RESEARCH PAPER
Radiation temperature of chosen fruit and seed as a parameter of their quality evaluation (model investigation)
 
More details
Hide details
1
Instytut Agrofizyki im. B. Dobrzańskiego PAN, ul. Doświadczalna 4, 20-290 Lublin, Poland
Publication date: 2022-04-25
 
Acta Agroph. 2008, 2(159), 1–106
 
KEYWORDS
ABSTRACT
This dissertation presents the investigation on application of passive and active thermography for evaluation of seed and fruit quality. A hypothesis was formulated, that internal defects and physiological disorders of fruit as well as biochemical processes which cause diminishing of seed viability lead to changes of thermal properties within these objects. It was stated that radiation temperature of seed and fruit surface is a good parameter of evaluation of their quality. During thermal stimulation, heterogeneities of thermal properties lead to the occurrence of thermal contrasts on the surface of these materials which can be successfully registered with the use of thermographic device. A method was elaborated of early detection of apple bruises with the use of pulsed phase thermography (PPT). On the base of model investigations of heat transfer in fruit, optimal parameters of thermographic registration were chosen. Both model and experimental studies revealed that heat pulse of 1000 W, ranging from one to three seconds, caused the increase of fruit surface temperature of only 3-4°C, however due to the high heat capacity of apple skin its internal temperature did not increase above 1°C. The use of Fourier transformation, the analysis of ampligrams and phasegrams of fruit heat response as well as thermographic signal reconstruction (TSR) enabled to eliminate from the thermographic images the contrasts resulting from non-uniform heating of the object and to distinguish defects occurring at different depths. The studies were performed on detection of flesh watercore in apples through the analysis of radiation temperature change on the surface of fruit during short-time heating. It was stated that the derivative of apple temperature in time per apple mass is a good parameter to evaluate the differences in thermal properties between apples with and without watercore affected tissues. The temperature gradient of 18.5°C between the fruit surface and the ambient temperature is sufficient to distinguish the differences in the rate of heating between watercored and unaffected apples. The analysis of relation between the rate of apples heating and the physical parameters of their quality indicated that with the increase of both soluble solid content and density of fruit, the derivative of apple temperature in time per apple mass decreases for apples with and without watercore symptoms. There was no significant correlation between the derivative of apple temperature in time per apple mass and fruit firmness. The usefulness of thermographic method for determination germination capacity of leguminous seeds was stated. Elaborated method enables to determine the average temperature of whole seeds and their parts. By applying automatic segmentation of thermographic images it possible to distinguish within thermograms the fields representing particular seeds. The analysis of radiation temperature changes on the seed surface shows the occurrence of considerable differences of this parameter in particular stages of germination process. In the conditions of the experiment, seeds which have ability to germinate revealed considerable decrease of temperature in the first stage of swelling process (for bean seeds 2°C during first 45 hours and for pea seeds 1°C during first 24 hours) Temperature changes of seed during first hours of swelling can be an indicator of their germination capacity (energy of germination). High agreement of thermographic method with standard germination test was stated.
METADATA IN OTHER LANGUAGES:
Polish
Temperatura radiacyjna wybranych owoców i nasion jako parametr oceny ich jakości
jakość owoców i nasion, termografia pasywna i aktywna, przewodzenie ciepła w owocu, zdolność kiełkowania nasion
W pracy przedstawiono badania nad zastosowaniem termografii pasywnej i aktywnej do określania jakości nasion i owoców. Postawiono hipotezę, że wewnętrzne defekty i zaburzenia fizjologiczne owoców jak i procesy biochemiczne powodujące obniżenie żywotności nasion prowadzą do zmian właściwości cieplnych wewnątrz tych obiektów. Stwierdzono, że temperatura radiacyjna powierzchni nasion i owoców jest dobrym parametrem oceny ich jakości. Podczas pobudzenia cieplnego, niejednorodności właściwości cieplnych powodują powstawanie na powierzchni tych materiałów kontrastów termicznych, które mogą być skutecznie rejestrowane urządzeniem termograficznym. Opracowano metodę wczesnej identyfikacji obić jabłek z wykorzystaniem termografii fazowo-impulsowej (PPT). Na podstawie modelowych badań rozchodzenia się ciepła w owocu dobrano optymalne parametry rejestracji termograficznej. Zarówno badania modelowe jak i przeprowadzone pomiary wykazały, że impuls o mocy 1000 W i czasie od jednej do trzech sekund powoduje na powierzchni wzrost temperatury o zaledwie 3-4°C, natomiast dzięki dużej pojemności cieplnej skórki owocu temperatura ta nie wzrasta powyżej 1°C w jego wnętrzu. Zastosowanie transformacji Fouriera, analiza amplitudogramów i fazogramów odpowiedzi cieplnej oraz rekonstrukcja sygnału termograficznego (TSR) pozwoliły wyeliminować z obrazów termograficznych kontrasty powstałe na skutek niejednorodnego oświetlenia obiektu oraz wyróżnić defekty występujące na różnych głębokościach. Przeprowadzono badania nad wykrywaniem szklistości miąższu w jabłkach poprzez analizę zmian temperatury radiacyjnej na powierzchni owoców w trakcie ich krótkotrwałego ogrzewania. Stwierdzono, że stosunek pochodnej temperatury powierzchni owocu po czasie do jego masy jest dobrym parametrem oceny zróżnicowania właściwości cieplnych jabłek z objawami szklistości i bez nich. Zastosowanie gradientu temperatury 18,5°C pomiędzy powierzchnią owocu i otaczającym powietrzem jest wystarczające do odróżnienia różnic tempa ogrzewania jabłek z objawami szklistości i bez nich. Dokonano analizy związku tempa ogrzewania jabłek z parametrami fizycznymi ich jakości, wykazując, że wraz ze wzrostem zawartości ekstraktu i gęstości następuje spadek wartości pochodnej temperatury radiacyjnej powierzchni jabłka po czasie w odniesieniu do jednostki masy zarówno dla owoców z objawami szklistości jak i bez nich. Nie stwierdzono znaczącej korelacji pomiędzy jędrnością miąższu a wartościami pochodnej temperatury radiacyjnej powierzchni jabłka po czasie w odniesieniu do jednostki masy. Stwierdzono przydatność metody termograficznej do określania zdolności kiełkowania nasion strączkowych. Opracowana metoda umożliwia określanie średniej temperatury nasion i ich części. Zastosowanie automatycznej segmentacji obrazu pozwala na wyodrębnienie w obszarze termogramów pól reprezentujących poszczególne nasiona. Analiza zmian rozkładu temperatury powierzchni nasion wykazuje występowanie znacznych różnic tego parametru w poszczególnych fazach procesu kiełkowania. W warunkach doświadczenia nasiona zdolne do kiełkowania charakteryzują się wyraźnym spadkiem temperatury w pierwszym etapie procesu pęcznienia (dla nasion fasoli 2°C w ciągu pierwszych 45 godzin a dla nasion grochu 1°C w ciągu pierwszych 24 godzin) co może być wskaźnikiem ich zdolności kiełkowania (energii kiełkowania). Zostało to potwierdzone wysoką zgodnością z klasyczną metodą testu kiełkowania.
eISSN:2300-6730
ISSN:1234-4125