CARACTERIZAÇÃO DA TRANSMISSÃO DA LUZ LASER EM SEMENTE DE FEIJÃO (Phaseolus vulgaris L.)

(1)

Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, v.4, n.2, p.119-125, 2002 ₁₁₉

CARACTERIZAÇÃO DA TRANSMISSÃO DA LUZ LASER EM SEMENTE DE FEIJÃO (Phaseolus vulgaris L.)

Monica Fabiana Bento Moreira1, Roberto A. Braga Júnior2, Flávio Meira Borém2, Hector Jorge Rabal3, Giovanni F. Rabelo2, Inácio M. DAL Fabbro4,

Marcelo Ricardo Trivi3, R. Arizaga3.

RESUMO

O laser e os fenômenos ópticos apresentam grande potencial de aplicação em análise de sementes. O fenômeno é conhecido como Speckle Dinâmico. Propõe-se de forma análoga ao Teste do Tetrazólio, a identificação de áreas na semente com diferentes níveis de atividade metabólica. Este trabalho investigou a transmissão da luz laser através da semente de feijão (Phaseolus vulgaris L.), com o objetivo de conhecer a profundidade alcançada pela luz no tecido dos cotilédones e interação com o teor de água do material biológico. Foram iluminadas 5 sementes cortadas em 3 espessuras diferentes (1mm, 2mm, e 4mm) e 2 níveis de umidade (9,5% e 23,5% b.u.). As imagens foram coletadas por câmara CCD (“charge couple device”) e analisadas por um programa de tratamento de imagem após a iluminação das sementes. Os resultados apresentam os efeitos da espessura da semente, umidade, bem como da interação (espessura versus umidade). Observa-se que para níveis mais altos de umidade, a transmissão é maior, isto porque a quantidade de água facilita a penetração de luz. Estes resultados são fundamentais para o desenvolvimento da técnica Speckle Dinâmico para aplicação em análise de sementes.

Palavras Chave: feijão, transmissão, umidade, speckle dinâmico.

CHARACTERIZATION OF THE LASER'S LIGHT TRANSMISSION IN BEAN SEED (Phaseolus vulgaris L.)

ABSTRACT

Laser light and some optical phenomena present a great potencial of application in analysis of seeds. The dynamic speckle is a phenomena that occurs mainly when laser light reaches the biological material. Nowadays, the tetrazolium test is the most important way of evaluating the viability of seeds. This work has investigated the transmission of laser light through the seed (Phaseolus vulgaris L.) in order to determine the depth which is reached by the laser light in the cotyledons tissue and its interaction with the water content. The experimental procedure consist basically of iluminating 5 cut seeds with 3 different thickness (1mm, 2mm and 4mm) and 2 humidity levels (9.5% and 23.5% b.u.). The images were collected by a CCD camera and analyzed by a digital image processing. It has been observed that, the transmission is larger for great tenor of humidity, in order words, the amount of water allows the penetration of laser light in a very easy way. These results are very important for the interpretation of the biospeckle phenomena and for its modeling. Then, it will be possible to use this phenomena as a mean of evaluating the viability of seeds.

Keywords: bean, transmission, humidity, dynamic speckle. _______________________

1. Aluna de Engenharia Agrícola - UFLA, bolsista de Iniciação Científica Fapemig 2. Professor Dr. Adjunto do Departamento de Engenharia da UFLA

3. Físico, Dr. Pesquisador do Centro de Investigações Öpticas de La Plata Argentina 4. Professor Dr. Unicamp

(2)

Caracterização da Transmissão da luz Laser em semente de feijão (Phaseolus vulgaris L.), Moreira et al.

120

INTRODUÇÃO

O laser tem se apresentado como uma

ferramenta aplicável ao monitoramento de

atividade biológica, graças às características especiais da luz emitida, associadas a fenômenos ópticos que permitem uma série de aplicações. As aplicações na área biológica têm se tornado cada vez mais pesquisadas, e, na área de sementes, o laser e os fenômenos observados apresentam-se como uma potencial ferramenta para analisar o vigor e a viabilidade.

