RESPONSE OF EDAM CHEESE TO NON-DESTRUCTIVE IMPACT

Podobné dokumenty
The Over-Head Cam (OHC) Valve Train Computer Model

Czech Society for Nondestructive Testing NDE for Safety / DEFEKTOSKOPIE 2012 October 30 - November 1, Seč u Chrudimi - Czech Republic

VLIV GEOMETRICKÉ DISPERZE

THE PREDICTION PHYSICAL AND MECHANICAL BEHAVIOR OF FLOWING LIQUID IN THE TECHNICAL ELEMENT

Compression of a Dictionary

Dynamic Signals. Ananda V. Mysore SJSU

Klepnutím lze upravit styl předlohy. Klepnutím lze upravit styl předlohy. nadpisů. nadpisů. Aleš Křupka.

Klepnutím lze upravit styl předlohy. nadpisů. nadpisů.

Radiova meteoricka detekc nı stanice RMDS01A

ACOUSTIC EMISSION SIGNAL USED FOR EVALUATION OF FAILURES FROM SCRATCH INDENTATION

VLIV SLOŽENÍ KRMNÝCH SMĚSÍ NA PRŮBĚH SNÁŠKOVÉ KŘIVKY SLEPIC

DATA SHEET. BC516 PNP Darlington transistor. technický list DISCRETE SEMICONDUCTORS Apr 23. Product specification Supersedes data of 1997 Apr 16

Dynamic Development of Vocabulary Richness of Text. Miroslav Kubát & Radek Čech University of Ostrava Czech Republic

POTENCIÁLNÍ OHROŽENOST PŮD JIŽNÍ MORAVY VĚTRNOU EROZÍ

UNIVERZITA PARDUBICE DOPRAVNÍ FAKULTA JANA PERNERA BAKALÁŘSKÁ PRÁCE Tomáš Vojtek

SPECIFICATION FOR ALDER LED

KULOVÝ STEREOTEPLOMĚR NOVÝ přístroj pro měření a hodnocení NEROVNOMĚRNÉ TEPELNÉ ZÁTĚŽE

FUNKČNÍ VZOREK FUNKČNÍ VZOREK ZAŘÍZENÍ HTPL-A PRO MĚŘENÍ RELATIVNÍ TOTÁLNÍ EMISIVITY POVLAKŮ

Biosensors and Medical Devices Development at VSB Technical University of Ostrava

Dvojitě vyvážený směšovač pro KV pásma. Doubly balanced mixer for short-wave bands

Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské - Technické univerzity Ostrava číslo 1, rok 2006, ročník LII, řada strojní článek č.

Měření vibrací generovaných budičem vibrací TIRAVib Budič Vibrací TIRAVib

Czech Technical University in Prague DOCTORAL THESIS

VLIV ZRÁNÍ NA TEXTURNÍ VLASTNOSTI EIDAMSKÝCH SÝRŮ

EXACT DS OFFICE. The best lens for office work

Litosil - application

Tento materiál byl vytvořen v rámci projektu Operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost.

Návrh a implementace algoritmů pro adaptivní řízení průmyslových robotů

Key words: impact echo, roof tiles, frost resistance, ultrasonic impulse method


Air Quality Improvement Plans 2019 update Analytical part. Ondřej Vlček, Jana Ďoubalová, Zdeňka Chromcová, Hana Škáchová

Vliv metody vyšetřování tvaru brusného kotouče na výslednou přesnost obrobku

Postup objednávky Microsoft Action Pack Subscription

technický list TRANSIL TM 1.5KE6V8A/440A 1.5KE6V8CA/440CA str 1

CHAPTER 5 MODIFIED MINKOWSKI FRACTAL ANTENNA

Case Study Czech Republic Use of context data for different evaluation activities

Introduction to MS Dynamics NAV

MINIMÁLNÍ MZDA V ČESKÝCH PODNICÍCH

CHOVÁNÍ SPOTŘEBITELŮ NA TRHU VÍNA V ČR

STLAČITELNOST. σ σ. během zatížení

USING VIDEO IN PRE-SET AND IN-SET TEACHER TRAINING

Melting the ash from biomass

SLEDOVÁNÍ AKTIVITY KYSLÍKU PŘI VÝROBĚ LITINY S KULIČKOVÝM GRAFITEM

Transportation Problem

GUIDELINES FOR CONNECTION TO FTP SERVER TO TRANSFER PRINTING DATA

Využití hybridní metody vícekriteriálního rozhodování za nejistoty. Michal Koláček, Markéta Matulová

Transfer inovácií 20/

VYSOKÁ ŠKOLA HOTELOVÁ V PRAZE 8, SPOL. S R. O.

