Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật hình ảnh đa phổ đánh giá chất lượng một số loại thực phẩm tươi sống

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

LÊ NGUYỄN NGỌC TUYẾT

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG KỸ THUẬT HÌNH ẢNH
ĐA PHỔ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG
MỘT SỐ LOẠI THỰC PHẨM TƯƠI SỐNG

Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật
Mã số: 8520401

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 02 năm 2023


Cơng trình được hồn thành tại: Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG-HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Huỳnh Quang Linh
Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Nguyễn Thế Thường
Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Nguyễn Trung Hậu

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 11 tháng 02 năm 2023

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. TS. Lý Anh Tú

- Chủ tịch hội đồng

2. TS. Nguyễn Xuân Thanh Trâm

- Thư ký

3. TS. Nguyễn Thế Thường

- Phản biện 1

4. TS. Nguyễn Trung Hậu

- Phản biện 2

5. TS. Lưu Gia Thiện

- Ủy viên

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TS. Lý Anh Tú

TRƯỞNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Lê Nguyễn Ngọc Tuyết

MSHV: 2070277

Ngày, tháng, năm sinh: 30/10/1996

Nơi sinh: Hồ Chí Minh

Chuyên ngành: Vật lý kỹ thuật

Mã số: 8520401

I. TÊN ĐỀ TÀI:
Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật hình ảnh đa phổ đánh giá chất lượng một số loại thực
phẩm tươi sống
Study on the application of multi-spectral imaging techniques to evaluate the quality of
some kinds of fresh food
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
-

Tìm hiểu một số cơng nghệ đánh giá chất lượng không xâm lấn

-

Khảo sát tổng quan về cơ chế tương tác của ánh sáng với mô sinh học

-

Khảo sát và hệ thống các thông số quang học liên quan tương tác với mô

-

Ứng dụng phương pháp Monte Carlo mô phỏng tương tác ánh sáng VIS với mơ
hình thịt, cà chua và táo

-

Thực nghiệm đánh giá chất lượng thực phẩm bằng hình ảnh với các mẫu lựa chọn

II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 14/02/2022
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 05/12/2022
IV.CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS. TS. Huỳnh Quang Linh

i


Tp.HCM, ngày tháng năm 2023
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

PGS. TS. Huỳnh Quang Linh

TRƯỞNG KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG
(Họ tên và chữ ký)

ii


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất đến Thầy PGS.TS Huỳnh
Quang Linh, thầy đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ dạy tận tình những kiến thức và kinh
nghiệm, không chỉ về chuyên môn mà cịn là những kiến thức thực tế mà em có thể
áp dụng vào thực tiễn.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các Thầy Cô trong khoa Khoa học ứng
dụng đã tận tình chỉ dạy những kiến thức nền tảng để có thể hồn thành đề tài nghiên
cứu này.
Con xin cảm ơn Ba, Mẹ và gia đình đã ln là chỗ dựa vững chắc để con có
được như ngày hôm nay.
Xin chân thành cảm ơn!
Học viên thực hiện

Lê Nguyễn Ngọc Tuyết

iii


TĨM TẮT NỘI DUNG
An tồn thực phẩm là mối quan tâm hàng đầu trên thế giới. Nhằm kiểm soát
chất lượng thực phẩm, nhiều kỹ thuật đã được nghiên cứu và ứng dụng thành cơng;
trong đó phương pháp hình ảnh đa phổ có thể phân tích dựa vào thơng tin hình ảnh

trực quan lẫn quang phổ. Đó là một kỹ thuật tiềm năng khơng xâm lấn, nhánh chóng,
an tồn và hiệu quả. Hai nhiệm vụ chính của luận văn bao gồm phân tích sự lan truyền
của ánh sáng dựa vào chương trình mơ phỏng MCML trên các mẫu thịt bị, cà chua
và táo; và tiến hành thực nghiệm thu nhận hình ảnh mẫu vật qua camera và tiến hành
xử lý phân tích. Kết quả cho thấy mẫu thịt đáp ứng tốt khi phân tích ở vùng quang
phổ ánh sáng đỏ, mẫu táo và cà chua cho phép dự đốn dự tính sự thay đổi hàm lượng
chất chống oxy hóa khi đánh giá trên vùng quang phổ đỏ; quang phổ xanh lục cho
thấy tiềm năng khi đánh giá sự thay đổi hàm lượng diệp lục tố trong vỏ quả cà chua
qua các giai đoạn chín. Ngồi ra, quang phổ xanh lam được tìm thấy có khả năng sử
dụng trong việc đánh giá hàm lượng đường của thịt quả. Các kết quả nghiên cứu ban
đầu của luận văn chỉ mang tính định tính, cịn mang tính thăm dị các điều kiện tối ưu
để thực hiện các phép đo thực tiễn. Nghiên cứu tạo tiềm năng cho các nghiên cứu về
sau, phát triển thành một mơ hình đa phổ đơn giản phù hợp để đánh giá thực phẩm
khơng xâm lấn và cho mục đích sử dụng rộng rãi trong cộng đồng.

