ОПТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОЦЕНКИ ЦЕЛОСТНОСТИ ПОКРОВНЫХ ТКАНЕЙ ПЛОДОВ И ОВОЩЕЙ Российский патент 2024 года по МПК G01N21/88 B07C5/342 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и пищевой промышленности и может использоваться для сортирования плодов и овощей по качеству, например, перед длительным хранением.

Сочные ткани плодов яблони защищены покровными тканями - кожицей и кутикулой, структура и целостность которых однозначно определяют качество яблока, его дальнейшую пригодность к хранению и реализации. В процессе сбора, транспортировки и товарной обработки плоды получают множественные механические повреждения. При этом такие дефекты, как проколы и сдиры, нарушают целостность покровных тканей, что обуславливает заражение плодов бактериями и грибами. Такие плоды должны быть тщательно отсортированы, так как даже незначительное их количество могут привести к значительным потерям при хранении.

Известны способы анализа качественного состояния плодов, основанные на облучении их излучением сложного спектрального состава (0,2-2,2 мкм) и измерении амплитуды отраженного от их поверхности сигнала в одном или нескольких диапазонах длин волн Определенная таким образом цветовая или спектрометрическая характеристика, представляющая определенное сочетание значений коэффициентов отражения на выбранных длинах волн (или диапазонах длин волн), сравнивается с аналогичной характеристикой здорового плода, и в зависимости от степени и характера расхождений судят о виде и степени дефектности плода. При этом используют цветовые параметры, абсолютные величины коэффициентов отражений, их производные, отношение или разность [1-6]. Данные способы позволяют обнаружить дефектные участки, резко отличающиеся от здоровой ткани как по цвету, так и по химическому составу, например гниль, потемневший ушиб. Несмотря на создание технических устройств автоматической оптической сортировки плодов и овощей по качеству, необходима ручная досортировка с.х. продукции на наличие механических повреждений с нарушением целостности кожицы, так как ни один из известных спектральных или цветовых методов не способен их выявить, особенно если эти повреждения «свежие» и вокруг них не образовалось темное пятно окислившейся или сгнившей ткани. Поскольку потемнение ткани происходит в течение нескольких часов после нанесения повреждения, способ неприменим для практического использования. При этом свежие, светлые сдиры и проколы не различимы от здоровой, неокрашенной поверхности плода.

Проблема усугубляется тем, что при реализации способов, основанных на измерении интенсивности рассеянного излучения, предъявляются жесткие требования к качеству освещения. Это должен быть полностью диффузно-рассеянный, стабильный во времени и равномерный по полю зрения системы контроля поток, что требует дополнительных затрат на выполнение технически сложной системы освещения.

Известен способ определения качества плодов и устройство для его осуществления [7], заключающийся в освещении поверхности плодов когерентным, линейно-поляризованным оптическим излучением, формировании интерференционной картины и измерении максимального I_max и минимального I_min значений интенсивностей интерференционной картины отраженного от плода когерентного излучения. Качество плодов определяют путем сравнения величин I_max, I_min и отношения (I_max - I_min)/(I_max + I_min) с соответствующими величинами для бездефектной поверхности плода. Данный метод менее требователен к качеству освещения, но он трудоемок и требует значительных материальных затрат на создание специализированного интерферометрического оборудования. Помимо высокой стоимости, интерферометры имеют низкую чувствительность к вибрации, а точность диагностики зависит от угла падения лазерного пучка на объект.

Целью изобретения является снижение трудоемкости и повышение точности анализа при определении качества плодов и овощей и выявлении механических дефектов с нарушением целостности покровных тканей.

Для достижения указанной цели освещение поверхности плодов осуществляют когерентным оптическим излучением, формируют спекл-картину, определяют средний размер спеклов (Rs) и оценивают целостность покровных тканей плодов и овощей посредством сравнения полученных значений Rs с соответствующими значениями для здоровой, бездефектной поверхности, при этом по степени снижения показателя судят о степени целостности покровных тканей.

Пример 1. Способ был применен для инструментальной оценки степени целостности покровных тканей свежесобранных плодов яблони сорта Антоновка обыкновенная, груши сорта «Красавица Черненко», сливы, огурца и картофеля.

