CSBE-SCGAB

Non-destructive and rapid discrimination of hard-to-cook beans using hyperspectral imaging

Authors: Lina M. Diaz-Contreras, Chyngyz Erkinbaev and Jitendra Paliwal
Description: Dry beans stored under sub-optimal conditions tend to develop hard-to-cook (HTC) defect, which extends the cooking time making them less palatable while reducing their nutritional value. The current methods of identifying HTC beans are time-consuming, destructive, and unreliable. A rapid non-destructive inspection technique for pre-screening beans could help identify and discard HTC beans prior to processing. To this end, the potential of hyperspectral imaging technique covering the entire visible to near infrared (NIR) spectral range (400‒2500 nm) was evaluated for rapid and non-destructive identification of HTC beans. The HTC phenomenon was artificially induced in healthy white beans using two different combinations of suboptimal storage conditions of temperature and relative humidity (35℃, 75% RH for 45 days and 60℃, 75% RH for 10 days). Subsequently, the beans were cooked for specified durations and their hardness measured using a texture analyzer. The HTC and control (i.e. easy-to-cook (ETC)) beans were scanned with push-broom hyperspectral imaging systems. Results indicate that both sets of storage conditions rendered the beans HTC but the phenomenon induced by the two different methods was detected in different spectral ranges using hyperspectral imaging. Wavelengths across the entire visible and NIR ranges of electromagnetic spectrum were found useful in detecting HTC as beans stored at 35℃ and 75% RH for 45 days were identified mainly in the 1000‒2500 nm range and those stored at 60℃ and 75% RH for 10 days were identified in the 400‒1000 nm region. The degree of HTC defect could not be ascertained using this technique and requires further investigation.
Keywords: Dry beans, hard-to-cook, hyperspectral imaging, discrimination, quality.
Résumé: Des conditions non optimales d’entreposage des haricots secs peuvent créer une anomalie qui rend ceux-ci difficiles à cuire [HTC — hard to cook]. Cette anomalie augmente le temps de cuisson, entraînant une diminution de la saveur et de la valeur nutritionnelle. Les méthodes courantes pour identifier les haricots HTC prennent du temps, sont destructives et ne sont pas fiables. Une technique d’inspection rapide et non destructive pour dépister les haricots pourrait aider à identifier et éliminer les haricots HTC avant le traitement. À cette fin, le potentiel de la technique d’imagerie hyperspectrale couvrant le spectre entier visible à l’infrarouge proche (NIR) (400-2500 nm) a été évalué pour l’identification rapide et non destructive des haricots HTC. Des haricots blancs sains ont été traités pour reproduire artificiellement l’anomalie HTC en utilisant deux combinaisons différentes de conditions d’entreposage non optimales de température et d’humidité relative (35℃, 75 % HR durant 45 jours et 60℃, 75 % HR durant 10 jours). Ensuite, les haricots ont été cuits pendant des durées spécifiques et leur dureté a été mesurée en utilisant un analyseur de texture. Les haricots HTC et témoins (c.-à-d. facile à cuire [ETC]) ont été analysés à l’aide de systèmes d’imagerie hyperspectrale de type push-broom. Les résultats indiquent que les deux combinaisons de conditions d’entreposage ont transformé les haricots témoins en HTC, mais l’anomalie produite par les deux méthodes différentes a été détectée à différents spectres en utilisant l’imagerie hyperspectrale. Les longueurs d’onde du spectre visible entier et de celui du NIR du spectre électromagnétique ont été utiles pour détecter les haricots HTC, car les haricots entreposés à 35℃ et 75 % HR pendant 45 jours ont été identifiés principalement dans le spectre de 1000‒2500 nm tandis que ceux entreposés à 60℃ et 75 % HR pendant 10 jours ont été identifiés dans le spectre de 400‒1000 nm. L’importance de l’anomalie HTC peut être évaluée en utilisant cette technique et des recherches additionnelles sont requises.
Mots-clés: Haricots secs, cuisson difficile, imagerie hyperspectrale, discrimination, qualité.
Technical field: Information Systems Engineering
Citation: Diaz-Contreras, L.M., C. Erkinbaev and J. Paliwal. 2018. Non-destructive and rapid discrimination of hard-to-cook beans using hyperspectral imaging. Canadian Biosystems Engineering/Le génie des biosystèmes au Canada 60: 7.1-7.8.
https://doi.org/10.7451/CBE.2018.60.7.1
Volume: 60
Issue: 1
Start page number: 7.1
End page number: 7.8
Publisher: Canadian Society for Bioengineering / Société Canadienne de Génie Agroalimentaire et de Bioingénierie
Contributor: R. Sri Ranjan
Date: April 15,2019
Publication type:
  • Journal
Type: Text.Article
Format: PDF
Identifier: C18395
Language 1: en
Language 2: fr
Rights: Canadian Society for Bioengineering / Société Canadienne de Génie Agroalimentaire et de Bioingénierie
Located in: Volume 60 (2018)

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