Imaging iperspettrale nel visibile e nel vicino infrarosso (Vis-NIR) per il monitoraggio dello stato di conservazione del prosciutto cotto confezionato

This thesis investigated the possibility of using visible and near-infrared hyperspectral imaging (Vis-NIR HSI, 400–900 nm) for the non-destructive monitoring of the preservation status of sliced cooked ham packaged in plastic trays. A total of 50 samples from two different production batches were studied. Twenty-five samples were subjected to controlled packaging damage by perforation, while the remaining 25 were kept as controls. All samples were stored at 4 °C and monitored for 17 days through hyperspectral image acquisition. In the first stage, the data were analyzed using Principal Component Analysis (PCA) to observe the main changes occurring in the samples during storage. Two different approaches for handling the hyperspectral data were then compared: the use of the mean spectrum of each image and the random sampling of 500 spectra per image. The resulting data were used to develop classification models based on Partial Least Squares Discriminant Analysis (PLS-DA), testing different spectral preprocessing methods to identify the most suitable ones for distinguishing control samples from those with damaged packaging. Finally, the developed models were applied to the complete images, generating pixel-level classification maps that allowed the spatial distribution of alterations associated with product deterioration to be visualized. The developed models showed good classification performance, allowing samples with damaged packaging to be distinguished from control samples during the early stages of storage, when the alterations were not yet visible to the naked eye. Overall, the results highlight the potential of Vis-NIR hyperspectral imaging, combined with chemometric methods, as a possible rapid and non-destructive tool for quality control and monitoring the preservation status of packaged meat products.

Il presente lavoro di tesi ha analizzato la possibilità di utilizzare l’imaging iperspettrale nel visibile e vicino infrarosso (Vis-NIR HSI, 400–900 nm) per monitorare in modo non distruttivo lo stato di conservazione del prosciutto cotto affettato confezionato in vaschette di plastica. Sono stati studiati 50 campioni appartenenti a due diversi lotti di produzione: 25 campioni sono stati sottoposti a un danneggiamento controllato dell’imballaggio mediante perforazione, mentre gli altri 25 sono stati mantenuti come controllo. Tutti i campioni sono stati conservati a 4 °C e monitorati per 17 giorni attraverso l’acquisizione di immagini iperspettrali. In una prima fase, i dati sono stati analizzati mediante Principal Component Analysis (PCA), con l’obiettivo di osservare le principali variazioni dei campioni durante la conservazione. Sono stati poi confrontati due diversi approcci per la gestione dei dati iperspettrali: l’utilizzo dello spettro medio di ciascuna immagine e il campionamento casuale di 500 spettri per immagine. I dati ottenuti sono stati utilizzati per sviluppare modelli di classificazione mediante Partial Least Squares Discriminant Analysis (PLS-DA), testando diversi pretrattamenti spettrali per individuare quelli più adatti a distinguere i campioni di controllo da quelli con packaging danneggiato. I modelli sono stati infine applicati alle immagini complete, ottenendo mappe di classificazione a livello di pixel che hanno permesso di visualizzare la distribuzione delle alterazioni associate al deterioramento del prodotto. I modelli sviluppati hanno mostrato buone capacità di classificazione, permettendo di distinguere i campioni con packaging danneggiato dai campioni di controllo già nelle prime fasi della conservazione, quando le alterazioni non erano ancora visibili a occhio nudo. I risultati ottenuti mostrano quindi il potenziale dell’imaging iperspettrale Vis-NIR, combinato con metodi chemiometrici, come possibile strumento rapido e non distruttivo per il controllo della qualità e il monitoraggio dello stato di conservazione dei prodotti carnei confezionati.