TÌM HIỂU CÁC BÀI BÁO KHOA HỌC CÓ SỬ DỤNG THIẾT BỊ ĐO MÀU SẮC CỦA HOA QUẢ

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM


VẬT LÝ THỰC PHẨM
ĐỀ TÀI:

TÌM HIỂU CÁC BÀI BÁO KHOA HỌC
CÓ SỬ DỤNG THIẾT BỊ ĐO MÀU SẮC
CỦA HOA QUẢ
GVHD: TRẦN LỆ THU
PHÒNG: B208
THỨ 4, TIẾT 11,12.
NHÓM: 6
SVTH:
1.
2.
3.
4.
5.
6.

Cao Bảo Anh
Phạm Thị Lan Anh
Nguyễn Thị Mỹ Duyên
Phan Thị Nho
Phan Thị Kiều Nương
Nguyễn Thùy Trang

HỒ CHÍ MINH - 2015

2005130178
2005130061
2005130124
2005130135
2005130102
2005130101


GVHD: Trần Lệ Thu
Mục lục

Bài 1. Đánh giá không phá hủy cấu trúcsự trưởng thành nội bộ
của cà chua bằng cách sử dụng không gian bù đắp phổ Raman
I. Vật liệu và phương pháp
1. Hệ thống quang phổ Raman
Một hệ thống quang phổ Raman (Fig. 1) đã được phát triển cho việc thu thập
dữ liệu quang phổ từ mẫu cà chua. Hệ thống này được lắp ráp dựa trên Raman hệ
thống hình ảnh hóa học gần đây đã được phát triển trong phòng thí nghiệm của
chúng tôi (Qin et al., 2010). Một máy ảnh CCD 16-bit với 1024 × 256 pixel
(Newton DU920N-BR-DD, Andor Công nghệ, South Windsor, CT, USA) đã được
sử dụng để thu tín hiệu Raman. Một hình ảnh quang phổ Raman (Raman Explorer
785, Headwall Photonics, Fitchburg, MA, USA) đã được gắn vào máy ảnh. Các
phổ kế chấp nhận ánh sáng qua một khe đầu vào (5 mm × dài rộng 100 m), và phát
hiện một loạt sự thay đổi của Raman -98 đến 3998 cm -1 (hoặc một dải bước sóng
799-1144 nm) với độ phân giải quang phổ của 3,7 cm -1. Một laser có mô đun 785nm (I0785MM0350MFNL, Innovative Photonic Solutions, Monmouth Junction,
NJ, USA) phục vụ như là nguồn kích thích.Một sợi quang học và một bộ phận tập
trung laser được sử dụng để cung cấp và tập trung ánh sáng laser trên bề mặt mẫu.
Các bộ phận tập trung tia laser bao gồm một ống chuẩn trực quang, một dòng tia
laser lọc dải giữa 785-nm, và một ống kính tiêu cự 50 mm. Ánh sáng laser được

chuẩn trực, được lọc, và tập trung bởi ba thành phần quang học, tương ứng. Các bộ
phận tập trung đã được sắp xếp chéo để các góc tới của tia laser là khoảng 45◦. Một
2


GVHD: Trần Lệ Thu
sợi quang cố định vị trí Raman thăm dò (RPB, InPhotonics, Norwood, MA, USA),
theo định hướng vuông góc với bề mặt mẫu, đã được sử dụng để thu thập và
chuyển các tín hiệu tán xạ đến quang phổ kế Raman. Đường kính của các điểm
laser ở bề mặt mẫu là khoảng 1,0 mm, và thăm dò phát hiện thu được Raman tín
hiệu từ các khu vực kích thích laser (~1.0 mm đường kính) tại một khoảng cách
làm việc 7,5 mm.
Các mẫu và các bộ phận tập trung laser được đặt trên một bảng định vị được
cơ giới hóa (MAXY4009W1-S4, Velmex, Bloomfield, NY, USA), cái mà di
chuyển các mẫu và bộ phận tập trung tia laser (xem hướng di chuyển trong Fig.1)
như các tín hiệu Raman đã được thu thập bởi Raman dò cố định.Kết quả là, một
loạt các quang phổ với khoảng cách phát hiện nguồn khác nhau được thu thập để
hình thành một tập hợp các không gian dịch chuyển phổ Raman. Các bộ phận tập
trung laser, thăm dò Raman, bảng định vị, và vật liệu mẫu được đặt trong một hộp
đen kín để tránh ảnh hưởng của ánh sáng xung quanh. Dựa trên các kết quả hiệu
chuẩn phổ đổi chỗ hai tiêu chuẩn Raman (tức là, polystyrene và naphthalene), các
hệ thống quang phổ đã được tìm thấy ở một phạm vi sóng là 200-2500 cm -1 . Hệ
thống phần mềm được phát triển bằng cách sử dụng LabVIEW (National
Instruments, Austin, TX, USA) để thực hiện các chức năng như điều khiển máy
ảnh, thu thập dữ liệu, di chuyển mẫu, và đồng bộ hóa. Nhiều hơn các chi tiết mô tả
hệ thống có thể được tìm thấy ở Qin et al. (2010).

