Hyperspectral imaging for non-destructive detection of process-related impact damage in whole Atlantic cod (Gadus morhua L.)
Questo studio dimostra che l'imaging iperspettrale può distinguere efficacemente il merluzzo dell'Atlantico con danni da impatto legati al processo dai controlli non danneggiati rilevando livelli elevati di emoglobina muscolare, sebbene fattori come la profondità del tessuto e lo scattering limitino attualmente la sua capacità di quantificare accuratamente la gravità del danno o di classificare i singoli pesci.
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Nel frenetico mondo della lavorazione industriale dei prodotti ittici, la velocità e l'automazione sono le forze trainanti, ma spesso comportano un costo per il prodotto stesso. Quando i pesci vengono manipolati da macchine o lasciati cadere sui nastri trasportatori, possono subire lesioni invisibili che ne rovinano la qualità molto prima di raggiungere il piatto del consumatore. Questi impatti possono causare emorragie interne, rompere le ossa e separare le fibre muscolari, trasformando un prodotto premium in qualcosa di scadente. Per individuare questi difetti, l'industria si è tradizionalmente affidata agli ispettori umani, che esaminano un piccolo campione del pescato e formulano giudizi soggettivi. Questo metodo è lento, incoerente e non rileva la stragrande maggioranza dei pesci danneggiati. Gli scienziati si stanno ora rivolgendo a una tecnologia chiamata imaging iperspettrale per risolvere questo problema. A differenza di una fotocamera standard che vede solo i colori dell'arcobaleno, questa fotocamera specializzata cattura centinaia di specifiche lunghezze d'onda della luce per ogni singolo punto di un'immagine. Ciò consente di vedere i cambiamenti chimici all'interno del pesce, come la presenza di sangue, senza mai tagliare la pelle o danneggiare il prodotto. L'obiettivo è creare un sistema in grado di individuare automaticamente queste lesioni nascoste mentre i pesci si muovono lungo una linea di produzione, garantendo che vengano venduti solo i pesci di altissima qualità.
I ricercatori in Norvegia si sono posti l'obiettivo di testare se questa tecnologia potesse rilevare in modo affidabile i danni nel merluzzo dell'Atlantico intero, una popolare specie di pesce allevata spesso nelle fredde acque dell'Atlantico settentrionale. Hanno creato un esperimento controllato per simulare i tipi di urti e cadute che avvengono sulle navi da pesca e negli impianti di lavorazione. Utilizzando 120 merluzzi allevati, hanno stabilito una linea di base scansionando ogni pesce prima che venisse inflitto qualsiasi danno. Successivamente, hanno sottoposto i pesci a una serie di impatti utilizzando piastre pesanti lasciate cadere da un'altezza di 1,7 metri. Le piastre pesavano 1 chilogrammo, 2 chilogrammi e 4 chilogrammi, rappresentando diversi livelli di forza che un pesce potrebbe incontrare in un contesto reale. Un gruppo di controllo di pesci è stato lasciato intatto per fungere da confronto. Dopo gli impatti, i pesci sono stati scansionati nuovamente con la fotocamera iperspettrale, che utilizzava una specifica configurazione di illuminazione per vedere attraverso la pelle e all'interno del tessuto muscolare. I ricercatori hanno poi atteso sei giorni, durante i quali i pesci sono stati conservati su ghiaccio, prima di essere sfilettati ed esaminati da un team di giudici umani esperti. Infine, hanno prelevato campioni di tessuto muscolare per misurare l'esatta quantità di emoglobina, la proteina che trasporta l'ossigeno nel sangue, tramite analisi chimica.
I risultati hanno mostrato che il danno fisico era grave e direttamente correlato al peso della piastra cadente. I pesci colpiti dalle piastre da 2 e 4 chilogrammi hanno subito lesioni significative, tra cui rotture della colonna vertebrale e grandi quantità di emorragie interne. Infatti, ogni singolo pesce nel gruppo da 4 chilogrammi presentava una frattura della colonna vertebrale, e il 77 percento di quelli nel gruppo da 2 chilogrammi presentava lesioni simili. Il gruppo da 1 chilogrammo è stato meno danneggiato, con solo il 10 percento che mostrava fratture spinali, ma presentava comunque segni di separazione muscolare e danni alla pelle. I giudici umani hanno confermato questi risultati, assegnando ai pesci pesantemente impattati punteggi molto più bassi per la qualità, notando in particolare la presenza di macchie di sangue e fibre muscolari separate. L'analisi chimica ha avvalorato questo dato, rivelando che i pesci colpiti dalle piastre più pesanti avevano livelli di emoglobina nel tessuto muscolare significativamente più alti rispetto ai pesci non toccati. Ciò ha confermato che gli impatti avevano causato la rottura dei vasi sanguigni, permettendo al sangue di fuoriuscire nella carne.
Quando i ricercatori hanno esaminato i dati della fotocamera iperspettrale, hanno ottenuto un quadro contrastante ma promettente. La fotocamera era molto brava a distinguere tra i pesci danneggiati e quelli sani. Ha identificato con successo che i pesci impattati presentavano livelli più elevati di segnali legati al sangue rispetto al gruppo di controllo. Tuttavia, la tecnologia ha faticato a fornire una misurazione precisa di quanto fosse grave il danno per ogni singolo pesce. Sebbene la fotocamera riuscisse a vedere la presenza di sangue, le letture variavano ampiamente anche tra pesci colpiti con la stessa forza. I ricercatori hanno determinato che ciò era dovuto al fatto che la fotocamera cercava di vedere attraverso la pelle del pesce e nelle profondità degli strati muscolari, un processo complicato dal modo in cui la luce si diffonde e viene assorbita nei tessuti viventi. La forma del pesce e lo spessore della pelle hanno inoltre giocato un ruolo, rendendo difficile ottenere una lettura costante da un pesce all'altro. Di conseguenza, sebbene il sistema non fosse ancora in grado di agire come un righello perfetto per misurare l'esatta quantità di sangue in ogni singolo pesce, ha dimostrato di poter agire come un filtro affidabile per separare i lotti danneggiati da quelli sani.
Lo studio conclude che l'imaging iperspettrale è uno strumento potente per l'industria ittica, ma non è una soluzione magica per ogni problema. È altamente efficace nel rilevare che si è verificato un danno e può distinguere tra un lotto di pesci che è stato manipolato con forza e uno che è stato trattato con delicatezza. Questa capacità potrebbe consentire alle fabbriche di smistare i pesci automaticamente, eliminando la necessità di un'ispezione umana soggettiva di ogni singolo articolo. Tuttavia, la tecnologia non è ancora pronta per dire a un produttore esattamente quanti milligrammi di sangue ci sono in un pesce specifico o per classificare la gravità del danno su una scala precisa per il singolo pesce. Le sfide poste dalla diffusione della luce attraverso la pelle e dalla complessa geometria di un pesce intero significano che le letture avranno sempre un certo grado di incertezza. Per ora, il miglior uso di questa tecnologia è fornire un controllo rapido e oggettivo sulla qualità complessiva di un pescato, garantendo che i pesci che procedono nella linea di produzione siano privi di quelle lesioni nascoste che spesso passano inosservate.
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