Hyperspectral imaging for non-destructive detection of process-related impact damage in whole Atlantic cod (Gadus morhua L.)
यह अध्ययन प्रदर्शित करता है कि हाइपरस्पेक्ट्रल इमेजिंग, ऊतक की गहराई और प्रकीर्णन जैसे कारकों के कारण वर्तमान में क्षति की गंभीरता को सटीक रूप से मापने या व्यक्तिगत मछली को ग्रेड करने की अपनी क्षमता को सीमित करते हुए भी, बढ़े हुए मांसपेशी हीमोग्लोबिन स्तरों का पता लगाकर प्रक्रिया-संबंधी प्रभाव क्षति वाले अटलांटिक कॉड को बिना क्षति वाले नियंत्रण समूहों से प्रभावी ढंग से अलग कर सकती है।
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औद्योगिक समुद्री खाद्य प्रसंस्करण की हलचल भरी दुनिया में, गति और स्वचालन (ऑटोमेशन) मुख्य प्रेरक बल हैं, फिर भी वे अक्सर उत्पाद की गुणवत्ता की कीमत पर आते हैं। जब मछलियों को मशीनों द्वारा संभाला जाता है या कन्वेयर बेल्ट पर गिराया जाता है, तो उन्हें ऐसी अदृश्य चोटें लग सकती हैं जो उपभोक्ता की थाली तक पहुँचने से बहुत पहले ही उनकी गुणवत्ता खराब कर देती हैं। ये प्रभाव आंतरिक रक्तस्राव, हड्डियों के टूटने और मांसपेशियों के रेशों के अलग होने का कारण बन सकते हैं, जिससे एक प्रीमियम उत्पाद निम्न स्तर के उत्पाद में बदल जाता है। इन दोषों को पकड़ने के लिए, उद्योग पारंपरिक रूप से मानव निरीक्षकों पर निर्भर रहा है, जो पकड़ के एक छोटे से नमूने को देखते हैं और व्यक्तिपरक निर्णय लेते हैं। यह विधि धीमी, असंगत है और क्षतिग्रस्त मछलियों के बड़े हिस्से को अनदेखा कर देती है। वैज्ञानिक अब इस समस्या को हल करने के लिए 'हाइपरस्पेक्ट्रल इमेजिंग' नामक तकनीक की ओर मुड़ रहे हैं। एक मानक कैमरे के विपरीत जो केवल इंद्रधनुष के रंगों को देखता है, यह विशेष कैमरा प्रत्येक छवि के हर एक बिंदु के लिए सैकड़ों विशिष्ट प्रकाश तरंग दैर्ध्य (वेवलेंथ) कैप्चर करता है। यह मछली की त्वचा को काटे बिना या उत्पाद को नुकसान पहुँचाए बिना, मछली के भीतर रासायनिक परिवर्तनों, जैसे कि रक्त की उपस्थिति, को देखने में सक्षम बनाता है। लक्ष्य एक ऐसी प्रणाली बनाना है जो उत्पादन लाइन में चलती मछलियों के बीच इन छिपी हुई चोटों को स्वचालित रूप से पहचान सके, जिससे यह सुनिश्चित हो सके कि केवल उच्चतम गुणवत्ता वाली मछलियाँ ही बेची जाएं।
नॉर्वे के शोधकर्ताओं ने यह परीक्षण करने के लिए हाथ डाला कि क्या यह तकनीक पूरे अटलांटिक कॉड (Atlantic cod), जो कि ठंडे उत्तरी अटलांटिक में अक्सर पाले जाने वाली एक लोकप्रिय मछली प्रजाति है, में क्षति का विश्वसनीय रूप से पता लगा सकती है। उन्होंने मछली पकड़ने वाली नावों और प्रसंस्करण संयंत्रों में होने वाले झटकों और गिरावटों के प्रकारों को सिम्युलेट करने के लिए एक नियंत्रित प्रयोग बनाया। 120 पाले गए कॉड का उपयोग करके, उन्होंने किसी भी नुकसान से पहले प्रत्येक मछली को स्कैन करके एक आधार रेखा (बेसलाइन) स्थापित की। फिर, उन्होंने भारी प्लेटों को 1.7 मीटर की ऊंचाई से गिराकर प्रभावों की एक श्रृंखला के माध्यम से मछलियों को विषय बनाया। प्लेटों का वजन 1 किलोग्राम, 2 किलोग्राम और 4 किलोग्राम था, जो उन विभिन्न स्तरों के बल का प्रतिनिधित्व करते थे जिनका सामना एक मछली वास्तविक दुनिया के परिवेश में कर सकती है। तुलना के लिए एक नियंत्रण समूह (कंट्रोल ग्रुप) की मछलियों को बिना छेड़े छोड़ दिया गया। प्रभावों के बाद, मछलियों को फिर से हाइपरस्पेक्ट्रल कैमरे के साथ स्कैन किया गया, जिसने त्वचा के माध्यम से और मांसपेशी ऊतकों के भीतर देखने के लिए एक विशिष्ट लाइटिंग सेटअप का उपयोग किया। इसके बाद शोधकर्ताओं ने छह दिनों तक प्रतीक्षा की, जिस दौरान मछलियों को बर्फ पर रखा गया था, इससे पहले कि उन्हें फिलेट (fillet) किया जाए और प्रशिक्षित मानव निर्णायक मंडल द्वारा जांचा जाए। अंत में, उन्होंने मांसपेशी ऊतकों के नमूने लिए ताकि रासायनिक विश्लेषण का उपयोग करके हीमोग्लोबिन (वह प्रोटीन जो रक्त में ऑक्सीजन ले जाता है) की सटीक मात्रा को मापा जा सके।