Střední průmyslová škola strojnická Olomouc, tř.17. listopadu 49

CZ.1.07/2.3.00/

Zelené potraviny v nových obalech Green foods in a new packaging

USER'S MANUAL FAN MOTOR DRIVER FMD-02

ACTA UNIVERSITATIS AGRICULTURAE ET SILVICULTURAE MENDELIANAE BRUNENSIS SBORNÍK MENDELOVY ZEMĚDĚLSKÉ A LESNICKÉ UNIVERZITY V BRNĚ

ACTA UNIVERSITATIS AGRICULTURAE ET SILVICULTURAE MENDELIANAE BRUNENSIS SBORNÍK MENDELOVY ZEMĚDĚLSKÉ A LESNICKÉ UNIVERZITY V BRNĚ

Seznam publikací, Ing. Josef Půta, Ph.D.

Moderní technologie dokončování velmi přesných děr vystržováním a její vliv na užitné vlastnosti výrobků

Gymnázium, Brno, Slovanské nám. 7 WORKBOOK. Mathematics. Teacher: Student:

Problematika disertační práce a současný stav řešení

Automatika na dávkování chemie automatic dosing

Contact person: Stanislav Bujnovský,

INFLUENCE OF CONSTRUCTION OF TRANSMISSION ON ECONOMIC PARAMETERS OF TRACTOR SET TRANSPORT

Project Life-Cycle Data Management

Ja n T. Št e f a n. Klíčová slova: Řada knih, srovnání cen v čase, cena vazby a ocelorytové viněty, lineární regresní analýza.

Obrábění robotem se zpětnovazební tuhostí

EFFECT OF MALTING BARLEY STEEPING TECHNOLOGY ON WATER CONTENT

ACTA UNIVERSITATIS AGRICULTURAE ET SILVICULTURAE MENDELIANAE BRUNENSIS SBORNÍK MENDELOVY ZEMĚDĚLSKÉ A LESNICKÉ UNIVERZITY V BRNĚ

Gymnázium a Střední odborná škola, Rokycany, Mládežníků 1115

Noise Measurement Měření hluku

Právní formy podnikání v ČR

Database systems. Normal forms

2010 FUNKČNÍ VZOREK. Obrázek 1 Budič vibrací s napěťovým zesilovačem

PC/104, PC/104-Plus. 196 ept GmbH I Tel. +49 (0) / I Fax +49 (0) / I I

TechoLED H A N D B O O K

Výukový materiál zpracovaný v rámci operačního programu Vzdělávání pro konkurenceschopnost

X-RAY EXAMINATION OF THE FATIGUE PROCESS RENTGENOGRAFICKÉ ZKOUMÁNÍ ÚNAVOVÉHO PROCESU

Parametrická studie změny napětí v pánevní kosti po implantaci cerkvikokapitální endoprotézy

T E S T R E P O R T No. 18/440/P124

2. Entity, Architecture, Process

Gymnázium, Brno, Slovanské nám. 7, SCHEME OF WORK Mathematics SCHEME OF WORK. cz

UNIVERZITA PARDUBICE FAKULTA CHEMICKO-TECHNOLOGICKÁ DISERTAČNÍ PRÁCE

Škola: Střední škola obchodní, České Budějovice, Husova 9. Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT

Summary. Mr. Andreas Molin

PRAVIDLA ZPRACOVÁNÍ STANDARDNÍCH ELEKTRONICKÝCH ZAHRANIČNÍCH PLATEBNÍCH PŘÍKAZŮ STANDARD ELECTRONIC FOREIGN PAYMENT ORDERS PROCESSING RULES

