Determinación de la calidad en papas tipo french fries mediante visión computacional y estudio de sus propiedades físicas

Abstract

El objetivo de esta investigación consistió en implementar un sistema para clasificar automáticamente la calidad de papas French Fries en cuanto a color, mediante técnicas de visión computacional. Adicionalmente se estudiaron los cambios en las propiedades físicas durante la fritura, tales como humedad, contenido de aceite y textura, para distintos tipos de pretratamiento y temperaturas de fritura. El procedimiento experimental consistió en la preparación de bastones de papa frita a dos temperaturas de fritura (140 y 180º C) y bajo tres pretratamientos (control, escaldado y escaldado – secado). A través de ensayos preliminares se determinó el tiempo de fritura bajo cada condición para llegar a una humedad final de 40 ± 1%, el cual fue dividido en 6 intervalos para realizar una cinética de pérdida de humedad, absorción de aceite y cambios texturales durante la fritura. Los productos finales fueron caracterizados a través de visión computacional mediante la toma de imágenes y su correspondiente procesamiento a través del software Matlab y toolbox Balu, y evaluación de color a través de un panel sensorial entrenado. Para describir los cambios en las propiedades físicas medidas durante la fritura se utilizaron modelos matemáticos, obteniendo un buen ajuste de datos en cada caso, expresado en el RMS (root mean square), el cual se encontró entre 1,96 y 13,16. Los resultados además expresaron que existe influencia de la temperatura de fritura y de los pretratamientos en las propiedades físicas estudiadas. Independiente del pretratamiento, al aumentar la temperatura, se incrementó la tasa de pérdida de humedad y la difusividad, la absorción de aceite fue menor y en la textura se aceleraron las etapas de ablandamiento y formación de la corteza. De los pretratamientos aplicados, independiente de la temperatura de fritura, se comprobó que el Escaldado-Secado fue quien más influyó sobre las mediciones, provocando un leve aumento de la difusividad en el tiempo, menor absorción de aceite y un tejido superficial más firme. El Escaldado, por su parte, al favorecer la salida del agua, aumentó los valores de difusividad y otorgó mayor firmeza al tejido. En la absorción de aceite no presentó diferencias importantes respecto a las papas control. Con respecto a la clasificación automática de las papas se definieron categorías de calidad según color de cada papa, a través de una encuesta realizada a consumidores de papas tipo chips y a la evaluación entregada por el panel sensorial. Esta categoría de calidad fue asignada a cada imagen y luego mediante un clasificador simple se procedió a realizar la clasificación automática. Los resultados se expresaron en porcentajes de aciertos, el cual indica la predicción correcta de las características sensoriales. La mejor combinación obtenida fue para las temperaturas de trabajo, 140 y 180ºC, con un porcentaje de aciertos de un 85% y 87,22%, respectivamente.

The objective of this work was to implement a system to classify automatically the quality of French Fries according to the color by computer vision techniques. Additionally a study of the changes on physical properties, such as moisture, oil uptake and texture was performed, for several pretreatments and frying temperatures. The experimental procedure considered the preparation of potato strips at two frying temperatures (140 y 180ºC) and three pretreatments (control, blanching and blanching-drying). The total frying time at each temperature-pretreatment condition was determined in order to reach a moisture content of 40 ± 1% and was divided into 6 intervals in order to obtain the samples. The moisture, oil uptake and texture were measured in each sample. A computer vision system was used to capture digital images of potato strips, which were processed by using Matlab software and the toolbox Balu in order to extract characteristics. The color of potato strips was evaluated through a trained sensory panel. To describe the changes in the measured physical properties during frying mathematic models were used, obtaining a good fit in each case, expressed in RMS (root mean square), which was between 1.96 and 13.16. The results showed the influence of the frying temperature and pretreatments on the physical properties studied. Independently of the pretreatment, at higher frying temperature, the rate water loss and the diffusivity increased, oil uptake decreased and, the texture, showed a faster softening of tissue and hardening of the crust. For the pretreatment, independent of frying temperature, blanching-drying was the most influential. The results showed that the diffusivity increased lightly, oil uptake decreased and a firmer superficial tissue were obtained. Blanching, on the other hand, increased the diffusivity, and increased the hardness of the tissue. It did not show significant differences in oil absorption compared to the control potatoes. For automatic classification of the strips, it was necessary to define the quality categories according to color through a survey applied to frequent consumers of chips and the results of the sensory panel. Each potato chip image was classified into a category. The results were expressed in percentage of correct answers, which indicates the correct prediction of the sensory characteristics. The best combination was for the frying temperatures, 140 and 180ºC. The percentages of performances were 85 and 87.22%, respectively.