iv


ABSTRACT
Food safety is one of primary concerns around the world. In order to monitor
food quality, many techniques have been successfully researched and implemented,
in which the multispectral imaging method can be used based on both visual and
spectral image information. It is a potentially non-invasive, rapid, safe and effective
technique. The two main tasks of the thesis are firstly analyzing the propagation of
light in meet, tomato and apple samples based on MCML simulation program; and
secondly conducting pilot experiments to acquire through the camera image samples,
which were thus processed and analyzed. The results showed that the image of meat
samples has a good response in the range of redlight spectrum region, the apple and
tomato samples could allow predictable capability of the change in antioxidant
content when evaluated in the red spectral region; green spectroscopy shows potential

change of chlorophyll content in tomato skins across ripening stages. In addition, the
blue spectrum was found to be useful in assessing the sugar content of fruit pulp. The
initial research results of the thesis are only qualitative and exploratory for the optimal
conditions to make practical measurements. The study offers the potential for further
research to develop a simple multispectral method suitable for non-invasive food
evaluation and for general public use.

v


LỜI CAM ĐOAN
Tôi, Lê Nguyễn Ngọc Tuyết xin cam đoan mọi kết quả trong luận văn đều xuất
phát từ quá trình tơi thực hiện luận văn này, mọi thơng tin tham khảo tơi đầu dẫn
nguồn và trích dẫn đầy đủ. Nếu phát hiện có kết quả tơi sao chép từ nguồn khác hoặc
thông tin tham khảo không được dẫn nguồn, tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm và
chịu mọi hình thức xử lý của nhà trường mà không liên quan đến người hướng dẫn.
Tác giả

Lê Nguyễn Ngọc Tuyết

vi


MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ ...................................................................i
LỜI CẢM ƠN

....................................................................................... iii

TÓM TẮT NỘI DUNG ..................................................................................... iv

LỜI CAM ĐOAN

........................................................................................ vi

DANH MỤC HÌNH ẢNH ................................................................................vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...............................................................................xi
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................... xiii
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI......................................................................................... 1
CHƯƠNG 1.

TỔNG QUAN .................................................................. 4

1.1.

Hiện trạng đánh giá chất lượng thực phẩm ở nước ta hiện nay .......... 4

1.2.

Tương tác của ánh sáng với mẫu thực phẩm ....................................... 6
Phản xạ - Khúc xạ [11] ....................................................................... 8
Hấp thụ [12] ........................................................................................ 9
Tán xạ [12]........................................................................................ 10

1.3.

Các phương pháp đánh giá chất lượng thực phẩm không xâm lấn ... 11

1.4.

Phương pháp đa phổ và phương pháp siêu phổ................................. 16

Phương pháp siêu phổ (Hyperspectral imaging– HSI) ..................... 17
Khái quát về phương pháp siêu phổ [1] ................................ 17
Ưu và nhược điểm của hình ảnh siêu phổ ............................. 17
Chế độ thu nhận hình ảnh siêu phổ và chế độ cảm biến hình

ảnh [17]

............................................................................................... 18
Nguyên lý hoạt động và các thành phần cấu tạo................... 21
Hình ảnh và dữ liệu siêu phổ ................................................ 22


Phương pháp đa phổ (Multispectral image – MSI) .......................... 22
Nguyên lý của hình ảnh đa phổ............................................. 22
Ứng dụng phương pháp đa phổ trong kiểm sốt an tồn thực
phẩm
1.5.

