Intelligent optical fiber probe for rapid beer quality assessment

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O problema

A avaliação tradicional da qualidade da cerveja é frequentemente um processo demorado, trabalhoso e destrutivo. No contexto da Indústria 4.0, há uma necessidade crescente de métodos de avaliação de qualidade mais eficientes e em tempo real. As tecnologias existentes muitas vezes se concentram em parâmetros específicos, como teor de álcool ou detecção de toxinas, sem fornecer uma visão abrangente da qualidade da cerveja. Neste trabalho focamos em obter uma avaliação rápida e direta, simplesmente dizendo se a amostra sendo fabricada está em conformidade com o padrão ou não.

Abordagem utilizada

Para isto, desenvolvemos uma nova sonda de fibra óptica para avaliação da qualidade da cerveja, processada por algoritmo de clusterização, em tempo real. A sonda é baseada em um interferômetro Mach-Zehnder modal (MZI) que incorpora um par de grades de longo período (LPG). O MZI é um dispositivo altamente sensível capaz de medir as propriedades ópticas das amostras de cerveja para identificar suas marcas e lotes. A abordagem proposta utiliza um único sensor de fibra para avaliar a conformidade da marca e determinar se uma amostra é semelhante a outras amostras da mesma marca. A clusterização é utilizada para agrupar automaticamente dados não rotulados e identificar amostras não conformes com base em seu desvio dos clusters de marca estabelecidos pelos dados históricos.

Resultados

Este estudo revela a eficácia do sensor MZI em separar distintas marcas de cerveja, demonstrando que lotes da mesma marca tendem a apresentar características semelhantes e, portanto, são agrupados próximos uns dos outros. A análise estatística, utilizando a distância de Jeffries-Matusita, corroborou a habilidade do sensor em diferenciar lotes e marcas, confirmando a maior similaridade entre lotes da mesma marca e a distinção clara entre marcas diferentes. Além disso, o sensor identificou discrepâncias em um dos lotes, o que pode indicar um problema de qualidade. Essa detecção demonstra a notável sensibilidade do sistema em captar até mesmo pequenas variações nas amostras.

Perspectivas

Esta tecnologia oferece uma solução não destrutiva, em tempo real e de baixo custo para o monitoramento da qualidade da cerveja, alinhada com os princípios da Indústria 4.0. A capacidade do sensor de identificar não conformidades em tempo real tem o potencial de reduzir perdas de produção e melhorar a eficiência do controle de qualidade na indústria cervejeira. Pesquisas futuras podem se concentrar na expansão da aplicação do sensor para outros produtos alimentícios e no desenvolvimento de métodos ainda mais avançados de análise de dados.

Citação recomendada: Felipe Barino, João Calderano, Renato Filho, Alexandre Santos, "Intelligent optical fiber probe for rapid beer quality assessment." Journal of Food Engineering, 2025.