چکیده

تنوع و فراوانی پارامترها و ویژگی های کیفی محصولات کشاورزی، مهمترین دلیل توسعه انواع روشهای غیر مخرب بوده است. در سالهای اخیر دید ماشین، روشهای اپتیکی چون اسپکتروسکوپی رامان، NMR و NIR ، انتشار صوت، روش فراصوت و غیره، در حال گسترش و توسعه می‌باشد که هر کدام برای اندازه‌گیری پارامتر کیفی خاصی کاربرد دارند. برای درجه بندی میوه‌ها روش های مختلفی به کار برده می‌شود که اغلب آن ها مخرب و یا کند می‌باشند ولی اندازه‌گيري سريع،‌ غير مخرب و دقيق عامل هاي كيفي ميوه‌ها از جمله میوه گوجه فرنگي نظیر ميزان مواد جامد محلول،‌ pH و رنگ از اهميت بالايي برخوردار مي‌باشد. براي همين منظور از روش‌هاي مختلفي مي توان استفاده نمود. از مدرنترين روش‌هاي مذكور مي توان به طيف‌سنجي ليزري رامان اشاره کرد. اين روش با توجه به بكارگيري انواع ليزرها، بلورهاي غيرخطي براي ايجاد طول موج‌هاي مختلف مورد نياز، ابزار آشكار سازي و استفاده از نرم افزارهاي مدرن به طور وسيعي در زمينه‌هاي مختلف علوم، مهندسي، پزشكي و كشاورزي كاربرد پيدا كرده است و با توجه به مزایای چشمگیر آن در قیاس با روش پرکاربرد NIR توانسته است جایگاه خاصی در تحقیقات حاضر در زمینه کشاورزی پیدا نماید. در تحقیق حاضر با استفاده از روش طیف‌سنجی رامان اندازه‌گیری غیر مخرب پارامترهای کیفی میوه گوجه‌فرنگی انجام شده است. نتایج حاصل نشان دادند که وجود کارتنوئیدهای لیکوپن و کاروتن به عنوان مهم ترین رنگدانه‌های موجود در گوجه فرنگی به خوبی توسط طیف‌های به دست‌آمده اثبات شد به طوری که هر سه منطقه مشخصه کارتنوئیدها در تمامی طیف‌ها قابل تمییز بود. همچنین طیف‌سنجی انجام شده در این تحقیق وجود کربوهیدرات‌ها را نیز با ارتعاش C-H بروز داد. بدین ترتیب با اطمینان می‌توان از روش مذکور جهت درجه‌بندی غیر مخرب پارامترهای خارجی (مانند رنگ میوه به عنوان مهمترین شاخص رسیدگی گوجه فرنگی) و داخلی (مانند میزان مواد جامد محلول) بهره جست.

کلیدواژه: طیف‌سنجی رامان، میوه گوجه‌فرنگی، ارزیابی غیر مخرب، پارامترهای کیفی

مقدمه

مروری بر روشهای غیرمخرب و سایر روشهای اپتیکی

آزمایشاتی غیرمخرب محسوب می‌شوند که اثرات مخرب فتوفیزیکی، حرارتی، شیمیایی، مکانیکی و فتوشیمیایی نداشته باشند [21]. روشهای متعددی تاکنون برای کیفیت سنجی غیر مخرب محصولات کشاورزی ابداع شده‌اند که تنها برخی از آنها توانسته شرایط فوق را برآورده ساخته و از لحاظ فنی و صنعتی توجیه داشته باشند. روشهای اپتیکی، مکانیکی، شیمیایی و امواج الکترومغناطیسی و صوتی در توسعه آزمونهای غیرمخرب نقش اساس داشته‌اند. اما روشهای بکار رفته قادرند پارامترهای محدودی از میوه‌ها را کاوش کنند. بنابراین لازم است شرایط حاکم در این روشها به دقت بررسی شده و در گزارش یا ثبت نتایج آزمایش لحاظ شوند. برای مثال اندازه‌گیری رنگ در گوجه‌فرنگی برای تخمین رسیدگی و زمان برداشت کافی است [4]، پس می‌توان با اندازه‌‌گیری یک پارامتر (رنگ) توسط طیف مرئی یا پردازش تصویر، تخمین مناسبی از وضعیت بیولوژیکی گوجه‌فرنگی حاصل نمود. همچنین در روشهای غیر مخرب ممکن است بیش از یک فاکتور بر داده بدست آمده تأثیر بگذارد که اندازه‌گیری را با خطا مواجه خواهد ساخت و به همین دلیل این سیستم‌ها نیاز به کالیبراسیون (واسنجی)‌ قوی خواهند داشت. در ذیل، سامانه‌های غیر مخرب رایج در کشاورزی به اختصار شرح داده می‌شوند.

