vestiagИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия аграрных наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Agrarian Series1817-72041817-7239The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1817-7204-2024-62-3-257-264vestiag-767Research ArticleМЕХАНІЗАЦЫЯ І ЭНЕРГЕТЫКАMECHANIZATION AND POWER ENGINEERINGИсследование внутренних дефектов клубней картофеля с использованием метода ядерного магнитного резонансаResearch on internal defects of potato tubers using the nuclear magnetic resonance methodhttps://orcid.org/0000-0002-5491-9229БакачН. Г.BakachN. G.

Бакач Николай Георгиевич – кандидат технических наук, доцент, заместитель генерального директора по научной работе.

Ул. Кнорина, 1, 220049, Минск

Nikolay G. Bakach – Ph. D. (Engineering), Associate Professor, Deputy Director General for Research.

1, Knorin Str., 220049, Minsk

bakachng@yandex.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2122-3281АзаренкоВ. В.AzarenkoV. V.

Азаренко Владимир Витальевич – член-корреспондент Национальной академии наук Беларуси, доктор технических наук, доцент, академик-секретарь отделения аграрных наук Национальной академии наук Беларуси.

Пр. Независимости, 66, 220072, Минск

Vladimir V. Azarenko – Corresponding Member of the National Academy of Sciences of Belarus, Dr. Sc. (Engineering), Associate Professor.

66, Nezavisimosti Ave., 220072, Minsk

azarenko@presidiun.basnet.byГолдыбанВ. В.GoldybanV. V.

Голдыбан Виктор Владимирович – заведующий лабораторией механизации производства овощей и корнеклубнеплодов.

Ул. Кнорина, 1, 220049, Минск

Viktor V. Goldyban – Head of the Laboratory for Mechanization of Production of Vegetables and Root Crops.

1, Knorin Str., 220049, Minsk

labpotato@mail.ruСеливановаВ. П.SelivanovaV. P.

Селиванова Валерия Павловна – младший научный сотрудник лаборатории механизации производства овощей и корнеклубнеплодов.

Ул. Кнорина, 1, 220049, Минск

Valeryia P. Selivanova – Junior Researcher of the Laboratory for Mechanization of Production of Vegetables and Root Crops.

1, Knorin Str., 220049, Minsk

vel.selivanova@gmail.comАнтиповичН. А.AntsipovichN. A.

Антипович Надежда Александровна – инженер-электроник.

Ул. Ф. Скорины, 24, 220114, Минск

Nadzeya A. Antsipovich – Electronic Engineer.

24, F. Skaryna Str., 220114, Minsk

wooff@mail.ruКуриловичМ. И.KurylovichM. I.

Курилович Максим Игоревич – научный сотрудник лаборатории механизации производства овощей и корнеклубнеплодов.

Ул. Кнорина, 1, 220049, Минск

Maksim I. Kurylovich – Researcher of the Laboratory for Mechanization of Production of Vegetables and Root Crops.

1, Knorin Str., 220049, Minsk

labpotato@mail.ruВоробейА. С.VerabeiA. S.

Воробей Александр Сергеевич – научный сотрудник лаборатории механизации производства овощей и корнеклубнеплодов.

Ул. Кнорина, 1, 220049, Минск

Aleksandr S. Verabei – Researcher of the Laboratory for Mechanization of Production of Vegetables and Root Crops.

1, Knorin Str., 220049, Minsk

labpotato@mail.ruНаучно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по механизации сельского хозяйстваScientific and Practical Center of the National Academy of Sciences of Belarus for Agricultural MechanizationОтделение аграрных наук Национальной академии наук БеларусиDepartment of Agrarian Sciences of the National Academy of Sciences of BelarusРеспубликанский научно-практический центр неврологии и нейрохирургииRepublican Research and Clinical Center of Neurology and Neurosurgery202431072024623257264Copyright © Бакач Н.Г., Азаренко В.В., Голдыбан В.В., Селиванова В.П., Антипович Н.А., Курилович М.И., Воробей А.С., 20242024Бакач Н.Г., Азаренко В.В., Голдыбан В.В., Селиванова В.П., Антипович Н.А., Курилович М.И., Воробей А.С.Bakach N.G., Azarenko V.V., Goldyban V.V., Selivanova V.P., Antsipovich N.A., Kurylovich M.I., Verabei A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestiagr.belnauka.by/jour/article/view/767

