Dynamic simulation of a tomato concentration process: development of a composition-aware digital twin and comparative evaluation of tomato profiles

Digital twin technology offers a promising approach for improving process understanding and operational analysis in food manufacturing; however, its application to biological ma terials remains limited by the lack of simulation-ready thermodynamic and compositional databases. This study developed a composition-aware digital twin for tomato concentra tion using AVEVA Dynamic Simulation. A representative-component framework based on literature compositional data was implemented as a custom tomato component library and integrated into a single-effect evaporator model. Four tomato profiles, comprising a reference tomato, San Marzano, Pomodorino del Piennolo del Vesuvio, and Heinz 1418, were simulated under identical operating conditions to evaluate the influence of feed com position on concentration behaviour. The simulations achieved stable operation and showed that tomato composition affected the final solids content of the concentrate. The reference tomato and Piennolo produced higher final solids levels than San Marzano and Heinz. Component-level differences were most evident for sugars, organic acids, and lycopene, while folic acid and selected amino acids exhibited comparatively similar behaviour. Overall, the results demonstrate the value of incorporating compositional variability into dynamic food-process simulations and provide a framework for developing composition-aware digital twins for food-processing applications.

La tecnologia dei gemelli digitali offre un approccio promettente per migliorare la com prensione dei processi e l’analisi operativa nella produzione alimentare; tuttavia, la sua ap plicazione ai materiali biologici rimane limitata dalla mancanza di database termodinamici e composizionali pronti per la simulazione. Questo studio ha sviluppato un gemello dig itale sensibile alla composizione per la concentrazione del pomodoro utilizzando AVEVA Dynamic Simulation. Un quadro a componenti rappresentativi basato su dati compo sizionali di letteratura è stato implementato come libreria personalizzata di componenti del pomodoro e integrato in un modello di evaporatore a singolo effetto. Quattro pro fili di pomodoro, comprendenti un pomodoro di riferimento, San Marzano, Pomodorino del Piennolo del Vesuvio e Heinz 1418, sono stati simulati nelle stesse condizioni opera tive per valutare l’influenza della composizione dell’alimentazione sul comportamento di concentrazione. Le simulazioni hanno raggiunto un funzionamento stabile e hanno mostrato che la com posizione del pomodoro ha influenzato il contenuto finale di solidi nel concentrato. Il pomodoro di riferimento e il Piennolo hanno prodotto livelli finali di solidi più elevati rispetto a San Marzano e Heinz. Le differenze a livello di componente sono risultate più evidenti per zuccheri, acidi organici e licopene, mentre l’acido folico e gli amminoacidi selezionati hanno mostrato un comportamento relativamente simile. Nel complesso, i risultati dimostrano il valore dell’integrazione della variabilità composizionale nelle simu lazioni dinamiche dei processi alimentari e forniscono un quadro per lo sviluppo di gemelli digitali sensibili alla composizione per applicazioni nei processi alimentari.