameter tot gevolg. Een tweede gevolg was dat door herkristallisatie waterkristallen werden gevormd. Ook bij deze verdeling werd een grotere gemiddelde diameter gemeten na heat-shock.
Oogvorming in kaas
Om een verschillende oogvorming in kaas te bekomen, werd gebruik gemaakt van (lage druk) gehomogeniseerde melk. Gedurende de rijping werden de ogen (met bepaalde tijdsintervallen) gevisualiseerd en gekwantificeerd. Niet enkel het aantal en de grootte konden zo worden nagegaan, maar ook de vorm. Hieruit bleek dat bij kaas gemaakt uit gehomogeniseerde melk, meer en kleinere, niet-ronde ogen werden gevormd. Ook textuur, kleur en smaak werden beïnvloed, met een hardere en lichtere kaas tot gevolg. De smaak was significant verschillend van de referentie kaas, gemaakt met niet gehomogeniseerde melk, maar er was geen voorkeur.
Water- en zoutverdeling in boter
Als laatste werd boter onderzocht. Het contrast tussen de waterdruppels en de omliggende vetmatrix was klein, maar kon worden verhoogd door de instellingen van de X-ray scan aan te passen. Hierdoor werden grotere waterdruppels wel zichtbaar. Aangezien deze ongewenst zijn, kan deze techniek gebruikt worden om deze grotere waterdruppels op te sporen. Een beter contrast werd gevonden tussen de vetmatrix en gezouten water (bij het maken van gezouten boter). Al werden de druppels hier niet gevisualiseerd, zoutkristallen en ongelijkmatige verdeling van het zout waren heel goed zichtbaar op de scan.
Deze resultaten kwamen tot stand door een samenwerking van ILVO, Katholieke Universiteit Leuven (MeBioS), Universiteit Antwerpen (Vision Lab), Universiteit Gent (UGCT) en Thomas More (Lab4Food). Het onderzoeksproject ‘TomFood: Novel techniques for inspection and engineering of food (micro)structure based on X-ray computed tomography’ werd ondersteund door IWT-SBO.
3D X-ray tomografie op uw eigen producten
De inzichten en methodieken ontwikkeld in het TOMFOOD projecten worden in het i-FAST validatietraject X-FAST verder geoptimaliseerd en gevaloriseerd voor bedrijfsspecifieke uitdagingen en dit via analyses op producten die door de deelnemende bedrijven worden aangelever. Meer weten? Neem dan contact op met veerle.degraef@flandersfood.com
Meer info:
Pieter.Verboven@biw.kuleuven.be