از سال 1980، روش غیر مخرب NIRS در تعیین برخی خصوصیات میوه‌ها مانند سفتی، میزان مواد جامد محلول، رنگ، نشاسته و اسیدیته بکار رفته است. طیف NIRS طول موجهای بین 750 تا 2500 نانومتر(1-cm 4000، 12500) را پوشش می‌دهد. این روش برای تعیین ترکیبات شیمیایی شامل گروههای OH- ، CH-، NH- مناسب است. امروزه استفاده از این فن‌آوری در بررسی خصوصیات داخلی میوه‌ها به حالت صنعتی نیز رسیده است و به عنوان مثال برای هلو، مرکبات و هندوانه سامانه‌های جداسازی طراحی شده است که مبنای درجه‌بندی و یا جداسازی آنها، طیف سنجی عبوری و یا بازتابی NIR است. منبع نور اغلب طیف سنجهای NIR، لامپ‌های هالوژن می‌باشد. مشکل اصلی، نفوذ کم این نور در داخل میوه عنوان شده است. یک راه حل این مشکل استفاده از لامپ‌هایی با توان بالاست که ایجاد تأثیرات فتوشیمیایی و فتوفیزیکی بر روی میوه مشکل اصلی آن خواهد بود. اما استفاده از دیودهای لیزری راه‌حل دیگری است که در دست مطالعه است. از طرفی استفاده از طیف سنج‌های قابل حمل نیز رایج شده و حتی به صورت تجاری عرضه شده است که واسنجی (کالیبراسیون) و استاندارد کردن آنها موضوع مورد مطالعه سالهای اخیر بوده است [11]. مقالات متعددی در زمینه کاربرد NIRS در میوه‌ها چاپ شده است.

تاکنون کاربردهای زیادی از تکنیک NMR و MRI در کشاورزی گزارش شده است. کارآیی این تکنیک در محصولات آبدار بیشتر می‌باشد. زیرا هسته‌های هیدروژن پاسخ خوبی به میدانهای مغناطیسی نشان می‌دهند [8]. اختلالات موجود در توزیع آب، صدمات ناشی از سرد شدن، لهیدگی، فساد، حضور حشرات و غیره را می‌توان باNMR کاوش نمود. به طور کلی روشهای MRI و NMR به دلیل گران بودن و پیچیدگی استفاده وسیعی نداشته و در کشاورزی توجیه صنعتی نداشته است. اما در علم پزشکی به خصوص در کاوش تومورها، تجهیزات ارزان قیمت و ساده نیز عرضه شده‌اند که تصویر‌برداری NMR و MRI کاربردهای تجارتی فراوانی داشته‌اند و در نتیجه به روش رایج تبدیل گشته‌اند [10].

در بین روشهای غیر مخرب، روش MRI دارای بیشترین دقت است، ولی یکی از معایب مهم آن تأثیر مهم زیاد سرعت اندازه‌گیری بر دقت دستگاه است. بنابراین سرعت اندازه‌گیری، پایین خواهد بود. همچنین برای میوه‌های با درصد رطوبت پایین روش مناسبی توصیه نشده است. با این حال، روش MRI و NMR توانایی زیادی در ارزیابی کیفیت درونی میوه‌جات و سبزیجات به خصوص اندازه‌گیری رطوبت و روغن دارند [4].