foodmetaFOOD METAENGINEERINGFOOD METAENGINEERING2949-6497All-Russian Dairy Research Institute10.37442/fme.2025.4.96foodmeta-96Research ArticleОригинальное эмпирическое исследованиеOriginal Empirical ResearchНеразрушающий экспресс-метод оценки качества какао-бобовNondestructive Rapid Method for Assessing Cocoa Bean Qualityhttps://orcid.org/0000-0003-4351-2674БелецкийСергей ЛеонидовичBeletskiySergey L.grain-miller@yandex.ruЛиновскаяНаталия ВладимировнаLinovskayaNatalya V.choclab@mail.ruПотраховНиколай НиколаевичPotrakhovNikolai N.nnpotrahov@etu.ruГукКарина КонстантиновнаGukKarina K.kzhamova@gmail.comВНИИКП –филиал ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им В.М. Горбатова» РАНРоссияAll-Russian Research Institute of the Confectionery Industry - Branch of the Federal State Scientific Budgetary Institution V. M. GorbatovRussian FederationВНИИКП –филиал ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им В.М. Горбатова» РАНRussian FederationSaint Petersburg Electrotechnical University "LETI" named after V.I. Ulyanov (Lenin)Russian Federation2025311220253496Copyright © Белецкий С.Л., Линовская Н.В., Потрахов Н.Н., Гук К.К., 20252025Белецкий С.Л., Линовская Н.В., Потрахов Н.Н., Гук К.К.Beletskiy S.L., Linovskaya N.V., Potrakhov N.N., Guk K.K.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.fme-journal.org/jour/article/view/96Введение

Введение: Семена дерева какао (какао-бобы) являются ценной агротехнической культурой многоцелевого использования. Соблюдение требований к какао-бобам, установленным в контрактах на поставку, а также национальных и межгосударственных стандартах обеспечивает их коммерческую привлекательность. В настоящее время оценка качества какао-бобов является сложным трудоемким процессом, осуществляемым вручную. При этом стандартный метод оценки качества разрушает анализируемую пробу, что влечет за собой утилизацию ценнейшего сырья.

Цель

Цель: Разработка экспрессного информативного метода контроля качества семян какао-бобов на основе применения микрофокусной рентгенографии.

Материалы и методы

Материалы и методы: Для получения рентгеновских изображений какао-бобов использовали многофункциональную передвижную рентгеновскую установку семейства ПРДУ и портативный ренгенограф. Параметры получения микрофокусных рентгеновских снимков: напряжение на рентгеновской трубке 20 кВ, ток 80 мкА, продолжительности экспонирования 2 с. Для исследований использовали какао-бобы пяти сортов: Криолло, Форастеро, Тринитарио, Националь, Самбирано из Колумбии, Венесуэлы, Кот-д`Ивуар, Ганы, Гондураса, Филиппин, Перу, Эквадора и Мадагаскара, урожая 2023 года. Рентгеновские проекции какао-бобов визуально сравнивали со снимками в видимых лучах (эталон) этих же разрезанных какао-бобов (ГОСТ ISO 1114-2014 Какао-бобы. Контроль разрезанием).

Результаты

Результаты: В работе приведены результаты рентгенографических исследований партий какао-бобов, импортируемых Российской Федерацией из различных стран. В ходе проведенных исследований подобраны оптимальные режимы экспонирования для портативного и стационарного устройств. Установлена зависимость между рентгеновским изображением отдельного какао-боба и параметрами его качества. Выявлено, что морфологические особенности и дефекты семян дерева какао, визуализированные на рентгеновских снимках, имеют высокую долю совпадений и согласуются с визуальными изображениями их срезов. Доказана высокая доля совпадений идентификации дефектов какао-бобов при исследовании матриц рентгеновских изображений, полученных на портативном и стационарном устройствах.

Выводы

Выводы: Сформованы матрицы визуальных характеристик какао-бобов по месту произрастания и типам дефектов, получены микрофокусные рентгенограммы какао-бобов и их фотографии в видимом свете для сопоставительных оценок, проведена сравнительная оценка рентгенограмм какао-бобов, с использованием лабораторной рентгеновской установке и на портативном рентгенографе. Полученные результаты позволят разработать комплект специализированных технических и программных средств для автоматического контроля качества товарных партий какао-бобов, поступающих в промышленную переработку.