3

GVHD: Trần Lệ Thu

2. Mẫu và quy trình thử nghiệm
Cà chua (giống 'sunbright') đã được lựa chọn cẩn thận từ cánh đồng của một
người trồngđịa phương trong Beltsville, Maryland, vào tháng Chín năm 2010. Các
mẫu được chọn ở một trong hai giai đoạn màu xanh chưa trưởng thành hoặc màu
xanh trưởng thành, và chúng được giữ ở nhiệt độ phòng trong quá trình chín. Mẫu
trái cây tại 7 giai đoạn có độ chín khác nhau (ví dụ, xanh chưa trưởng thành, xanh
trưởng thành, cắt, xoay, màu hồng, ánh sáng màu đỏ, và màu đỏ) đã được lựa chọn
để đo quang phổ Raman.Tổng cộng có 160 mẫu đã được thử nghiệm trong nghiên
cứu này, và các đặc tính bên ngoài và bên trong của 7 giai đoạn được minh họa
trong hình 2, trong đó các con số trong ngoặc đơn chỉ số lượng mẫu cho các phép
đo quang phổ được thuở từng giai đoạn.Trong thời gian thu thập dữ liệu quang
phổ, các mẫu trái cây được đặt trên một chén cao su cố định trên bàn định vị (xem
hình 1). Phổ Raman đã được thu thập trong phạm vi dịch chuyển từ 0-5 mm với
kích thước bước tiến 0,2 mm, dẫn đến có tổng cộng 26 quang phổ cho từng mẫu.
4


GVHD: Trần Lệ Thu

Ngoài việc sử dụng cà chua nguyên vẹn, các mẫu mặt ngoài vỏ quả của cà
chua cũng đã được chuẩn bị để điều tra khả năng của phương pháp sors để phát
hiện lớp dưới bề mặt. Các mẫu vỏ quả (Hình. 3a) được cắt từ những quả cà chua ở
các giai đoạn màu xanh trưởng thành và màu đỏ bằng cách sử dụng một máy cắt
thực phẩm có thể điều chỉnh độ dày (GS300, Tổng Cắt lát, Weston, FL, USA). Hai
mẫu vỏ quả đã được chuẩn bị cho từng giai đoạn chín-mộtđộ dày tối đa5 mm và
một độ dày tối đa10 mm.Độ dày của lát 5-mm và 10 mm được chọn là đại diện của
độ dày đặc trưng cho mặt ngoài vỏ quả của giống cà chua đặc biệt được sử dụng
trong nghiên cứu này. Những vỏ quả cà chua đã được đặt trên một phiến Teflon

(với mặt bên trong đối diện với các bề mặt phiến), được sử dụng là một tài liệu
tham khảo lớp dưới bề mặt được biết đến để đưa ra đỉnh của Raman nhận diện.
Tương tự như những quả cà chua còn nguyên vẹn, phổ Raman đã được thu trong
phạm vi di chuyển từ 0-5 mm với kích thước bước tiến 0,2 mm cho mỗi cặp vỏ quả
/ Teflon (hình 3b). Phổ Raman của lycopene tinh khiết (L9879, Sigma-Aldrich, St.
Louis, MO, USA) và các tấm Teflon cũng được đo lường để tham khảo. Quang
phổ dòng tối (Dark current spectra ) đã được thu lại với các laser đi và một nắp che
đầu dò. Dữ liệu gốc được điều chỉnh bằng phép trừ của quang phổ dòng tối.Duy
nhất các dữ liệu điều chỉnh đã được sử dụng để phân tích thêm.

5


GVHD: Trần Lệ Thu

3. Phân tích quang phổ Raman
Tín hiệu huỳnh quang được tạo ra từ sự tương tác laser-cà chua trong các
phép đo quang phổ Raman. Nghiên cứu trước đây của chúng tôi đã chứng minh
rằng nền huỳnh quang từ các bộ phận trái cây khác nhau (ví dụ, vỏ quả bên ngoài,
mô ngăn, và hạt giống) nói chung là một đường cong đồng nhất hình chuông, và có
thể được mô hình hóa bởi Đa thức trật tự thứ tám (Qin et al, 2011 ). Trong nghiên
cứu này, một phương pháp đường cong thích hợp đa thức bị biến đổi (Lieber và
Mahadevan-Jansen, 2003) đã được sử dụng hiệu chỉnh thành các nền huỳnh quang
phổ Raman không gian di chuyển của vỏ quả / mẫu Teflon và quả cà chua nguyên.
Phương pháp này sử dụng phương pháp so sánh lặp đi lặp lại để xác định và ngăn
chặn Raman đỉnh từ được tham gia vào quá trình đường cong phù hợp, và đó là
hiệu quả để giữ lại tính năng Raman và loại bỏ nền huỳnh quang cùng một lúc.
Trong mỗi lần lặp, tất cả các điểm dữ liệu được trang bị với cường độ những giá trị
cao hơn so với số điểm tương ứng trong phổ ban đầu được gán cho các giá trị ban
đầu. Các hệ số đa thức cho các đường cong được tạo mới được xác định trong mỗi

chu kỳ bằng cách bình phương tối thiểu. Quá trình này được lặp đi lặp lại cho đến
khi hội tụ xảy ra đối với số điểm dữ liệu bị ảnh hưởng trong mỗi lần lặp. Một máy
lọc đầu tiên là Savitzky-Golay đã được sử dụng để giảm thiểu tiếng ồn tần số cao
6


