Prosjektnummer
901614
Kommersiell kveisdeteksjon på hvitfisk
Utviklet teknologi for automatisk påvisning av synlig kveis i filet, flekket fisk og saltfisk/klippfisk av fryst/tint og fersk hvitfisk
• Modell for kveisdeteksjon i torskefileter (bukstykker og spord) er utviklet og testet i sanntid/industriell hastighet på et kommersielt produkt – Maritech Eye.
• Industriell integrasjon / automatisk sortering er tilgjengelig for et bredt spekter av utstyr som industrien anvender i dag (grader/droppbånd etc.)
• Det forventes å være høy biologisk variasjon av kveis i villfanget torsk fremover, og ved å scanne store mengder filetdata som kombineres med fangstdata vil dette kunne utløse muligheter for ny innsikt om fenomenet.
• For videre anvendelse på helfilet og eventuelt andre fiskeslag bør flere strukturerte referanseanalyser gjennomføres.
• Automatisk/maskinell fjerning av kveis fremstår som en krevende utviklingsoppgave som eventuelt må adresseres i egne fremtidige prosjekt. Industriell effekt ved automatisk trimming og kostnadsbesparelse for å eliminere inspeksjonsbehovet fremstår imidlertid som et attraktivt verdiforslag.
Sammendrag av resultater fra prosjektets faglige sluttrapport
Kveis i fiskeprodukter er et estetisk problem. Påvisning av kveis i fiskekjøtt har vært og er fortsatt en stor utfordring innenfor norsk fiskerinæring. Dette gjøres i dag som regel manuelt av personer som legger typisk en hvitfiskfilet på et lysbord. I de siste årene har dette aktualisert seg gjennom problemer med eksport av norske salt- og klippfiskprodukter til Brasil. Synlig kveis blir ikke akseptert. Dette utgjør en stor utfordring for næringen, både for saltfisk-, klippfisk- og filetprodusenter. Det er av stor betydning å kunne tilby kveisfrie produkter for å sikre trygg markedstilgang og unngå reklamasjoner. Ideelt sett skulle kveisen kunne påvises allerede i sløyd fisk, men dette er en større utfordring enn påvisning av synlig kveis i filet, flekket fisk, saltfisk og klippfisk. For å utvikle en løsning for sløyd fisk kreves en større innsats og mer utviklingsmidler for å komme i mål enn det som kan søkes om nå. Derfor ble sløyd fisk utelatt fra dette prosjektet.
Kveis i fiskeprodukter er et estetisk problem. Påvisning av kveis i fiskekjøtt har vært og er fortsatt en stor utfordring innenfor norsk fiskerinæring. Dette gjøres i dag som regel manuelt av personer som legger typisk en hvitfiskfilet på et lysbord. I de siste årene har dette aktualisert seg gjennom problemer med eksport av norske salt- og klippfiskprodukter til Brasil. Synlig kveis blir ikke akseptert. Dette utgjør en stor utfordring for næringen, både for saltfisk-, klippfisk- og filetprodusenter. Det er av stor betydning å kunne tilby kveisfrie produkter for å sikre trygg markedstilgang og unngå reklamasjoner. Ideelt sett skulle kveisen kunne påvises allerede i sløyd fisk, men dette er en større utfordring enn påvisning av synlig kveis i filet, flekket fisk, saltfisk og klippfisk. For å utvikle en løsning for sløyd fisk kreves en større innsats og mer utviklingsmidler for å komme i mål enn det som kan søkes om nå. Derfor ble sløyd fisk utelatt fra dette prosjektet.
Utvikling av teknologi for påvisning av kveis har pågått over mange år. I 2010 ble det gjennomført en industritest med bruk av hyperspektral avbildning (HSI) for påvisning av kveis “Automatisk påvisning av kveis med spektroskopi i filetlinje for hvitfisk: Dokumentasjon gjennom industritest” (FHF-900419). I en videreføring av dette arbeidet ble det i prosjektet “Automatic quality control of internal defects in codfish fillets (QCod)” (FHF-901246) jobbet med både HSI, fluorescens og røntgen for påvisning av kveis (Heia et al., 2017). I disse prosjektene har krav til påvisning vært målt opp mot all kveis i hvitfiskfileten, både synlig og ikke synlig kveis. Dette har vist seg vanskelig å få til med tilstrekkelig deteksjonsrate. I forsøket på å nærme seg ønsket deteksjonsrate har også antall falske positive blitt for høyt.