Background

Background: Cocoa tree seeds (cocoa beans) represent a high-value agricultural commodity with multiple end uses. Compliance with contractual quality specifications and with national and interstate standards underpins their commercial value. At present, cocoa-bean quality assessment remains a complex and labour-intensive procedure performed largely by manual inspection. Moreover, the standard grading approach is destructive, leading to disposal of the tested sample and, consequently, loss of valuable raw material.

Purpose

Purpose: To develop a rapid, informative method for cocoa-bean quality control based on microfocus radiography.

Materials and Methods

Materials and Methods: X-ray images of cocoa beans were obtained using a multifunctional mobile X-ray system of the PRDU family and a portable X-ray unit. Microfocus imaging parameters were: tube voltage 20 kV, tube current 80 μA, exposure time 2 s. The study examined five cocoa varieties (Criollo, Forastero, Trinitario, Nacional, and Sambirano) originating from Colombia, Venezuela, Côte d’Ivoire, Ghana, Honduras, the Philippines, Peru, Ecuador, and Madagascar (2023 harvest). Radiographic projections were visually compared with visible-light images (reference) of longitudinally cut beans prepared from the same samples in accordance with GOST ISO 1114-2014 (Cocoa beans. Cut test).

Results

Results: The study reports radiographic evaluations of cocoa-bean consignments imported into the Russian Federation from multiple countries. Optimal exposure regimes were established for both the portable device and the laboratory-based system. A relationship was identified between the radiographic appearance of an individual cocoa bean and its quality attributes. Morphological features and defects visualised on radiographs showed a high degree of correspondence with the visible-light images of the respective longitudinal sections. In addition, defect identification based on radiographic image matrices demonstrated a high level of agreement between the portable and stationary imaging platforms.

Conclusion

Conclusion: Matrices of visual characteristics of cocoa beans were compiled by origin and defect type; microfocus radiographs and corresponding visible-light photographs were obtained for comparative assessment; and radiographs acquired with a laboratory X-ray system and a portable unit were systematically compared. The findings provide a methodological basis for developing specialised hardware and software tools to enable automated quality control of commercial cocoa-bean batches intended for industrial processing.

 

 

 

 