GVHD: Trần Lệ Thu
trong phổ Raman.Sau khi làm đồng nhất quang phổ, phương pháp đường cong
thích hợp với một đa thức thứ 8-đa thức trật tự đã được áp dụng cho tất cả các
quang phổ Raman để loại bỏ nền huỳnh quang. Các trang bị cơ bản sau đó đã được
trừ từ mỗi dải tần để tạo ra quang phổ Raman với một nền gần-bằng phẳng.
Các không gian bù đắp phổ Raman chứa thông tin về thành phần hoá học
hỗn hợp của các mẫu cà chua và độ sâu đo lường khác nhau của các cặp vỏ quả /
Teflon. Sự điều chỉnh phổ được phân tích bằng cách sử dụng phân tích hỗn hợp tự
mô hình (SMA) để tách Raman ký hiệu của các thành phần khác nhau. SMA phân
tích một ma trận dữ liệu vào các sản phẩm ngoài của quang phổ thành phần tinh
khiết , và là một công cụ hữu ích để giải quyết một hỗn hợp của các hợp chất mà
không biết thông tin về quang phổ trước đó của các thành phần riêng lẻ (Windig và
Guilment, 1991). SMA đã được thực hiện cho mỗi tập hợp các điều chỉnh về mặt
không gian bù trừ phổ Raman (26 trong mỗi bộ) bằng cách sử dụng chức năng
Purity trong PLS Toolbox (eigenvector Research, Wenatchee, WA, USA). Một
mức độ bù trừ của ba đã được sử dụng trong hàm Purity.Các chức năng Purity cho
một trọng lượng thấp hơn để các biến có giá trị tương đối nhỏ thông qua các tham
số của bù trừ. Các giá trị bù trừ được xác định bằng tỷ lệ phần trăm tối đa cho giá
trị trung bình của dữ liệu. Mức bù trừ của ba vì vậy tương ứng với 0,03 × (cường
độ tối đa) giá trị bù trừ trong các phương pháp SMA gốc (Windig và Guilment,
1991). Số khác nhau của các thành phần tinh khiết (ví dụ, hai, ba và bốn) được thử
nghiệm trong SMA cho cả vỏ quả / Teflon và mẫu cà chua nguyên.Các quang phổ
tinh khiết đã được kiểm tra để xác định số lượng tối ưu của các thành phần tinh
khiết.

Sau khi các thành phần quang phổ tinh khiết được tách bằng cách sử dụng
SMA từ tất cả các mẫu trái cây, sự phân tán thông tin quang phổ (SID) đã được sử
dụng để đánh giá mức độ chín của cà chua. SID là một biện pháp tương tự quang
7


GVHD: Trần Lệ Thu
phổ định lượng sự khác biệt giữa hai phổ bằng cách sử dụng các dữ liệu ngẫu nhiên
liên quan đến thông tin quang phổ. Lớn hơn giá trị SID, lớn hơn sự khác biệt giữa
hai phổ.Thuật toán chi tiết cho SID có thể được tìm thấy trong Chang
(2000).Lycopene được chứng minh là một chỉ số tốt về sự trưởng thành cà chua
trong nghiên cứu trước đây về Raman ảnh cắt cà chua (Qin et al., 2011). Do đó,
phổ Raman của lycopene tinh khiết được sử dụng trong nghiên cứu này như một
tài liệu tham khảo cho sự phù hợp với quang phổ cho các bài kiểm tra không phá
hủy. Giá trị SID được tính toán giữa các thành phần quang phổ 160 tinh khiết của
cà chua và quang phổ chiếu của lycopene.Sự phân bố của các giá trị SID đã được
kiểm tra để xác định mối quan hệ của nó với mức độ chín của các mẫu cà chua.Các
thủ tục phân tích dữ liệu nói trên được thực hiện bằng cách sử dụng trong các
chương trình phát triển nhà ở MATLAB (MathWorks, Natick, MA, USA).
II. Kết quả và thảo luận
1. Tham khảo quang phổ Raman của lycopene và Teflon
Raman đặc trưng của lycopene và Teflon trong phạm vi số sóng là 200-2500
cm-1 được hiển thị trong hình4. Các tính năng Raman chính của lycopene đã được
quan sát trong vùng quang phổ của 800-1700 cm -1. Ba đỉnh Raman chính đã được
xác định trong khu vực này. Các cường độ Raman cao nhất xuất hiện tại 1151 cm -1,
cao hơn một chút ở 1513 cm -1. Các đỉnh cao ở 1001 cm -1 cho thấy cường độ tương
đối thấp.Ngoài 1700 cm-1, không có tín hiệu tán xạ Raman được tìm thấy. Từkhi
các tính năng Raman chính của lycopene trong phạm vi của số sóng là 800-1700
cm-1, khu vực này đã được sử dụng trong việc tính toán thông tin quang phổ phân
kỳ để đánh giá mức độ chín của cà chua. Quang phổ tham chiếu của Teflon xuất

hiện mượt mà hơn so với lycopene. Bảy đỉnh Raman riêng biệt đã được xác định
trong vùng quang phổ của 200-1400 cm -1, và các số sóng tương ứng được đánh
dấu trong hình.
8


GVHD: Trần Lệ Thu

Hình 4. Tham khảo quang phổ Raman của lycopene và Teflon
2. Không gian bù đắp đo Raman vỏngoài của quả cà chua trên tấm
Teflon
Hình 5 cho thấy hai bộ không gian bù đắp quang phổ Raman được thu thập
từ 5-mm và 10-mm vỏquả xanh trên tấm Teflon. Tám quang phổ ban đầu bù đắp vị
trí giữa 0 và 5 mm đã được lựa chọn để trình diễn mô hình chung của các dữ liệu
thô. Các đỉnh Raman của Teflon đã được quan sát thấy ở tất cả các vị trí bù đắp.
Các cơ sở của vỏ quả cho thấy một độ dốc nổi bật cho quang phổ không bù đắp,
cùng với một số vai nhỏ quang phổ.