Представлены результаты экспериментальных исследований определения внутренних дефектов клубней картофеля с помощью метода ядерного магнитного резонанса (ЯМР), дающего доступ к информации о состоянии и распределении воды на клеточном и тканевом уровнях. Для проведения исследований по обнаружению внутренних дефектов были подготовлены три группы клубней картофеля, включающие в себя кондиционные и некондиционные образцы. Общая выборка клубней картофеля составила 38 образцов. Для создания скрытых дефектов в виде потемнений мякоти клубней был использован метод регулируемого удара о твердую поверхность. Описана методика проведения экспериментальных исследований и режимные параметры ЯМР. Исследуемые клубни картофеля помещались в сильное магнитное поле напряженностью 1,5 Тл. В качестве основного метода анализа полученных результатов был выбран анализ Т2 изображений, так как именно при таком способе можно отследить один из важнейших показателей обнаружения внутренних повреждений клубней картофеля – недостаток воды в поврежденных участках мякоти. Дефектные зоны на изображениях клубней имеют темный цвет, в то время как здоровая ткань – светлый. Проведен сравнительный анализ изображений, полученных при помощи ЯМР, и натурных снимков клубней в разрезе, что позволило с высокой точностью определить совпадение местоположения дефектов, выявленных неинвазивным методом с их реальным расположением в клубне. Работа продемонстрировала ценность ЯМР для детального неинвазивного способа определения скрытых дефектов клубней картофеля на автоматических сортировальных машинах.

The results of experimental studies are presented, determining the internal defects of potato tubers using nuclear magnetic resonance (NMR) method, which provide access to information about the state and distribution of water at the cellular and tissue levels. In order to carry out internal defect detection studies, three groups of potato tubers were prepared, comprising conditioned and unconditioned samples. The total sampling of potato tubers amounted to 38 samples. To create hidden defects in the form of darkening of tuber pulp, the method of controlled impact on a hard surface was used. Methodology for conducting experimental studies and time parameters of NMR are described. The studied potato tubers were placed in a strong magnetic field with intensity of 1.5 Tesla. Analysis of T2 images was chosen as the main method for analyzing the obtained results, since this method allows to trace one of the most important indicators of detecting internal damage of potato tubers – lack of water in the damaged areas of the pulp. The damaged areas in the images of tubers have a dark color, while the healthy tissue is light. A comparative analysis of images obtained using NMR and full-scale images of tubers’ section was carried out, allowing to determine with high accuracy the coincidence of location of defects detected by non-invasive method with their actual location in the tuber.  The study showed the value of NMR for a detailed non-invasive method for determining hidden defects in potato tubers on automatic grading machines.