какао-бобыпоказатели качестваобнаружение дефектов какао-бобовметод разрезаниемнеразрушающий контроль (НК)микрофокусная рентгенографияcocoa beansquality indicatorscocoa bean defectscutting methodnon-destructive testing (NDT)microfocus X-ray imagingReferencesАрхипов, М. В., Прияткин, Н. С., Гусакова, Л. П., Потрахов, Н. Н., Тюкалов, Ю. А., Данилова, Т. А., & Белецкий, С. Л. (2025). Экспресс-оценка скрытой поврежденности партий зерна клопом вредная черепашка (Eurygaster integriceps Put.) методом микрофокусной рентгенографии. Пищевая промышленность, (5), 100–105. https://doi.org/10.52653/PPI.2025.5.5.018Архипов, М. В., Прияткин, Н. С., Гусакова, Л. П., Потрахов, Н. Н., Тюкалов, Ю. А., Данилова, Т. А., & Белецкий, С. Л. (2025). Экспресс-оценка скрытой поврежденности партий зерна клопом вредная черепашка (Eurygaster integriceps Put.) методом микрофокусной рентгенографии. Пищевая промышленность, (5), 100–105. https://doi.org/10.52653/PPI.2025.5.5.018Архипов М.В., Прияткин Н.С., Гусакова Л.П., Карамышева А.В., Трофимук Л.П., Потрахов Н.Н., Бессонов В.Б., Щукина П.А. (2020). Методика микрофокусной рентгенографии для выявления скрытой дефектности семян древесных лесных пород и других видов сосудистых растений. Журнал технической физики. Т. 90. № 2. С. 338-346.Архипов М.В., Прияткин Н.С., Гусакова Л.П., Карамышева А.В., Трофимук Л.П., Потрахов Н.Н., Бессонов В.Б., Щукина П.А. (2020). Методика микрофокусной рентгенографии для выявления скрытой дефектности семян древесных лесных пород и других видов сосудистых растений. Журнал технической физики. Т. 90. № 2. С. 338-346.Архипов, М. В., Тюкалов, Ю. А., Прияткин, Н. С., Гусакова, Л. П., Потрахов, Н. Н., & Белецкий, С. Л. (2017). Физико-технический базис для получения конкурентоспособного семенного материала. Таврический вестник аграрной науки, 4(12), 42–49.Архипов, М. В., Тюкалов, Ю. А., Прияткин, Н. С., Гусакова, Л. П., Потрахов, Н. Н., & Белецкий, С. Л. (2017). Физико-технический базис для получения конкурентоспособного семенного материала. Таврический вестник аграрной науки, 4(12), 42–49.Архипов, М. В., Тюкалов, Ю. А., Синицына, С. М., Прияткин, Н. С., Гусакова, Л. П., Потрахов, Н. Н., Бессонов, В. Б., & Белецкий, С. Л. (2018). Новые технологии семеноводства: фундаментальные и прикладные аспекты. Труды Кубанского государственного аграрного университета, (72), 38–42.Архипов, М. В., Тюкалов, Ю. А., Синицына, С. М., Прияткин, Н. С., Гусакова, Л. П., Потрахов, Н. Н., Бессонов, В. Б., & Белецкий, С. Л. (2018). Новые технологии семеноводства: фундаментальные и прикладные аспекты. Труды Кубанского государственного аграрного университета, (72), 38–42.Баженова, А. Е., & Пестерев, М. А. (2021). Исследование микрофлоры какао-продуктов и кондитерских изделий. Пищевые системы, 4(3S), 26–30. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2021-4-3S-26-30Баженова, А. Е., & Пестерев, М. А. (2021). Исследование микрофлоры какао-продуктов и кондитерских изделий. Пищевые системы, 4(3S), 26–30. https://doi.org/10.21323/2618-9771-2021-4-3S-26-30Балыхин, М. Г., Скобельская, З. Г., Рязанцева, В. А., & Бессараб, А. В. (2019). Повышение качества какао-бобов и продуктов их переработки под воздействием устройства ИВА-1. Пищевая промышленность, (7), 46–49.Балыхин, М. Г., Скобельская, З. Г., Рязанцева, В. А., & Бессараб, А. В. (2019). Повышение качества какао-бобов и продуктов их переработки под воздействием устройства ИВА-1. Пищевая промышленность, (7), 46–49.Белецкий, С. Л., Прияткин, Н. С., Архипов, М. В., & Гусакова, Л. П. (2018). Современные принципы и технические средства сепарации семян. Хранение и переработка сельхозсырья, (3), 89–97.Белецкий, С. Л., Прияткин, Н. С., Архипов, М. В., & Гусакова, Л. П. (2018). Современные принципы и технические средства сепарации семян. Хранение и переработка сельхозсырья, (3), 89–97.