Os atuais testes para análise de vigor e viabilidade de sementes têm um desafio que, segundo Marcos Filho (1999), é a capacidade de, em apenas um teste, indicar o desempenho da semente, baseando-se nas distintas características avaliadas por eles. Existem muitos testes para a análise do vigor e da viabilidade de sementes, entre eles um dos mais utilizados é o teste de tetrazólio.

O Speckle Dinâmico apresenta-se como um teste similar ao tetrazólio, cujo objetivo é identificar áreas com possíveis danos, avaliando sua severidade, em função de sua extensão e localização. O Teste de Tetrazólio é considerado um dos mais rápidos, no momento, para esse tipo de análise, sendo que muitas pesquisas têm sido desenvolvidas para sua melhoria, como apontou Hampton (1996), uma vez que esse ainda está distante do que se desejaria como ideal. O teste apresenta por exemplo, subjetividade de análise, necessitando, também, de pessoal especializado. Nesse sentido, trabalhos como o de Neurohr (1991) buscaram correlacionar a emissão de luz em sementes ("delayed light emission") com aspectos de qualidade, e têm sido propostos, objetivando, neste caso especial, a realização de um teste não-destrutivo. Como o próprio autor evidenciou, ainda é muito cedo para qualquer conclusão. Segundo Hampton (1996), o mais importante é a busca constante por melhorias dos testes atuais ou por novas técnicas. Uma outra proposta de melhoria do teste do tetrazólio foi feita por Howarth e Stanwood (1993) no sentido de viabilizar a substituição humana na análise dos resultados, o que seria feito por um processamento de imagem da semente já devidamente colorida pelo tetrazólio. Nesse caso, o autor não propõe a análise por um mapeamento das áreas, e, sim, uma razão da área viva pela área total. Essa proposta reflete um grande passo no sentido da adoção de técnicas, como as da visão artificial e inteligência artificial, porém com grandes limitações.

A técnica conhecida como Specke Dinâmico baseia-se na utilização do laser e fenômenos ópticos, com o tratamento de imagens com o intuito de identificar características da semente

baseadas na sua bio-atividade. Segundo Braga Jr (2000), o Speckle Dinâmico caracteriza-se como o resultado da iluminação de um objeto pela luz laser, sendo que o termo dinâmico expressa o nível de mudança da figura de interferência (speckle) formada pela iluminação ao longo do tempo.

De acordo com Bergkvist (1997), citado por Rabelo (2000), se a luz polarizada for utilizada, ela perderá sua polarização a uma taxa exponen-cial, conforme ela vai penetrando no tecido. Quase toda a luz que é refletida para trás, mantendo a mesma polarização da luz incidente, vem da reflexão superficial (Xu et al, 1995). A absorção da luz segundo a Lei de Lambert e Beer afirma que a fração de luz absorvida, ignorando a luz perdida, devido às reflexões e dissipações, é uma função da concentração da substância (seções absorventes) na trajetória da luz e da amostra, estabelecendo uma proporcionalidade entre a quantidade de radiação monocromática incidente e a quantidade de radiação que é absorvida em um determinado caminho da luz, que pode ser observado na equação abaixo:

T=exp(-C d) onde:

T = Transmitância da luz, determinado em óptica com sendo:

T = It/Io

onde:

It = Intensidade da luz que incide no material

(feijão)

Io = Intensidade da luz sem material.

C = constante que depende do material, d = espessura da amostra.

Rabal el al. ( 1998 ) apresentaram a técnica do Bio-Speckle como sendo o Speckle Dinâmico observado em materiais biológicos, os autores relatam que, com essa técnica, foi possível determinar diferentes níveis de atividade entre tecidos vivos (embrião) e mortos (endosperma) de sementes de milho.

