Riassunto analitico
Per i consumatori il colore rappresenta il primo fattore di valutazione dei prodotti alimentari. Una colorazione piacevole, unitamente al suo mantenimento nel tempo, è un valore aggiunto dal punto di vista qualitativo e commerciale per un prodotto alimentare, in particolare per i prodotti a base di fragola.
In questo studio è stato valutato l’effetto della formulazione di un semilavorato alla fragola per yogurt sul colore del prodotto e sulla sua variazione nel tempo, legata principalmente a fenomeni di degradazione e imbrunimento. A questo scopo è stata applicata una combinazione di tecniche di analisi multivariata.
Innanzitutto, per ottenere risultati statisticamente affidabili, è stato applicato un Disegno di Miscela (Mixture Design, MD) a quattro componenti con constrain. Le proporzioni selezionate di purea di fragole, zucchero, succo di limone e addensante sono state studiate all'interno dello spazio del dominio irregolare determinato sulla base delle indicazioni dell’azienda presso la quale è stato svolto il lavoro di tesi. Il disegno di miscela quadratico è stato elaborato tramite il software Design Expert, applicando il criterio di I-ottimalità per la selezione delle condizioni sperimentali. Lo stesso disegno è stato replicato per consentire la valutazione di due diversi addensanti: farina di semi di carrube e pectina. I 44 punti sperimentali risultanti sono quindi stati ordinati casualmente e poi suddivisi in quattro blocchi da 11 esperimenti ciascuno.
Ciascuna miscela preparata secondo il disegno sperimentale è stata suddivisa in due aliquote conservate in condizioni diverse. Una delle due aliquote di ogni campione è stata tenuta in condizioni di stress (ovvero esposizione a luce intensa e a 34.5 °C ± 0.9 °C per 120-140 ore alla settimana) in una camera isolata per cinque settimane, mentre l'altra aliquota (campione di controllo) è stata conservata al buio a 5 °C per lo stesso periodo. Durante questo lasso di tempo, entrambe le serie di campioni sono state regolarmente estratte dal rispettivo ambiente al fine di acquisire immagini digitali RGB con un comune scanner piano, seguendo un piano sperimentale programmato e opportunamente randomizzato.
Il dataset delle immagini RGB così ottenuto è stato poi elaborato attraverso tecniche di Analisi Multivariata delle immagini (Multivariate Image Analysis, MIA).
Per prima cosa, le immagini dei campioni sono state convertite in colorigrammi per effettuare una prima analisi esplorativa del dataset mediante Analisi delle Componenti Principali (Principal Component Analysis, PCA). In questo modo è stato possibile evidenziare la variazione di colore dei campioni dovute sia alle diverse formulazioni che al tempo di invecchiamento.
In una seconda fase è stata studiata la correlazione tra la formulazione delle diverse miscele ed una serie di parametri legati al colore delle immagini RGB. Questa valutazione è stata effettuata sia considerando i campioni appena preparati che gli stessi dopo che erano stati sottoposti a condizione di stress per cinque settimane. I due parametri in grado di descrivere al meglio la variazione di colore in funzione della composizione sono stati individuati rispettivamente nella mediana del rosso e nella mediana del verde relativo.
Seguendo questa procedura di lavoro è stato possibile individuare alcuni andamenti interessanti, che saranno molto utili per lo sviluppo futuro di una strategia mirata all'ottimizzazione del colore del prodotto.
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Abstract
For consumers, colour represents the first appealing factor on food products. A great colour appearance and maintenance is a commercial surplus value, in particular for strawberry – based products.
This study evaluated the effect of the formulation of strawberry yoghurt puree on the corresponding colour and on its variation over time, which is mainly due to degradation and browning phenomena. To achieve such a result, a combination of multivariate analysis techniques was applied.
Firstly, to obtain statistically reliable results, a four components constrained Mixture Design (MD) was applied. Selected proportions of strawberry purée, sugar, lemon juice and thickener were studied inside the irregular domain space defined on the basis of the indications of the company where the thesis work was carried out. A quadratic mixture design was elaborated using the Design Expert software, considering the I-optimality criterion for experimental conditions selection. The same experimental matrix was considered twice to enable the evaluation of two different thickeners: locust bean gum and pectin. The resulting 44 experiments were then sorted in random order and divided in four blocks of 11 experiments each.
Each sample, prepared according to the mixture design, was split into two aliquots, which were stored in different conditions. One aliquot was kept under stressing conditions (i.e. intense light exposure and 34.5 °C ± 0.9 °C for 120-140 h per week) in an isolated chamber for a period of five weeks, while the other aliquot (control sample) was stored in the dark at 5 °C for the same period. During this timespan, both samples series were regularly extracted from their respective environment in order to acquire RGB digital images with a common flatbed scanner, following a scheduled and properly randomized experimental plan.
The dataset of RGB images was then elaborated through Multivariate Image Analysis (MIA) techniques.
In a first step, sample images were converted into one-dimensional signals, named colourgrams, in order to perform an initial evaluation of the dataset using Principal Component Analysis (PCA). In this manner, it was possible to highlight colour variations due to both sample composition and ageing time.
Then, the correlation between mixture proportions and colour parameters extracted from the RGB images has been investigated. This evaluation was performed considering both the freshly prepared samples and the same samples after five weeks of stressed storage conditions. The two parameters able to better describe the color variation according to composition were the median value of red channel and the median value of relative green.
Following this procedure it was possible to identify some interesting trends, which will be very useful for the future development of a strategy aimed at product colour optimization.
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