X-FAST
Interne kwaliteit van poreuze levensmiddelen: 3D X-stralen tomografie toegepast op product en proces
Opportuniteit
Structuur en microstructuur bepalen eigenschappen van voeding zoals textuur, maar ook het optreden van interne defecten en stabiliteit en uitstalleven van de producten. Consumenteneisen voor verbeterde functionele en nutritionele kwaliteit (samenstelling), sensorische eigenschappen (textuur, interne defecten) en veiligheid (vreemde voorwerpen) zijn drijvende krachten voor producenten om hun producten en processen te optimaliseren of innoveren in functie van structuur. X-stralen tomografie laat toe de drie-dimensionele structuur op niet-destructieve wijze te visualiseren en kwantificeren. De techniek is gebaseerd op het detecteren van lokale dichtheidsverschillen die leiden tot een verschil in X-stralenabsorptie, en geeft 3D beelden tot op submicroscopische beeldresolutie. X-stralentomografie is dus meest toepasbaar op producten waarin de dichtheidsverschillen groot zijn. Daardoor is deze techniek uiterst geschikt voor poreuze producten, of producten die bestaan uit sterk verschillende bestanddelen. De techniek werd dan ook al succesvol toegepast voor structuuranalyse van bakkerijproducten, kaas, roomijs, groenten en fruit. De techniek kan ingezet worden voor hoge resolutie beeldvorming van de inwendige microstructuur van voedingsmiddelen. Daarnaast is er de innovatieve applicatie van X-stralentomografie voor het online scannen van producten met interne defecten of voor het detecteren van vreemde voorwerpen.
Aanpak
In dit validatietraject wordt gekeken naar toepassingen op twee ruimtelijke schalen:
- Doel 1: Op de microschaal wordt de techniek ingezet om microstructuur-kwaliteit relaties te onderzoeken. X-stralentomografie wordt gecombineerd met statistische analyse en numerieke simulatie. Hoge beeldkwaliteit en –resolutie is vereist, terwijl scan- en verwerkingstijd en gebruiksgemak worden geoptimaliseerd.
- Doel 2: Op de macroschaal zetten we X-stralentechnologie in voor de kwaliteitsinspectie. Hier is een hoge resolutie niet van belang maar is de scan- en beeldverwerkingstijd cruciaal. Nieuwe technieken worden geëvalueerd en geoptimaliseerd voor toepassingen in de voedingssector.
Twee onderzoekslijnen worden uitgewerkt:
- X-stralentomografie voor onderzoek van proces-structuur-kwaliteit relaties van poreuze voedingsmiddelen
- Online inspectie van de interne kwaliteit van poreuze voedingsmiddelen op basis van X-stralen
De projectresultaten zullen een belangrijke hefboom zijn t.o.v. de internationale state-of-the-art op de markt:
- Implementeren van het hoogwaardig kwalitatief visualiseren van de 3D structuur van voor poreuze voedingsmiddelen met technologie beschikbaar voor voedingsbedrijven: bepalen van voorwaarden voor beperkte staalvoorbereiding, haalbare scantijd, hoge beeldkwaliteit, werkbare staalgrootte en gebruiksgemak.
- Ontwikkeling en implementatie van kwantitatieve beeldverwerkingssoftware gericht op de specifieke sectortoepassingen voor gebruik in een bedrijfsomgeving. Niet enkel is het belangrijk de structuur te visualiseren, een nauwkeurige en gebruiksvriendelijke berekening van de structuurparameters (poriëngrootteverdeling, connectiviteit, porositeit, …) is dé basis voor verdere analyse van de beelden in relatie tot productkwaliteit of productieproces.
- Opstellen van kwantitatieve relaties tussen structuurparameters en kwaliteitseigenschappen van voedingsmiddelen zullen voor de specifieke sectortoepassingen op basis van statistische analyse en simulaties. Hieruit zal het belang blijken van de structuur op de kwaliteit van het product, en aan welke structuureigenschappen aandacht moet geschonken worden in het verbeteren van het productieproces.
- Evalueren van snelle beeldvorming en –verwerkingstechnieken voor onlinetoepassingen. Lage-kostoplossingen voor hardware en software zullen onderzocht en getest worden.
- Uitwerken van betaalbare oplossingen voor KMO’s
Uitvoerders
MeBioS – KU Leuven (www.biw.kuleuven.be/biosyst/mebios )
- Pieter Verboven - pieter.verboven@biw.kuleuven.be
Deelnemen
Het project gaat van start op 1 februari 2016 en loopt tot 31 januari 2020 (vier jaar). Deelnemen kan mits het betalen van een jaarlijkse projectbijdrage die afhankelijk is van de grootte van het bedrijf (aantal werknemers).
Nuttige links
3D-X-stralen tomografie heeft de laatste jaren meer en meer belang gewonnen in het onderzoek naar de interne structuur van voedingsproducten. Denk hierbij maar aan het SBO-project TOMFOOD, het Europese project Inside food en het recent gestarte VIS-traject i-FAST met daarin het validatietraject X-FAST. Met ptychografisch 3D X- stralen computertomografie kan nu op nano-schaal gekeken worden naar structuur en de verschillende componenten hiervan. Het volledig doorgronden van een specifieke structuur kan dan ook de stap vormen in het ontwikkelen van een gewenste structuur met een bepaalde consistentie.