Segundo Braga Jr (2000) a umidade da semente afeta o nível de mudança da figura de interferência, devendo, portanto, ser estudada de forma a definir o nível ideal para a adoção da metodologia do bio-speckle. Neste sentido, este trabalho procurou caracterizar, a transmissão do laser, através da semente de feijão (Phaseolus

vulgaris L.), buscando conhecer a profundidade de

penetração da mesma, e, conseqüentemente, sua interação com o tecido da semente, em níveis de umidade diferentes.

(3)

Caracterização da Transmissão da luz Laser em semente de feijão (Phaseolus vulgaris L.), Moreira et al. ₁₂₁ MATERIAL E MÉTODOS

Este trabalho foi desenvolvido no

Departamento de Solos, Departamento de

Engenharia Florestal e Departamento de

Engenharia da Universidade Federal de Lavras, Lavras - MG. O experimento utilizou um laser de 628nm, lupa de aumento de 10 vezes, e um sistema

de aquisição digital de imagem, composto de uma câmara CCD ("charge couple device"), software para tratamento de imagem ( Image Pro Plus) e microcomputador, como mostrado esquemati-camente na Figura 1.

Figura 1. Esquema básico do aparato experimental utilizado

Foram iluminadas sementes de feijão (Phaseolus vulgaris L.) cortadas em 3 espessuras diferentes, aproximadamente 1mm, 2mm e 4mm, respectivamente, utilizando 2 níveis de teor de água, 9.5%b.u. e 23.5%b.u com repetição de 5 sementes para cada combinação. As sementes, inicialmente, com umidade igual 13% b.u., foram umedecidas em papel de germinação por 16 horas. A umidade do lote de semente foi determinada antes do umedecimento, bem como as amostras pesadas e acondicionadas em saco plástico. Após o umedecimento, obteve-se o nível de umidade de 25% b.u., obtido após pesagem. Em seguida, parte do material umedecido foi pesado e secado em estufa, a 35 graus Celcius, com circulação de ar forçado, controlando-se a perda de peso e, assim, obtendo o nível de umidade de 9.5% b.u. Para a iluminação, a semente foi colocada sobre um anteparo com um pequeno orifício, visando a eliminar o efeito da fonte do laser na câmera.

Os dados foram obtidos, através do software, coletando-se a média da intensidade de cinza numa linha central, como pode ser visto esquematicamente na Figura 2.

Figura 2. Imagem de luz laser após atravessar

a semente.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A análise de variância apresenta uma significância a nível de 5% para os tratamentos espessura, umidade e espessura versus umidade, o que pode ser observado na Tabela 1.

(4)

122

Tabela 1 – Análise de Variância

Fonte de Variação Graus de Liberdade Quadrado Médio

Espessura 2 50.350,48* Umidade 1 2.352,03* Espessura X Umidade 2 1.834,84* Erro 24 386,96 Total corrigido 29 CV(%) = 19,05 Média Geral: 103,25 Número de Observações: 30

Significativo ao nível de 5% de probabilidade

Na análise dos desdobramentos, verificados o grau de influência de cada um dos tratamentos no nível de significância, e podem observar que o desdobramento de Espessura dentro de cada nível de Umidade evidencia uma significância abaixo de 1%. Por outro lado, o desdobramento de Umidade dentro de cada nível de Espessura, evidencia que,

apenas, para a menor espessura (1mm), o efeito da umidade é significativo, abaixo de 1%, e que para as outras espessuras ( 2 e 4 mm ), a significância fica acima de 5%. Estes resultados podem ser observados nas Análises de Variância das Tabelas 2 e 3.

Tabela 2 . Análise de Variância – Desdobramento de Espessura dentro de Umidade

Espessura /1 2 16.499,43**

Espessura /2 2 35.685,89**

Resíduo 24 386,96

1 = Umidade 9,5% b.u. 2 = Umidade 23,5% b.u.