............................................................................................... 24
Tổng quan tình hình nghiên cứu trên thế giới ................................... 25
Tổng quan tình hình nghiên cứu ....................................................... 25
Các nghiên cứu trên mẫu rau, củ, quả và trái cây ................. 25
Các nghiên cứu trên mẫu thịt – Thịt bò ................................ 30
Bảng tổng hợp một số ứng dụng HSI/MSI trong đánh giá chất

lượng thực phẩm ........................................................................................... 31
Các thiết bị ứng dụng phương pháp đa phổ trong tầm sốt an tồn thực
phẩm ........... ....................................................................................................... 38
Thiết bị thương mại trên thị trường ...................................... 38
Mơ hình thiết kế phần cứng của Hệ thống Hình ảnh Đa phổ:

............................................................................................... 38
1.6.

Kết luận ............................................................................................. 39

CHƯƠNG 2.
2.1.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................. 41

Phương pháp Monte Carlo ................................................................ 41
Mô tả vận chuyển photon trong môi trường đục .............................. 41
Mô phỏng bằng MCML.................................................................... 44
Thông số quang học .......................................................................... 46
Táo ........................................................................................ 46
Cà chua .................................................................................. 52
Thịt bò ................................................................................... 55


2.2.

Lựa chọn mơ hình chụp ảnh đa phổ .................................................. 60
Mơ hình thu nhận ảnh ....................................................................... 60
Nguồn sáng - LED trắng................................................................... 60
Mơ hình màu RGB cho hình ảnh thu nhận [50] ............................... 62

2.3.

Kết luận ............................................................................................. 64

CHƯƠNG 3.

THIẾT KẾ MƠ HÌNH VÀ QUY TRÌNH THỬ NGHIỆM
....................................................................................... 65

3.1.

Thiết hệ hộp thu nhận hình ảnh ......................................................... 65
Thiết kế mơ hình ............................................................................... 65
Mơ hình thực tế................................................................................. 68

3.2.

Quy trình thử nghiệm ........................................................................ 69
Mẫu táo ............................................................................................. 69
Mẫu cà chua ...................................................................................... 70
Mẫu thịt (bị) ..................................................................................... 71

3.3.

Quy trình thu nhận và xử lý hình ảnh ................................................ 73
Thu hình ảnh RGB ............................................................................ 74
Tách kênh màu R, G, B .................................................................... 75
Tính tốn giá trị trung bình của từng kênh màu ............................... 76
Tính phần trăm từng kênh màu......................................................... 78

CHƯƠNG 4.
4.1.

KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN.......................................... 79

Mẫu thịt bị ........................................................................................ 79
Kết quả mơ phỏng............................................................................. 79
Phổ phản xạ khuếch tán ........................................................ 79
Phổ phản xạ bề mặt ............................................................... 80


Độ xuyên sâu......................................................................... 81
Kết quả thực nghiệm......................................................................... 82
Đánh giá sự thay đổi của thịt theo thời gian bảo quản (Led
trắng thương mại): ......................................................................................... 83
Đánh giá sự thay đổi của thịt theo thời gian bảo quản (Flash
điện thoại)

............................................................................................... 85

Nhận xét ............................................................................................ 86
4.2.

Mẫu cà chua ....................................................................................... 89
Kết quả mô phỏng............................................................................. 90
Phổ phản xạ khuếch tán ........................................................ 90
Phổ phản xạ bề mặt ............................................................... 90
Độ xuyên sâu......................................................................... 93
Kết quả thực nghiệm......................................................................... 96
Dự đoán thay đổi diệp lục tố ở quả cà chua khi chín dựa vào

kênh màu xanh – Green................................................................................. 97
Dự đoán sự thay đổi hàm lượng lycopene theo các giai đoạn
chín của quả cà chua dựa vào kênh màu đỏ - Red Channel .......................... 98

Nhận xét ............................................................................................ 99
4.3.

Mẫu táo ............................................................................................ 101
Kết quả mô phỏng........................................................................... 101
Phổ phản xạ khuếch tán ...................................................... 102
Phổ phản xạ bề mặt ............................................................. 102
Độ xuyên sâu....................................................................... 103
Kết quả thực nghiệm....................................................................... 104


Khảo sát đánh giá trên bề mặt vỏ còn nguyên vẹn ............. 104
Khảo sát đánh giá trên thịt táo ............................................ 106
So sánh giữa táo còn vỏ (skin) và thịt táo (flesh) ............... 107
Nhận xét .......................................................................................... 108
CHƯƠNG 5.

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ................... 110

5.1.

Kết luận ........................................................................................... 110

5.2.

Hạn chế ............................................................................................ 111

5.3.

