Неразрушающий экспресс-метод оценки качества какао-бобов

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

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: 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: 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.

1. Архипов, 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.2025.5.5.018

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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-26-30

6. 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.

7. 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.

8. Гаврилова, Н. Г. (2024). Страны Африки в глобальном производстве и экспорте какао-бобов. Экономика сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий, (12), 107–115.

9. 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.

10. Иванов, С. А., & Щукин, Г. А. (1989). Рентгеновские трубки технического назначения. Энергоатомиздат.

11. Королюк, И. П., & Линденбратэн, Л. Д. (2017). Лучевая диагностика. БИНОМ.

12. 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.2024.7.7.014

13. Матвеева, Н. Ф. (2020). Проблемы аграрного сектора в нефтедобывающих странах Африки: Экваториальная Гвинея. Ученые записки Института Африки РАН, 1(50), 38–47.

14. 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.

15. Мусаев, Ф. Б., & Белецкий, С. Л. (2019). Экономическая эффективность применения инновационного метода рентгенографического анализа качества семян. Экономика сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий, (1), 62–64.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.043-054

21. 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.

22. Потрахов, Н. Н., Белецкий, С. Л., & Мусаев, Ф. Б. (2017). Рентгенсепаратор - дальнейший шаг в развитии технологии оптической сепарации. Овощи России, 2(35), 40–42.

23. 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.

24. 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.

25. 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.

26. 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.2022.109199

27. 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.2022.109199

28. Mougang, 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.2024.100460

29. Musaev, 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/horticulturae8010029

30. Platov, 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/S1061830924601697

31. Sari, 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.2024.101563

32. Weinstein, 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