Meyve Dokularında Niteliksel Ölçüm Yapabilen Elle Tutulabilir Spektroskopik Donanım Tasarımı ve Gerçeklemesi
Tez Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: İstanbul Teknik Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Biyomedikal Mühendisliği, Türkiye
Tez Danışmanı: Fatma İnci Çilesiz
Tezin Onay Tarihi: 2014
Tezin Dili: Türkçe
Özet:
Gıda endüstrisinde, gıdanın güvenilirliği ve kalitesi, doğrudan insan sağlığını ilgilendirdiğinden önemli bir konudur. Hızlı ve tahribat yapmadan algılama yapan spektroskopi tekniği, meyve ve sebzelerin toplama öncesi, toplama sırası ve toplama sonrasında büyümesi ve gelişimini çözümlemede çok önemli bir teknik olmuştur. Spektroskopi tekniği ile meyvelerin dokusunun yapısal değişimi, klorofil pigmentlerinin sayısal ölçümü gibi iç ögeler ile coğrafik yapı, hava ve toprak koşulları, meyvelerin topraktan beslenme durumu gibi dış etmenler hakkında üreticiye hızlı bir geri bildirim sağlanması, üreticinin meyvenin gelişimi için daha erken girişimde bulunmasını da sağlamaktadır. Literatür incelemesi sonucunda gıda endüstrisinin ürünleri olan günlük tüketilen besinler, süt, meyve, sebze, mısır, yağ, et, balık yağı, meyve suları, zeytinyağı ve daha birçok gıda ürününün UV, VIS ve NIR spektroskopisi kullanılarak nitelik çözümlemelerinin yapıldığı görülmüştür. Yapılan ön laboratuvar çalışmaları sonucunda 280-2500nm dalga boylarında meyve dokusu ile ışık arasındaki etkileşim izlenmiş ve yansıma bantları gözlenmiştir. Tez çalışmasında meyvenin olgunluğunun belirlenmesinde 3 kriter incelenmiştir: 1) Meyvenin renk durumu için kabuğundaki pigmentler, 2) Meyvenin etlenme durumu için hücre yapısı, 3) Meyvenin sulanma durumu için suyun soğurma bantları. Işığın dokuyla etkileşimi temelde 4 türlüdür: 1) Yansıma ve kırılma, 2) Geçiş, 3)Saçılma ve 4) Soğurulma. Bu olaylar dokudan dokuya ve dalgaboyuna göre farklılık gösterir. Işıma boyunca ışık doku etkileşim mekanizması dokunun fiziksel özellikleriyle belirlenir. Dokunun fiziksel özellikleri optik, ısıl ve mekanik özelliklerdir. Bu özellikler genel olarak soğurma katsayısı, saçılma katsayısı, anizotropi faktörü, ısıl iletim, ısı kapasitesi ve mekanik dayanıklıktır. Bu deneysel çalışmada sıcaklık ölçümü yapılmadığından sadece dokunun soğurma, saçılma ve anizotropi tanımlarından bahsedilmiştir. Işık doku etkileşimlerinde dokuda meydana gelen değişiklikler soğurma ve saçılma olaylarının bir sonucudur. Dokunun saçıcı özelliği, fotonların doku içindeki dağılımı açısından önemlidir. VIS ve NIR bölgesinde (400-1200 nm) saçılma dokuda baskındır. Meyve dokusundaki soğurgan moleküller genel olarak su, porphyrin (klorofiller), flavin, glukoz, yağ asitleri ve aminoasitlerdir. Biyolojik dokular %60-80 kadar su içerdiginden NIR ve IR bölgelerinde soğurma genelde su molekülü tarafından yapılır. Tez çalışmasında yapılan çözümlemelerde dokunun yapısından kaynaklanan bu soğurma ve saçılma olayları sonucu yüzeyden küresel yansıma değerlerinin değerlendirilmesi temel alınmıştır. Tez çalışmasının ilk bölümlerinde saçılma ve soğurma olayları kuantum teorisine göre yeterli bilgi verecek şekilde açıklanmıştır. Tez çalışmasında spektrofotometre ile yapılan çözümleme sonuçlarına göre aynı çözümlemeyi yapabilecek bir el tipi cihazın prototipi geliştirilmiştir. VIS ve NIR bölgesinin çözümlemelerini yapabilmek için RGB LED ve IR LED ışık kaynakları kullanılmıştır. Mikrodenetleyici, sayısal/analog ve analog/sayısal dönüştürücüler ve uygun detektörler kullanılarak tasarlanan cihazın, ölçümlerde optimum sonuçları verebilmesi kalibrasyon ayarları yapılarak ve uygun yazılım ile desteklenerek sağlanmış, verimli sonuçlar elde edildiği gözlenmiştir.