Fokuset i dette prosjektet har vært på sikker deteksjon av synlige kveis. Tilnærmingen har vært å ta utgangspunkt i det som foregår av manuelle inspeksjoner av råstoffet på filetlinjen, og se på hvordan disse inspeksjonene kan automatiseres. Det er en styrke for prosjektresultatenes relevans og overførbarhet at all data og modeller er tatt opp, testet og verifisert i en fullskala filetproduksjon. Gjennom tre fabrikkbesøk i Portugal har det fra desember 2021 til juni 2022 blitt utviklet og demonstrert en sanntidsanalyse som fungerer med høy presisjon til deteksjon av kveis i skinnfrie buk- og halestykker på torsk. Det er god grunn til å anta at disse resultatene er anvendbare med noe tilpasning til helfilet, som er et naturlig utgangspunkt for kontroll av produkter som foredles videre til fersk, fryst eller saltfiskprodukter.
Teknologien som er utviklet kan detektere synlig kveis i torskefilet, og kan integreres med automatisk sortering. Dermed kan industrien garantere produkter uten synlig kveis, mens fileter med noe synlig kveis kan gå videre til trimming. Løsningen kan bidra til økt produksjonseffektivitet og gi positive HMS-bidrag.
Det er et ønske fra hvitfisknæringen om å utvikle teknologi for automatisk fjerning av kveis, og utvikling av en nøyaktig metode for detektering av kveis er et viktig grunnlag for en slik løsning. FHF har utlyst inntil 4 millioner kr for å utvikle løsninger for automatisk fjerning av synlig kveis i torskefilet med søknadsfrist 20.06.2023. Automatisk fjerning av kveis er teknologisk utfordrende, og målet er å teste ulike konsepter før man eventuelt går videre med et prosjekt for utvikling av kommersielle løsninger.
-
Sluttrapport: Kommersiell kveisdeteksjon på hvitfisk
Maritech AS. Rapport. 31. januar 2023. Av Per Alfred Nordaune Holte (Maritech AS), Karsten Heia (Nofima) og Nils Petter Farstad (Maritech AS).
Påvisning av kveis i fiskekjøtt har vært og er fortsatt en stor utfordring innenfor norsk fiskerinæring. I de siste årene har dette aktualisert seg gjennom problemer med innførsel av norske salt- og klippfiskprodukter til Brasil. Synlig kveis blir ikke akseptert. Dette utgjør en stor utfordring for næringen, både for saltfisk-, klippfisk- og filetprodusenter. Ideelt sett skulle kveisen kunne påvises allerede i sløyd fisk, men dette er en større utfordring enn påvisning av synlig kveis i filet, flekket fisk, saltfisk og klippfisk. For å utvikle en løsning for sløyd fisk kreves en større innsats og mer utviklingsarbeid utover dette prosjektet.
Utvikling av teknologi for påvisning av kveis har pågått over mange år. I 2010 ble det gjennomført en industritest med bruk av hyperspektral avbildning (HSI) for påvisning av kveis, jf. prosjektet “Automatisk påvisning av kveis med spektroskopi i filetlinje for hvitfisk: Dokumentasjon gjennom industritest” (FHF-900419). I en videreføring av dette arbeidet ble det i prosjektet “Automatic quality control of internal defects in codfish fillets (QCod)” (FHF-901246) jobbet med både HSI, fluorescens og røntgen for påvisning av kveis (Nofima Report 28/2017). I disse prosjektene har krav til påvisning vært målt opp mot all kveis i fisken, både synlig og ikke synlig kveis. Dette har vist seg vanskelig å få til med tilstrekkelig deteksjonsrate. I forsøket på å nærme seg ønsket deteksjonsrate har også antall falskt positive blitt for høyt.