Hướng phát triển .............................................................................. 112

TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................. 113


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Máy phân loại, rửa và đánh bóng cà chua [5] ..............................................5
Hình 1.2 Hệ thống phân loại rau củ quả [6] ................................................................5
Hình 1.3 Biểu diễn sơ đồ các chế độ khác nhau của tương tác ánh sáng với các mơ
[34] ..............................................................................................................................7
Hình 1.4 cho thấy tương tác ánh sáng với mô không tán xạ với chỉ số khúc xạ trung
bình n2=nmơ, n1 là chỉ số khúc xạ của môi trường xung quanh; nmô > n1: (a) minh họa
sự phản xạ ánh sáng và truyền qua giao diện phẳng của bề mặt mô và môi trường
xung quanh; (b) minh họa sự phản xạ ánh sáng, truyền và tán xạ bằng giao diện của
mô tán xạ và môi trường xung quanh. [35] .................................................................9
Hình 1.5 Hệ thống kiểm tra chất lượng hình ảnh tia X mềm [11] ............................13
Hình 1.6: Các phương pháp thu nhận hình ảnh siêu phổ [14] ..................................20
Hình 1.7 Các chế độ cảm biến hình ảnh [14] ............................................................20
Hình 1.8 Sơ đồ hệ thống hình ảnh đa phổ [15] .........................................................22
Hình 1.9: Giản đồ của hình ảnh đa phổ (khối dữ liệu) cho một miếng thịt cho thấy
mối quan hệ giữa kích thước quang phổ và khơng gian. Mỗi pixel trong ảnh đa quang
được biểu diễn bằng một phổ riêng lẻ chứa thơng tin về thành phần hóa học [16] ..24
Hình 1.10 Sơ đồ hệ thống hình ảnh đa phổ thu hình ảnh tán xạ trên mẫu trái cây [23]
...................................................................................................................................28
Hình 1.11 Hệ thống VideometerLab 4. .....................................................................38
Hình 1.12: (a) Mạch điều khiển LED và (b) Tích hợp bán cầu [16] ........................39
Hình 2.1 Chuyển động của một photon đơn lẻ trong một mơ tán xạ ánh sáng [37] .42
Hình 2.2 Sơ đồ của chương trình Monte Carlo [40] ................................................43
Hình 2.3 Phổ hấp thụ của một số Flavonoid [62] .....................................................47
Hình 2.4. Phổ hấp thụ Chlorophyll a, b và carotenoids [44] ....................................55

vii


Hình 2.5 Mơ hình phản ứng của các dạng Myoglobin [48] ......................................58
Hình 2.6 Phổ hấp thụ quang của các chromophore chính trong mơ cơ: Myoglobin và
Oxymyoglobin [47] ...................................................................................................59
Hình 2.7 Chế độ thu nhận hình ảnh phản xạ (Reflectance) và thu nhận hình ảnh cả
khơng gian và phổ (Single shot)................................................................................60
Hình 2.8 Phổ phát xạ tương đối cho LED trắng [49] ................................................62
Hình 2.9 Mơ hình màu RGB [50] .............................................................................63
Hình 3.1 Hình ảnh thực tế của chip Led sử dụng......................................................66
Hình 3.2 Hình ảnh của phổ phát xạ LED điện thoại Iphone 11. [52] .......................67
Hình 3.3 Mơ hình buồng tối (Mặt trước) ..................................................................67
Hình 3.4 Mơ hình buồng tối khi hoạt động (mặt sau) ...............................................68
Hình 3.5 Mơ hình buồng tối thu nhận hình ảnh bằng điện thoại ..............................68
Hình 3.6 Ba giống táo được lựa chọn thử nghiệm ....................................................70
Hình 3.7 Quả cà chua Solanum lycopersicum: các giai đoạn phát triển (hàng trên) và
trưởng thành (hàng dưới) theo ngày thu hoạch. [53] ................................................71
Hình 3.8 Mẫu thịt bị được sử dụng trong thử nghiệm .............................................72
Hình 3.9 Lưu đồ xử lý ảnh [55] ................................................................................73
Hình 3.10 Hình ảnh quả cà chua đỏ được chụp bằng camera điện thoại (a) Sử dụng
nguồn sáng Led thương mại (b) Sử dụng nguồn sáng Flash điện thoại....................75
Hình 3.11 Hình ảnh quả cà chua đỏ được chụp bằng camera điện thoại (a) Sử dụng
nguồn sáng Led thương mại (b) Sử dụng nguồn sáng Flash điện thoại....................74
Hình 4.1 Phổ phản xạ khuếch tán của thịt bị............................................................80
Hình 4.2 Phổ phản xạ theo bán kính và góc của thịt bị ............................................80
Hình 4.3 Phổ hấp thụ và độ xun sâu ở mẫu thịt bị ...............................................81
Hình 4.4 Mẫu thịt bị ở các khoảng thời gian bảo quản: 0 giờ, 8 giờ; 16 giờ và 24 giờ
viii

