سنجش میزان قهوه ای شدن آنزیمی با استفاده از فوریه بافت فرکتال تصویر در نمونه های سیب و موز برش خورده

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، گروه مکانیک بیوسیستم، دانشگاه کشاورزی و منایع طبیعی رامین

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مکانیک بیوسیستم، دانشگاه کشاورزی و منابع طبیعی رامین خوزستان

چکیده

قهوه ای شدن آنزیمی توسط برهم کنش آنزیم هایی مانند پلی فنل اکسیداز (PPO) و بسترهای فنلی، باعث آسیب ساختاری به بافت میوه میشود و در نهایت منجر به تولید رنگدانه های تیره تر (قهوه ای) بر سطح میوه‌ها می‌گردد. در این پژوهش شاخص قهوه ای شدن فرکتال(FBI) یک روش جدید به منظور توصیف سینتیک قهوه‌ای شدن آنزیمی برای سیب قرمز، سیب زرد و موز ارائه شده است. در این روش به جای استفاده از متوسط رنگ در منطقه مورد تجزیه و تحلیل، از بررسی تغییرات الگوهای رنگ نامنظم بر روی سطوح نمونه‌های سیب و موز در طی فرآیند قهوه‌ای شدن آنزیمی استفاده میشود. در مطالعه صورت گرفته نمونه های سیب و موز در یک سامانه بینایی ماشین قرار داده شدند و تصاویر رنگی از آن‌ها اخذ گردید. سپس تصاویر با استفاده از یک تابع تبدیل درجه دوم به فضای رنگی Lab انتقال یافته و همچنین به منظور بدست آوردن مقادیر ابعاد فرکتالی (FD) از آنالیز بافت توسط تبدیل فوریه و مدل پاورلا استفاده شد. نتایج نشان داد، که در نمونه‌های سیب قرمز مقدار متوسط FD از 75/1 به 92/1، برای نمونه‌های سیب زرد از 75/1 به 17/2 و برای نمونه‌های موز مقدار این پارامتر از 73/1 به 81/1 افزایش یافت؛ همچنین مقادیر شدت کانال Lدر نمونه‌های سیب قرمز از 79/42 به 62/31، در نمونه‌های سیب زرد از 88/45 به 86/31 و برای نمونه‌های موز از 63/40 به 3/30 کاهش یافته است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Enzymatic browning quantification using the fractal texture Fourier of the image of apple and banana slices

نویسندگان [English]

  • Saman Abdanan Mehdizadeh 1
  • Elham Nematinia 2
1 Assistant Professor, Mechanics of Biosystems Engineering Department, Faculty of Agricultural Engineering and Rural Development, Ramin Agriculture and Natural Resources University of Khuzestan, Iran
2 M.Sc. Student, Mechanics of Biosystems Engineering Department, Faculty of Agricultural Engineering and Rural Development, Ramin Agriculture and Natural Resources University of Khuzestan, Iran
چکیده [English]

Enzymatic browning is caused by structural damage to the fruit tissue and is originated by enzymes, such as the polyphenol oxidase (PPO) and phenolic substrates, which react to each other, producing darker pigments (brown) on the surface fruits. In this study fractal browning indicator (FBI) as a new approach for describing the enzymatic browning kinetics for red apples, yellow apples and bananas, is presented. It is based on quantification of the irregular color patterns that emerge from the apple and banana surfaces during enzymatic browning, rather than using the color average in the same analyzed area. In the experiments, apple and banana slices were placed under a machine vision system and digital color images were captured. The images were transformed to Lab space color and the Fourier power law model fractal texture image was used to calculate the fractal dimension value (FD). The results showed that the value FD average increased for samples red apple from 1.75 to 1.92, for yellow apple from 1.75 to 2.17 and for samples banana value of this parameter from 1.73 to 1.81. Also L channel intensity values decreased in samples of red apple from 42.79 to 31.62, yellow apple from 45.88 to 31.86 and for banana samples from 40.63 to 30.3.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Enzymatic browning
  • Machine vision
  • Apple and Banana
  • Fractal texture
[1] Konopacka, D., Plocharski, W. J. (2004). Effect of storage conditions on the relationship between apple firmness and texture acceptability. Postharvest Biol. Tec., 32(2), 205–211.

[2] Chen, Q. X., Song, K. K., Qiu, L., Liu, X. D., Huang, H., Guo, H. Y. (2005). Inhibitory effects on mushroom tyrosinase by p-alkoxybenzoic acids. Food Chem., 91(2), 269–274.