Når kun synlige kveis skal påvises vil dette kunne forenkle løsningen. Det er vanskelig å forutsi hvorvidt et krav om bare påvisning av synlige kveis vil øke deteksjonsraten tilstrekkelig til å nå kravet om 98 % påvisning basert på én teknikk alene, f.eks. HSI. Fluorescens ble tidligere avskrevet fordi den kun fokuserer på overflaten, men kan her utgjøre et godt supplement for påvisning av synlig kveis. To ulike eksitasjonsbølgelengder ble testet i forrige runde. Ved å gå videre med denne teknologien vil det gjennomføres karakterisering av fluorescensegenskaper for fiskekjøtt og kveis for å avdekke optimal eksitasjonsbølgelengde. Gjennom å kombinere HSI og fluorescens, og eventuelt bruke 3D-profilering, vil det jobbes for å utvikle en komplett løsning som kan nå 98 %-målet uten at antall falskt positive blir for høyt.
Maritech jobber primo 2020 med å kommersialisere bruk av HSI for avbildning av rund hvitfisk for blodanalyse (jf. prosjektet “Kvalitetsmåling på hvitfisk gjennom analyse av spektrale bilder i sanntid (KVASS)” (FHF-901489)) og for blod og melaninanalyse på rødfiskfilet (jf. prosjektet “Fra lys ide til kommersiell kvalitetsmåling i laksenæringen (KvalLaks)”, Norges forskningsråds prosjektnummer 296338). I dette oppsettet er det siste og beste (“state-of-the-art”) innen instrumentering benyttet både for belysning og avbildning. I KVASS-prosjektet med Maritech, Nofima, Norsk Elektro Optikk (NEO), Lerøy Norway Seafoods og Havfisk er det utviklet en industriversjon av HSI som er mer sensitiv og kan operere på høy hastighet (opptil 2 m/s). Videre arbeides det med å erstatte dagens belysningsløsning med en kraftigere versjon. Samlet gir disse utviklingene potensial for bedre signaler å analysere på for kveisdeteksjon.
Hovedmål
Å videreutvikle hyperspektral avbildning og fluorescens for automatisk påvisning av synlig kveis i filet, flekket fisk og saltfisk/klippfisk av fryst/tint og fersk hvitfisk.
Delmål
Å videreutvikle hyperspektral avbildning og fluorescens for automatisk påvisning av synlig kveis i filet, flekket fisk og saltfisk/klippfisk av fryst/tint og fersk hvitfisk.
Delmål
• Å utarbeide en omforent kravspesifikasjon. Hva skal defineres som en synlig kveis som skal påvises med utviklet teknologi?
• Å optimalisere fluorescensavbildning for påvisning av kveis. Dvs. å finne den optimale eksitasjonsbølgelengden for å skille kveis fra fiskekjøtt.
• Å utvikle algoritmer for deteksjon av synlig kveis basert på HSI.
• Å kombinere HSI og fluorescens for økt deteksjonsrate og lavest mulig falskt positiv-rate.
• Å lage en kommersiell prototype for måling, kveisanalyse og styring av grader.
• Å optimalisere fluorescensavbildning for påvisning av kveis. Dvs. å finne den optimale eksitasjonsbølgelengden for å skille kveis fra fiskekjøtt.
• Å utvikle algoritmer for deteksjon av synlig kveis basert på HSI.
• Å kombinere HSI og fluorescens for økt deteksjonsrate og lavest mulig falskt positiv-rate.
• Å lage en kommersiell prototype for måling, kveisanalyse og styring av grader.
For produsentene er det svært nyttig å kunne sikre at produkter er kveis-/nematode-frie. Bransjen ser et behov for å detektere slike på en måte som medfører mulighet for maskinell fjerning. Det er en ikke ubetydelig kostnad forbundet med kveis/nematoder med bakgrunn i reklamasjonskostnader og dårligere effektivitet.
Hvorvidt kunder er villig til å betale ekstra for et eventuelt garantert kveisfritt produkt, vites ikke, men bransjen vil definitivt kunne gjenopprette en del av tillitten til noen av markedene som nærmest er “allergisk” overfor dette. Økt effektivitet vil også være en fordel ved sikker deteksjon. Det er helt avgjørende med en slik deteksjon som overfører data – for å kunne nyttiggjøre automatisk/maskinell fjerning av slikt.
Kveis/nematoder er i utgangspunktet en visuell motbydelig skapning som medfører en aversjon mot å innta fiskeproduktet, i tillegg kan den være helseskadelig om den ikke varme-/frysebehandles tilstrekkelig. Man kan altså ikke konsumere rå produkter med fare for kveis/nematoder.