...................................................................................................................................83
Hình 4.5 Mẫu thịt bị chụp dưới nguồn sáng Led thương mại 0 giờ và sau 4 giờ ....83
Hình 4.6 Sự thay đổi tỉ lệ cường độ màu của ba kênh màu RGB theo thời gian (giá trị
trung bình cho 10 mẫu thịt bị chụp bằng Led thương mại)......................................84
Hình 4.7 Mẫu thịt bò chụp dưới nguồn sáng Flash 0 giờ và sau 4 giờ .....................85
Hình 4.8 Sự thay đổi tỉ lệ cường độ màu của ba kênh màu RGB theo thời gian (giá trị
trung bình cho 10 mẫu thịt bị chụp bằng Flash điện thoại) ......................................86
Hình 4.9 Phổ phản xạ khuếch tán ở 6 giai đoạn chín ở cà chua ...............................90
Hình 4.10 Phổ phản xạ theo phương bán kính và góc của cà chua ở 500nm ...........91
Hình 4.11 Phổ phản xạ theo bán kính và góc của cà chua ở 560nm.........................92
Hình 4.12 Phổ phản xạ theo bán kính và góc của cà chua ở 675 nm........................93
Hình 4.13 Phổ hấp thụ và xuyên sâu của cà chua ở 6 giai đoạn chín (500 nm) .......94
Hình 4.14 Phổ hấp thụ và xun sâu của cà chua ở 6 giai đoạn chín (560 nm) .......95
Hình 4.15 Phổ hấp thụ và xuyên sâu của cà chua ở 6 giai đoạn chín (675 nm) .......95
Hình 4.16 Cà chua được bảo quản để quan sát 6 giai đoạn chín trong vịng 20 ngày
...................................................................................................................................96
Hình 4.17 Đồ thị dự đoán sự thay đổi hàm lượng diệp lục ở quả cà chua khi chín ..97
Hình 4.18 Đồ thị dự đoán sự thay đổi hàm lượng lycopene ở quả cà chua khi chín 98
Hình 4.19 Sự thay đổi ở kênh màu đỏ trong 6 giai đoạn chín của cà chua.............100
Hình 4.20 Hàm lượng Lycopene trong các giai đoạn chín ở cà chua [56] .............101
Hình 4.21 Phổ phản xạ khuếch tán trên mẫu táo ....................................................102
Hình 4.22 Phổ phản xạ theo phương bán kính và góc của táo ................................103
Hình 4.23 Phổ hấp thụ và xuyên sâu của táo ..........................................................104
Hình 4.24 Biểu đồ %RGB của 3 giống táo thử nghiệm ..........................................105

ix


Hình 4.25 Thịt táo vừa mới cắt và sau 3 giờ (mẫu đã được loại bỏ lớp bề mặt) ....106

Hình 4.26 Đồ thị mô tả sự thay đổi %RGB ở vỏ và thịt táo ...................................108

