CC BY
17
Scientific Research of the Union of Scientists in Bulgaria - Plovdiv, series B. Natural Sciences and Humanities, Vol. XVII, ISSN 1311-9192, International Conference of Young Scientists, 11 - 13 June 2015, Plovdiv
СЪСТОЯНИЕ И ТЕНДЕНЦИИ ПРИ ОБЕКТИВНО ОПРЕДЕЛЯНЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ НА КАЧЕСТВОТО НА ОРЕХИ И ЯДКИ
С ЧЕРУПКА Ангел Иванов Кансъзов Университет по хранителни технологии, Пловдив
Abstract
The report presents the results of a survey of the status and trends in an objective, nondestructive determination of the quality of walnuts and other nuts in shell. The basic standards to be met nuts and nuts with shells. The analysis was conducted to what extent the methods used to control comply with the standards, but also the feasibility and effectiveness of proposed sorting systems to ensure food safety. Proposed Methods for further in-depth study and choice of method for determining the characteristics of the quality of nuts and walnuts in shell.
Състояние и тенденции
Орехите са една от най-старите храни, познати на човечеството. Данни за използването им датират от 7000 г. пр.н.е.[1]. Редица съвременни изследователи доказват, че орехите са ценен източник на хранителни и биологични съставки, като лесноусвоими мазнини, белтъчини, въглехидрати, минерални соли и др. [2]. Това прави орехите ценна суровина за хранително-вкусовата, медицинска и фармацевтична индустрии. Съществуват норми за характеристиките на качеството, съгласно които орехите с черупки се разделят на три класа [3]. Нормите съдържат минимални изисквания към черупката и ореховата ядка.
Разнообразието на сортове налага да се търсят различни методи за окачествяване, отговарящи на изискванията на европейското законодателство. Основните задачи които се решават при окачествяването на орехи и ядки са разпознаването на дефекти (заболявания), идентификация на форма (сорт), размери, цвят, тегло, цялост на ореховия плод (ядка) и класификация (сортиране) по един или няколко от тези показатели.
Разработените системи могат да се класифицират по методите за получаване на първична информация за състоянието на качеството на целите орехи и на ядките в тях.
Една от групите разработени системи се базира на получаване на първична информация чрез анализ на взаимодействието на електромагнитно лъчение с различни дължини на вълната и окачествяваните обекти. Функционална схема на една система от тази група на фотосепараторите е показана на фиг.1.
Посредством виброразпределителя се оформя уеднаквен поток с еднаква плътност на суровината. Посредством светлинни източници този поток се облъчва със светлина, която може да има различна дължина на вълната. В зависимост от тази дължина на вълната на светлиния източник фотосепараторите се делят на: полихромни - халогенна
За\ряк»яш буккер
лампа, широколентов свето диод и др .; монохромни - лазерни излъчватели, често полупроводникови с дължина на вълната от ултравиолетовата облает (дължина на вълната от 0,2-0,4 мкм), видимата облает (дължина на вълната от 0,44-0,63 мкм), и инфрачервената Внбрмпшнва (дължина на вълната от 0,66-1,5 мкм); мултихромни - когато обекта се облъчва с различна светлина (например със зелен и син цвят). Това позволява
ВнброрЯ Н1|Н'.Н\ I нкп
И ¡КГ1НИК ИД с Г.['к:1'11,| Клчсрл ^
рязко да се разширят ВЪЗМОЖНОСТИТе Ии очник на евгглп»
на фотосепаратора, така, че различните примеси могат да се локализират в различна спектрална облает (в различен цвят); рентгенови -този вид излъчватели се използва само когато ядката не може да се различи от повърхноетта на продукта и се налага да се анализира вътрешната структура на продукта. Избора на излъчвателя се определя от конкретния продукт, а това определя и
Нрезек екря
Очи стен ноток-
/
Г
О СИ О пси поток
I 1ален скрап Источник на светлина Камера И ночник на свстлнна
Ф
йШ
Бункер ¡:1 отнлдък
1чм:е- Р С11еМ|К;1ериП1. 1ГЮ1
Фаг.1 Фоосепараоол на ореха
Клмшотър
Орелн
тиш на оптичната еистема за регистрация, аанго и нообхонимото програмно осигурявкне за обработка на първичната информация. За „оглеждане" но обекта от всички геомстручнз Сбт^ооащш са мсредвидену огледала (ваден е кран). Получегейте; образи в камерате с е анвлизират и обработват от компкагьр. Основнкя продумст и примесите имае различии оптични свойствн Това обуславя въьзможността за иол5'чс1^с1^^ на информация за идентификация на плътност, размер, форма, цвят:' и вьтаешнсза структура на обекта. Мно го често всичао което основания продукт и примесите могаа да се разпосндят по два параметьро. Решениеое аа кнчаството птстьпвв към пневматичен клапан отстраняващ дефектаоте продукта и арнмесите от общия поток.