9


GVHD: Trần Lệ Thu

Hình 5.không gian bù đắp quang phổ Raman ban đầu (a và b) và sửa chữa (c
và d) của vỏ quả cà chua màu xanh lá cây trên tấm Teflon, và thành phần quang
phổ tinh khiết của vỏ quả (e) và Teflon (f) được chiết xuất từ mô hình phân tích
hỗn hợp cho sửa chữa quang phổ bù đắp.
10

GVHD: Trần Lệ Thu
Sự giảm dầnkhoảng cách giữa các lớp vỏ trái cây đến các điểm laser góp
phần làm tăngphát hiện thăm dò. Thông tin từ lớp vỏ quả và lớp Teflon là hỗn hợp
nhiều hơn với số không bù đắp. Khi bù đắp được tăng lên, cường độ Raman tương
đối từ các lớp trên đã giảm chủ yếu là do các tín hiệu tán xạ vỏ quả giảm nhiều hơn
so với các tấm Teflon. Sau khi trừ đi các nền huỳnh quang, các quang phổ sửa
chữa (Fig. 5c và d) cho biết vai quang phổ do vỏ quả (ví dụ, năm 1083 và 1618
cm-1) giảm dần khi khoảng cách bù đắp tăng 0-5 mm, cho cả 5-mm và 10-mm vỏ
quả.
Quang phổ thành phần tinh khiết trong hình 5e và f được lấy từ hỗn hợp
phân tích mô hình sử dụng hai thành phần cho quang phổ sửa chữa bù đắp Raman.
Các tín hiệu Ramandưới bề mặt tấm Teflon theo cả 5-mm và 10-mm vỏ quả được
hiệu quả thu hồi SMA (Hình 5f.), Như có thể được nhìn thấy bằng cách so sánh với
quang phổ chuẩn của Teflon. Mặt khác, một số vai nhỏ quang phổ đã được quan
sát trong các thành phần khác hai quang phổ (Hình 5e.), Mà có thể được quy cho
các vỏ quả của lớp trên cùng. Vai quang phổ bù đắp 5-mm vỏ quả không được chú
ý như 10-mm vỏ quả. Không có đỉnh Raman rõ rệt tìm thấy trong quang phổ thành
phần của lớp vỏ trái cây, cho thấy không có sự hiện diện của carotenoid trong vỏ
quả bên ngoài màu xanh lá cây. Quang phổ thành phần chiết xuất của vỏ quả xanh
phù hợp với những vỏ quả thu được từ các phép đo Raman trực tiếp cắt cà chua
trong nghiên cứu trước đây của chúng tôi (Qin et al., 2011) trong đó các vỏ quả
xanh ở các giai đoạn chín xanh ngắt và không thể hiện đỉnh Raman do thiếu của
carotenoids.

11


GVHD: Trần Lệ Thu

Hình 6.không gian bù đắp quang phổ Raman ban đầu (a và b) và sửa chữa (c

và d) của vỏ quả cà chua đỏ trên tấm Teflon, và quang phổ thành phần tinh khiết

12


GVHD: Trần Lệ Thu
của vỏ quả (e) và Teflon (f) được chiết xuất từ phân tích hỗn hợp phân tích để sửa
chữa các qaung phổ bù đắp.
Các kết quả cho 5-mm và 10-mm vỏ quả cà chua đỏ trên tấm Teflon được
hiển thị trong hình 6. Ngoài bảy đỉnh Raman của các tấm Teflon, ba đỉnh đã được
quan sát thấy ở 1001, 1151 và 1513 cm -1, mà nguyên nhân là do các lycopene trong
vỏ quả đỏ. Ba đỉnh, cùng với tán xạ và huỳnh quang tín hiệu khác từ các lớp trên
của vỏ quả, dần dần giảm bớt với sự gia tăng khoảng cách bù đắp.Tín hiệu Raman
ở 1001 cm-1 gần như biến mất hoàn toàn cho việc bù lỗ 5 mm (Hình 6c. Và d) do
các cường độ Raman tương đối thấp của lycopene tại số sóng này. Các Raman đỉnh
1151 và 1513 cm-1 vẫn giảm chủ yếu ở cường độ bù đắp 5 mm. Tại hai số sóng
này, Raman tín hiệu của 10-mm vỏ quả mạnh hơn của 5-mm vỏ quả, chứng minh
rằng các lớp bề mặt dày hơn sẽ đưa ra các tín hiệu không mong muốn nhiều hơn
vào việc đánh giá dưới bề mặt.
Như đã được thực hiện với quang phổ của vỏ quả màu xanh lá cây / mẫu
Teflon, hai thành phần SMA đã được sử dụng để trích xuất các thành phần quang
phổ nguyên chất từ quang phổ bù đắp Raman của vỏ quả màu đỏ/mẫu Teflon. Các
kết quả được trình bày trong hình 6e và f quang phổ Raman của các vỏ quả đỏ và
các mẫu Teflon được tách thành công bởi SMA cho cả 5-mm và 10-mm
mẫu.Thành phần quang phổ của vỏ quả đỏ tương tự như quang phổ chiếu của
lycopene (Hình 6e.), Với một số vai quang phổ xuất hiện lớn hơn so với của
lycopene tinh khiết. Các thành phầnquang phổ của các phiến Teflon là gần như
giống hệtquang phổ chiếu của Teflon (Hình 6f), chỉ ra rằng các tín hiệu tán xạ
Raman có thể thu được thông qua vỏ quả ngoài cà chua lên đến 10 mm độ dày.
Ngoài hai thành phần SMA,phân tíchba thành phần và bốn thành phần cũng đã

