تشخیص غیرمخرب بیاتی نان با استفاده از تصاویر فراطیفی

نان یکی از منابع غذایی اولیه انسان است که تنها با سه ماده اصلی آرد، آب و مخمر طبق دستورالعمل­های مختلفی تشکیل می­شود. با وجود این سادگی ظاهری، هنگام مخلوط شدن و حین پختن، واکنش­های فیزیکی و شیمیایی پیچیده­ای در مواد آن شکل می­گیرد (آگیری[1] و همکاران، 2011). بلافاصله پس از پخت، نان با مجموعه­ای از اثرات که معمولا با عنوان بیاتی شناخته می­شوند، شروع به تخریب می­شود. پیامد اصلی بیات شدن این است که نان خاصیت ارتجاعی خود را از دست می­دهد و سفت می­شود و سبب افزایش ضایعات مواد غذایی می­شود (گری[2] و بمیلر[3]، 2003). با توجه به پیامدهای اقتصادی فرایند بیاتی نان، تلاش­های فراوانی برای جلوگیری یا به حداقل رساندن آن صورت گرفته است. یافتن راهی غیرمخرب برای ارزیابی سریع تغییرات بافت نان طی مدت نگه داری کمک شایانی به پژوهشگران برای بررسی تاثیر افزودنی‌های مختلف بر ویژگی‌های کیفی و ماندگاری نان می‌کند. بطور کلی ارزیابی سفتی بافت یک پارامتر مناسب برای ارزیابی توسعه بیاتی نان است. پژوهش‏های زیادی طی دهه‏های گذشته به منظور تحقیق در مورد مکانیسم‏های بیاتی نان و همچنین روش‏هایی برای تعیین سرعت بیاتی، انجام شده است (لیو[4] و اسکنلون[5] ، 2003). از جمله این روش­ها می­توان به بررسی تاثیر دمای نگهداری بر رتروگراسیون نشاسته و بیاتی نان(آگیری و همکاران، 2011)، اندازه­گیری بیاتی نان گندم با استفاده از طیف­سنجی مادون قرمز نزدیک ([6]NIRS) ( زی[7] و همکاران، 2003)، استفاده از طیف­سنجی MR-FTIR[8]  برای بررسی بافت نان و تاثیر زمان و دمای نگهداری بر بیاتی آن (المحاسنه[9] و همکاران، 2018)، بررسی بوی ایجاد شده از نان گندم با استفاده از بینی الکترونیکی[10] برای تشخیص قارچ (روساینک[11] و همکاران، 2020)، استفاده از تکنیک ارتعاشی (نوری و همکاران، 2017) و روش پردازش تصویر (نوری و همکاران، 2018) برای ارزیابی بیاتی نان اشاره کرد.

