New approaches to assessing the defects of cocoa beans

Abstract

На сегодняшний день остро стоит проблема обеспечения шоколадной отрасли высококачественным сырьём. Последние 15 лет стоимость какао-бобов составляла около 2500 долл. за тонну, однако с января 2023 г. цена одной тонны возросла до 12 000 долл., что повышает риск снижения качества и фальсификации данного сырья. Кондитерским предприятиям необходимо регулярно проводить анализ закупаемых по контракту какао-бобов для предотвращения их подмены или подмешивания. В соответствующей нормативной документации установлены требования по содержанию дефектных (тощих, ломаных, проросших, плесневелых, сросшихся, поврежденных сельхозвредителями и т.п.) какао-бобов в анализируемой пробе. На протяжении многих лет авторы использовали общеизвестный стандартизированный метод определения качества какао-бобов – трудоёмкий контроль пробы разрезанием. Обеспечение качества закупаемых по импорту какао-бобов и применение новых экспресс-методов анализа сырья, используемого в производстве кондитерских изделий, являются актуальными задачами. Для разработки проекта по упрощению системы оценки качества шоколадного сырья осуществлена кластерная выборка какао-бобов из торговой сети. Проведено ручное разделение какао-бобов по группам согласно их внешним дефектам. Осуществлена съёмка какао-бобов в видимых лучах фотоаппаратом Nikon D 800. Применен неразрушающий метод микрофокусной рентгенографии для оценки показателей качества какао-бобов. Подобран режим экспонирования для прибора ПРДУ-02: трёхкратное увеличение с экспозицией для микрофокусной рентгеновской трубки БС-2: 20 кВ/80мкА/2 с. Выявлено, что прибор ПРДУ-02 может служить основным источником получения информации о морфологических особенностях и дефектах какао-бобов. Показана согласованность изучаемых дефектов какао-бобов, полученных на рентгенснимках и визуализируемых матрицах. Отмечена перспективность рентгенографического метода выявления дефектов какао-бобов в исследуемой партии. Выявлена необходимость создания расчетно-аналитической компьютерной программы, основанной на использовании метода микрофокусной рентгенографии, позволяющей сократить время и трудозатраты на выявление какао-бобов с различными дефектами. Спрогнозировано, что данный алгоритм оптимизирует процесс сортировки какао-бобов и усовершенствует их переработку в полуфабрикаты шоколадного производства. Today, the chocolate industry is facing an acute problem of supplying high-quality raw materials. For the last 15 years, the cost of cocoa beans has been around $2500 per ton, but as of January 2023, the price per ton has increased to $12 000, increasing the risk of reduced quality and adulteration of this raw material. Confectioneries need to regularly analyze contracted cocoa beans to prevent substitution or substitution. The relevant regulatory documentation establishes requirements for the content of defective (lean, broken, sprouted, moldy, germinated, sprouted, damaged by agricultural pests, etc.) cocoa beans in the analyzed sample. For many years, the authors have used a well-known standardized method of determining the quality of cocoa beans - laborious control of the sample by cutting. Ensuring the quality of imported cocoa beans and the use of new express methods of analyzing raw materials used in the production of confectionery products are urgent tasks. In order to develop a project to simplify the quality assessment system of chocolate raw materials, cluster sampling of cocoa beans from the retail chain was carried out. Manual separation of cocoa beans into groups according to their external defects was carried out. Photographing cocoa beans in visible light with a Nikon D 800 camera. A non-destructive microfocus radiography method for the evaluation of cocoa bean quality indicators was applied. The exposure mode for the PRDU-02 device is selected: threefold magnification with exposure for microfocus X-ray tube BS-2: 20 kV/80μA/2 s. It is revealed that the device PRDU-02 can serve as the main source of obtaining information on morphological features and defects of cocoa beans. The consistency of the studied cocoa bean defects obtained from X-ray images and visualized matrices is shown. The prospectivity of the radiographic method of detection of cocoa bean defects in the batch under study was noted. The necessity of creation of calculation-analytical computer program based on the use of microfocus radiography method, allowing reducing time and laboring costs for detection of cocoa beans with various defects, has been revealed. It is predicted that this algorithm will optimize the sorting process of cocoa beans and improve their processing into semi-finished chocolate products.