Brevet FR2971339A1 — publié le 20120810

i PROCEDE ET APPAREIL D'ESTIMATION DU DEGRE DE CUISSON D'UN ALIMENT L'invention porte sur un procédé et un appareil d'estimation du degré de cuisson d'un aliment, en particulier d'un aliment carné tel qu'un 5 steak. Il est difficile de connaître précisément le degré de cuisson « à coeur » d'un aliment solide dont seule la surface est visible. Cela est particulièrement vrai dans le cas où la cuisson s'effectue par contact avec une surface chaude (poêle, wok) car dans ce cas le côté par lequel l'aliment est en 10 train de cuire n'est pas visible. Concrètement, les cuisiniers se basent sur leur expérience pour estimer le temps de cuisson nécessaire, mais cela est difficile compte tenu de la dispersion des propriétés physiques et chimiques des aliments (épaisseur, teneur en eau...) qui ont une influence difficilement prévisible sur leur cuisson. Il est très fréquent qu'un aliment - en particulier un 15 steak - soit servi trop cuit, ou pas assez. L'optimisation des temps de cuisson constitue une activité de recherche et développement importante pour l'industrie agro-alimentaire. Pour ce faire, il est nécessaire de pouvoir comparer des indicateurs de qualité des aliments soumis à des barèmes thermiques ou à des procédés de cuisson 20 différents. Aujourd'hui, la température à coeur est le paramètre de comparaison le plus utilisé en raison de sa simplicité de mise en ceuvre, mais la mesure n'est pas fiable (difficulté de positionnement du capteur) et la température seule, sans prise en compte de son évolution dans le temps, ne caractérise pas suffisamment le niveau de cuisson. 25 L'invention vise à procurer un procédé et un appareil permettant une estimation plus fiable et plus reproductible du degré de cuisson d'un aliment, tout en étant suffisamment simple pour que son utilisation dans la restauration et dans l'industrie agroalimentaire puisse être envisagée de manière réaliste. 30 L'invention exploite une corrélation statistique entre le spectre de réflectance de l'aliment et son degré de cuisson. Il s'agit d'une corrélation empirique, par conséquent une étape d'étalonnage est nécessaire à la mise 2 en oeuvre de l'invention. Cette corrélation a été mise en évidence dans le cas de la viande, tant bovine que de volaille, où l'on a étudié l'évolution du spectre d'absorption de la myoglobine. Mais il ne s'agit pas là d'une limitation essentielle de l'invention, qui peut être appliquée à d'autres familles d'aliments. Par exemple, l'étude de la variation de réflectance des caroténoïdes peut être utilisée comme un marqueur indirect de la dénaturation des protéines dans la chair du saumon. En effet, l'agrégation des protéines au cours de la cuisson augmente l'opacité de la chair, qui réduit la réflectance des caroténoïdes contenus dans cette dernière. Le procédé de l'invention s'applique également à des aliments d'origine végétale ; par exemple, le spectre de réflectance des haricots verts varie de manière considérable au cours de la cuisson. Un objet de l'invention est donc un procédé d'estimation du degré de cuisson d'un aliment comportant : (a) l'acquisition d'au moins un spectre de réflectance dudit aliment ; et (b) l'application d'un modèle statistique de prédiction audit ou à chaque spectre pour déterminer un indicateur du degré de cuisson de l'aliment. Selon différents modes de réalisation de l'invention : - Ledit aliment peut être un aliment carné, et de préférence un steak de viande bovine. - Ledit ou chaque spectre de réflectance peut être acquis dans une région spectrale comprenant un pic d'absorption de la myoglobine. - Ledit ou chaque spectre de réflectance peut être acquis dans une région spectrale comprenant la plage 300 - 800 nm et de préférence 400 - 600 nm. - Ledit modèle statistique de prédiction peut être choisi parmi un modèle PCR - régression sur composantes principales - et un 30 modèle PLS - moindres carrés partiels, ou projection sur des structures latentes. 