بررسی وضعیت زمانی و مکانی توزیع تخلخل خمیر نان در مرحله‌ی تخمیر با بهره‌گیری از سی‌تی‌اسکن و پردازش تصویر

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه علوم و صنایع غذائی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان

2 استاد، گروه علوم و صنایع غذائی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان

3 استادیار، گروه کنترل، دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر، دانشگاه صنعتی اصفهان

4 استادیار گروه علوم و صنایع غذایی، دانشکده کشاورزی، دانشگاه صنعتی اصفهان

چکیده

نان یک ماده‌ی غذایی متخلخل با بافت اسفنجی می‌باشد. با توجه به اهمیت توزیع تخلخل در خمیر نان از منظر اثرگذاری بر هدایت حرارتی که در مرحله‌ی پخت نان حائز اهمیت است و از سویی ارتباط مستقیم آن با ورآمدن و تغییرات حجم خمیر، بررسی توزیع تخلخل در خمیر نان ضرورت داشته و به عنوان اساس این پژوهش برگزیده شده است. از میان روش‌های قابل استفاده جهت بررسی تخلخل، روش تصویربرداری به کمک پرتونگاری مقطعی با سی‌تی‌اسکن و پردازش تصویر انتخاب شد. برای انجام این پژوهش سه گام عملیاتی صورت گرفت: 1) تهیه‌ی خمیر نان با فرمولاسیون مشخص و شرایط تعیین شده 2) تصویربرداری از خمیر در حال تخمیر، توسط دستگاه سی‌تی‌اسکن در چهار زمان مشخص (35، 70، 90 و 160 دقیقه) در طول تخمیر 3) محاسبه‌ی کمّی وکیفی توزیع تخلخل در راستای زمان تخمیر و مکان مقطع مورد بررسی در خمیر (جانبی، میانی و مرکزی) و نیز دستیابی به الگوی پراکندگی تخلخل در هر مقطع خمیر. پارامترهای نامبرده، از طریق پیاده‌سازی تکنیک‌های پردازش تصویر بر عکس‌های حاصل از سی‌تی‌اسکن قابل استحصال بوده و نتایج نهایی قابلیت تفسیر و مقایسه داشتند. نتایج بدست آمده حاکی از آن بود که تغییرات تخلخل در طی سپری شدن زمان تخمیر، شیب صعودی داشته و رو به افزایش بود. میزان و پیوستگی توزیع تخلخل در مقاطع مرکزی بیشتر از بخش‌های میانی و جانبی بود. در حقیقت توزیع تخلخل در نزدیکی پوسته‌ی خمیر در حداقل بوده، با نزدیک شدن به سمت مرکز افزایش یافته و در مرکز خمیر به حداکثر خود رسید. توزیع حفرات در هر مقطع، بیشتر در بخش قاعده‌ی خمیر متمرکز بود. با توجه به عکس‌های حاصل، همواره روند رشد و توزیع تخلخل از قاعده‌ی خمیر رو به بالا بود. با این‌حال در نهایت هردو بخش متخلخل نامبرده، به هم پیوسته و ساختار متخلخل یکدستی حاصل گشت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Study of temporal and spatial porosity distribution of fermenting bread dough by CT-scan and image processing

نویسندگان [English]

  • Fatemeh Sadat Nazeri 1
  • Mehdi Kadivar 2
  • Iman Izadi 3
  • Milad Fathi 4
1 Department of Food Science, College of Agriculture, Isfahan University of Technology
2 Professor, Department of Food Science and Technology, Isfahan University of Technology
3 Assistant professor, Department of Electrical and Computer Engineering, Isfahan University of Technology
4 Assistant professor, Department of Food Science, College of Agriculture, Isfahan University of Technology
چکیده [English]

Bread is a porous product with spongy texture. Given the importance of bread dough porosity distribution in terms of the impact on thermal conductivity that is important in the baking step and on the other hand its direct connection with leavening and dough volume changes, evaluation of porosity in bread dough is recognized as a necessity and has been chosen as the basis of this research. Among the methods used to evaluate porosity, the imagine method by using CT-scan and image processing was taken. To do so, three operational steps were carried out: 1. Preparation of bread dough with specific formulation and set condition. 2. Imaging of the fermenting dough by CT-scan in the four times (35, 70, 90 and 160 minutes). 3. Quantitative and qualitative calculation of porosity distribution during the fermentation time and position of cross-section-examined in the dough (Lateral, medial and central) and also evaluation of porosity distribution pattern in each section of dough. Mentioned parameters were obtained through the implementation of image processing techniques on CT-scan images and final results were able to interpret and compare. The results showed that the porosity alterations during the elapsed fermentation time have ascending slope and consequently rising proceeding. The distribution and continuity of porosity in the central sections were more than lateral and medial ones. Indeed porosity distribution near dough crust is minimal whereas close to the center rises and in the center of the dough reaches to its maximum. Pores distribution in each section was further concentrated in the bottom of the dough. Considering the images, growing and distribution of the porosity always start at dough base and grow upward. However, at the end, both mentioned porous parts joined and uniform porous structure was formed.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Porosity distribution
  • CT-scan
  • Image Processing
  • Bread dough
  • Fermentation
[1] Pomeranz, Y. (1988). Wheat: Chemistry and Technology, 3rd ed., American Association of Cereal Chemists, St. Paul. MN..