D. Klecker, L. Zeman

Počítačové kognitivní technologie ve výuce geometrie

VŠEOBECNÁ TÉMATA PRO SOU Mgr. Dita Hejlová

UŽIVATELSKÁ PŘÍRUČKA

CHAIN TRANSMISSIONS AND WHEELS

SYSTEM OF ROAD SURFACE MEASUREMENT AND EVALUATION IN THE CZECH REPUBLIC, NEW TRENDS IN THIS FIELD

Výuka odborného předmětu z elektrotechniky na SPŠ Strojní a Elektrotechnické

Výukový materiál zpracován v rámci projektu EU peníze školám

Vliv návštěvníků na mikroklima Kateřinské jeskyně. Influence of Visitors on Kateřinská Cave Microclimate

THE HIGH-SPEED CAMERA IN MACHINING VYSOKORYCHLOSTNÍ KAMERA V OBRÁBĚNÍ

Název školy STŘEDNÍ ODBORNÁ ŠKOLA a STŘEDNÍ ODBORNÉ UČILIŠTĚ, Česká Lípa, 28. října 2707, příspěvková organizace

WORKSHEET 1: LINEAR EQUATION 1

Mechanika Teplice, výrobní družstvo, závod Děčín TACHOGRAFY. Číslo Servisní Informace Mechanika:

By David Cameron VE7LTD

Střední průmyslová škola strojnická Olomouc, tř.17. listopadu 49

ACTA UNIVERSITATIS AGRICULTURAE ET SILVICULTURAE MENDELIANAE BRUNENSIS SBORNÍK MENDELOVY ZEMĚDĚLSKÉ A LESNICKÉ UNIVERZITY V BRNĚ

Silicified stems of upper Paleozoic plants from the Intra Sudetic and Krkonoše Piedmont basins

Transkript:

ACTA UNIVERSITATIS AGRICULTURAE ET SILVICULTURAE MENDELIANAE BRUNENSIS SBORNÍK MENDELOVY ZEMĚDĚLSKÉ A LESNICKÉ UNIVERZITY V BRNĚ Volume LVII 7 Number 4, 2009 RESPONSE OF EDAM CHEESE TO NON-DESTRUCTIVE IMPACT Š. Nedomová Received: February 27, 2009 Abstract NEDOMOVÁ, Š.: Response of Edam cheese to non-destructive impact. Acta univ. agric. et silvic. Mendel. Brun., 2009, LVII, No. 4, pp. 55 62 The behaviour of the Edam cheese during its maturation under dynamic loading has been studied. The block of tested cheese has been loaded by the impact of an aluminium bar. The force between bar and cheese has been recorded. The surface displacements as well as the surface velocities have been obtained at the different points from the point of the bar impact using of the laser vibrometers. Response functions have been evaluated both in the time and frequency domains. It has been found that the degree of the cheese maturity is well characterized by the attenuation of the surface displacement maximum. This maturation is also described by the maximum of the impact force. The spectral analysis of the response functions revealed that there was a dominant frequency, which depends only on the degree of the cheese maturity. The developed method represents a promising procedure for the continuous recording of the cheese ripening. Edam cheese, maturation, non-destructive impact Cheese texture has been usually evaluated by destructive sensory and instrumental measurements. Uniaxial compression and puncture tests have been widely used to assess cheese texture, providing information on both the deformation and fracture properties of food products. At present, many nondestructive techniques such as small displacement probes, vibrating rheometers, near infrared spectroscopy (NIR), computer vision, biosensors, ultrasonic analysis and sonic measurements are emerging. (Blazquez et al., 2006; Davie et al., 1996; Mulet et al., 1999; Ortiz et al., 2001). One of these methods is the acoustic impulse response technique. This procedure enables the nondestructive measurement of firmness when being struck with a probe excites the food and the frequency spectrum from the recorded acoustic signal is obtained. This technique is widely used for the evaluation of the quality of fruits, hen s eggs and some other products (Cho et al., 2000; Diezma- Iglesias et al., 2004, De Belie et al., 2000a, 2000b; Diezma-Iglesias et al., 2006; Zude et al., 2006). This procedure has been also used for cheese texture assessment (Conde et al., 2008). The objective of this work was to assess the feasibility of using non-destructive impact measurements to evaluate the changes in the textural pro per ties of cheese during its maturation. The response of the cheese to the impact has been eva luated by a non-acoustic technique. This procedure characterizes the response of the cheese as its surface displacement instead of the emitted sound as the acoustic impulse response technique. MATERIALS AND METHODS The experiments were carried out on blocks of EDAM cheese. Cheeses with 30% and 45% dry fat matter have been tested. The pieces were matured in chambers where relative humidity and temperature were maintained according to the company procedures. The blocks of cheese have been tested at 16 (February 12, 2008), 39 (March 6, 2008), 60 (March 27, 2008), 79 (April 15, 2008) and 107 (May 13, 2008) days after the production. The impact tests were carried out using an impact device specially designed and built for cheese measurements. The experimental set up is schematically shown in the Fig. 1. The impact set-up consisted 55

