Ứng dụng máy ảnh siêu phổ trong kiểm tra không phá hủy chất lượng trái cây và rau quả (bên trong và bên ngoài)

Chất lượng rau quả là một chỉ số quan trọng cho việc kiểm soát chất lượng và là một khía cạnh then chốt của quản lý chất lượng và an toàn. Các phương pháp kiểm tra truyền thống cồng kềnh, tốn thời gian và có thể gây hư hại đáng kể cho mẫu vật. Công nghệ hình ảnh siêu phổ có thể được sử dụng để kiểm tra chất lượng rau quả một cách nhanh chóng, không phá hủy, định tính và định lượng. Bài viết này giới thiệu ứng dụng của máy ảnh siêu phổ trong kiểm tra không phá hủy chất lượng bên trong và bên ngoài của rau quả.

Tầm quan trọng của việc kiểm tra chất lượng rau quả: Trái cây và rau quả là thực phẩm không thể thiếu, cung cấp cho con người các vitamin, chất xơ, khoáng chất và nguyên tố vi lượng thiết yếu. Chất lượng và độ an toàn của rau quả luôn là chủ đề nóng được xã hội quan tâm. Chất lượng bên ngoài của trái cây và rau quả chủ yếu được đánh giá dựa trên màu sắc, kết cấu, kích thước, hình dạng và khuyết tật bề mặt của chúng. Chất lượng bên ngoài là đặc tính chất lượng trực tiếp nhất của chúng, ảnh hưởng trực tiếp đến giá thị trường và mong muốn mua hàng của người tiêu dùng. Chất lượng bên trong chủ yếu phụ thuộc vào hàm lượng đường, độ axit, độ cứng, hàm lượng chất rắn hòa tan, hàm lượng tinh bột, độ ẩm, độ chín và hàm lượng các chất dinh dưỡng khác. Chất lượng bên trong phản ánh giá trị của họ. Chất lượng và an toàn chủ yếu được đánh giá thông qua việc phát hiện các tạp chất bên ngoài như phân động vật, các bệnh khác nhau, suy giảm chất lượng, nhiễm vi khuẩn và dư lượng thuốc trừ sâu. Điều này liên quan đến an toàn thực phẩm và sức khỏe người tiêu dùng và là đặc tính chất lượng quan trọng nhất của trái cây và rau quả.

Hiện nay, chất lượng và an toàn của rau quả chủ yếu được kiểm tra bằng các phương pháp hóa học truyền thống, vốn tốn thời gian, tốn nhiều công sức và là các kỹ thuật kiểm tra phá hủy. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ hình ảnh và quang phổ, công nghệ hình ảnh siêu phổ đã được ứng dụng rộng rãi trong việc kiểm tra nhanh chóng, không phá hủy chất lượng và an toàn của nông sản. Nhiều trường hợp thành công đã chứng minh rằng công nghệ hình ảnh siêu phổ là một công cụ hiệu quả về mặt khoa học để kiểm tra chất lượng và an toàn của thực phẩm và nông sản. Công nghệ hình ảnh siêu phổ tích hợp những ưu điểm của các kỹ thuật hình ảnh và quang phổ truyền thống, thu được hình ảnh siêu phổ với đặc điểm "tích hợp hình ảnh-quang phổ", nghĩa là chúng đồng thời chứa thông tin hình ảnh và quang phổ. Thông tin hình ảnh có thể được sử dụng để phát hiện chất lượng bên ngoài của rau quả, trong khi thông tin quang phổ có thể được sử dụng để phát hiện chất lượng và an toàn bên trong của chúng.

Ứng dụng của Máy chụp ảnh siêu phổ trong kiểm tra không phá hủy chất lượng bên trong và bên ngoài của trái cây và rau quả: Là một công nghệ không xâm lấn, không tiếp xúc và phi truyền thống, hình ảnh siêu phổ cung cấp thông tin không gian và quang phổ của đối tượng nghiên cứu. Các đặc điểm chính của nó bao gồm độ phân giải quang phổ cao; dải đáp ứng phổ rộng với nhiều dải hẹp; "tích hợp hình ảnh quang phổ"; khối lượng dữ liệu lớn và thông tin phong phú; và nhiều mô hình mô tả dữ liệu để phân tích linh hoạt. Những đặc điểm này xác định những ưu điểm độc đáo của công nghệ hình ảnh siêu phổ trong việc kiểm tra chất lượng bên trong và bên ngoài thực phẩm. Bởi vì dữ liệu hình ảnh phản ánh các đặc tính bên ngoài của sản phẩm, trong khi dữ liệu quang phổ có thể phân tích cấu trúc vật lý bên trong và thành phần hóa học của vật thể, công nghệ hình ảnh siêu phổ có thể được coi là sự kết hợp hoàn hảo giữa kỹ thuật hình ảnh và quang phổ. Dữ liệu được tạo ra bởi công nghệ hình ảnh siêu phổ có thể được mô tả một cách sống động bằng cách sử dụng "khối dữ liệu ba chiều", khiến dữ liệu trở nên đáng tin cậy hơn so với các kỹ thuật quang phổ hoặc thị giác máy truyền thống. Các ứng dụng của nó trong kiểm tra chất lượng rau quả như sau:

1. Kiểm tra không phá hủy trái cây và rau quả

Các phương pháp kiểm tra chất lượng rau quả truyền thống gây ra một số thiệt hại cho trái cây và rau quả và đòi hỏi thời gian, nhân lực và nguồn lực đáng kể, không đáp ứng được yêu cầu kiểm tra chất lượng rau quả hiện đại. Độ cứng và hàm lượng chất rắn hòa tan là những chỉ số nội tại quan trọng quyết định độ chín và thời gian thu hoạch của trái cây và rau quả. Ngoài ra, các chỉ số chất lượng rau quả quan trọng bao gồm hương vị, hình thức, mùi thơm và thành phần hóa học. Dựa trên công nghệ hình ảnh siêu phổ, việc xác định các chỉ số này chỉ cần một số lượng mẫu nhỏ và có thể đạt được thử nghiệm nhanh chóng, không phá hủy các chỉ số chất lượng liên quan. Nhân viên kiểm tra chỉ cần trích xuất khối hình ảnh "ba chiều" từ mẫu mô hình, bao gồm thông tin pixel hình ảnh hai chiều và thông tin bước sóng thứ ba. Sau đó, mô hình phân tích đa biến được thiết lập, tương quan giữa dữ liệu phổ được trích xuất với giá trị đo được của các thuộc tính mẫu để thiết lập mô hình quan hệ định lượng. Điều này cho phép kiểm tra chất lượng và phân loại các mẫu rau quả cũng như đánh giá hiệu quả chất lượng rau quả.

2. Phát hiện các chất gây ô nhiễm trên bề mặt trái cây và rau quả

Nghiên cứu cho thấy khi nhân viên kiểm tra chiếu xạ trái cây và rau quả bằng ánh sáng có bước sóng khác nhau, chúng sẽ thể hiện các hiện tượng như tán xạ, hấp thụ, phản xạ và truyền ánh sáng. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng khi ánh sáng có bước sóng cụ thể chiếu vào bên trong trái cây và rau quả, dữ liệu quang phổ thu được thông qua quá trình truyền và tán xạ mang nhiều thông tin về các thành phần bên trong của thực phẩm. Trong những năm gần đây, công nghệ siêu quang phổ đã được ứng dụng để phát hiện hư hỏng ở trái cây và rau quả. Hình ảnh siêu quang phổ cho phép kiểm tra không phá hủy đồng thời thu thập nhanh chóng và chính xác thông tin hình ảnh và quang phổ đầy đủ của mẫu. Các chuyên gia kiểm tra sử dụng phân tích hình ảnh và quang phổ để phát hiện thành phần hóa học, cấu trúc vật lý và đặc điểm bề mặt của trái cây và rau quả. Trong phạm vi quang phổ nhìn thấy và cận hồng ngoại từ 400 đến 1000 nanomet, bằng cách kết hợp thời gian phơi sáng, tốc độ quét và hiệu chỉnh quang phổ, các chuyên gia kiểm tra có thể thu được các khối hình ảnh "ba chiều", bao gồm thông tin pixel hình ảnh hai chiều và thông tin bước sóng ba chiều. Do dữ liệu siêu phổ có nhiều kênh phổ, độ phân giải phổ cao và phổ liên tục, nó có thể phân biệt hai hình ảnh rất giống nhau nhưng khác nhau ở các bước sóng khác nhau, và có thể thu được các đường cong phổ liên tục cho bất kỳ pixel nào và các đường cong phổ khác nhau cho các chất khác nhau. Công nghệ này tận dụng sự khác biệt đáng kể giữa các giá trị phổ của các vùng bình thường và vùng bị hư hại ở một số bước sóng cụ thể để thực hiện kiểm tra không phá hủy bề mặt trái cây và rau quả.

3. Phát hiện dư lượng thuốc trừ sâu trên bề mặt trái cây và rau quả

Trên thực tế, có nhiều công nghệ phát hiện dư lượng thuốc trừ sâu khác nhau. Các quy trình phát hiện độ chính xác cao truyền thống đòi hỏi người vận hành có tay nghề cao và tốn nhiều thời gian, hạn chế ứng dụng của chúng trong phân tích và phát hiện dư lượng thuốc trừ sâu chính xác trong phòng thí nghiệm. Các phương pháp phát hiện hóa học thường mang tính phá hủy, tiêu tốn thuốc thử hữu cơ, liên quan đến việc chuẩn bị mẫu phức tạp và phát sinh chi phí cao. Tuy nhiên, phương pháp phát hiện hình ảnh siêu phổ đạt được hiệu quả, thời gian thực, nhanh chóng và không phá hủy. Người vận hành thu được hình ảnh siêu phổ của thực phẩm bằng máy phân tích siêu phổ, áp dụng phân tích thành phần chính để phân tích các hình ảnh này và xác định hình ảnh ở các bước sóng đặc trưng. Sau đó, các kỹ thuật xử lý hình ảnh được sử dụng để phân tích các hình ảnh đặc trưng này, cho phép phát hiện mức dư lượng thuốc trừ sâu trên bề mặt trái cây và rau quả.