Fremtiden er automatisering i industrien, og skal dette lykkes trenger man sikker deteksjon og avbildning med trimming/maskinell fjerning. Fjerning og leting etter kveis medfører en ekstra belastning i produksjon, man må ofte håndtere kniven i andre posisjoner enn det man normalt gjør, når man skal fjerne kveis/nematoder som ligger inne i fileten. All unormal håndtering og arbeid med kniv medfører større fare for uhell med kniv i et hektisk miljø. Skader oppstår heldigvis sjelden.
Ved at konsumenten mottar et produkt som er tiltalende vil den i større grad nyttiggjøre seg hele produktet, men en større fortjeneste er at bransjen gjennom sikker deteksjon kan fjerne et mindre område av fileten når denne fjernes manuelt. Om vi får til maskinell fjerning vil kun en meget begrenset del av fileten følge kveis/nematode ved fjerning. Det bidrar til lavere svinn, som er bra for miljøet.
Mengden av kveis, og spesielt synlig kveis, i fiskeprodukter er en viktig faktor i bedømmelse av kvalitet. I henhold til regelverk vil produkter med synlig kveis ikke kunne selges for humant konsum, og dette får store konsekvenser for eksport av fisk og fiskefileter fra Norge. Store eksportører av sjømat får stadige reklamasjoner på grunn av kveis/nematoder funnet i varepartier. Dette har en ikke ubetydelig kostnad. Næringsaktører opplever at det detekteres kveis/nematoder stadig oftere.
Dette medfører et behov for å kunne dokumentere kveisinnholdet i hvitfiskprodukter. Fisk med dokumentert fravær av synlig kveis vil da uproblematisk kunne selges som filet, klippfisk og lignende, mens fisk med noe synlig kveis kan gå videre til trimming, og de verste tilfellene kan benyttes til andre typer produkter. En slik sortering vil bidra til økt produksjonseffektivitet og større lønnsomhet i og med at man har god kontroll på råstoffet når det kommer inn i produksjonen, noe som er et godt utgangpunkt for å kunne utnytte det på best mulig måte. Dette vil også ha en positiv miljøeffekt gjennom mindre svinn i produksjonsprosessen.
Prosjektet tenkes delt opp i tre faser med arbeidspakker (AP-er), hvor fundamentet for fase 2 og 3 må etableres gjennom fase 1. Dette medfører at fase 1 vil bli relativt forskningsfokusert, mens teknologileverandørene vil ha større aktivitet i fase 2 og 3. Lerøy Norway Seafoods vil være en viktig bidragsyter i alle fasene.
Fase 1: Utarbeide kravspesifikasjon og utvikling av produksjonsunderlag
Nofima vil ha et særskilt ansvar for å teste ut HSI og fluorescens for å avdekke potensialet for å kunne utvikle en kommersiell løsning. Norsk Elektro Optikk (NEO), Prediktera og Lerøy Norway Seafoods vil også ha en aktiv rolle i dette arbeidet.
AP 1: Kravspesifikasjon
Ansvarlig: Lerøy Norway Seafoods
Deltagere: Alle deltar
Alle partnere vil delta aktivt i å utarbeide kravspesifikasjon, men et særskilt ansvar ligger på Lerøy Norway Seafoods. Det er viktig å bli enig om hva som ligger i begrepet synlig kveis, med hensyn til størrelse, synlig på lysbord, synlig etter at svarthinne er fjernet, osv. Denne kravspesifikasjonen vil ligge til grunn for utvikling av den teknologiske løsningen og danne grunnlag for å teste hvorvidt den utviklede løsningen er i stand til å påvise 98 % av synlig kveis, slik utlysingen etterspør. For å bidra til å sikre en definisjon av synlig kveis som er i overensstemmelse med markedenes oppfattelse vil Sjømat Norge ved Lone Flyvholm delta i denne arbeidspakken.