x


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1 Sự khác biệt chính giữa các kỹ thuật hình ảnh, quang phổ và hình ảnh siêu
phổ [13] .....................................................................................................................15
Bảng 1.2 Thành phần các yếu tố chất lượng của rau quả [19] ..................................26
Bảng 1.3: Bảng tổng hợp một số ứng dụng HSI/MSI trong đánh giá chất lượng trên
táo, cà chua, các loại thịt ...........................................................................................32
Bảng 2.1 Thông số quang học của táo Golden Dilicous ...........................................48
Bảng 2.2 Thông số quang học của táo Granny Smith ...............................................50
Bảng 2.3 Bảng thông số quang học của cà chua ở 6 giai đoạn chín .........................52
Bảng 2.4 Thơng số hấp thụ và tán xạ của cơ Psoas major ........................................56
Bảng 2.5 Nhiệt độ màu tương quan (CCT) với các phổ ánh sáng [49] ....................61
Bảng 4.1 Thơng số quang học cho mẫu thịt bị .........................................................79
Bảng 4.2 Bảng phần trăm trung bình của các kênh màu Red Green Blue của mẫu thịt
bò theo thời gian (Led trắng).....................................................................................84
Bảng 4.3 Bảng phần trăm trung bình của các kênh màu Red Green Blue của mẫu thịt
bò theo thời gian (Flash điện thoại) ..........................................................................85
Bảng 4.4 Giá trị trung bình ở 3 kênh RGB trong 24 giờ bảo quản ...........................87
Bảng 4.5 Thông số quang học cho mẫu cà chua .......................................................89
Bảng 4.6 Sự thay đổi của cường độ % kênh màu xanh ở các giai đoạn chín của cà
chua ...........................................................................................................................97
Bảng 4.7 Sự thay đổi của cường độ % kênh màu đỏ ở các giai đoạn chín của cà chua
...................................................................................................................................98
Bảng 4.8 Thơng số quang học cho mẫu táo Granny Smith. ...................................101
Bảng 4.9 Tỉ lệ phân tích kênh RGB của 3 giống táo ..............................................105
Bảng 4.10 Tỉ lệ %RGB của thịt táo trong quá trình bảo quản ................................107

xi


Bảng 4.11 Tỉ lệ thay đổi %RGB ở vỏ và thịt táo ....................................................107