được thử nghiệm cho cả vỏ quả màu xanh lá cây/Teflon và vỏ quả màu đỏ/mẫu
Teflon. Quang phổ tinh khiết cho các thành phần thứ ba nhìn chung là ồn ào, và
13


GVHD: Trần Lệ Thu
không có tính năngRaman đáng chú ý đã được quan sát (kết quả không được hiển
thị). Những kết quả trên cho thấy rằng nó có thể có được thông tin hóa học dưới bề
mặt thông qua vỏ quả cà chua bên ngoài bởi không gian bù đắp quang phổ Raman
kết hợp với phân tích hỗn hợp tự mô hình, hình thành cơ sở để phát triển một
phương pháp không phá hủy SORS dựa trên việc đánh giá sự trưởng thành nội bộ
của cà chua.

14


GVHD: Trần Lệ Thu
3. Sự tạo thành carotenoid trong cà chua

Hình 7.Hình ảnh Raman hóa học để đánh giá sự trưởng thành của cà chua
cắt: (a) kết quả chính của Raman xử lý hình ảnh và phân loại để phát hiện chất
lycopene trong cà chua ở các giai đoạn chín mùi, và đại diện quang phổ Raman
gốc (b) mô locular và (c) vỏ quả ngoài của cà chua

15


GVHD: Trần Lệ Thu
Là bước đầu tiên của nghiên cứu này, điều tra trước đây của chúng tôi về
hình ảnh hóa học Raman của cà chua cắt cho biết cơ chế của các thế hệ carotenoid

trong quá trình chín của cà chua (Qin et al., 2011). Hình 7 tóm tắt những kết quả
chính cho các mẫu cà chua ở ba giai đoạn chín (tức là, xanh non, xanh lá cây
trưởng thành, và lúc cắt). Các hình ảnh Raman gốc đầu tiên đã được sửa chữa để
loại bỏ các nền huỳnh quang.Lập bản đồ phân kỳ thông tin quang phổ sau đó được
áp dụng cho các hình ảnh sửa chữa bằng cách sử dụng quang phổ chiếu của
lycopene để tạo ra các bản đồ của lycopene trong cà chua cắt.Các lycopene đầu
tiên xuất hiện ở giai đoạn cắt từ các mô trong khoang locular, ngay dưới vỏ quả
ngoài (Hình. 7a). Hàm lượng lycopene tăng dần như những quả cà chua chín, và
đạt mức cao nhất trong cà chua đỏ. Cà chua xanh chưa trưởng thành đã không cho
thấy bất kỳ carotenoids.Lutein được tìm thấy trong các mô locular ở giai đoạn
trưởng thành màu xanh lá cây (Hình. 7b). Ngoài các đỉnhRaman lycopene khoảng
1520 cm-1 cũng đã được quan sát từ một số mô locular của các mẫu máy cắt (dữ
liệu không hiển thị), mà có thể được quy cho -carotene, một chất carotenoid trong
cà chua (Schulz et al., 2005). Trước khi giai đoạn chín mùi, không có chất
carotenoid được tìm thấy trong vỏ quả ngoài của cà chua (Hình 7c). Những phát
hiện từ các phép đo mẫu phá hủy tạo khả năng phát triển phương pháp không phá
hủy Raman dựa trên phát hiện các carotenoid dưới bề mặt trong cà chua xanh. Như
một phương pháp sẽ hứa hẹn để theo dõi không phá hủy của các trạng thái trưởng
thành bên trong của cà chua.
4. Không gian bù đắp đo Raman của cà chua còn nguyên vẹn
Không gian bù đắp quang phổ Raman của cà chua tại bảy giai đoạn chín
được hiển thị trong hình 8. Mỗi bộ có 26 quang phổ thu được trong phạm vi bù đắp
từ 0-5 mm. Trong mỗi bộ, cường độ tín hiệu giảm dần như khoảng cách nguồn
phát hiện được tăng lên. Một số vai quang phổ đã được quan sát cho cà chua xanh
16


GVHD: Trần Lệ Thu
chưa trưởng thành, trong đó thành lập một cơ sở khác so với những quang phổ
trong các giai đoạn có độ chín khác. Bắt đầu từ giai đoạn trưởng thành màu xanh lá

cây,đỉnh quang phổ Raman do các carotenoid xuất hiệntrongcà chua. Cường độ
tương đối của các đỉnh Raman tăng như cà chua chín, cho thấy hàm lượng
carotenoid tăng. Từ kết quả của cả hai phép đo phá hủy (Hình 7c) và vỏ quả
xanh/mẫu Teflon (Hình 5e) đã chứng minh rằng không có carotenoid Raman nhạy
cảm ở bên ngoàivỏ quảlá cây màu xanh, các đỉnh Raman cho các mẫu màu xanh lá
cây và ngắt là do để các carotenoid phát triển hơn nữa bên trong cà chua, rất có thể
từ các mô locular. Sau giai đoạn ngắt, cả bên ngoài vỏ quả và mô locular có
carotenoid. Như vậy đỉnh Raman chuyển hồng, ánh sáng màu đỏ, và các mẫu màu
đỏ giống kết quả của tín hiệu hỗn hợp từ cả hai bề mặt và bên trong quả cà chua.