** Significativo ao nível de 1% de probabilidade.

Tabela 3 . Análise de Variância – Desdobramento de Umidade dentro de Espessura

Umidade /1 1 5.985,08** Umidade /2 1 36,26 n.s. Umidade /3 1 0,37 n.s. Resíduo 24 386,96 1 = Espessura de 1mm 2 = Espessura de 2mm 3 = Espessura de 4mm

** Significativo ao nível de 1% de probabilidade. n.s. Não significativo

Os resultados gráficos deste experimento são apresentados nas Figuras 3, 4 e 5, onde se pode observar a transmissão em função da espessura, para de 1mm, 2mm e 4mm,

respectivamente, para um mesmo nível de umidade (9,5% b.u.).

(5)

Caracterização da Transmissão da luz Laser em semente de feijão (Phaseolus vulgaris L.), Moreira et al. ₁₂₃

Figura 3. Intensidade da luz percebida após atravessar uma lâmina de semente de 1mm.

Outra observação pode ser tomada com base nas Figuras 6 e 7. Para uma mesma espessura de lâmina de semente, observa-se que o nível de umidade (9,5% e 23,5%) influência na transmissão da luz laser, ou seja, para a umidade de 9,5% b.u.

a transmissão da luz é menor. Isto se deve ao fato da quantidade de água na semente aumentar (dilatar) o volume da célula, permitindo que a luz laser atravesse com mais facilidade.

0 50 100 150 200 0 50 100

Linha Central da Imagem

N ív e l d e C in z a 0 50 100 150 200 0 50 100

N ív e l d e C in z a

(6)

124

Figura 6. Intensidade da luz percebida após atravessar 1mm de lâmina de semente a 9,5% de

umidade b.u.

Figura 7. Intensidade da luz percebida após atravessar 1mm de lâmina de semente a 23,5%

de umidade b.u.

Com os dados obtidos, pode-se verificar a tendência que a luz possui ao atravessar a semente de feijão em função da espessura do cotilédone e umidade da semente. A intensidade é maior, quanto maior for a umidade e menor for a espessura da semente.

O Gráfico 1 mostra esta tendência, que está de acordo com a Lei de Lambert e Beer, uma vez que apresenta um decréscimo da intensidade de forma exponencial.

0 40 80 120 160 200 0,5 2,5 4,5 Espessura do Cotilêdone N ív e l d e C in z a 9,5% b.u. 23,5% b.u.

Gráfico 1. Linhas de tendência da transmissão da luz em função da espessura do cotilédone e

umidade da semente. 0 50 100 150 200 0 50 100 150

N ív e l d e C in z a 0 50 100 150 200 0 50 100 150

N ív e l d e C in z a

(7)

Caracterização da Transmissão da luz Laser em semente de feijão (Phaseolus vulgaris L.), Moreira et al. ₁₂₅

Os resultados obtidos são promissores, dando subsídios para o andamento das pesquisas no sentido de estabelecer uma equação que represente a penetração da luz laser pela semente. Porém com o limitado número de pontos foi impossível estabelecer uma equação. Os novos experimentos deverão viabilizar uma metodologia que permita mais pontos no que se refere à umidade e espessura, o que foi um grande limitante deste trabalho.

CONCLUSÃO

Com os resultados obtidos neste trabalho, pode-se evidenciar que a luz laser penetra pela semente, reduzindo sua penetração até 4mm de espessura, variando sua transmissão de acordo com a profundidade e com a umidade da semente. Os próximos passos serão os da quantificação desta penetração e estabelecimento de equação que rege tal fenômeno, permitindo maior controle nos experimentos para interpretar os resultados de metrologia laser em sementes.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Braga Jr., R.A. et al Seeds characterization by dynamic speckle patterns: a proposal. In:

Environmental and Industrial Sensing

Conference, 2000, Boston. Anais...Boston: SPIE, 2000, 1 CD Rom.

Braga Jr., R.A. Bio-Speckle: Uma contribuição

para o desenvolvimento de uma tecnologia aplicada à análise de sementes. Campinas:

UNICAMP/FEAGRI, 2000. 126p. (Tese de Doutorado).