[2] Cauvain, S. P. Young, L. S. (2007). Technology of Breadmaking, 2nd ed., Springer, Bake Tran.

[3] Gan, Z., Ellis, P. R., Schofield, J. D. (1995). Gas cell stabilisation and gas retention in wheat bread dough. J. Cereal Sci., 21, 215-230.

[4] Mills, E. N. C., Wilde, P. J., Salt, L. J., Skeggs, P. (2003). Bubble formation and stabilization in bread dough. Food Bioprod. Process., 81, 189-193.

[5] Rahman, M.S. (2002). Formation of pores in foods during drying and frying: A theoretical model. In: Proceeding of the3rd International Symposium on Food Rheology and Structure.

[6] Rahman, M.S. (2001). Toward prediction of porosity in food during drying: A brief review. Drying Technol., 19, 1-13.

[7] خلیلیان، ص.؛ ضیایی‌فر، ا. م.؛ (۱۳۹۳) ساختارهای متخلخل در مواد غذایی: بررسی انواع تخلخل، مکانیسم‌ها و تحلیل رفتارهای حاکم در پدیده­های انتقال حرارت و جرم. اولین همایش ملی میان‌وعده‌های غذایی، مشهد.

[8] ناظری، ف. ا. (1395) طراحی و ساخت سامانه‌ی پایش مداوم و همزمان فشار، دما و سایر ویژگی‌های فیزیکی خمیر نان طی تخمیر. پایان‌نامه کارشناسی ارشد علوم و صنایع غذایی، دانشگاه صنعتی اصفهان، دانشکده کشاورزی.

[9] Goetz, J., Grob, D., Koehler, P., (2003). On-line observation of dough fermentation by magnetic resonance imaging and volumetric measurements. Eur. Food Res. Technol., 217, 504-511.

[10] Bajd, F. Sersa, I. (2011). Continuous monitoring of dough fermentation and bread baking by magnetic resonance microscopy. J. Magn. Reson., 29, 434-442.

[11] Schoeman, L., Williams, P., Plessis, A., Manley, M. (2016). X-ray micro-computed tomography (μCT) for non-destructive characterisation of food microstructure. Trend. Food Sci. Technol., 47, 10-24.

[12] Babin, P., Della Valle, G., Chiron, H., Cloetens, P., Hoszowska, J., Pernot, P., Dendievel, R. (2006). Fast X-ray tomography analysis of bubble growth and foam setting during breadmaking. J. Cereal Sci., 43, 393-397.

[13] Babin, P., Della Valle, G., Chiron, H., Cloetens, P., Hoszowska, J., Pernot, P., Dendievel, R. (2008). In situ fast X-ray tomography study of the evolution of cellular structure in bread dough during proving and baking. Bubbles in Food., 2, 265-272.

[14] Turbin-Orger, A., Boller, E., Chaunier, L., Chiron, H., Della Valle, G., Reguerre, A. L. (2012). Kinetics of bubble growth in wheat flour dough during proofing studied by computed X-ray micro-tomography. J. Cereal Sci., 56, 676-683.

[15] Trinh, L., Lowe, T., Campbell, G. M., Withers, P. J., Martin, P. J. (2013). Bread dough aeration dynamics during pressure step-change mixing: Studies by X-ray tomography, dough density and population balance modelling.Chem. Eng. Sci.,101, 470-477.

[16] Whitworth, M. B., Alava, J. M. (1999). The imaging and measurement of bubbles in bread doughs.Bubbles in Food., 221-231.

[17] Romano, A., Cavella, S., Toraldo, G., Masi, P. (2013). 2D structural imaging study of bubble evolution during leavening.Food Res Int.,50, 324-329.

[18] Zheng, C., Sun, D. W., Zheng, L. (2006). Recent developments and applications of image features for food quality evaluation and inspection–a review.Trends in Food Sci. Technol.,17, 642-655.

[19] Chanona-Pérez, J., Quevedo, R., Aparicio, A. J., Chávez, C. G., Pérez, J. M., Domínguez, G. C., Gutiérrez-López, G. F. (2008). Image processing methods and fractal analysis for quantitative evaluation of size, shape, structure and microstructure in food materials. In: Food Engineering: Integrated Approaches (pp. 277-286). Springer New York.

[20] Haralick, R. M., Shanmugam, K. (1973). Textural features for image classification. IEEE Trans. Sys, Man, Cybern.,3, 610-621.

[21] MacRitchie, F. (2010). Concepts in Cereal Chemistry. CRC Press, New York.

[22] Sroan, B. S., Bean, S. R., MacRitchie, F. (2009). Mechanism of gas cell stabilization in bread making. I. The primary gluten–starch matrix. J. Cereal Sci., 49, 32-40.