Hình 8 Không gian bù đắp phổ Raman ban đầu của các mẫu cà chua ở các
giai đoạn chín khác nhau

17


GVHD: Trần Lệ Thu
Quang phổ bù đắp sửa chữa và quang phổ thành phần tinh khiết từ SMA cho
cà chua còn nguyên vẹn được hiển thị trong hình 9 cách sử dụng hai mẫu tại cầu
dao và các giai đoạn chín đỏ.Mặc dù mức độ tiếng ồn trong quang phổ tăng với
khoảng cách bù đắp, các đỉnh Raman của các carotenoid trong cà chua vẫn có thể
nhận thấy ở 5 mm bù đắp cho cả hai mẫu (Hình 9a Và b). Ba đỉnh Raman (tức là,
1001, 1151 và 1520 cm-1) do các carotenoid được quan sát thấy trong quang phổ
thành phần đầu tiên của mẫu máy cắt sử dụng hai thành phần SMA (Hình 9c). Các
đỉnh cao ở 1520 cm-1 là do -carotene, chỉ ra rằng-carotene trong các mô locular
dưới vỏ quả bên ngoài có thể được phát hiện không phá hủy bằng phương pháp
SORS cùng với SMA. Quang phổ thành phần thứ hai đã không thể hiện tính năng
hữu ích Raman, và có khả năng bao gồm các bộ sưu tập của các tín hiệu từ bên
ngoài vỏ quả màu xanh lá cây (xem hình 5e). Mặt khác, ba đỉnh Raman xuất hiện
tại 1001, 1151 và 1513 cm-1 trong quang phổ thành phần đầu tiên của mẫu màu đỏ

(Hình 9d). Các vị trí đỉnh cao và cường độ tương đối của chúng phù hợp với các tài
liệu tham khảo của quang phổ của lycopene (Hình 4).Kể từ khi lycopene là có mặt
trên khắp cà chua đỏ, ranh giới giữa vỏ quả bên ngoài và các mô locular không
phải là hiển nhiên như của cà chua ngắt về sự hiện diện và phân phối carotenoid
(xem hình 2).Vì vậy các thành phần quang phổ đầu tiên của cà chua đỏ có thể là tín
hiệuthu Raman của lycopene trong cả vỏ quả bên ngoài và các mô locular, mà
không phải là trường hợp cho các mẫu máy cắt (hình9c).Quang phổ thành phần thứ
hai ồn ào trong hình9d thấy rằng có carotenoidRamannhạy cảm khác trong cà chua
đỏ. Các đường SMA với ba và bốn thành phần cũng đã được thử nghiệm, và không
có đỉnh Raman đáng chú ý đã được tìm thấy ngoài thành phần thứ hai.

18


GVHD: Trần Lệ Thu

Hình 9 Không gian bù đắp phổ Raman sửa chữa (a và b) và quang phổ thành
phần tinh khiết (c và d) từ hỗn hợp tự mô hình phân tích cho cà chua và cà chua đỏ.
Các đường SMA hai thành phần đã được tiến hành bằng cách sử dụng quang
phổ bù đắp được hiệu chỉnh của tất cả 160 mẫu.Hình10 lần đầu tiên quang phổ
thành phần tinh khiết đại diện của cà chua tại bảy giai đoạn chín.Quang phổ thành
phần thứ hai đã được bỏ qua vì thiếu tính năng hữu ích. Ba đỉnh Raman do
carotenoid đầu tiên xuất hiệnở giai đoạn trưởng thành màu xanh lá cây. Các số
sóng đánh dấu trong hình 10 là các vị trí cao điểm trung bình của tất cả các mẫu
trong từng giai đoạn chín. Các giá trịRaman thay đổi cho hai đỉnh đầu tiên (tức là,
1001 và 1151 cm-1) nói chung không đổi trong suốt tất cả các mẫu sau giai đoạn
trưởng thành màu xanh lá cây. Đối với các đỉnh Raman thứ ba, một sự thay đổi
19

GVHD: Trần Lệ Thu
phù hợp theo hướng số sóng ngắn hơn được quan sát 1525-1513 cm -1 là cà chua
chín. Các đỉnh Raman ở 1525 và 1513 cm-1 được cho là do lutein trong các mẫu
màu xanh lá cây trưởng thành và lycopene trong các mẫu màu đỏ tương ứng.