xii


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
AAS

Quang phổ hấp thụ nguyên tử

Atomic Absorption
Spectrophotometric

BIL

Band interleaved by line

Dải xen kẽ đường

BIP

Band interleaved by pixel

Dải xen kẽ từng pixel

BSQ

Band Sequential

Tuần tự băng tần

CCT

Correlated Color Temperature

Nhiệt độ màu tương quan

CIE

International Commission on

Ủy ban Quốc tế về Chiếu sáng

Illumination
COMb

Carboxymyoglobin

DC

Direct Current

DeoxyMb

Deoxymyoglobin

ELISA

Enzyme Linked Immunosorbent

Xét nghiệm miễn dịch hấp thụ liên

Assay

kết enzym

FI

Fluorescence imaging

Hình ảnh huỳnh quang

FIR

Far-Infrared radiation

Quang phổ hồng ngoại xa

FT-IR

Fourier-transform infrared

Quang phổ hồng ngoại biến đổi

spectroscopy

Fourier

Gas chromatography-mass

Sắc kí khí-khối phổ

GC-MS

Dòng điện một chiều

spectrometry
GD

Golden Delicious

GS

Granny Smith

HPLC-

High-performance liquid

Phương pháp thu nhận bằng diode

DAD

chromatography - Diode array

sắc ký lỏng hiệu năng cao

detection
Máy dò tán xạ ánh sáng bay hơi

HPLC-

High-performance liquid

ELSD

chromatography - Evaporative light
scattering detector

xiii


HPLC-

High-performance liquid

Sắc ký lỏng hiệu năng cao phát hiện

FLD

chromatography - Fluorescence

huỳnh quang

detection
HPLC-RI

Máy dò chỉ số khúc xạ HPLC

High-performance liquid
chromatography - Refractive Index

HPTLC

Sắc kí lớp mỏng hiệu năng cao

High performance thin layer
chromatography

HIS

Hyperspectral Imaging

Hình ảnh siêu phổ

ICP-MS

Inductively coupled plasma mass

Phép đo khối phổ plasma kết hợp

spectrometry

cảm ứng
Chất lượng bên trong

iFA

IMF

Lượng chất béo trong cơ

Intramuscular fat

Chất lượng bên ngồi

iQS
LC

Liquid chromatography

Sắc kí lỏng

LC-ICP-

Inductively coupled plasma mass

Phương pháp Quang phổ nguồn

MS

spectroscopy

plasma cảm ứng cao tần kết nối
khối phổ
Sắc ký ghép khối phổ

LC-

Liquid chromatography–mass

MS/MS

spectrometry/mass spectrometry

LED

Light Emitting Diode

Mb

Myoglobin

MC

Moisture content

Hàm lượng ẩm

MCML

Monte Carlo Multi-Layered

Monte Carlo đa lớp

MetMb

Metmyoglobin

MIR

Mid-Infrared radiation

MML

Masan MEATLife

MOSE

Molecular Optical Simulation

Môi trường mô phỏng quang học

Environment

phân từ

Magnetic resonance imaging

Hình ảnh cộng hưởng từ

MRI

Điốt phát quang

Quang phổ hồng ngoại trung bình

xiv

MSI

Multispectral image

Hình ảnh đa phổ

NIR

Near-Infrared radiation

Cận hồng ngoại

NMR

Nuclear magnetic resonance

Cộng hưởng từ hạt nhân

OxyMb

Oxymyoglobin

PCR

Polymerase Chain Reaction

PVDF

Polyvinylidene florua

RGB

Red - Green - Blue

RH

Relative humidity

Độ ẩm tương đối

ROI

Region of interest

Vùng quan tâm

SFC

Supercritical fluid chromatography

Sắc kí lỏng siêu tới hạn

SSC

Soluble solids content

Hàm lượng chất rắn hịa tan

TA

Titrable acidity

Chuẩn độ axit

TIMOS

Tetrahedron-based inhomogeneous

Mơ phỏng quang học Monte Carlo

Monte Carlo optical simulator

không đồng nhất dựa trên khối tứ

Phản ứng chuỗi polymerase

diện
Trách nhiệm hữu hạn

TNHH
TPC

Total phenolic content

Hàm lượng phenolic tồn phần

TSS

Total Soluble Solids

Tổng chất rắn hịa tan

UI

Ultrasound imaging

Hình ảnh siêu âm

USDA

United States Department of

Tiêu chuẩn USDA được cấp bởi Bộ

Agriculture

nông nghiệp Mỹ

UV

Ultraviolet

Tử ngoại

UV-VIS

Ultraviolet - visible

Quang phổ tử ngoại - khả kiến

VIS/IR

Visible/Infrared radiation

Quang phổ khả kiến/hồng ngoại

VIS/NIR

Visible/Near Infrared radiation

Quang phổ nhìn thấy/cận hồng
ngoại

WHO

World Health Organization

Tổ chức Y tế Thế giới

XRI

X-Ray Imaging

Hình ảnh tia X

xv

1
GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
An toàn thực phẩm là vấn đề có tầm quan trọng đặc biệt, cũng là mối quan tâm
hàng đầu trên tồn cầu nói chung và tại Việt Nam nói riêng. Nhu cầu được tiếp cận
tới các nguồn thực phẩm an toàn đang trở thành quyền cơ bản đối với mỗi con người,
nó góp phần to lớn trong việc cải thiện sức khoẻ, chất lượng cuộc sống. An tồn thực
phẩm thường được mơ tả là các tiêu chuẩn và quy trình nhằm đảm bảo rằng thực
phẩm đủ an toàn “từ trang trại đến bàn ăn” cho người tiêu dùng để có thể giảm sự
bùng phát các bệnh truyền qua thực phẩm [1]. An tồn thực phẩm khơng chỉ ảnh
hưởng trực tiếp, thường xuyên đến sức khỏe mà còn liên quan chặt chẽ đến năng suất,
hiệu quả phát triển kinh tế, thương mại, du lịch và an sinh xã hội.
Theo tài liệu WHO cung cấp [2] các số liệu liên quan đến thực trạng an toàn
thực phẩm minh hoạ như sau: “Thực phẩm khơng an tồn có chứa vi khuẩn, vi rút,
ký sinh trùng hoặc các chất hóa học có hại, gây ra hơn 200 bệnh - từ tiêu chảy đến
ung thư. Ước tính có khoảng 600 triệu - gần 1/10 người trên thế giới - đổ bệnh sau
khi ăn thực phẩm bị ô nhiễm và 420 000 người chết hàng năm. Trẻ em dưới 5 tuổi
mắc bệnh tật nghiêm trọng do thực phẩm chiếm 40%, với 125 000 ca tử vong hàng
năm. Bệnh tiêu chảy là căn bệnh phổ biến nhất do tiêu thụ thực phẩm bị ô nhiễm,
khiến 550 triệu người đổ bệnh và 230.000 người tử vong mỗi năm.”
Trong vấn đề đánh giá chất lượng thực phẩm, các tiêu chí về hình thái bên ngồi,
mùi vị và hàm lượng chất dinh dưỡng trong thực phẩm là mối quan tâm thiết yếu.
Ngoài ra, ngộ độc thực phẩm và các bệnh do thực phẩm gây ra liên quan đến các
ngun nhân như ơ nhiễm vật lý, hóa học và sinh học và các mối nguy hoặc chất độc
liên quan khác. Trong ô nhiễm vật lý, mối quan tâm đặc biệt là ơ nhiễm phân và các
khuyết tật có liên quan chặt chẽ với các mầm bệnh có hại, cũng như các bất thường.
Về ơ nhiễm hóa chất, một số nhóm có thể được chia thành độc tố tự nhiên, phụ gia
thực phẩm, dư lượng hóa chất nơng nghiệp, các mối nguy từ q trình chế biến thực
phẩm… Ơ nhiễm hóa chất rất được quan tâm vì tác động từ chúng là không thể lường
trước được trong giai đoạn đầu và được tích lũy trong tự nhiên, gây ra những hậu quả
rất nặng nề (thậm chí gây tử vong). Quan trọng hơn, những hóa chất độc hại này