25 3 - Ledit indicateur du degré de cuisson peut être choisi parmi : un indicateur sensoriel et la perte en eau de l'aliment. - Ladite étape d'acquisition d'au moins un spectre de réflectance peut être mise en oeuvre au cours de la cuisson dudit aliment, qui s'effectue par contact avec une surface chaude ; et ledit ou chaque spectre de réflectance peut être un spectre de réflectance d'une surface dudit aliment qui n'est pas en contact avec ladite surface chaude. - Le procédé peut comporter également une étape de prétraitement, comprenant une opération de normalisation, avant l'application 10 dudit modèle statistique. - Le procédé peut comporter également une phase préliminaire d'étalonnage comprenant : l'acquisition d'au moins un spectre de réflectance pour chacun d'une pluralité d'échantillons d'étalonnage dudit aliment, pour lesquels la valeur dudit indicateur du degré de cuisson est 15 connue ; et la construction dudit modèle statistique à partir des spectres ainsi acquis et desdites valeurs connues de l'indicateur du degré de cuisson ; Un autre objet de l'invention est un appareil pour la mise en oeuvre d'un procédé tel que décrit ci-dessus comprenant : - un dispositif d'éclairage d'un aliment dont le degré de 20 cuisson doit être estimé ; un système d'acquisition d'un spectre de réflectance dudit aliment ; et - un moyen de traitement des données pour estimer le degré de cuisson de l'aliment à partir dudit spectre de réflectance. Le dispositif d'éclairage peut comprendre au moins une source de lumière, de préférence visible ; le système d'acquisition peut comprendre un réflectomètre, par exemple à sphère d'intégration, et un spectromètre ; le moyen de traitement des données peut être un ordinateur programmé de manière opportune. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite en référence aux dessins annexés donnés à titre d'exemple, qui montrent respectivement : 25 30 4 - La figure 1, une fiche de notation permettant de déterminer un indicateur sensoriel du degré de cuisson de la viande de poulet ; - Les figures 2A, 2B et 3, des spectres de réflectance bruts 5 (figure 2A), prétraités (figure 2B) et moyennés (figure 3) de broyats d'escalopes de poulet à différents degrés de cuissons ; - La figure 4, un graphique illustrant la prédiction du degré de cuisson d'une escalope de poulet à partir de son spectre de réflectance, obtenue par un procédé conforme à l'invention ; 10 - La figure 5, un graphique montrant que la perte en eau constitue un bon indicateur du degré de cuisson de la viande bovine ; - La figure 6, un schéma illustrant un procédé de détermination et validation d'un modèle statistique pour l'estimation du degré de cuisson de la viande bovine ; 15 - Les figures 7A et 7B, des spectres de réflectance d'un steak de viande bovine à différents degrés de cuisson ; - Les figures 8 à 11, des graphiques illustrant la prédiction du degré de cuisson de la viande bovine à partir de son spectre de réflectance ; et 20 - La figure 12, un schéma fonctionnel d'un appareil selon l'invention. La corrélation statistique entre le spectre de réflectance et le degré de cuisson a été étudiée d'abord pour le cas d'une escalope de poulet. Le degré de cuisson a été quantifié au moyen d'un indicateur sensoriel : 25 l'opération est relativement simple et objective, car tous les consommateurs s'accordent pour préférer la viande de poulet bien cuite. Comme illustré sur la figure 1, des panélistes (en nombre de huit) ont répondu à trois questions concernant la couleur, la brillance et le degré de cuisson à coeur de chacune de 23 escalopes. Les réponses ont 30 permis de confirmer l'existence d'une corrélation entre ces propriétés, ce qui était attendu car la viande de poulet crue est rosée et brillante, tandis qu'elle devient de plus en plus blanche et mâte au cours de la cuisson. Pour chaque réponse, une note comprise entre 1 (viande rose, très brillante et pas assez cuite) et 4 (viande blanche, très mâte et très cuite) a été attribuée. La note globale attribuée par chaque panéliste, comprise entre 3 et 12, est la somme des trois notes partielles. Sur l'exemple de la figure, le premier panéliste a 5 jugé que la première escalope était couleur crème (trois points), d'aspect mât (trois points) mais peu cuite (deux points), ce qui conduit à une note globale égale à 8. . L'indicateur de cuisson de chaque escalope a été défini comme 1a somme des notes données par chaque panéliste : il s'agit donc d'un entier compris entre 24 et 96, cette valeur étant d'autant plus élevée que la viande est considéré cuite. La figure 2A montre les spectres de réflectance bruts (réflectance R(~) exprimée en pourcentage) des escalopes utilisées pour le test sensoriel, acquise dans la plage spectrale 350 - 750 nm. La courbe SPo 15 se rapporte à une escalope crue utilisée comme témoin. Ces spectres sont acquis sur des morceaux à coeur. Sur la figure 2B, chaque spectre a été normalisé individuellement en lui soustrayant son intensité moyenne et en le divisant pour l'écart-type de ses intensités spectacles (correction SNV, pour 20 « standard normal variate », c'est-à-dire « variable centrée réduite »). Les escalopes de poulet évaluées par les panélistes ont été classées en fonction de l'indicateur de cuisson reçu, et divisées en quartiles. Les spectres (corrigés selon la méthode SNV et décalés) des escalopes de chaque quartile ont étés moyennés. Ainsi, sur la figure 3, la courbe SPI 25 correspond au spectre moyen des escalopes du premier quartile (considérées « pas assez cuites »), la courbe SP2 à celui des escalopes du deuxième quartile (« peu cuites »), la courbe SP3 à celui des escalopes du troisième quartile (« cuites ») et SP4 à celui des escalopes du quatrième quartile (« très cuites »). D'une manière qualitative, on remarque que la cuisson atténue les 30 « creux » de réflectance à 413, 541 et 577 nm correspondant aux pics d'absorption de la myoglobine. 