Đánh giá độ tươi thịt heo bằng ảnh siêu phổ
Độ tươi là chỉ tiêu quan trọng trong quá trình chế biến, phân phối và lưu thông thịt heo. Các phương pháp xác định nitơ bazơ bay hơi tổng số (TVB-N) và tổng số vi khuẩn sống (TVC) có thể cung cấp dữ liệu đánh giá, nhưng việc kiểm tra thường mất thời gian và cần tác động trực tiếp lên mẫu. Đây là trở ngại khi cần theo dõi nhanh, liên tục hoặc không phá hủy mẫu trong chuỗi thực phẩm.
Ảnh siêu phổ là một hướng tiếp cận có khả năng thu nhận đồng thời thông tin hình ảnh và thông tin quang phổ. Nhờ đặc điểm đo không tiếp xúc, công nghệ này có tiềm năng phục vụ phân tích chất lượng thực phẩm. Trong một nghiên cứu về thịt thăn heo bảo quản lạnh, camera siêu phổ FS-IQ-VISNIR của CHN SPEC được sử dụng để thu nhận dữ liệu vùng khả kiến – cận hồng ngoại, làm đầu vào cho quá trình xây dựng mô hình dự đoán các chỉ số độ tươi.
Thiết kế thu nhận dữ liệu trong nghiên cứu
Nghiên cứu thực hiện trên 112 mẫu thịt thăn heo, bảo quản ở 4°C trong 14 ngày. Mẫu được theo dõi tại 7 thời điểm, với 16 mẫu ở mỗi thời điểm. Dữ liệu ảnh siêu phổ được thu bằng phương pháp quét khe (push-broom) trong dải bước sóng 400–1000 nm.
Để giảm ảnh hưởng của nền và tập trung vào phần thịt cần phân tích, nhóm nghiên cứu áp dụng quy trình tiền xử lý không giám sát dựa trên khác biệt phổ. Quy trình này kết hợp phân ngưỡng thích nghi Otsu cùng các phép toán hình thái học để tách vùng quan tâm (ROI). Việc xác định ROI phù hợp là bước cần thiết vì dữ liệu quang phổ ngoài vùng mẫu có thể làm giảm chất lượng của mô hình phân tích.
Kết hợp đặc trưng phổ, không gian và học máy
Mô hình được đề xuất trong nghiên cứu mang tên HFE (Hybrid-FeatureExtractor), hoạt động với hai nhánh trích xuất đặc trưng song song. Cách tổ chức này hướng đến việc khai thác cả biến đổi tín hiệu theo bước sóng lẫn thông tin cấu trúc trên bề mặt mẫu.
Nhánh đặc trưng phổ
Nhánh phổ sử dụng cơ chế chú ý Squeeze-and-Excitation (SE) để học trọng số cho các băng phổ, kết hợp multilayer perceptron (MLP) nhằm trích xuất các đặc trưng phổ quan trọng. Theo phân tích trực quan trọng số trong nghiên cứu, vùng 600–920 nm nhận được mức chú ý cao hơn. Vùng này được báo cáo có liên hệ với phản hồi quang học của quá trình oxy hóa protein và các chất chuyển hóa vi sinh như amin, aldehyde, ketone.
Nhánh đặc trưng không gian
Nhánh không gian sử dụng mạng nơ-ron tích chập hai chiều (CNN), kết hợp mô-đun residual BasicBlock và Atrous Spatial Pyramid Pooling (ASPP). Mục tiêu của nhánh này là thu nhận các đặc điểm không gian ở nhiều thang đo trên ảnh mẫu thịt.
Sau đó, hai nhóm đặc trưng được kết hợp bằng cơ chế hợp nhất có cổng, rồi đưa vào các mô hình hồi quy PLSR và SVR để dự đoán TVB-N và TVC. Đây là hai chỉ số được sử dụng trong nghiên cứu để phản ánh sự thay đổi độ tươi theo thời gian bảo quản.
Kết quả dự đoán được báo cáo
Với HFE kết hợp PLSR, kết quả được báo cáo cho dự đoán TVB-N có R² là 0,9786 và RMSE là 2,4685. Đối với TVC, HFE + PLSR đạt R² là 0,9529 và RMSE là 0,3223. Khi kết hợp HFE với SVR, kết quả dự đoán TVC được báo cáo là R² 0,9597 và RMSE 0,3066.
Nghiên cứu cũng so sánh phương pháp này với một số cách xử lý hóa trắc truyền thống như SG+SPA và SNV+CARS. Theo kết quả được nêu, mô hình kết hợp đặc trưng phổ và không gian cho độ chính xác cùng độ ổn định dự đoán tốt hơn trong bộ dữ liệu thử nghiệm. Chỉ số RPD được báo cáo lần lượt là 7,1204 với TVB-N và 5,1831 với TVC.
Ý nghĩa đối với kiểm soát chất lượng thực phẩm
Camera siêu phổ kiểm tra độ tươi thịt heo có thể là nền tảng dữ liệu cho các quy trình phân tích không phá hủy. Nếu được xây dựng và đánh giá phù hợp với điều kiện vận hành cụ thể, phương pháp này có thể được tham khảo cho công đoạn chế biến thực phẩm, vận chuyển chuỗi lạnh và điểm bán lẻ.
Cần lưu ý rằng mô hình dự đoán phụ thuộc vào dữ liệu mẫu, quy trình tiền xử lý và điều kiện bảo quản được áp dụng trong nghiên cứu. Vì vậy, khi triển khai thực tế, doanh nghiệp cần xem xét việc thu thập dữ liệu đại diện, lựa chọn chỉ số cần theo dõi và đánh giá lại mô hình theo sản phẩm cũng như quy trình riêng của mình.
Thông tin thiết bị FS-IQ-VISNIR
FS-IQ-VISNIR là camera siêu phổ di động được nêu trong nghiên cứu như thiết bị hỗ trợ thu nhận dữ liệu. Thông số sản phẩm được cung cấp gồm:
- Dải phổ: 400–1000 nm
- Độ phân giải phổ: 2,5 nm
- Độ phân giải ảnh: 1920 × 1920
- Số kênh phổ: 1200
Với dải thu nhận từ vùng khả kiến đến cận hồng ngoại, FS-IQ-VISNIR phù hợp để hỗ trợ các nghiên cứu khai thác thông tin quang phổ trên mẫu thực phẩm. Khi kết hợp cùng quy trình xử lý ảnh và mô hình học máy, dữ liệu siêu phổ có thể hỗ trợ đánh giá sự thay đổi chất lượng theo hướng nhanh và không làm hỏng mẫu.
