Model identification and on-line implementation of optimal operation policies in thermal food processes

Résumé

The “2013-2014 Data & Trends of the European food and drink industry"""" report provides a comprehensive description of the food and beverage industry, the largest manufacturing sector in the EU. That report emphasises the consumer expectations as the driving force for in- dustrial innovation. Consumer expectations are classied in five axes: pleasure, health, physical, convenience and ethics. Although price remains a key criterion of most purchasing decisions, pleasure, convenience and health are driving factors of food market evolution. In a largely atomised sector, with thousands of SME companies in Europe accounting for more than the 50% of food and drink industry turnover, the challenge to remain competitive, is not only to spot the product that will deliver business, but to be the first in developing and delivering it to the market. Typically the food industry largely relied on tradition for the formulation of new food products or the improvement of existing ones. However, this approach is no longer suitable due to the necessity to respond rapidly to changes in consumers' preferences. As a consequence, there is currently a great deal of technological de- velopment in food industry both at the “product"""" and at the “process"""" levels. New product developments combine strategic and organisational actions with technical effort"; the former dealing with the management of the development process, strategic placement and launch of the new product; the latter concerned with the design of the product and its manufacturing process (Charpentier and McKenna, 2004; Costa et al., 2006). From a practical point of view, the design of a new product involves the embodiment of two major pillars: i) components and properties (or attributes), and ii) processes, storage and usage conditions. Attributes are often used to characterise the quality of the product from the consumer perspective, and will be referred as quality factors from now on. In many cases, as in fried or baked foods, these quality factors are inherently subjective such as appearance, smell, texture, colour, and flavour, frequently examined by human inspectors. Inconsistency and variability associated to such a kind of inspection accentuates the necessity for objective parameters to measure quality. Nowadays, different quantitative parameters can be determined by the composition and physico- chemical properties of the components of the food product, the product structure which is in general dependent of the processing conditions, and the food storage and usage conditions. In fact, it is widely accepted that the creation of novel foods or improvement of existing foods largely depends on a strong understanding and awareness of the intricate interrelationship among the food features at different scales and their physico-chemical properties, sensory attributes and healthfulness. In general, food processes are applied for one or more of the following reasons: preservation; availability; safety; quality; convenience; health and wellness;" and sustainability (Floros et al., 2010). Computer aided process engineering tools (CAPE) enable the possibility of: i) automating and controlling processes for the sake of efficiency and reproducibility, ii) facilitating changeovers among different products and iii) analysing new operation/product scenarios through simulation.A industria alimentaria é unha das máis importantes en ratios de produción na Unión Europea, en “2013-2014 Data & Trends of the European food and drink industry"""" pódese atopar unha descrición clara e actual da mesma. Dito informe enfatiza a importancia da demanda por parte dos consumidores como forza impulsora da innovación industrial. Neste senso, aínda que o prezo segue a ser un criterio clave á hora de comprar alimentos, outros factores como son a comodidade e a calidade están a emerxer collendo cada vez máis peso na evolución do mercado. De feito, os actuais patróns de consumo a nivel alimentario dependen principalmente de factores coma o pracer, a saúde, a comodidade e a ética. Nun sector enormemente disgregado, con miles de PEMEs en toda Europa que moven máis do 50% do mercado alimentario, o reto para ser competitivo xa non se basea exclusivamente na produción e venda de bens de consumo, senón que agora é clave ser o primeiro en desenvolver novos produtos e levalos ao mercado. Tradicionalmente, a industria alimentaria fundamentou a formulación de novos produtos e mellora dos existentes en experiencias previas. Pero este enfoque resulta ineficiente na actual escena mundial, na que se require de respostas rápidas e efectivas ás exixencias do mercado. Enténdese, entón, que un punto importante á hora de satisfacer as crecentes demandas dos consumidores dependa da capacidade de intervir, non só a nivel de proceso, senón tamén a nivel de produto. As innovacións a realizar a nivel de produto deben combinar accións estratéxicas e organizacionais con esforzo a nivel técnico. As accións estratéxicas e organizacionais están dirixidas ao desenvolvemento do proceso, á localización estratéxica e ao lanzamento de novos produtos. Mentres que o esforzo técnico está encamiñado ao deseño e proceso de fabricación do novo produto (Charpentier and McKenna, 2004";" Costa et al., 2006). Desde un punto de vista práctico o deseño de novos produtos inclúe dúas pezas fundamentais: i) compoñentes e propiedades, e ii) procesamento, almacenamento e condicións de uso. Algúns atributos dos alimentos son empregados para caracterizar a súa calidade desde a o punto de vista do consumidor, son os denominados factores de calidade. Pero en moitos casos estes factores de calidade son subxectivos, é o caso da aparicencia, textura, cor e sabor entre outros. É por isto, que existe unha enorme variabilidade á hora de medir e cuantificar a calidade de un alimento. Hoxe en día, existen relacións que permiten conectar parámetros subxectivos, xa sexan factores sensoriais ou de salubridade e seguridade do alimento, con propiedades psicoquímicas medibles, ou como mínimo calculables. Este feito é crítico se temos en conta que a creación de “novos"""" alimentos e a mellora dos xa existentes depende do coñecemento existente relativo ás características dos mesmos en diferentes escalas, ás súas propiedades psico-químicas, aos seus atributos sensoriais, etc. Por norma xeral, o procesamento de alimentos é levado a cabo por unha ou varias das seguintes razóns: conservación, dispoñibilidade, seguridade, calidade, comodidade, saúde e benestar, e sustentabilidade (Floros et al., 2010). O deseño de procesos alimentarios que permita asegurar seguridade, calidade, comodidade e produtos saudables para o consumidor, á vez que garantir un emprego sustentable dos recursos, require de metodoloxías baseadas na enxeñaría de procesos asistida por ordenador ou CAPE (do inglés: computer aided food process engineering).