ОПТИЧЕСКИЙ СПОСОБ НЕДЕСТРУКТИВНОЙ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ СТЕПЕНИ ЗРЕЛОСТИ ТОМАТОВ Российский патент 2024 года по МПК A01G7/00 G01N21/00 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для объективной оценки степени зрелости томатов, прогноза длительности хранения, высокоточном отборе плодов необходимой стадии зрелости (для последующей транспортировки, хранении, реализации, отборе на семена), при оптимизации режимов хранения и дозаривания, и т.п.

Наиболее распространенные способы количественной неразрушающей оценки зрелости томатов заключаются в определении цвета плодов с помощью колориметров или спектрофотометров, работающих по принципу изменения коэффициентов отражения света на определенных длинах волн [1-10]. Основной недостаток данных методов заключается в неоднозначной связи цвета и степени зрелости томатов, особенно у ботанических сортов, имеющих окраску, отличную от красной - это сорта с оранжевой, желтой или коричневой окраской, или сорта с малым изменением цвета в процессе созревания. Поэтому для увеличения точности определения стадии зрелости приходится прибегать к дополнительным деструктивным методам анализа биохимического состава плодов. Известен оптический метод недеструктивной оценки зрелости плодов груши, томата, абрикоса, заключающийся в определении степени когерентности светорассеяния лазерного излучения от поверхности плодов [11]. Основным недостатком метода является необходимость использования специализированного интерферометрического оборудования, чувствительного к вибрациям и недостаточная точность в оценке стадии зрелости плодов, близких к полному созреванию. Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является оптический метод недеструктивной оценки зрелости плодов томата по соотношению значений максимальной флуоресценции и ее вариабельности [12]. Общим недостатком всех перечисленных методов является невозможность осуществления прогноза лежкоспособности и определения оптимального срока завершения хранения и начала реализации в розничную сеть.

Технический результат изобретения направлен на повышение точности и эффективности анализа степени зрелости и лежкоспособности томатов посредством количественной оценки функционального состояния фотосинтезирующего аппарата кожицы и прилегающей к ней мякоти по скорости тушения флуоресценции на фиксированных отрезках времени с начала возбуждения и регистрации медленной индукции флуоресценции хлорофилла (МИФХ).

Способ оценки степени зрелости плодов томата, заключающийся в измерениях параметров медленной индукции флуоресценции хлорофилла, отличающийся тем, что оценку зрелости осуществляют путем измерения скорости изменения кривой медленной индукции флуоресценции хлорофилла Vt на 10, 20, 30 и 60 секунде от начала возбуждения и регистрации флуоресценции, при этом зеленые плоды характеризуются следующими значениями V10 = 0,572±0,0144, V20 = 0,868±0,0296, V30 = 1,148±0,0427 и V60 = 1,808±0,0628; бурые плоды характеризуются следующими значениями V10 = 0,724±0,0384, V20 = 0,835±0,0396, V30 = 0,923±0,06 и V60 = 1,125±0,1043; красные плоды характеризуются следующими значениями V10 = 0,125±0,0102, V20 = 0,087±0,0095, V30 = 0,064±0,0097 и V60 = 0,041±0,00106; стадия перезрелых плодов характеризуется значениями V10, V20, V30 и V60 близкими к 0, а оптимальный срок снятия плодов томатов с хранения определяется по времени, когда значения Vt на 10, 20, 30 и 60 создают узел общего пересечения, что соответствует одной и той же фазе онтогенеза плодов. Стадия незрелых плодов характеризуется максимальными различиями между значениями V10, V20, V30 и V60, а параметр V60 больше остальных; стадия, предшествующая созреванию, отличается минимальными различиями между значениями V10, V20, V30 и V60; стадия потребительской зрелости характеризуется более низким уровнем параметра V60 по сравнению с V10 и стадия перезрелых плодов характеризуется значениями V10, V20, V30 и V60 близкими к 0.

Для прогноза предреализационного срока (длительности дозаривания), необходимо на выборке из 4-6 плодов провести один раз в сутки измерения показателей V10-V60 при той же температуре и влажности, при которой плоды хранятся и зафиксировать время, когда семейство кривых V10, V20, V30, V60 образует узел общего пересечения. Этот момент соответствует одной и той же фазе онтогенеза плодов, независимо от их исходной степени зрелости и температуры окружающей среды. Координата времени такого узла позволяет определять срок хранения плодов, при котором они еще сохраняют свою физиологическую активность и, соответственно, в течении предреализационного периода потери товарной продукции будут минимальными.