Hampton, J. G et al. Quality seed – from production to evaluation. Seed Science &

Technology , v.24, p393-407,1996.

Howarth, M.S. Stanwood, P.C. Tetrazolium staining viability seed test using color image processing. Transactions of the ASAE, v.36, p 1937-1940, 1993.

Marcos Filho, J. Testes de Vigor: Importância e Utilização. In: Krzyzanowski, F. C., Vieira, R. D., França Neto, J. B. Vigor de sementes:

conceitos e testes ABRATES, 1999;

Neurohr, R. et al. Photon Emission-A new

method for scanning the quality of Food.

Deutsche Lebensmittel - Rundschau, 78-82, mar 1991;

Rabal, H.J.; Trivi, M. R.; Dal Fabbro, I. M.; Braga Jr., R. A. Laser na Agricultura, Automação e Instrumentação In: Congresso Brasileiro de Engenharia Agrícola, 27, 1998, Poços de Caldas, Anais... Lavras: SBEA, 1998. p. 151-83.

Rabelo, G. F. Avaliação da aplicação do Speckle

Dinâmico no Monitoramento da qualidade da laranja. Campinas: UNICAMP/FEAGRI,

2000, 149p. (Tese de doutorado).

Xu, S, Joenathan, C, Khorana, B. M. Temporal

and spatial properties of the time-varying specles of botanical specimens. Optical

(8)

126

UNIVERSIDADE FEDERAL DE CAMPINA GRANDE

PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E PÓS-GRADUAÇÃO CENTRO DE CIÊNCIAS E TECNOLOGIA

COORDENAÇÃO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AGRÍCOLA Centro de Ciências _{e Tecnologia}

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA AGRÍCOLA CAMPINA GRANDE – PB

MESTRADO

Reconhecido pela CAPES – Conceito 5 ÁREAS DE CONCENTRAÇÃO

IRRIGAÇÃO E DRENAGEM Linhas de Pesquisa

Manejo de Solo, Água, Planta Salinidade

Engenharia de Irrigação e Drenagem Sensoriamento Remoto

Planejamento de Áreas Irrigadas

PROCESSAMENTO E ARMAZENAMENTO DE PRODUTOS AGRÍCOLAS Linhas de Pesquisa

Armazenagem de Produtos Agrícolas Processamento de Produtos Agrícolas Crioconservação de Produtos Agrícolas Propriedades Físicas de Materiais Biológicos Tecnologia Pós-Colheita

CONSTRUÇÕES RURAIS E AMBIÊNCIA Linhas de Pesquisa

Construções de Silos

Materiais Convencionais e Não-convencionais em Construções Rurais Madeira e Estrutura de Madeira

Conforto Térmico de Instalações para Animais e Vegetais

INSCRIÇÕES

Documentos exigidos:

Formulário de inscrição fornecido pela COPEAG, acompanhado de 2 fotos 3x4 Currículum Vitae, com cópia dos documentos comprobatórios

Cópia autenticada do diploma de graduação ou documento equivalente Histórico escolar da graduação

Documento militar, cédula de identidade e título de eleitor 2 cartas de recomendação (modelo fornecido pela COPEAG)

Declaração da IES de origem, atestando a inclusão do candidato no Programa Institucional de Capacitação Docente e Técnico (PICDT-CAPES), se for o caso

Declaração da empresa ou órgão público de origem, atestando a liberação do candidato por tempo integral, com ou sem recebimento de remuneração, se for o caso

Períodos de Inscrição:

Maio para início do Curso em Setembro Setembro para início do Curso em Março

Endereço:

COPEAG – Coordenação de Pós-Graduação em Engenharia Agrícola Av. Aprígio Veloso, 882, Bloco CM, 1o. Andar, C.P. 10087, Bodocongó CEP 58.109-970, Campina Grande, PB

Fone: (0xx83) 310.1055, Fax: (0xx83) 310.1185

(9)

This document was created with Win2PDF available at http://www.daneprairie.com.