С помощью скальпеля на участке примерно 1 см с плодов аккуратно снимали кожицу с минимальным повреждением подлежащих под ней тканей. Оценивали средний радиус спеклов спекл-картины, образованного при отражении лазерного пучка от здоровой поверхности (Rz) и сдира (Rs) в не менее чем 10 повторностях.

Средний радиус спеклов здоровой поверхности в 1,5-2 раза выше, чем у поврежденной (фиг. 1). Наибольшие различия вариантов «Здоровая-Сдир» заметны у так называемых гладкопокрытых плодов с низким содержанием крахмала.

Пример 2. Способ был применен для оценки влияния механических дефектов типа «прокол» с грубым нарушением целостности покровных тканей и подлежащей под ними сочной мякоти плода на параметры спекл-картин, сформированных при отражении когерентного излучения от поверхности плодов яблони, груши, мандарина, хурмы, манго, томата, огурца, картофеля и сладкого перца. В данном примере использованы зрелые овощи и фрукты, хранящиеся не менее 4-5 месяцев после съема урожая.

С помощью плодоножки от яблок, груш и томатов на плодах производили проколы диаметром 1…5 мм и глубиной 5…30 мм.

Оценивали средний радиус спеклов спекл-картины, образованного при отражении лазерного пучка от здоровой поверхности (Rz) и прокола (Rpr) в не менее чем 10 повторностях.

Средний радиус спеклов здоровой поверхности на 20-46% выше, чем в зоне прокола (фиг. 2).

Чувствительность метода слабо зависит от цвета кожицы и мякоти плодов и определяется только микроструктурными характеристиками ткани. Время, пошедшее после нанесения повреждения, а также степень зрелости плодов практически не влияет на результативность диагностики.

Список источников

1. Nicolai В.М., Beullens К., Bobelyn Е., Peirs A., Saeys W., Theron К. I., Lam-mertyn J. Nondestructive measurement of fruit and vegetable quality by means of NIR spectroscopy: A review //Postharvest biology and technology. - 2007. - T. 46. - №. 2. - C. 99-118, doi:10.1016/j.postharvbio.2007.06.024.

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

3. Wang Н., Peng J., Xie С, Bao Y., He Y. Fruit Quality Evaluation Using Spectroscopy Technology: A Review. Sensors. 2015; 15(5): 11889-11927. DOI:10.3390/s150511889.

4. Arendse, E., Fawole, O.A., Magwaza, L.S., Opara, U.L. (2018). Non-destructive prediction of internal and external quality attributes of fruit with thick rind: A review. Journal ofFoodEngineering, 217, 11-23, doi:10.1016/j.jfoodeng.2017.08.009.

5. Wang, N.N., Sun, D.W., Yang, Y.C., Pu, H., & Zhu, Z. (2016). Recent advances in the application of hyperspectral imaging for evaluating fruit quality. //Food analytical methods. - 2016. -T. 9. - №. 1. - C. 178-191, doi:10.1007/s12161-015-0153-3.

6. Гурьянов Д.В. Методика исследования качественного состояния поверхности продукции цветными видеодатчиками / Гурьянов Д.В., Гордеев А.С.// Вестник МГАУ.- Мичуринск - 2004.- Т. 1.

7. Патент РФ №2016671. Способ определения качества плодов и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области контроля качества пищевой продукции и касается оптического способа оценки целостности покровных тканей плодов и овощей. При осуществлении способа поверхность плодов освещают когерентным оптическим излучением, формируют спекл-картину, определяют средний размер спеклов (R) и оценивают целостность покровных тканей плодов и овощей посредством сравнения полученных значений R с соответствующими значениями для здоровой, бездефектной поверхности. При этом по степени снижения показателя судят о степени целостности покровных тканей. Технический результат заключается в снижении трудоемкости и повышении точности анализа. 2 ил.

Оптический способ оценки целостности покровных тканей плодов и овощей, заключающийся в облучении исследуемого объекта когерентным излучением и оценке параметров отраженного излучения, отличающийся тем, что формируют спекл-картину, определяют средний размер спеклов (R) и оценивают целостность покровных тканей плодов и овощей посредством сравнения полученных значений R с соответствующими значениями для здоровой, бездефектной поверхности, при этом по степени снижения показателя судят о степени целостности покровных тканей.