Пример 1. Способ был применен для инструментальной оценки степени зрелости плодов томата сорта Таганка, выращенных в условиях защищенного грунта.

По органолептическим признакам плоды томата были отсортированы на 3 группы зеленой, бурой и красной степеней зрелости по ГОСТ Р 51810-2001 "Томаты свежие, реализуемые в розничной торговой сети". Затем случайным образом были отобраны по 5 плодов каждой стадии зрелости и проведены измерения параметров медленной индукции флуоресценции хлорофилла с помощью хлорофилл-флуорометра (длина волны возбуждения флуоресценции - 470 нм, интенсивность - 4500 мкМоль×м^-2×с^-1) в 4 равноудаленных точках по экватору плода. Регистрировали скорость тушения флуоресценции на 10, 20, 30 и 60 секунде с начала возбуждения и регистрации кривой МИФХ. На этих же плодах также были сделаны измерения цветовых координат La*b и степени пространственной когерентности (G, %).

В процессе измерений оптических параметров плодов было выявлено помимо существенного изменения координаты цвета а* и степени пространственной когерентности (Табл. 1), также значительное изменение формы кривой тушения флуоресценции по мере созревания (фиг. 1).

Для количественного описания формы кривой тушения флуоресценции были использованы так называемые динамические показатели V₁₀, V₂₀, V₃₀, V₆₀ - которые определяют скорость изменения интенсивности флуоресценции от плода за 10, 20, 30 и 60 секунд измерений соответственно. Наибольшие различия в значениях динамических показателей у зеленых плодов, и по мере созревания они нивелируются и становятся минимальными (табл. 2). Следует отметить, что после прохождения некоторой стадии созревания, между бурой и красной, характер соотношения динамических показателей существенно изменился. Если для незрелых плодов характерно превышение показателя V60 над всеми остальными, то в стадии зрелого плода этот показатель - наименьший (табл. 2).

Пример 2. Плоды гибрида F1 томата Таганка снимали с растений по достижении зеленой, молочной и бурой степеней зрелости. Их дальнейшее хранение (дозаривание) проходило в термокамерах при температурах 15, 20 и 25°С. Регистрация параметров МИФХ проходила в течение 6-14 дней с интервалом 1 час.

Характер изменения динамических показателей зависел от степени зрелости плодов и температуры дозаривания (фиг. 2-4). Но во всех случаях семейство кривых V10, V20, V30, V60 создавало узел общего пересечения, который соответствует одной и той же фазе онтогенеза плодов, независимо от их исходной степени зрелости и температуры окружающей среды. Это розовая стадия зрелости, при которой томаты необходимо снимать с хранения и передавать на реализацию.

При 20°С у плодов изначально зеленой степени зрелости характеристический узел формировался через 108 часов дозаривания (фиг. 2). В случае молочной степени зрелости это происходило через 63 часа (фиг. 3), бурой - через 32 часа (фиг. 4). При 25°С характеристическое время сокращалось до 75, 38 и 20 часов соответственно. При 15°С наоборот, возрастало. Таким образом, зная степень зрелости плодов и температуру хранения, становится возможным прогнозировать предреализационный срок, соответствующий минимальному уровню потерь товарной продукции. Возможно решать и обратную задачу - подбирать температуру при заданных сроках хранения.

Литература:

1. Старовойтов В.И., Башилов A.M., Андержанов А.А. Автоматизация контроля качества картофеля, овощей и плодов. М.: ВО Агропромиздат, 1987. 197 с.

2. Barrett D.M., Beaulieu J.C., Shewfelt R. Color, flavor, texture and nutritional quality of fresh-cut fruits and vegetables: Desirable levels, instrumental and sensory measurement and the effects of processing // Critical Reviews in Food Science and Nutrition. 2010. V.50. N5. P. 369-389.

3. Batu A. Determination of acceptable firmness and colour values of tomatoes //Journal of food engineering. 2004. V. 61. N 3. P. 471-475.

4. Жужа E.Д. Разработка визуальных и спектрофотометрических методов определения содержания каротиноидов и степени зрелости плодов томата: автореф. дис. …канд. биол. наук. Тирасполь, 2013. 25 с.

5. Huang Y., Lu R., Chen K. Prediction of firmness parameters of tomatoes by portable visible and near-infrared spectroscopy //Journal of food engineering. 2018. V. 222. P. 185-198.

