Công nghệ SWIR-LED: Kiểm tra và phân loại thực phẩm

1. Giới thiệu

Trong bối cảnh công nghệ phát triển nhanh chóng hiện nay, ngành thực phẩm và nông nghiệp đang trải qua một cuộc cách mạng kỹ thuật số. Đèn LED hồng ngoại sóng ngắn (SWIR), hoạt động trong khoảng từ 900 nm đến 1700 nm, đang nhanh chóng trở thành công nghệ được lựa chọn cho việc kiểm tra thực phẩm không phá hủy và phân loại tốc độ cao nhờ vào đặc điểm quang học độc đáo, kích thước và chi phí ngày càng thu nhỏ. Bài báo này giải thích cách thức hoạt động của đèn LED SWIR, lý do tại sao chúng vượt trội hơn các phương pháp truyền thống và những lĩnh vực mà chúng đã và đang tạo ra giá trị - từ việc đo lượng đường trong trái cây đến phát hiện vết bầm tím bên trong thịt.

2. Đèn LED SWIR hoạt động như thế nào – và tại sao chúng lại chiến thắng

- Khả năng xuyên sâu: các photon có thể đi sâu vài milimet vào trái cây, pho mát hoặc gia cầm, xuyên qua lớp vỏ, chất béo hoặc màng bọc nhựa.

- Độ tán xạ thấp: bước sóng dài hơn khoảng 2 lần so với NIR-850 nm, do đó hình ảnh vẫn sắc nét ngay cả trong môi trường đục.

- Độ tương phản cao: nước (1 450 nm, 1 950 nm), đường (1 050–1 500 nm), protein (940 nm, 1 200 nm) và lipid (1 700 nm) cho thấy các đỉnh hấp thụ mạnh, rõ nét, được thể hiện thành bản đồ hóa học.

- Độ tin cậy của công nghệ bán dẫn: Nguồn LED bật tức thì, không chứa thủy ngân, chống sốc và có tuổi thọ >50.000 giờ; độ lệch quang phổ

3. Ứng dụng trong chất lượng thực phẩm

3.1 Độ ẩm & Chất khô

Nguyên tắc: định lượng độ hấp thụ ở bước sóng 1450 nm hoặc 1940 nm so với dải tham chiếu (ví dụ: 1300 nm).

Ví dụ: Mô-đun Tianhui 1 W 1 450 nm được tích hợp trong máy đo quang băng tải đo độ ẩm của hạt ngô nguyên hạt ở mức 2 th⁻¹; độ lặp lại ±0,3 %, không cần xay nghiền.

3.2 Đường / Brix

Nguyên lý: Fructose và sucrose có các dải hấp thụ kết hợp ở 1580 nm và 1650 nm; tỷ lệ giữa dải hấp thụ này và dải hấp thụ của nước cho biết độ Brix.

Ví dụ: trên dây chuyền phân loại táo, bốn đèn LED Tianhui (1060, 1300, 1450, 1650 nm) + mảng InGaAs dự đoán độ Brix với RMSEP 0,4 °Brix; năng suất tăng 40% so với máy đo độ xuyên trục chính.

3.3 Protein & Chất béo

Nguyên lý: Các tín hiệu bội –NH và –CH ở bước sóng 1200 nm và 1730 nm tương quan với nồng độ protein và lipid.

Ví dụ: nhà máy chế biến sữa sử dụng đầu dò phản xạ xuyên thấu 1200 nm/1700 nm để theo dõi hàm lượng protein trong sữa bột tách kem theo thời gian thực; hệ số hiệu chuẩn R² = 0,92 so với phương pháp Kjeldahl.

3.4 Sàng lọc dư lượng thuốc trừ sâu

Nguyên tắc: nhiều hóa chất nông nghiệp thể hiện dấu hiệu SWIR (ví dụ: 1550 nm đối với thuốc diệt nấm azole); các mô hình hóa trắc học sẽ xác định các giá trị ngoại lệ.

Ví dụ: Súng đo độ phản xạ LED cầm tay 1550 nm kiểm tra 300 quả táo mỗi giờ; tỷ lệ loại bỏ mẫu chính xác vượt quá giới hạn 0,01 ppm là 95%.

4. Phân loại & Phát hiện vật thể lạ

4.1 Phân loại trái cây và rau quả

Máy quét siêu phổ SWIR phân loại sản phẩm dựa trên hiện tượng nâu hóa bên trong, lõi nước hoặc hư hỏng do đóng băng ngay trên dây chuyền sản xuất; sản phẩm tốt được chuyển đến các kênh cao cấp.

4.2 Các khuyết tật bên trong thịt

Hệ thống đèn LED 310 nm phát hiện thịt lợn PSE (thịt lợn nhạt màu, mềm, chảy dịch) và xuất huyết bên trong ức gà; hệ thống tự động thổi khí giúp giảm 60% số lượng khiếu nại của khách hàng.

4.3 Tính toàn vẹn của gói hàng

Công nghệ SWIR xuyên qua các khay nhựa mờ và hộp giấy để kiểm tra mức độ đầy, các miếng lót bị thiếu hoặc niêm phong bị rò rỉ; kiểm tra 100% ở tốc độ 120 m/phút.