2
không thể được loại bỏ một cách hiệu quả bằng các biện pháp xử lý hữu ích trong
việc ngăn chặn các nguy cơ do ô nhiễm vi sinh như vi khuẩn, nấm, vi rút, động vật
nguyên sinh và ký sinh trùng.
Hiểu được tầm quan trọng của chất lượng thực phẩm đối với con người, trong
vài thập kỷ qua đã có nhiều nhiều kỹ thuật hiệu quả, được áp dụng trên thế giới và cả
ở Việt Nam, chẳng hạn như sắc ký lỏng (LC), sắc ký lỏng siêu tới hạn (SFC), sắc ký
khí-khối phổ (GC– MS), phép đo khối phổ plasma kết hợp cảm ứng (ICP-MS), phản
ứng chuỗi polymerase (PCR), và xét nghiệm miễn dịch hấp thụ liên kết enzym
(ELISA)… đã được áp dụng rộng rãi trong công tác đảm bảo chất lượng và vệ sinh
an toàn thực phẩm trên thế giới. Tuy nhiên, các hệ thống này thường có chi phí cao,
tốn nhiều thời gian, phức tạp trong xử lý mẫu [3]. Hầu hết các kỹ thuật, công cụ để
đo lường các thuộc tính chất lượng thực phẩm đa phần đều có tính chất xâm lấn, tốn
thời gian và khơng thể áp dụng cho việc đánh giá và phân loại.
Trong vài năm gần đây, việc nghiên cứu và đánh giá thông tin về chất lượng, về
phân loại thực phẩm dựa trên quang phổ và thị giác máy tính đã được sử dụng từ lâu.
Các nghiên cứu hình ảnh đa phổ và siêu phổ cho thấy tiềm năng trong kiểm tra chất
lượng thực phẩm mà cịn có thể khắc phục được các nhược điểm của các phương
pháp nêu trên. Phương pháp đa phổ được ra đời là một phiên bản đơn giản hơn của
phương pháp siêu phổ, giải quyết được yêu cầu cần hệ thống phân tích trực tuyến và
giảm chi phí, có thể hướng tới tính thương mại hóa trong lĩnh vực cơng nghiệp thực
phẩm. Do đó đề tài dư kiến “Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật hình ảnh đa phổ đánh
giá chất lượng một số loại thực phẩm tươi sống” có ý nghĩa thiết thực đáng kể.
Phương pháp đa phổ cho thấy một cái nhìn mới hơn và tiềm năng hơn trong công tác
kiểm tra chất lượng thực phẩm tại Việt Nam – một đất nước mà ngành công nghiệp
thực phẩm chiếm nhiều thị phần.
Với lý do trên, đề tài “Nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật hình ảnh đa phổ đánh giá
chất lượng một số loại thực phẩm tươi sống” được thực hiện với các mục tiêu chính

như sau:
- Tìm hiểu các cơng nghệ tiên tiến đánh giá chất lượng thực phẩm bằng phương


3
pháp quang học.
- Ứng dụng phương pháp Monte Carlo mô phỏng tương tác ánh sáng khả kiến
với một số mô hình thực phẩm chọn lọc bao gồm thịt bị, cà chua và táo; trong đó
việc chọn lọc các thơng số tương tác quang học được thực hiện một cách hệ thống
thông qua các công bố trong lĩnh vực.
- Thiết kế hệ thống đo lường thử nghiệm phổ RGB, chọn lọc và xử lý mẫu, và
tiến hành đo thực nghiệm đánh giá ban đầu chất lượng thực phẩm bằng hình ảnh với
các mẫu lựa chọn.