[3] Luo, Y., Barbosa, G. (1997). Enzymatic browning and its inhibition in new apple cultivars slices using 4-hexylresorcinol in combination with ascorbic acid. Food Sci. Technol. Int., 3(3), 195–201.

[4] Amiot, M. J., Tacchini, M., Aubert, S., Nicolas, J. (1992). Phenolic composition and browning susceptibility of various apple cultivars at maturity. J. Food Sci., 57(4), 958–962.

[5] Klein, J. D. (1987). Relationship of harvest date, storage conditions, and fruit characteristics to bruise susceptibility of apple. J. Am. Soc. Hortic. Sci., 112(1), 113–118.

[6] Macheix, J. J., Fleuriet, A., & Billot, J. (1990). Phenolic compounds in fruit processing. Fruit phen., 1, 295-358.

[7] Murata, M., Tsurutani, M., Tomita, M., Homma, S., Kaneko, K. (1995). Relationship between apple ripening and browning: changes in polyphenol content and polyphenol oxidase. J. Agric. Food. Chem., 43(5), 1115–1121.

[8] McEvily, A. J., Iyengar, R., Otwell, W. S. (1992). Inhibition of enzymatic browning in foods and beverages. Crit. Rev. Food  Sci. Nutr., 32(3), 253–273.

[9] Hosoda, H., Inoue, E., Iwahashi, Y., Sakaue, K., Tada, M., Nagata, T. (2005). Inhibitory effect of sulfides on browning of apple slice. J. Jpn. Soc. Food  Sci., 52, 120–124.

[10] Murata, M. (2001). Chemical and biochemical study on phenolics and food quality – Biological activity, analysis and enzymatic browning. J. Jpn. Soc. Food  Sci., 48, 1–7.

[11] Osanai, Y., Motomura, Y., Sakurai, N. (2003). Effect of methyl bromide on the internal browning, firmness and elasticity of flesh in un-bagged apple ‘Fuji’ fruit. J. Jpn. Soc. Food  Sci., 50(5), 254–258.

[12] Kang, K. J., Oh, G. S., Go, Y. S., Kim, Y. J., Park, D. H., Kim, H. Y. (2004). Inhibition of enzymatic browning in Paeoniae radix rubra by citric acid. Food Sci. Biotechnol., 13, 119–125.

[13] Lu, S. M., Luo, Y. G., Turner, E., Feng, H. (2007). Efficacy of sodium chlorite as an inhibitor of enzymatic browning in apple slices. Food Chem., 104(2), 824–829.

[14] Shengmin, L., Yaguang, L., Ellen Turner, B., Hao Feng, C. (2007). Efficacy of sodium chlorite as an inhibitor of enzymatic browning in apple slices. Food Chem., 104(2), 824–829.

[15] Pristijono, P., Wills, R. B. H., Golding, J. B. (2006). Inhibition of browning on the surface of apple slices by short term exposure to nitric oxide (NO) gas. Postharvest Biol. Tec., 42(3), 256–259.

[16] Severini, C., Baiano, A., De Pilli, T., Romaniello, R., Derossi, A. (2003). Prevention of enzymatic browning in sliced potatoes by blanching in boiling saline solutions. LWT. Food Sci. Technol., 36(7), 657–665.

[17] Soliva-Fortuny, R., Elez-Martinez, P., Sebastian-Caldero, M., Martin-Belloso, O. (2002). Kinetics of polyphenol oxidase activity inhibition and browning of avocado puree preserved by combined methods. J. Food Eng., 55(2), 131–137.

[18] Valentines, M. C., Vilaplana, R., Torres, R., Usall, J., Larrigaudiere, C. (2005). Specific roles of enzymatic browning and lignification in apple disease resistance. Postharvest Biol. Tec., 36(3), 227–234.

[19] Papadakis, S., Abdul-Malek, S., Kamdem, E., Jam, L. (2000). A versatile and inexpensive technique for measuring color of foods. Food Tech., 54(12), 48– 51.

[20] نعمتی ­نیا، ا.؛ آبدانان مهدی زاده، س.؛ ناصحی، ب. (1395) اندازه­گیری پارامترهای رنگ در اسپاگتی با استفاده از سیستم بینایی ماشین. مجله علوم و صنایع غذایی ایران (پذیرش برای چاپ).  

[21] Yoruk, R., Yoruk, S., Balaban, M. O., Marshall, M. R. (2004). Machine vision analysis of antibrowning potency for oxalic acid: A comparative investigation on banana and apple. J. Food Sci., 69(6), E281–E289.

