Process optimisation and development of non-invasive monitoring approaches for the drying of apples
| dc.contributor.corporatename | Kassel, Universität Kassel, Fachbereich Ökologische Agrarwissenschaften | |
| dc.contributor.referee | Hensel, Oliver (Prof. Dr.) | |
| dc.contributor.referee | Sturm, Barbara (Prof. Dr.) | |
| dc.date.accessioned | 2020-11-26T07:29:26Z | |
| dc.date.available | 2020-11-26T07:29:26Z | |
| dc.date.issued | 2020 | |
| dc.description.sponsorship | Katholischer Akademischer Ausländerdienst (KAAD); | |
| dc.identifier | doi:10.17170/kobra-202011232240 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/123456789/12033 | |
| dc.language.iso | eng | |
| dc.rights | Urheberrechtlich geschützt | |
| dc.rights.uri | https://rightsstatements.org/page/InC/1.0/ | |
| dc.subject | Drying | eng |
| dc.subject | Dried apple | eng |
| dc.subject | Food processing | eng |
| dc.subject | Non-invasive technique | eng |
| dc.subject | Quality optimization | eng |
| dc.subject.ddc | 630 | |
| dc.subject.swd | Lebensmittelverarbeitung | ger |
| dc.subject.swd | Apfel | ger |
| dc.subject.swd | Apfelverarbeitung | ger |
| dc.subject.swd | Dörren | ger |
| dc.subject.swd | Prozesssteuerung | ger |
| dc.subject.swd | Prozessoptimierung | ger |
| dc.title | Process optimisation and development of non-invasive monitoring approaches for the drying of apples | eng |
| dc.type | Dissertation | |
| dc.type.version | publishedVersion | |
| dcterms.abstract | Drying is of great importance particularly in the field of preserving agricultural products. It plays a very critical role by delivering nutrient rich products with a long shelf-life as well as help to combat food loss. Drying processing techniques have changed and improved significantly over time, helping to ensure food abundance in both aesthetical and nutritional regards. Convective hot air drying is one of the most common technique practiced by 85 % of industries. It can be easily applied in the remote areas of developing countries, such as in the Jumla and Mustang districts of Nepal where apple losses can be reduced. Additionally, drying of apples could help to overcome several constraints, such as poor transportation infrastructure, which causes apple to spoil before they reach the market, packaging and storage challenges; seasonality of apples; weather changes; and perishability. Moreover, dried apples as an example can improve the nutritional quality of diets of infants and young children that is of utmost importance in the quest to reduce undernutrition. The production of high-quality dried apples/apple products could be highly relevant to small and medium scale farmers looking for new markets. Therefore, the thesis seeks to demonstrate how this scientific knowledge contained herein can be useful in the development of high-quality dried apple using low-cost convective drying, focusing on decentralised applications for farmers in Jumla and Mustang district in Nepal. The novelty of this research is represented by the framework in the application of hyperspectral imaging to estimate quality metrics such as moisture content, shrinkage during the apple drying process independent of applied treatments and different drying settings (i.e. drying temperature, slice thickness and cultivars) but also evaluation on in combination with the applied pre-treatment. In the practical application of visualising the apple slices during drying, developed algorithms proved to have a potential feasibility in investigating spatial and spectral features of the quality attributes irrespective of all applied pre-treatments, drying settings, cultivars, slice thickness. These findings could find potential utilisation in the commercial drying of apple produce detecting in real time and controlling the characteristics of apple slices in- online process system. Visualising the colour changes and targeted levels of moisture content through online monitoring could inform when to end or stop the drying process. This research has demonstrated that non-invasive optical systems and the related algorithms for detection of quality features in apple slices are feasible and their approaches are essential for the optimisation of processes and the development of new strategies in the long term. Implementation of these strategies could be helpful in allowing more substantial variations of quality of supplied raw material in the establishment of a control process driven by product quality and multivariate control systems. The assessment of food quality in a fast and reliable approach is a vital factor in all aspects of business from the farmer to the industry and the consumers. Therefore, this approach could help to significantly reduce on-farm postharvest losses which are caused by several factors such as rigorous pre-sorting and improper processing. | eng |