клубни картофелясортировкавнутренние дефектыядерный магнитный резонансТ2 релаксацияpotato tuberssortinginternal defectsnuclear magnetic resonanceT2 relaxationРабота выполнялась в рамках ГПНИ «Сельскохозяйственные технологии и продовольственная безопасность» на 2021–2025 годы, подпрограмма «Механизация агропроцессов и “точное” сельское хозяйство»The work was carried out within the framework of the State Program of Scientific Research “Agricultural Technologies and Food Security” for 2021–2025, subprogram “Mechanization of Agricultural Processes and Precision Agriculture”ReferencesОб объявлении 2024 года Годом качества [Электронный ресурс]: Указ Президента Респ. Беларусь, 27 нояб. 2023 г., № 375 // Национальный правовой Интернет-портал Республики Беларусь. – Режим доступа: https://pravo.by/document/?guid=12551&p0=P32300375. – Дата доступа: 23.03.2024.On declaring 2024 the Year of Quality: Decree of the President of the Republic of Belarus, November 27, 2023, no. 375. National Legal Internet Portal of the Republic of Belarus. Available at: https://pravo.by/document/?guid=12551&p0=P32300375 (accessed 23.03.2024) (in Russian).Comparison of diffuse reflectance and transmission mode of visible-near infrared spectroscopy for detecting brown heart of pear / X. Fu [et al.] // J. Food Eng. – 2007. – Vol. 83, № 3. – P. 317–323. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2007.02.041Fu X., Ying Y., Lu H., Xu H. Comparison of diffuse reflectance and transmission mode of visible-near infrared spectroscopy for detecting brown heart of pear. Journal of Food Engineering, 2007, vol. 83, no. 3, pp. 317–323. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2007.02.041Development of nondestructive technique for detecting internal defects in Japanese radishes / K. Takizawa [et al.] // J. Food Eng. – 2014. – Vol. 126. – P. 43–47. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2013.10.041Takizawa K., Nakano K., Ohashi S., Yoshizawa H., Wang J., Sasaki Y. Development of nondestructive technique for detecting internal defects in Japanese radishes. Journal of Food Engineering, 2014, vol. 126, pp. 43–47. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2013.10.041Comparison of X-ray CT and MRI of watercore disorder of different apple cultivars / E. Herremans [et al.] // Postharvest Biol. Technol. – 2014. – Vol. 87. – P. 42–50. https://doi.org/10.1016/j.postharvbio.2013.08.008Herremans E., Melado-Herreros A., Defraeye T., Verlinden B., Hertog M., Verboven P., Val J., Fernández-Valle M. E., Bongaers E., Estrade P., Wevers M., Barreiro P., Nicolaï B. M. Comparison of X-ray CT and MRI of watercore disorder of different apple cultivars. Postharvest Biology and Technology, 2014, vol. 87, pp. 42–50. https://doi.org/10.1016/j.postharvbio.2013.08.008Quantitative magnetic resonance imaging of tomato fruit [Electronic resource] / M. Musse [et al.] // Proceeding of the joint annual meeting ISMSM-ESMRMB, Berlin, Germany, 19–25 May 2007 / Europ. Soc. of Magnetic Resonance in Medicine a. Biology, Intern. Soc. of Magnetic Resonance in Medicine. – Red Hook, 2007. – Mode of access: https://cds.ismrm.org/protected/07MProceedings/PDFfiles/01789.pdf. – Date of access: 23.03.2024.Musse M., Quellec S., Devaux M., Lahaye M., Mariette F. Quantitative magnetic resonance imaging of tomato fruit. Proceeding of the joint annual meeting ISMSM-ESMRMB, Berlin, Germany, 19–25 May 2007. Red Hook, 2007. Available at: https://cds.ismrm.org/protected/07MProceedings/PDFfiles/01789.pdf (accessed 23.03.2024).Investigation on water status and distribution in broccoli and the effects of drying on water status using NMR and MRI methods / F. Xu [et al.] // Food Res. Int. – 2017. – Vol. 96. – P. 191–197. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2017.03.041Xu F., Jin X., Zhang L., Chen X. D. Investigation on water status and distribution in broccoli and the effects of drying on water status using NMR and MRI methods. Food Research International, 2017, vol. 96, pp. 191–197. https://doi.org/10.1016/j.foodres.2017.03.041Functional imaging of plants: a nuclear magnetic resonance study of a cucumber plant / T. Scheenen [et al.] // Biophys. J. – 2002. – Vol. 82, № 1. – P. 481–492. https://doi.org/10.1016/S0006-3495(02)75413-1Scheenen T., Heemskerk A., De Jager A., Vergeldt F., Van As H. Functional imaging of plants: a nuclear magnetic resonance study of a cucumber plant. Biophysical Journal, 2002, vol. 82, no. 1, pp. 481–492. https://doi.org/10.1016/S00063495(02)75413-1Ishida, N. Ontogenetic changes in water in cherry tomato fruits measured by nuclear magnetic resonance imaging / N. Ishida, M. Koizumi, H. Kano // Sci. Hortic. – 1994. – Vol. 57, № 4. – P. 335–346. https://doi.org/10.1016/0304-4238(94)90116-3Ishida N., Koizumi M., Kano H. Ontogenetic changes in water in cherry tomato fruits measured by nuclear magnetic resonance imaging. Scientia Horticulturae, 1994, vol. 57, pp. 335–346. https://doi.org/10.1016/0304-4238(94)90116-3Clark, C. J. Detection of Brownheart in ‘Braeburn’ apple by transmission NIR spectroscopy / C. J. Clark, V. A. McGlone, R. B. Jordan // Postharvest Biol. Technol. – 2003. – Vol. 28, № 1. – P. 87–96. https://doi.org/10.1016/S0925-5214(02)00122-9Clark C. J., McGlone V. A., Jordan R. B. Detection of Brownheart in ‘Braeburn’ apple by transmission NIR spectroscopy. Postharvest Biology and Technology, 2003, vol. 28, no. 1, pp. 87–96. https://doi.org/10.1016/S0925-5214(02)00122-9

The authors declare that there are no conflicts of interest present.