56 Š. Nedomová of a free-falling cylindrical bar (6 mm in diameter, 200 mm in height made from alu mi nium alloy). The bar is instrumented by strain gauges. This instrumentation enables to record the time history of the force at the interface between cheese and bar. At the distances 30, 45, 60, 75, 90, 105, 120 and 135 mm from the point of the bar impact the surface displacement as well as the surface velocity are measured using of the laser-vibrometer. 1: Schematic of the experimental device The cheese response was picked up through an amplifier and a commercial A/D PC board to the PC, which simultaneously served as the data acquisition system. An optical sensor was used to trigger the acquisition. The signal was sampled at a rate of 200,000 samples/s for a period of 15 ms. Instead of the time dependent response functions; the MAT- LAB computer program transformed the response from time to frequency domain by means of Fast Fourier Transform (FFT). The impact velocity of the bar has been kept to be constant (1.2 m.s -1 ). RESULTS AND DISCUSSION The response function have been evaluated both in the time and frequency domains. These two approaches are presented separately. Time domain. In the Fig. 2 an example of the experimental record force versus time is shown. It can be shown that there is a very good reproducibility of the experiments. The function force, F, time, t, can be represented by three parameters: Maximum value of the force Time of the maximum force achieving Time of the pulse F(t) duration. The maximum values of the loading forces are plotted in the Fig. 3. Each point represents an avera ge from three measurements. It is obvious that the maximum value of the loading force decreases with the time of the ripening. Its value also decreases with the increase in the fat content. The response function of the cheese block to the impact loading is described by the time histories of the surface displacement and/or by the surface velocity. These quantities correspond to the stress wave, which originate at the moment of the cheese loading by the striking bar. An example of the de velop ment of the surface displacement in the increasing distance from the place of the bar cheese contact is shown in the Fig. 4. The surface displacement is highly attenuated in the direction of the stress wave propagation. This behaviour is typical for the wave propagation in the non-linear viscoelastic materials. The same features exhibited the surface velocity versus time functions see Fig. 5. The attenuation of the maximum value of the surface displacement in the direction of the stress wave propagation is shown in the Fig. 6. This maximum decreases with the ripening time. The maximum also decreases with the fat content. The decrease of the maximum of the surface ve loci ty in the direction of the stress wave propagation has not been a single value of the ripening time see Fig. 7. One can see that for the description of main textural changes during Edam cheese maturation are meaningful namely time histories of the impact forces and surface displacement. Frequency domain. The analysis in the frequency domain is based on the Fourier transform (see e.g. Stein and Shakarchi, 2003). The function f(t) in the time domain is substituted by its spectral function F(ω), where ω denotes the angular frequency. The transform into the frequency domain will be a complex valued function, that is, with magnitude and phase. The fast Fourier technique (FFT) has been used for the evaluation of the magnitude and phase. This algorithm is a part of the MATLAB software. An example of the spectral function amplitude is shown in the Fig. 8. This function is characterized by a peak value at relatively low frequency. For the whole spectrum, the momentum M 0 (Eq. (1)), the momentum M 1 (Eq. (2)) the central frequency CF (Eq. (3)) and the variances Var (Eq. (4)) were calculated (Oppenhein et al., 1989). M 0 = F(ω)Δω (1) M 1 = F(ω)ωΔω (2) M 1 CF = (3) M 0 (ω CF)F(ω) Var = (4) F(ω) Values of the central frequency are displayed in the Fig. 9. The central frequency decreases with the increase in the fat content. Its dependence on the ripening time is not too clear. The next information is involved in the spectral functions of the surface dis-