Hình 10 quang phổ thành phần tinh khiết từ hỗn hợp tự mô hình phân tích
cho cà chua vào giai đoạn chín khác nhau.
Cho cà chua giữa các giai đoạn ngắt và giai đoạn ánh sáng màu đỏ, ba loại
carotenoid (tức là, lutein, -carotene, và lycopene) cùng tồn tại, theo phản ánh của
đỉnh Raman của chúng giữa 1513 và 1525 cm-1. Ví dụ, các đỉnh cao ở 1520 cm -1
của mẫu máy cắt trong hình 10 có thể được quy cho -carotene trong mô locular.
Đỉnh Raman tại số sóng hơi khác nhau (ngắn hơn và lâu hơn) cũng đã được quan
sát cho cà chua cắt, mà có thể được quy cho các hỗn hợp khác nhau của các
20


GVHD: Trần Lệ Thu
carotenoid được phát hiện trong phạm vi bù đắp từ 0-5 mm, như lutein/-carotene,
lutein/lycopene, -carotene/lycopene, lutein/-carotene/lycopene.Cà chua chín sau
thu hoạch được đi kèm với sự mất mát của lutein và -carotene và tích lũy của
lycopene. Những thay đổi tỷ lệ thuận với lutein,-carotene, và lycopene trong cà
chua đẩy sự thay đổi trong các đỉnh Raman từ lutein (1525 cm -1) thành lycopene
(1513 cm-1). Ngoài sự thay đổi này ở vị trí đỉnh cao, cường độ củađỉnh Raman do
các carotenoid thấy sự tăng dần với sự chín mùi của cà chua. Cường độ 1151 cm-1
đã tăng trưởng nhanh hơn so với cao điểm giữa 1513 và 1525 cm -1, và 1151 cm-1
trở thành cường độ cao nhất sau giai đoạn chuyển.
1 Đánh giá về mức độ chín của cà chua
Những thay đổi của vị trí Raman và tán xạ cường độ Raman trong suốt quá
trình chín cung cấp một phương tiện có thể đánh giá mức độ chín của cà chua . Do
hàm lượng của lycopene tăng với độ chín cà chua lên mức cao nhất trong cà chua

đỏ chín đầy đủ, mức độ chín của cà chua có thể được đánh giá bằng cách tính toán
sự khác biệt giữa các quang phổ cà chua và lycopene tinh khiết. Các giá trị thông
tin phân kỳ quang phổ giữa các thành phần quang phổ nguyên chất của tất cả 160
cà chua và các tài liệu tham khảoquang phổ Raman của lycopene được vẽ trong
hình 11. Cả hai vị trí tuyệt đối và cường độ tương đối của đỉnh Raman trong quang
phổ thành phần đóng góp vào giá trị SID.Thể hiện trong hình 11, các giá trị SID
đều giảm từ cà chua xanh chưa chín thành cà chua đỏ, cho thấy xu hướng giảm
trong những khác biệt quang phổ đối với lycopene tinh khiết. Cà chua xanh chưa
trưởng thành có giá trị SID cao do chúng thiếu đỉnhRaman từ carotenoid. Những
lần xuất hiện đầu tiên của lutein ở giai đoạn trưởng thành màu xanh lá cây và
lycopene ở giai đoạn ngắt làm giảm các giá trị SID ở hai giai đoạn chín so với các
giá trị SID cho giai đoạn chưa trưởng thành màu xanh lá cây.Sự tích tụ của
lycopene trong cà chua làm giảmcác giá trị SID sau giai đoạn ngắt, và các giá trị
21


GVHD: Trần Lệ Thu
SID đạt mức độ tổng thể thấp nhất là hàm lượng lycopene đạt mức cao nhất ở giai
đoạn chín đỏ.

Hình 11.Thông tin phân kỳ của quang phổ (SID) giá trị giữa các tài liệu
tham khảoquang phổ Raman của lycopene và quang phổ thành phần tinh khiết của
các mẫu cà chua ở các giai đoạn chín khác nhau.
Sự phân bố của các giá trị SID trong hình 11 có thể được sử dụng để đánh
giá sự trưởng thành nội của cà chua. Ví dụ, nó không dễ dàng để phân biệt tình
trạng trưởng thành của cà chua tại xanh non, xanh lá cây trưởng thành, và giai đoạn
ngắt bằng vẻ bên ngoài bởi vì nhìn chung màu sắc bề mặt của họ là tất cả các màu
xanh lá cây. Ngưỡng giá trị thích hợp có thể được sử dụng để tách ba nhóm dựa
trên các giá trị SID của chúng. Đối với các mẫu thử nghiệm trong nghiên cứu này,
hai ngưỡnggiá trị 0,87 và 0,65 (minh họa bằng hai dòng ngang trong hình 11) đã

22


GVHD: Trần Lệ Thu
đưa rađộphân loại chính xác 93,8% (năm phân loại sai trong 80 mẫu) cho cà chua
trong ba chín đầu tiên giai đoạn. Vì không có carotenoid mới được tạo ra sau giai
đoạn ngắt, ranh giới giữa các máy cắt, xoay, màu hồng, và giai đoạn ánh sáng màu
đỏ là không rõ ràng như ranh giới giữa các giai đoạn màu xanh lá cây, màu xanh lá
cây trưởng thành, và ngắt chưa trưởng thành. Đánh giá sự trưởng thành nội bộ cho
cà chua trước giai đoạn ngắt là quan trọng hơn cho cà chua sau giai đoạn ngắt vì
các thông tin trước khi ngắt có thể được sử dụng để xác định thời gian thu hoạch
phù hợp. Kiểm tra bề mặt bằng cách sử dụng phương pháp hình ảnh và quang phổ
thông thường có thể không có khả năng phát hiện các thông tin trưởng thành bên
trong cà chua là phương pháp SORS đã làm trong nghiên cứu này.