Гаврилова, Н. Г. (2024). Страны Африки в глобальном производстве и экспорте какао-бобов. Экономика сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий, (12), 107–115.Гаврилова, Н. Г. (2024). Страны Африки в глобальном производстве и экспорте какао-бобов. Экономика сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий, (12), 107–115.Желудков, А. Г., Белецкий, С. Л., & Потрахов, Н. Н. (2018). Автоматизация рентгенографического метода анализа качества семян и товарного зерна злаковых культур. Хранение и переработка сельхозсырья, (1), 65–70.Желудков, А. Г., Белецкий, С. Л., & Потрахов, Н. Н. (2018). Автоматизация рентгенографического метода анализа качества семян и товарного зерна злаковых культур. Хранение и переработка сельхозсырья, (1), 65–70.Иванов, С. А., & Щукин, Г. А. (1989). Рентгеновские трубки технического назначения. Энергоатомиздат.Иванов, С. А., & Щукин, Г. А. (1989). Рентгеновские трубки технического назначения. Энергоатомиздат.Королюк, И. П., & Линденбратэн, Л. Д. (2017). Лучевая диагностика. БИНОМ.Королюк, И. П., & Линденбратэн, Л. Д. (2017). Лучевая диагностика. БИНОМ.Линовская, Н. В., Мазукабзова, Э. В., & Белецкий, С. Л. (2024). Новый подход к идентификации дефектов какао-бобов. Пищевая промышленность, (7), 65–67. https://doi.org/10.52653/PPI.2024.7.7.014Линовская, Н. В., Мазукабзова, Э. В., & Белецкий, С. Л. (2024). Новый подход к идентификации дефектов какао-бобов. Пищевая промышленность, (7), 65–67. https://doi.org/10.52653/PPI.2024.7.7.014Матвеева, Н. Ф. (2020). Проблемы аграрного сектора в нефтедобывающих странах Африки: Экваториальная Гвинея. Ученые записки Института Африки РАН, 1(50), 38–47.Матвеева, Н. Ф. (2020). Проблемы аграрного сектора в нефтедобывающих странах Африки: Экваториальная Гвинея. Ученые записки Института Африки РАН, 1(50), 38–47.Мусаев, Ф. Б. О., Прияткин, Н. С., Бухаров, А. Ф., Иванова, М. И., Кашлева, А. И., Щукина, П. А., Белецкий, С. Л., & Ушакова, О. В. (2020). Анализ разнокачественности семян лука Кристофа (Allium cristophii Trautv.) с помощью цифровой морфометрии. Овощи России, (2), 32–37.Мусаев, Ф. Б. О., Прияткин, Н. С., Бухаров, А. Ф., Иванова, М. И., Кашлева, А. И., Щукина, П. А., Белецкий, С. Л., & Ушакова, О. В. (2020). Анализ разнокачественности семян лука Кристофа (Allium cristophii Trautv.) с помощью цифровой морфометрии. Овощи России, (2), 32–37.Мусаев, Ф. Б., & Белецкий, С. Л. (2019). Экономическая эффективность применения инновационного метода рентгенографического анализа качества семян. Экономика сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий, (1), 62–64.Мусаев, Ф. Б., & Белецкий, С. Л. (2019). Экономическая эффективность применения инновационного метода рентгенографического анализа качества семян. Экономика сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий, (1), 62–64.Мусаев, Ф. Б., & Белецкий, С. Л. (2021). История и перспективы применения рентгенографии в семеноводстве и семеноведении. Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника, 24(6), 6–15.Мусаев, Ф. Б., & Белецкий, С. Л. (2021). История и перспективы применения рентгенографии в семеноводстве и семеноведении. Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника, 24(6), 6–15.Мусаев, Ф. Б., Антошкина, М. С., Солдатенко, А. В., Белецкий, С. Л., & Потрахов, Н. Н. (2018). Алгоритмы автоматического цифрового анализа качества семян овощных культур. Овощи России, 3(41), 86–88.Мусаев, Ф. Б., Антошкина, М. С., Солдатенко, А. В., Белецкий, С. Л., & Потрахов, Н. Н. (2018). Алгоритмы автоматического цифрового анализа качества семян овощных культур. Овощи России, 3(41), 86–88.Мусаев, Ф. Б., Бухаров, А. Ф., & Козарь, Е. Г. (2017). Современный инструментальный метод контроля качества семян корнеплодных овощных культур. Овощи России, 4(37), 73–77.