[22] آبدانان مهدی­زاده، س.؛ نوری، م.؛ سلطانی کاظمی، م.؛ امرایی، س. (1395) بررسی غیرمخرب فاکتورهای کیفی آبمیوه مرکبات در خلال انبارمانی با کمک پردازش تصویر، نشریه پژوهش­های علوم صنایع غذایی ایران (پذیرفته شده برای چاپ).

[23] Du, C. J., Sun, D. W. (2004). Recent developments in the applications of image processing techniques for food quality evaluation. Trends.Food Sci. Tech., 15(5), 230–249.

[24] Gonzales-Barron, U., Butler, F. (2008). Discrimination of crumb grain visual appearance of organic and non-organic bread loaves by image texture analysis. J. Food Eng., 84(3), 480–488.

 [25] Zheng, C. X., Sun, D. W., Zheng, L. Y. (2006). Recent applications of image texture for evaluation of food qualities – a review. Trends.Food Sci. Tech., 17(3), 113–128.

[26] Quevedo, R., Carlos, L. G., Aguilera, J. M., Cadoche, L. (2002). Description of food surfaces and microstructural changes using fractal image texture analysis. J. Food Eng., 53(4), 361–371.

[27] Quevedo, R., Jaramillo, M., Díaz, O., Pedreschi, F., Aguilera, J. (2009). Quantification of enzymatic browning in apple slices applying the fractal texture Fourier image. J. Food Eng., 95(2), 285–290.

[28] Quevedo, R., Mendoza, F., Aguilera, J. M., Chanona, J., Gutierrez-Lopez, G. (2008). Determination of senescent spotting in banana (Musa cavendish) using fractal texture Fourier image. J. Food Eng., 84(4), 509–515.

[29] Quevedo, R., Pedreschi, F., Bastias, J. M., Díaz, O. (2016). Correlation of the fractal enzymatic browning rate with the temperature in mushroom, pear and apple slices. LWT. Food Sci. Technol., 65, 406–413.

[30] نداف زاده، م.؛ و آبدانان مهدی­زاده، س. (1395)  تعیین زمان بهینه پخت سبزیجات با کمک پردازش تصاویر دیجیتالی و اندازه گیری مختصات رنگی.  فناوری‌های نوین غذایی، جلد3، شماره 11، ص 49-57.

[31] Quevedo, R., Aguilera, J. M., Pedreschi, F. (2008). Color of salmon fillets by computer vision and sensory panel. Food Bioprocess Tech., doi: 10.1007/ s11947–008–0106–6.

[32] Mandelbrot, B. B. (1977). The Fractal Geometry of Nature. W.H. Freeman and Co, New York.

[33] Corradini, M. G., Peleg, M. (2004). A model of non-isothermal degradation of nutrients, pigments and enzymes. J. Sci. Food. Agr., 84(3), 217–226.

[34] Corradini, M. G., Peleg, M. (2006). Prediction of vitamins loss during non-isothermal heat processes and storage with non-linear kinetic models. Trends.Food Sci. Tech., 17(1), 24–34.

[35] Vamosvigyazo, L. (1995). Prevention of enzymatic browning in fruits and vegetables – a review of principles and practice. In: Enzymatic Browning and Its Prevention, 60(2). 49–62.

[36] Cho, J. S., Lee, H. J., Park, J. H., Sung, J. H., Choi, J. Y., Moon, K. D. (2016). Image analysis to evaluate the browning degree of banana (Musa spp.) peel. Food chem., 194, 1028–1033.

 [37] Amiot, M., Tacchini, M., Aubert, S., Oleszekz, M. (1995). Influence of cultivar, maturity stage, and storage conditions on phenolic composition and enzymatic browning of pear fruits. J. Agric. Food Chem., 43(5), 1132–1137.

[38] Amiot, M. J., Tacchini, M., Aubert, S., Nicolas, J. (1992). Phenolic composition and browning susceptibility of various apple cultivars at maturity. J. Food Sci., 57(4), 958–962.

[39]  Oleszek, W., Amiot, M. J., Aubert, S. Y. (1994). Identification of some phenolics in pear fruit. J. Agric. Food Chem., 42(6), 1261–1265.

[40] Wrolstad, R. E., Heatherbell, D. A., Durst, R. W., Hsu, J. C., Spanos, G., Yorgey, B. (1988). Processing and storage influences on the chemical-composition and quality of apple, pear and grape juice concentrates. J. Am. Chem. Soc., 196, 73–AGFD.