Response of Edam cheese to non-destructive impact 57 2: Time history of the force at the contact between cheese block and striking bar 3: Maximum vales of the loading forces versus time of the cheese ripening placement versus time function. The frequency dependence of the amplitude changes in the direction of the stress wave propagation see e.g. Fig. 9. The amplitude versus frequency function is characterized by a maximum. The corresponding frequency is usually denoted as the dominant frequency. The analysis of our data led to the conclusion that the dominant frequency did not depend on the distance in the direction of the stress wave propagation. Its value was strongly dependent on the time of the ripening see Fig. 10. The dominant frequency seems to be a very convenient parameter describing the degree of the cheese maturation. Its value can be evaluated only at one point on the cheese surface. CONCLUSSIONS In the given paper an extensive study on the Edam cheese response to non-destructive impact has been performed. An experimental arrangement was developed to perform in a single operation non-destructive impact loading and response measure-

58 Š. Nedomová 4: Surface displacement at the different points from the bar cheese contact 5: Surface velocity at the different points from the bar cheese contact ments on block of cheese. It has been found that both the loading force as well as the response functions enables to describe the texture changes of the Edam cheese during its maturation. The softe ning of the cheese during maturation is well described by the decrease of the loading force maximum. The same conclusions have been obtained from the time histories of the surface displacements. The valuable information has been reached using of the frequency analysis of obtained functions. Namely the dominant frequency exhibited a very promising tool of the cheese maturation cha rac teri za tion. The non-destructive impact tests could be useful for prediction the textural characteristics of Edam cheese and therefore estimating the degree of cheese maturity.

Response of Edam cheese to non-destructive impact 59 6: Maximum values of the surface displacements versus distance in the stress wave propagation 7: Maximum values of the surface velocity versus distance in the stress wave propagation The research has been supported by the Grant Agency of the Czech Academy of Sciences under Contract No. IAA201990701. SOUHRN Odezva Eidamu na nedestruktivní ráz Práce je zaměřena na sledování dynamické odezvy sýrů (Eidam s 30 % a 45 % tuku v sušině) na nedestruktivní rázové zatěžování realizované dopadem tyče v průběhu jejich zrání. Vyvinuté experimentální zařízení umožňuje detekci časového průběhu síly vznikající při dopadu tyče na povrch sýrů. Ve vzdálenostech 30, 45, 60, 75, 90, 105, 120 a 135 mm od místa dopadu byly zaznamenávány průběhy výchylek a rychlostí povrchu sýrů, a to pomocí laserové vibrometrie. Bloky sýrů byly zkoumány 16, 39, 60, 79 a 107 dní od data výroby. Ukazuje se, že v průběhu zrání dochází k útlumu rázové síly,

60 Š. Nedomová 8: Spectral function amplitude versus frequency function 9: Central frequencies což souvisí s texturními změnami, které se projevují poklesem tuhosti sýru. Neméně jednoznačnou souvislost s dobou zrání vykazuje průběh výchylky volného povrchu. Tato výchylka, která odpovídá šíření vlny napětí od místa dopadu, vykazuje výrazný útlum ve směru šíření dané vlny, což jednoznačně ukazuje na nelineární viskoelastický charakter deformačního chování sýrů. Míra tohoto projevu roste s dobou zrání a pro danou dobu zrání je výraznější u sýrů s vyšším obsahem tuku. Odezva sýrů na rázové zatěžování byla dále popsána i ve frekvenční oblasti. Pomocí Fourierovy analýzy byly časovým funkcím přiřazeny jejich spektrální funkce. Ukazuje se, že frekvenční spektra spektrálních funkcí odpovídajících posunutí vykazují výrazné maximum. Odpovídající frekvence, v jejímž okolí je soustředěna většina energie přenášené pulsem, nezávisí na vzdálenosti od místa nárazu, ale je jednoznačnou a to klesající funkcí doby zrání sýrů. Celkově se ukazuje, že navržená metoda umožňuje spolehlivě detekovat změny texturních vlastností sýrů během jejich zrání. Výhodou je její nedestruktivní charakter a bezkontaktní snímání příslušné odezvy. To naznačuje potenciální možnost využití dané metody přímo ve výrobě pro kontinuální sledování procesu zrání sýrů. Eidam, zrání, nedestruktivní ráz