6. van Roy J., Keresztes J.C., Wouters N., De Ketelaere В., SaeysW. Measuring colour of vine tomatoes using hyperspectral imaging // Postharvest Biology and Technology. 2017. V.129. P. 79-89.

7. He Y., Zhang Y., Pereira A.G., Gomez A.H., Wang J. Nondestructive determination of tomato fruit quality characteristics using VIS/NIR spectroscopy technique // International Journal of Information Technology. 2005. V. 11. N. 11. P. 97-108.

8. Saad A.M. Internal quality assessment of tomato fruits using image color analysis // Agricultural Engineering International. 2016. V. 18, N 1. P. 339-352.

9. Nicolai В.M., Beullens K., Bobelyn E., Peirs A., Saeys W., Theron К.I., Lammertyn J. Nondestructive measurement of fruit and vegetable quality by means of NIR spectroscopy: A review // Postharvest biology and technology. 2007. V. 46. N 2. P. 99-118.

10. Jiang Y., Chen S., Bian В., Li Y., Sun Y., Wang, X. Discrimination of tomato maturity using hyperspectral imaging combined with graph-based semi-supervised method considering class probability information // Food Analytical Methods. 2021. V. 14. N. 5. P. 968-983.

11. Патент РФ №2453106. Неразрушающий оптический способ оценки зрелости плодов. МПК⁷ А01Н 1/04, A01G 7/00 // Авторы: Будаговская О.Н., Будаговский А.В., Гончаров С.А., Исаев Р.Д., Ильинский А.С., Кружков А.В., Шорников Д.Г., Будаговский И.А. Заявка №2010129128 от 13.06.2010. Опубл. 20.06.2012, Бюл. №17.

12. Патент РФ №2582957 на изобретение «Оптический способ недеструктивной количественной оценки степени зрелости томатов» МПК⁷ А01Н 1/04, A01G 7/00, G01N 21/00 // Авторы: Будаговский А.В., Будаговская О.Н., Акишин Д.В., Сутормина А.В., Гудковский В.А. Заявка №2014122583 от 03.06.2014. Опубл. 27.04.2016, Бюл. №12.

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Предложен способ оценки степени зрелости плодов томата, заключающийся в измерениях параметров медленной индукции флуоресценции хлорофилла. Оценку зрелости осуществляют путем измерения скорости изменения кривой медленной индукции флуоресценции хлорофилла Vt на 10, 20, 30 и 60 секунде от начала возбуждения и регистрации флуоресценции. Зеленые плоды характеризуются следующими значениями: V10=0,572±0,0144, V20=0,868±0,0296, V30=1,148±0,0427 и V60=1,808±0,0628; бурые плоды характеризуются следующими значениями: V10=0,724±0,0384, V20=0,835±0,0396, V30=0,923±0,06 и V60=1,125±0,1043; красные плоды характеризуются следующими значениями: V10=0,125±0,0102, V20=0,087±0,0095, V30=0,064±0,0097 и V60=0,041±0,00106; стадия перезрелых плодов характеризуется значениями V10, V20, V30 и V60, близкими к 0, а оптимальный срок снятия плодов томатов с хранения определяется по времени, когда значения Vt на 10, 20, 30 и 60 создают узел общего пересечения, что соответствует одной и той же фазе онтогенеза плодов. Изобретение направлено на повышение точности и эффективности анализа степени зрелости и лежкоспособности томатов. 4 ил., 2 табл., 2 пр.

Способ оценки степени зрелости плодов томата, заключающийся в измерениях параметров медленной индукции флуоресценции хлорофилла, отличающийся тем, что оценку зрелости осуществляют путем измерения скорости изменения кривой медленной индукции флуоресценции хлорофилла Vt на 10, 20, 30 и 60 секунде от начала возбуждения и регистрации флуоресценции, при этом зеленые плоды характеризуются следующими значениями: V10=0,572±0,0144, V20=0,868±0,0296, V30=1,148±0,0427 и V60=1,808±0,0628; бурые плоды характеризуются следующими значениями: V10=0.724±0.0384, V20=0,835±0.0396, V30=0,923±0,06 и V60=1,125±0,1043; красные плоды характеризуются следующими значениями: V10=0,125±0,0102, V20=0,087±0,0095, V30=0,064±0,0097 и V60=0,041±0,00106; стадия перезрелых плодов характеризуется значениями V10, V20, V30 и V60, близкими к 0, а оптимальный срок снятия плодов томата с хранения определяется по времени, когда значения Vt на 10, 20, 30 и 60 создают узел общего пересечения, что соответствует одной и той же фазе онтогенеза плодов.