1Втората група сисоеми за окачесовлване се базира на акустичните и вибрационни хтреоотриешки на изследваните обекти. В [4 ] е зиедлажао метод за определяне пльтновтка на ореховата кухина (степента на запълване с ядка). Методът е предетевен чрез функционалната схема на фиг. 22. Системата ожпкчва подаваща трннспортна лента, акуслачна кaмеpB) микрофон и компеквлрна система за аналимм на аку стичния с игнал. Изслсдвамите обекти свободно падат върху металнт пльтна плоча от нераждаеоа стомана с теало многократно па-голямо от- оовд на а°>еха за намаляодна на вибрациите и шумовете в получената акустична харзктеристика от микрофанн. Наклона на плочато е необходим за гaрбнтирaие на едшкратно сьприкоснувение на ореха с пакьрхноста на плочата, а от там и на едноенечан еднократен акустичен отпечдтък ей изследвания тбече
Микрофонът е монтиеон с изолирана акустична камера за намаляване влиянието на оаолната cреад) Първичната информация (фиг. 3) като база от данни се обработва в програмната среда МаК^аТ. Първичната информация се обработва първо в честотната и
129
I
V
С
, _
Микрофон
Акустична камера
Фиг.2 Аеустичуе системе зн аенчесттстнуе ее аиеаи
времевата области. Генерирана е функция, фаза, мощност и спекгралната плътност (PSD) на зтукосия сигнал is аъответствие с уравненията: X(k) = |FFT{x(n)},S1024)|
phase= angle X(lk:) PSD=X(k)X*(k)/1024
Авторите твърдят, че така разработената акустична система за сортиране на орехи точност на определяне на „плътността" т.е. пълен-празен на изследваните орехи 95,38%.
Описаната система работа на базата на получаване на акустичен сигнал от удар на ореха по метална плоча. Това не води до повреди на изследваните орехи и метода може да се причисли към неразрушаващите методи за контрол на качеството. Метода успешно може да се прилага и при промишлени условия, което ще доведе до подобряване на качеството на орехите в основния поток и до намаляване на разходите за обработка на некачествени орехи.
Система за акустичен анализ на качеството на орехи е представена в [5]. Функционалната структура е представена на фиг.4.
Подаването на орехите е реализираио чрез спирална повърхност върху която пада ореха и при търкаляне по стъпаловидната повърхност се снемат акустични характеристики от всички възможни страни на обекта. Точности на разпознаване на празните от пълни орехи е до 99,77%. Определен е честотния диапазон 4000 Н/ на акустичния сигнал. Обучена е невронна мрежа за класификация.
(1) (2) (3)
U.7 (I.Ii DJ ■ (I.H
Aj
ï S:î I Iu;, (
. -U l
-I) ?
-u i Ш ■fl.5 O.t JJ1
II'
л
и
m
A pli!
HT1
■ il bll.lr
jiPP
h u I
ЛИ'ГЩГ t»
HoLkwt Mm
Jtii Sï№ WU
I ГМНН1П llTfl
Фиг.3. Типичьи звукови характеристики и честотьи спектки ьа окех.
Заключение
Проведеното проучване показва,
Фаг.4 Акустачна система за разпознаване плътността на ореха
че обективното, неразрушаващо определяне на характеристиките на качеството на орехи и ядки с черупки е важно за производителите и
130
преработвателите на тези продукти, поради загубите, свързани с ненужното преработване на дефектни продукти.
Нараства интересът към тези обекти и в изследователите и създателите на системи за обективно окачествяване. Наблюдава се тенденция към прилагане на безконтактни оптични и акустични методи за получаване на първична информация. Поради многообразието на сортове няма унифициран подход за избор на метод или сензори за даден метод. Това прави всяка разработка уникална и с ограничено приложение.
Не е решен еднозначно и въпроса с подаване на продуктите към зоната за инспекция, за да се получи еднозначна първична информация за състоянието на качеството. Използването на огледала за косвено формиране на цялостен образ на продукта има недостатъци, свързани с отблясъци и загуба на информация, която не може да бъде възстановена в следващите етапи на обработка.
Направеният анализ дава основание за търсене на по-универсален подход при получаване на първична информация за тези сложни и уникални по форма, размер, вътрешна и външна структура обекти - орехите. Такъв може да бъде мултиспектралния подход, който би позволил да се сканира обекта в свободно падане чрез оптични (в различни спектрални области) и акустични сигнали и чрез подходяща обработка в реално време да се формира решение за качеството на ореха (ядката) и да се отделят дефектните обекти от общия поток. Това е обект на експериментална работа в момента, осъществявана от автора.
Литература
1. Dreher, M. L., Maher, C. V., & Kearney, P. (1996). The traditional and emerging role of nuts in healthful diets. Nutrition reviews, 54(8), 241-245. http://dx.doi.org/10.1111/j.1753-4887.1996. tb03941.x
2. Перифанова-Немска М., Гандев С., Златанов М., Антова Г. Химичен състав на ореховите плодове. Аграрен университет - Пловдив, Научни трудове, том XLVI, №5, 195 -200, 2001.
3. Регламент (ЕО) № 175/2001 на комисията от 26 януари 2001 година относно определяне на стандартите за търговия с обикновени орехи с черупки.
4. Halifa Smail, Komarizadeh Mohammad, Tousi Behrouz and Nikbakht Ali. An intelligent system for grading walnuts based on acoustic emission and neural networks, Journal of Food, Agriculture & Environment Vol.9 (1): 109-112. 2011.
5. Dousti Asiye, Ghazavi Mohammad and Maleki Ali, Grading of empty walnut using signal processing and artificial neural network techniques, International Journal of Agriculture and Crop Sciences. ISSN 2227-670X, 2013.