Response of Edam cheese to non-destructive impact 61 9: Development of the spectral function amplitude in the direction of the stress wave propagation 10: Effect of the cheese ripening on the dominant frequency

62 Š. Nedomová REFERENCES BLAZQUEZ, C., DOWNEY, G., O CALLAGHAN, D., HOWARD, V., DELAHUNTY, C., SHEEHAN, E., EVERARD, C., O DONNELL, C. P., 2006: Modelling of sensory and instrumental texture pa ra meters in processed cheese by near infrared reflectance spectroscopy. Journal of Dairy Research, 73, 1: 58 69. ISSN 0022-0299. CONDE, T., CÁRCELA, J. A., GARCÍA-PÉREZA, J. V., BENEDITO, J., 2007: Non-destructive analysis of Manchego cheese texture using impact force deformation and acoustic impulse response techniques. Journal of Food Engineering, 82, 2: 238 245. ISSN 0260-8774. DAVIE, I. J., BANKS, N. H., JEFFERY, P. B., STUDMAN, C. J., KAY, P., 1996: Non-destructive measurement of kiwifruit firmness. New Zealand Journal of Crop and Horticultural Science, 24, 2: 151 157. ISSN 0114-0671. DE BELIE, N., SCHOTTE, S., LAMMERTYN, J., NICOLAI, B., DE BAERDEMAEKER, J., 2000a: Firmness changes of pear fruit before and after harvest with the acoustic impulse response technique. Journal of Agricultural Engineering Research, 77, 2: 183 191. ISSN 0021-8634. DE BELIE, N., SCHOTTE, S., COUCKE, P., DE BAER- DE MAE KER, J., 2000b: Development of an automated monitoring device to quantify changes in firmness of apples during storage. Postharvest Biolo gy and Technology, 18, 1: 1 8. ISSN 0925-5214. DIEZMA-IGLESIAS, B., RUIZ-ALTISENT, M., BARREIRO, P., 2004: Detection of internal qua li ty in seedless watermelon by acoustic impulse response. Biosystems Engineering, 88, 2: 221 230. ISSN 1537-5110. DIEZMA-IGLESIAS, B., VALERO, C., GARCIA- RAMOS, F. J., RUIZ-ALTISENT, M., 2006: Monitoring of firmness evolution of peaches during storage by combining acoustic and impact methods. Journal of Food Engineering, 77, 4: 926 935. ISSN 0260-8774. CHO, H. K., CHOI, W. K., PAEK, J. H., 2000: Detection of surface cracks in shell eggs by acoustic impulse method. Transactions of the ASAE, 43, 6: 1921 1926. ISSN 0001-2351. MULET, A., BENEDITO, J., BON, J. SANJUAN, N., 1999: Review: Low intensity ultrasonic in food technology. Food Science and Technology International, 5, 4: 285 297. ISSN 1082-0132. OPPENHEIM, A. V., SCHAFER, R. W., BUCK, J. R., 1999: Discrete-Time Signal Processing. New Jersey: Prentice Hall, 870. ISBN 0137549202. ORTIZ, C., BARREIRO, P., CORREA, E., RIQUELME, F., RUIZ-ALTISENT, M., 2001: Non-destructive identification of woolly peaches using impact response and near-infrared spectroscopy. Journal of Agricultural Engineering Research, 78, 3: 281 289. ISSN 0021-8634. STEIN, E. M., SHAKARCHI, R., 2003: Fourier Analy sis: An Introduction. Princeton University Press, 311 p. ISBN 0-691-11384-X. ZUDE, M., HEROLD, B., ROGER, J. M., BELLON- MAUREL, V., LANDAHL, S., 2006: Non-destructive tests on the prediction of apple fruit flesh firmness and soluble solids content on tree and in shelf life. Journal of Food Engineering, 77, 2: 254 260. ISSN 0260-8774. Address Ing. Šárka Nedomová, Ph.D., Ústav technologie potravin, Mendelova zemědělská a lesnická univerzita v Brně, Zemědělská 1, 613 00 Brno, Česká republika, e-mail: snedomov@mendelu.cz