परिणामों ने दिखाया कि भौतिक क्षति गंभीर थी और गिरने वाली प्लेट के वजन से सीधे संबंधित थी। 2 किलोग्राम और 4 किलोग्राम की प्लेटों से टकराने वाली मछलियों को महत्वपूर्ण चोटें आईं, जिनमें आंतरिक रक्तस्राव और टूटी हुई रीढ़ की हड्डी शामिल थी। वास्तव में, 4 किलोग्राम वाले समूह की हर एक मछली की रीढ़ की हड्डी टूट गई थी, और 2 किलोग्राम वाले समूह के 77 प्रतिशत में भी इसी तरह की चोटें पाई गईं। 1 किलोग्राम वाले समूह में कम क्षति हुई, जिसमें केवल 10 प्रतिशत में रीढ़ की हड्डी का फ्रैक्चर देखा गया, लेकिन उनमें मांसपेशियों के अलगाव और त्वचा की क्षति के लक्षण भी दिखाई दिए। मानव निर्णायकों ने इन निष्कर्षों की पुष्टि की, और अत्यधिक प्रभावित मछलियों को गुणवत्ता के लिए बहुत कम अंक दिए, विशेष रूप से रक्त के धब्बों और अलग हुए मांसपेशी रेशों को नोट किया। रासायनिक विश्लेषण ने इसकी पुष्टि की, जिससे पता चला कि भारी प्लेटों से टकराने वाली मछलियों के मांसपेशी ऊतकों में बिना छुई गई मछलियों की तुलना में हीमोग्लोबिन का स्तर काफी अधिक था। इसने पुष्टि की कि प्रभावों के कारण रक्त वाहिकाएं फट गईं, जिससे रक्त मांस में रिसने लगा।
जब शोधकर्ताओं ने हाइपरस्पेक्ट्रल कैमरे के डेटा का विश्लेषण किया, तो उन्हें एक मिश्रित लेकिन आशाजनक तस्वीर मिली। कैमरा क्षतिग्रस्त मछली और स्वस्थ मछली के बीच अंतर करने में बहुत अच्छा था। इसने सफलतापूर्वक पहचान लिया कि प्रभावित मछलियों में नियंत्रण समूह की तुलना में रक्त से संबंधित संकेतों का स्तर अधिक था। हालांकि, तकनीक प्रत्येक व्यक्तिगत मछली के लिए क्षति की सटीक माप देने में संघर्ष करती रही। हालांकि कैमरा देख सकता था कि रक्त मौजूद था, लेकिन समान बल से टकराई गई मछलियों के बीच भी रीडिंग में काफी भिन्नता देखी गई। शोधकर्ताओं ने निर्धारित किया कि ऐसा इसलिए था क्योंकि कैमरा मछली की त्वचा के माध्यम से और गहरे मांसपेशी स्तरों के भीतर देखने की कोशिश कर रहा था, एक ऐसी प्रक्रिया जो जीवित ऊतकों में प्रकाश के प्रकीर्णन (स्कैटरिंग) और अवशोषण से जटिल हो जाती है। मछली के आकार और त्वचा की मोटाई ने भी भूमिका निभाई, जिससे एक मछली से दूसरी मछली तक सुसंगत रीडिंग प्राप्त करना कठिन हो गया। फलस्वरूप, जबकि यह प्रणाली अभी तक प्रत्येक मछली में रक्त की सटीक मात्रा मापने के लिए एक पूर्ण पैमाने (रूलर) के रूप में कार्य नहीं कर सकती थी, इसने यह सिद्ध कर दिया कि यह क्षतिग्रस्त बैचों को स्वस्थ बैचों से अलग करने के लिए एक विश्वसनीय फिल्टर के रूप में कार्य कर सकती है।
अध्ययन यह निष्कर्ष निकालता है कि हाइपरस्पेक्ट्रल इमेजिंग समुद्री खाद्य उद्योग के लिए एक शक्तिशाली उपकरण है, लेकिन यह हर समस्या के लिए जादुई समाधान नहीं है। यह यह पहचानने में अत्यधिक प्रभावी है कि क्षति हुई है और यह उस बैच के बीच अंतर कर सकता है जिसे रूखे तरीके से संभाला गया है और उसे जिसे कोमलता से रखा गया है। यह क्षमता कारखानों को मछलियों को स्वचालित रूप से छाँटने की अनुमति दे सकती है, जिससे प्रत्येक वस्तु के व्यक्तिपरक मानव निरीक्षण की आवश्यकता समाप्त हो सकती है। हालांकि, यह तकनीक अभी तक इतनी तैयार नहीं है कि किसी विशिष्ट मछली में कितने मिलीग्राम रक्त है, यह बता सके या व्यक्तिगत मछली के लिए क्षति की गंभीरता को एक सटीक पैमाने पर ग्रेड दे सके। त्वचा के माध्यम से प्रकाश के प्रकीर्णन और पूरी मछली की जटिल ज्यामिति की चुनौतियां यह सुनिश्चित करती हैं कि रीडिंग में हमेशा कुछ अनिश्चितता बनी रहेगी। फिलहाल, इस तकनीक का सबसे अच्छा उपयोग पकड़ (कैच) की समग्र गुणवत्ता पर एक त्वरित, वस्तुनिष्ठ जांच प्रदान करना है, जिससे यह सुनिश्चित हो सके कि उत्पादन लाइन में आगे बढ़ने वाली मछलियां उन छिपी हुई चोटों से मुक्त हैं जो अक्सर अनसुनी रह जाती हैं।
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