6 Un modèle statistique de type PCR (de l'anglais « Principal Composant Regression », c'est à dire régression par composantes principales) à quatre composantes principales a été construit sur la base des spectres individuels de la figure 2B. Un modèle PCR combine une analyse par composantes principales (PCA) avec une régression par moindres carrés inverses. L'analyse par composantes principales permet de déterminer une pluralité de facteurs qui expliquent la variabilité des spectres de façon optimale. Un nombre limité de ces facteurs (quatre, en l'espèce) sont retenus comme étant lo significatifs. Ensuite, l'indicateur de cuisson est exprimé comme une fonction linéaire de ces facteurs. En des termes mathématiques la régression PCR (Régression sur les Composantes Principales) comprend les opérations suivantes. 15 Premièrement on rassemble n spectres, correspondant à aux n échantillons de viande considérés, chacun constitué par m valeurs d'intensité correspondant à des longueurs d'ondes respectives, en une matrice X de dimensions nxm (n lignes, m colonnes). Puis on réalise une analyse par composantes principale 20 (ACP) de cette matrice X des spectres de réflectance en la décomposant de la manière suivante : X = T PT+E où : T est une matrice n x k (avec k REVENDICATIONS1. Procédé d'estimation du degré de cuisson d'un aliment comportant : (a) l'acquisition d'au moins un spectre (SP0 - SP4 ; SB° - 5 SB6) de réflectance dudit aliment; et (b) l'application d'un modèle statistique de prédiction audit ou à chaque spectre pour déterminer un indicateur du degré de cuisson de l'aliment. 2. Procédé selon la revendication 1 dans lequel ledit aliment 10 est un aliment carné, et de préférence un steak de viande bovine. 3. Procédé selon la revendication 2 dans lequel ledit ou chaque spectre de réflectance est acquis dans une région spectrale comprenant un pic d'absorption de la myoglobine. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans 15 lequel ledit ou chaque spectre de réflectance est acquis dans une région spectrale comprenant la plage 300 - 800 nm et de préférence 400 - 600 nm. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel ledit modèle statistique de prédiction est choisi parmi un modèle PCR - régression sur composantes principales - et un modèle PLS - moindres 20 carrés partiels, ou projection sur des structures latentes. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes dans lequel ledit indicateur du degré de cuisson est choisi parmi : un indicateur sensoriel et la perte en eau de l'aliment. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, 25 dans lequel ladite étape d'acquisition d'au moins un spectre de réflectance est mise en oeuvre au cours de la cuisson dudit aliment, qui s'effectue par contact avec une surface chaude ; et dans lequel ledit ou chaque spectre de réflectance est un spectre de réflectance d'une surface (A) dudit aliment qui n'est pas en contact avec ladite surface chaude. 30 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes comportant également une étape de prétraitement, comprenant une opération de normalisation, avant l'application dudit modèle statistique. 16 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes comportant également une phase préliminaire d'étalonnage comprenant : - l'acquisition d'au moins un spectre de réflectance pour chacun d'une pluralité d'échantillons d'étalonnage dudit aliment, pour lesquels la valeur dudit indicateur du degré de cuisson est connue ; et - la construction dudit modèle statistique à partir des spectres ainsi acquis et desdites valeurs connues de l'indicateur du degré de cuisson ; 10. Appareil pour la mise en oeuvre d'un procédé selon l'une 10 des revendications précédentes comprenant : - un dispositif (1) d'éclairage d'un aliment dont le degré de cuisson doit être estimé ; un système (2, 3) d'acquisition d'un spectre de réflectance dudit aliment ; et 15 - un moyen (4) de traitement des données pour estimer le degré de cuisson de l'aliment à partir dudit spectre de réflectance.