کیفیت و ایمنی بالا در محصولات غذایی و کشاورزی از مواردی هستند که برای مصرف­کننده از اهمیت بسزایی برخوردار هستند، بنابراین صنایع غذایی بر ارائه محصولات بی­ضرر و با کیفیت که نیاز اصلی بازار است، متمرکز شده ­است و به دنبال فناوری­های سریع و دقیق برای ارزیابی و تشخیص کیفیت می­باشد (آبدانان مهدی­زاده، 2022). نان از جمله محصولاتی است که بافت آن از اهمیت و ضرورت ویژه­ای در پذیرش مصرف­کنندگان برخوردار است. بافت یکی از مهم­ترین ویژگی­های کیفی نان است که به­عنوان مجموعه­ای از خواص مکانیکی و ساختاری تعریف می‌شود. طی نگهداری، نان تازه بخشی از مطلوبیت بافت و طعم خود را از دست می­دهد. سفت شدن بافت طی نگهداری (حدود 5 روز) بطور عمده مربوط به کریستالیزاسیون مجدد آمیلوپکتین و تشکیل یک شبکه پیوسته و انعطاف ناپذیر از نشاسته نیمه کریستالی است. طی نگهداری نان، آب از بافت درونی به پوسته مهاجرت می­کند که سبب کاهش رطوبت بافت درونی نان می­گردد. به این ترتیب، محتوای رطوبت موضعی شبکه گلوتن می­توانند به زیر نقطه بحرانی آن برای پلاستیک ماندن کامل، افت نماید. در نتیجه سفت شدن شبکه گلوتن، سفتی مغز نان[12] طی دوره نگهداری افزایش می­یابد (بوسمنس[13] و همکاران، 2013). تغییرات فیزیکوشیمیایی به وجود آمده طی نگهداری نان از جمله سفت شدن بافت درونی، تغییر در طعم و افت تردی، بخشی از یک فرایند کلی که بیاتی نامیده می­شود را شامل می­گردد. این تغییرات سبب افت ویژگی‏‏های حسی محصول شده که در پذیرش مصرف کننده اثر منفی خواهد گذاشت. هرچند ممکن است این فراورده هنوز سالم باشد (رایبوتا[14] و لی بیل[15]، 2007). بیات شدن نان یک اصطلاح کلی است که به پدیده سفت­شدن خرده نان، نرم­شدن پوسته و بدتر شدن طعم نان در طی نگهداری آن اشاره دارد (کورتی[16] و همکاران، 2014). ویژگی مکانیکی بافت مانند سفتی خرده نان، از شاخص­های دیگر برای انداز­ه­گیری بیاتی نان می­باشد (لیو[17] و اسکنلون[18] ، 2003)، این امر سبب توسعه روش­های کنترل دقیق بر ویژگی­های کیفی محصول شده­است؛ با توجه به پژوهش­های انجام شده اغلب روش­های موجود برای شناسایی ویژگی مواد، زمان­بر و مخرب هستند، بنابراین ارائه تکنیک­های غیر مخرب و سریع برای ارزیابی و کنترل کیفیت و ایمنی مواد غذایی امری مهم به­شمار می­رود (لیو و همکاران، 2015). امروزه با پیشرفت­ علم و فناوری، تصویربرداری فراطیفی[19] (HSI) به دلیل دقت و صحت بالا،  به عنوان روشی غیرمخرب برای ارزیابی و تشخیص در صنایع کشاورزی و غذایی کاربرد فراوان پیدا کرده است (لو[20]  و همکاران، 2020)؛ تصویربرداری فراطیفی HSI یک فناوری جدید است که تصویربرداری و طیف­سنجی رایج از یک جسم را برای دستیابی به اطلاعات فضایی و طیفی ادغام می­کند. گرچه در ابتدا برای سنجش از راه دور استفاده می­شد، اما اخیرأ به عنوان یک ابزار غیرمخرب برای تجزیه­و تحلیل و ارزیابی ایمنی و کیفیت مواد غذایی از جمله شناسایی آلاینده­ها، تشخیص عیوب و بررسی ویژگی­های محصولات غذایی و کشاورزی معرفی شده است (گوون[21] و همکاران، 2007).

 تصاویر فراطیفی در تشخیص تغییرات پوشش زمین و تشخیص دقیق و به موقع وضعیت فیزیولوژیکی محصول (لوسیر[22] و همکاران، 2014؛ گونزالس-دوگو[23] و همکاران، 2015)، بررسی ویژگی­های گیاهی مانند شاخص سطح برگ (لی[24] و همکاران، 2004)، طبقه­بندی انواع محصولات (ماریوتو[25] و همکاران، 2013)، بازیابی زیست­توده[26] محصول (مارشال[27] و ثنکبل[28]، 2015)، ارزیابی نیتروژن برگ (سان[29]  و همکاران، 2017)، تشخیص بیماری­های مختلف گیاه (مالاین[30] و همکاران، 2012) و ارزیابی کیفیت و ایمنی مواد غذایی و میوه­ها (بالاسوندارام[31] و همکاران، 2009؛ شین[32] و همکاران، 2009) به خوبی عمل کرده­اند.

با توجه به مطالعات انجام شده و کاربردهای اخیر فناوری­های نوین مختلف و غیرمخرب برای ارزیابی محصولات غذایی و کشاورزی هدف این پژوهش تشخیص غیرمخرب بیاتی نان با استفاده از تصویربرداری فراطیفی می­باشد.