| dcterms.abstract | Die Trocknung ist insbesondere im Bereich der Konservierung landwirtschaftlicher Erzeugnisse von großer Bedeutung. Sie spielt eine sehr wichtige Rolle, indem sie nährstoffreiche Produkte mit einer langen Haltbarkeit liefert und dazu beiträgt, Lebensmittelverluste zu reduzieren. Die Trocknungstechniken haben sich im Laufe der Zeit erheblich verändert und verbessert, was dazu beiträgt, die Nahrungsfülle sowohl in ästhetischer als auch in ernährungsphysiologischer Hinsicht sicherzustellen. Die konvektive Heißlufttrocknung ist eine der häufigsten Techniken, die in 85 % der Industrien praktiziert wird. Sie kann leicht in abgelegenen Gebieten von Entwicklungsländern angewendet werden, wie Z.B. in den Distrikten Jumla und Mustang in Nepal, wo Apfelverluste reduziert werden können. Darüber hinaus könnte das Trocknen von Äpfeln dazu beitragen, mehrere Einschränkungen zu überwinden, wie z. B. schlechte Transportinfrastruktur, wodurch Äpfel verderben, bevor sie den Markt erreichen, Verpackungs- und Lagerherausforderungen; Saisonalität der Äpfel; Wetteränderungen und Verderblichkeit. Darüber hinaus können getrocknete Äpfel zum Beispiel die Ernährungsqualität der Diäten von Säuglingen und Kleinkindern verbessern, was bei der Verringerung der Unterernährung von größter Bedeutung ist. Die Produktion von hochwertigen getrockneten Äpfeln/Apfelprodukten könnte für kleine und mittlere landwirtschaftliche Betriebe (K&M), die nach neuen Märkten suchen, von großer Bedeutung sein. Die vorliegende Arbeit soll aufzeigen, wie die darin enthaltenen wissenschaftlichen Erkenntnisse bei der Entwicklung von hochwertigem getrocknetem Apfel mit kostengünstiger konvektiver Trocknung nützlich sein können, wobei der Schwerpunkt auf dezentralen Anwendungen für Landwirte in Jumla und dem Distrikt Mustang in Nepal liegt. Die Neuheit dieser Forschung liegt in der Anwendung der hyperspektralen Bildgebung, um Qualitätsmerkmale wie Feuchtigkeitsgehalt, Schrumpfung während des Apfeltrocknungsprozesses unabhängig von angewandten Behandlungen und unterschiedlichen Trocknungseinstellungen (d.h. Trocknungstemperatur, Scheibendicke und Sorten) zu schätzen, aber auch die Bewertung in Kombination mit der angewandten Vorbehandlungen. In der praktischen Anwendung der Visualisierung der Apfelscheiben während des Trocknens erwiesen sich die entwickelten Algorithmen als eine geeignete Möglichkeit zur Untersuchung räumlicher und spektraler Merkmale der Qualitätsmerkmale unabhängig von allen angewendeten Vorbehandlungen, Trocknungseinstellungen, Sorten und Scheibendicke. Diese Erkenntnisse könnten eine mögliche Nutzung in der kommerziellen Trocknung von Apfelprodukten finden, die in Echtzeit erkannt und die Eigenschaften von Apfelscheiben im Online-Prozesssystem steuern. Die Visualisierung der Farbänderungen und des gewünschten Feuchtigkeitsgehalts durch Online-Überwachung könnte Information liefern, wann der Trocknungsprozess beendet oder gestoppt werden muss. Diese vorliegende Arbeit hat gezeigt, dass nicht-invasive optische Systeme und die damit verbundenen Algorithmen zur Detektion von Qualitätsmerkmalen in Apfelscheiben machbar sind und deren Ansätze für die Optimierung von Prozessen und die Entwicklung neuer Strategien langfristig unerlässlich sind. Die Umsetzung dieser Strategien könnte hilfreich sein, um auf größere Qualitätsschwankungen beim angelieferten Rohstoff reagieren zu können, dies durch den neuen Kontrollprozess, der auf der Produktqualität und den zugehörigen multivariaten Kontrollsystemen basiert. Die Bewertung der Lebensmittelqualität in einem schnellen und zuverlässigen Ansatz ist ein entscheidender Faktor in allen Aspekten der Wirtschaft, vom Landwirt bis zur Industrie und den Verbrauchern. Daher könnte dieser Ansatz dazu beitragen, die betrieblichen Verluste, die nach der Ernte durch Faktoren wie strenge Vorsortierung oder unsachgemäße Verarbeitung verursacht werden, erheblich zu verringern. | ger |
| dcterms.accessRights | open access | |
| dcterms.creator | Shrestha, Luna | |
| dcterms.dateAccepted | 2020-11-13 | |
| dcterms.extent | xiii, 225 Seiten | |
| dcterms.isPartOf | Forschungsbericht Agrartechnik des Fachausschusses Forschung und Lehre der Max-Eyth-Gesellschaft Agrartechnik im VDI (VDI-MEG) ;; 615 | ger |
| dcterms.source.series | Forschungsbericht Agrartechnik des Fachausschusses Forschung und Lehre der Max-Eyth-Gesellschaft Agrartechnik im VDI (VDI-MEG) | ger |
| dcterms.source.volume | 615 | ger |
| kup.iskup | false |