Мусаев, Ф. Б., Бухаров, А. Ф., & Козарь, Е. Г. (2017). Современный инструментальный метод контроля качества семян корнеплодных овощных культур. Овощи России, 4(37), 73–77.Платов, Ю. Т., Белецкий, С. Л., Метленкин, Д. А., Платова, Р. А., Верещагин, А. Л., & Марьин, В. А. (2024). Идентификация и классификация зерна гречихи методами микрофокусной рентгенографии и гиперспектрального изображения. Дефектоскопия, (4), 45–55.Платов, Ю. Т., Белецкий, С. Л., Метленкин, Д. А., Платова, Р. А., Верещагин, А. Л., & Марьин, В. А. (2024). Идентификация и классификация зерна гречихи методами микрофокусной рентгенографии и гиперспектрального изображения. Дефектоскопия, (4), 45–55.Платов, Ю. Т., Лысенкова, А. А., Зеленцов, С. В., Рассулов, В. А., Белецкий, С. Л., & Платова, Р. А. (2025). Неразрушающий контроль для выявления скрытых дефектов семян сои с использованием методов цифровой рентгенографии и машинного обучения. Контроль. Диагностика, 28(9), 43–54. https://doi.org/10.14489/td.2025.09.pp.043-054Платов, Ю. Т., Лысенкова, А. А., Зеленцов, С. В., Рассулов, В. А., Белецкий, С. Л., & Платова, Р. А. (2025). Неразрушающий контроль для выявления скрытых дефектов семян сои с использованием методов цифровой рентгенографии и машинного обучения. Контроль. Диагностика, 28(9), 43–54. https://doi.org/10.14489/td.2025.09.pp.043-054Потрахов, Н. Н., Белецкий, С. Л., & Архипов, М. В. (2018). Аппаратно-программный комплекс для контроля качества зерна на основе передвижной рентгенодиагностической установки ПРДУ-02. Таврический вестник аграрной науки, 4(16), 152–159.Потрахов, Н. Н., Белецкий, С. Л., & Архипов, М. В. (2018). Аппаратно-программный комплекс для контроля качества зерна на основе передвижной рентгенодиагностической установки ПРДУ-02. Таврический вестник аграрной науки, 4(16), 152–159.Потрахов, Н. Н., Белецкий, С. Л., & Мусаев, Ф. Б. (2017). Рентгенсепаратор - дальнейший шаг в развитии технологии оптической сепарации. Овощи России, 2(35), 40–42.Потрахов, Н. Н., Белецкий, С. Л., & Мусаев, Ф. Б. (2017). Рентгенсепаратор - дальнейший шаг в развитии технологии оптической сепарации. Овощи России, 2(35), 40–42.Потрахов, Н. Н., Грязнов, А. Ю., Жамова, К. К., Бессонов, В. Б., & Потрахов, Ю. Н. (2016). Микрофокусная рентгенография: результаты исследований Санкт-петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова. Территория NDT, (3), 54−57.Потрахов, Н. Н., Грязнов, А. Ю., Жамова, К. К., Бессонов, В. Б., & Потрахов, Ю. Н. (2016). Микрофокусная рентгенография: результаты исследований Санкт-петербургского государственного электротехнического университета «ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова. Территория NDT, (3), 54−57.Потрахов Н.Н., Гук К.К., Бессонов В.Б. (2023) Контроль промышленных изделий методом микрофокусной рентгенографии Заводская лаборатория. Диагностика материалов. Т. 89. № 3. С. 31-37.Потрахов Н.Н., Гук К.К., Бессонов В.Б. (2023) Контроль промышленных изделий методом микрофокусной рентгенографии Заводская лаборатория. Диагностика материалов. Т. 89. № 3. С. 31-37.Уланин, С. Е., Рассоха, С. Н., Шалыгина, Е. В., Гурьева, К. Б., Белецкий, С. Л., & Иванова, Е. В. (2017). Современные приборы и способы для обнаружения и определения скрытой зараженности продовольственного зерна и семян. Пищевая промышленность, (11), 12−14.Уланин, С. Е., Рассоха, С. Н., Шалыгина, Е. В., Гурьева, К. Б., Белецкий, С. Л., & Иванова, Е. В. (2017). Современные приборы и способы для обнаружения и определения скрытой зараженности продовольственного зерна и семян. Пищевая промышленность, (11), 12−14.Asitoakor, B. K., Asare, R., Ræbild, A., Ravn, H. P., Eziah, V. Y., Owusu, K., Mensah, E. O., & Vaast, P. (2022). Influences of climate variability on cocoa health and productivity in agroforestry systems in Ghana. Agricultural and Forest Meteorology, 327, 109199. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2022.109199Asitoakor, B. K., Asare, R., Ræbild, A., Ravn, H. P., Eziah, V. Y., Owusu, K., Mensah, E. O., & Vaast, P. (2022). Influences of climate variability on cocoa health and productivity in agroforestry systems in Ghana. Agricultural and Forest Meteorology, 327, 109199. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2022.109199Asitoakor, B. K., Asare, R., Ræbild, A., Ravn, H. P., Eziah, V. Y., Owusu, K., Mensah, E. O., & Vaast, P. (2022). Influences of climate variability on cocoa health and productivity in agroforestry systems in Ghana. Agricultural and Forest Meteorology, 327, 109199. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2022.109199Asitoakor, B. K., Asare, R., Ræbild, A., Ravn, H. P., Eziah, V. Y., Owusu, K., Mensah, E. O., & Vaast, P. (2022). Influences of climate variability on cocoa health and productivity in agroforestry systems in Ghana. Agricultural and Forest Meteorology, 327, 109199. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2022.109199Mougang, N. N., Tene, S. T., Zokou, R., et al. (2024). Influence of fermentation time, drying time and temperature on cocoa pods (Theobroma cacao L.) marketability. Applied Food Research, 4(2), Article 100460. https://doi.org/10.1016/j.afres.2024.100460Mougang, N. N., Tene, S. T., Zokou, R., et al. (2024). Influence of fermentation time, drying time and temperature on cocoa pods (Theobroma cacao L.) marketability. Applied Food Research, 4(2), Article 100460. https://doi.org/10.1016/j.afres.2024.100460Musaev, F., Priyatkin, N., Chesnokov, Y., Potrakhov, N., & Beletskiy, S. (2022). Assessment of brassicaceae seeds quality by x-ray analysis. Horticulturae, 8(1), Article 29. https://doi.org/10.3390/horticulturae8010029Musaev, F., Priyatkin, N., Chesnokov, Y., Potrakhov, N., & Beletskiy, S. (2022). Assessment of brassicaceae seeds quality by x-ray analysis. Horticulturae, 8(1), Article 29. https://doi.org/10.3390/horticulturae8010029Platov, Y. T., Beletskii, S. L., Metlenkin, D. A., Platova, R. A., Vereshchagin, A. L., & Marin, V. A. (2024). Identification and classification of buckwheat grain by microfocus radiography and hyperspectral imaging methods. Russian Journal of Nondestructive Testing, 60(4), 446–454. https://doi.org/10.1134/S1061830924601697Platov, Y. T., Beletskii, S. L., Metlenkin, D. A., Platova, R. A., Vereshchagin, A. L., & Marin, V. A. (2024). Identification and classification of buckwheat grain by microfocus radiography and hyperspectral imaging methods. Russian Journal of Nondestructive Testing, 60(4), 446–454. https://doi.org/10.1134/S1061830924601697Sari, A. B. T., Efraim, P., Song, X., et al. (2025). Effects of processing methods of unfermented cocoa beans from Indonesia on the chemical and physical characteristics of butter and cake. Journal of Agriculture and Food Research, 25, Article 101563. https://doi.org/10.1016/j.jafr.2024.101563Sari, A. B. T., Efraim, P., Song, X., et al. (2025). Effects of processing methods of unfermented cocoa beans from Indonesia on the chemical and physical characteristics of butter and cake. Journal of Agriculture and Food Research, 25, Article 101563. https://doi.org/10.1016/j.jafr.2024.101563Weinstein, M., Baram, S., Yermiyahu, U., Tsehansky, L., Elmakias, A., & Graber, E. R. (2025). Nitrogen, phosphorus and potassium deficiencies impact the transition from juvenility to maturity in Theobroma cacao L. International Journal of Fruit Science, 25(1), 36–47. https://doi.org/10.1080/15538362.2025.2482685Weinstein, M., Baram, S., Yermiyahu, U., Tsehansky, L., Elmakias, A., & Graber, E. R. (2025). Nitrogen, phosphorus and potassium deficiencies impact the transition from juvenility to maturity in Theobroma cacao L. International Journal of Fruit Science, 25(1), 36–47. https://doi.org/10.1080/15538362.2025.2482685

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