Bài 2. Xác định sự trưởng thành không phá hủy trong cà chua
xanh sử dụng một thiết bị cầm tay có thể nhìn thấy và quang
phổ cận hồng ngoại
I. Vật liệu và phương pháp
1. Thu thập và sự tiếp nhận dữ liệu mẫu
350 quả cà chua xanh của hai giống '901' và 'Bobcat' đã được thu thập từ hai
nhà đóng gói thương mại khác nhau trong Central Valley của California trong
tháng Sáu (giống '901') và một lần nữa vào tháng Mười (giống 'Bobcat') . Mặc dù
chỉ có thùng cà chua xanh được lựa chọn, nó đã được chú ý một số quả cà chua,
đặc biệt là trong giống '901' , đã ở giai đoạn ngắt (giữa 0% và 10% màu đỏ ở da
của chúng). Sau khi loại trừ các bộ phận ngắt, chỉ có quả cà chua xanh, 180 cây
giống '901' và 342 cây giống "Bobcat", được sử dụng trong nghiên cứu. Một
quang phổ kế cầm tay (Model Nirvana-phân tích quang phổ, tích hợp Spectronics,
Sydney, Australia) đã được sử dụng để đo phổ của quả cà chua nguyên vẹn giữa
các bước sóng 400 nm và 1000 nm ở độ phân giải dữ liệu của 3 nm và một băng

23


GVHD: Trần Lệ Thu
tần quang học khác nhau, từ 8 nm đến 13 nm (Hình. 1). Các công cụ được sử dụng
một góc 0◦ , chiếu sáng 0◦ , góc 0◦ là điểm nhận diện _, nơi một nguồn ánh sáng
chiếu ánh sáng vonfram vào quả thông qua một cửa sổ lấy mẫu có đường kính 30
mm. Các khu vực chiếu của ánh sáng trên bề mặt quả của chùm quang là khoảng 7
cm2. .Như quy mô trung tâm chấp nhận phát hiện thăm dò được đặt ở trung tâm
của chùm tia quang học, có che khuất tia quang và gây ra một cái bóng trên bề mặt
quả (Greensill và Walsh, 2000). Theo cấu hình này, các máy dò chỉ nhận phổ
interactance nổi lên từ các khu vực bóng. Máy quang phổ được điều khiển bởi một
máy tính được xây dựng trong kiểu túi-pc chạy hệ điều hành Windows CE. Một
khi mô hình được phát triển bởi người sử dụng để xác định một chỉ số chất lượng
mong muốn (ví dụ, các chất rắn hòa tan trong hàm lượng của quả) người dùng có
thể tải lên các hệ số mô hình thành các dụng cụ. Các dụng cụ sau đó có thể dự đoán
chỉ số chất lượng mong muốn các mẫu trái cây trong tương lai dựa trên mô hình
được tải lên để sử dụng theo thời gian thực bởi các nhà quản lý trong ngành công
nghiệp sản xuất. Không giống như nhiều dụng cụ NIR bàn thí nghiệm hàng đầu,
dụng cụ này có khối lượng nhỏ và thấp (~1 kg.), Và có thể được thực hiện dễ dàng
cho các phép đo quang phổ của quả tại các địa điểm khác nhau dọc theo chuỗi
cung ứng sau thu hoạch. Để đo quang phổ interactance, mỗi quả được giữ nhẹ
nhàng các vành ngoài của cửa sổ lấy mẫu của máy quang phổ. Thông thường, các
mẫu hoàn toàn che cửa sổ lấy mẫu để hạn chế tối đa lượng ánh sáng môi trường
xung quanh đến và ảnh hưởng xấu đến các phép đo quang phổ. . Chuỗi phép đo tự
động chèn vào một tài liệu tham khảo bên trong đĩa vàng trước mặt của quả để sử
dụng như là tiêu chuẩn quang học trước mỗi lần đo quang phổ và sau khi thu hoạch
được ở vị trí đo. Tính năng này giúp tự động điều chỉnh quang phổ biến đổi với các
hiệu ứng ánh sáng xung quanh. Trên trang web của các phép đo quang phổ được
thực hiện trên mỗi quả cà chua ở hai vị trí xích đạo được lựa chọn ngẫu nhiên

24


GVHD: Trần Lệ Thu
(180◦ ngoài). Thời gian hoàn chỉnh cho mỗi lần đo quang phổ là khoảng 5-6 s, kể
cả thời gian để quang phổ tham chiếu. Xử lý quang phổ interactance vào độ hấp
thụ và hàm bậc hai của độ hấp thụ được thực hiện tự động bên trong thiết bị trong
khoảng thời gian này là tốt.

Sau khi đo quang học tại chỗ được thu thập, những quả cà chua xanh được
vận chuyển đến các trường đại học California, Davis và được đặt trong một phòng
làm chín muồi (20 ◦C, 85% RH). Quả sau đó được phép chín trong một tuần.Trong
nghiên cứu này, cà chua mà còn xanh sau một tuần trong phòng làm chín được coi
là chưa trưởng thành.
25