AP 2: Videreutvikling av HSI for overflatekveis
Ansvarlig: Nofima
Deltagere: NEO, Prediktera og Lerøy Norway Seafoods
HSI (dvs. synlig og nær-infrarød (VIS/NIR)-spektroskopi) ligger allerede inne i konseptet for blodanalyse av rundfisk, men i dette prosjektet vil også NEO sitt SWIR-kamera testes ut. Mens VIS/NIR opererer i bølgelengdeområdet 485–960 nm, så opererer SWIR-kameraet i området 950–1730 nm. Dette er et område med ikke-synlig lys som kan være interessant å teste for kveis.
AP 3: Utvikle optimalt fluorescens oppsett
Ansvarlig: Nofima
Deltagere: NEO
Hvordan kveis og fiskemuskel fluorescerer avhenger av tilstand (fersk, fryst/tint, prosessert) og hvilket lys som brukes til å eksitere fisken. Ved Nofima i Tromsø vil ulike eksitasjonsbølgelengder testes på fisk og kveis, av ulik tilstand, for å avdekke den optimale eksitasjonsbølgelengden for å kunne skille kveis og fiskekjøtt. Denne aktiviteten vil bli gjennomført med et kommersielt utstyr, (Duetta Fluorescence and Absorbance Spectrometer), hvor det kan lages et fluorescenskart for de ulike kveistypene og for fiskemuskel i ulik tilstand for å bestemme hva slags kameraløsningen er nødvendig for måling av fluorescens.
AP 4: Utvikling av algoritmer for kveisdeteksjon
Ansvarlig: Nofima
Deltagere: NEO, Prediktera og Maritech
Nofima, NEO og Prediktera vil i samarbeid teste ut ulike analysetilnærminger for å teste evne til påvisning av synlig kveis. Analysen vil utvikles separat for HSI og fluorescens, men det er også viktig å se hvordan disse to tilnærmingene kan kombineres for å øke deteksjonsraten og minimalisere falskt positiv-raten. Deteksjonsrate og falskt positiv-rate er viktige parametere for å avgjøre om teknologien er moden for kommersialisering.
Fase 2: Bygging, funksjonstesting og feilretting av prototype
Basert på resultatene fra fase 1 vil det settes sammen en prototype for videre testing. HSI-løsningen kan videreføres direkte fra rundfiskprosjektet, men tilpasninger må gjøres for å inkludere fluorescens og eventuelt 3D-profilering. I denne fasen vil Maritech ha en stor rolle sammen med NEO/Prediktera, men også Lerøy Norway Seafoods og Nofima vil bidra her.
AP 5: Design/bygging av prototype
Ansvarlig: Maritech
Deltakere: Nofima, NEO og Prediktera
Basert på spesifikasjoner fra arbeidspakke 2 og 3 bygges en prototype som vil kunne testes i industrien. Hensikten er å teste måleoppsettet og logge data uten å gjøre analyse i sanntid. Maritech designer et vanntett og hygienisk kabinett, basert på tidligere erfaringer, og samarbeider med Nofima og NEO om montering av optiske komponenter, datamaskin for logging av data, kabler for strøm og kommunikasjon osv.
AP 6: Videreutvikling av programvare for analyse
Ansvarlig: Prediktera
Deltagere: Nofima, Maritech og NEO
Algoritmene utviklet av Nofima må tilpasses og implementeres for kjøring i sanntid, for å danne grunnlag for videre sortering av råstoffet. Dette gjøres i tett samarbeid mellom Nofima og NEO/Prediktera/Maritech. Programvaren utvikles på Prediktera sine systemer.
I tillegg til selve kveisanalysen skal det utvikles statistikkverktøy som gir industribedriften informasjon om samlet kvalitet/tilstand på råstoffet som går gjennom linjen. Dette skal inn i Maritech sin programvare.
AP 7: Testing av Prototype
Ansvarlig: Maritech
Deltagere: Lerøy Norway Seafoods, Nofima og NEO
Utviklet prototype testes hos Lerøy Norway Seafoods. Dette gjøres med NEO sitt hyperspektrale industrikamera satt inn i utviklet prototype/kabinett. Her vil det testes på filet, flekket fisk, saltfisk og klippfisk. I tillegg skal dette testes for ferskt råstoff og fryst/tint råstoff.
Fase 3: Testing i fullskala med feilretting
I fase 3 vil prototypen installeres på en eller flere produksjonslinjer med tilkobling til grader for testing i fullskala. Maritech og NEO/Prediktera vil stå for endelig implementasjon, mens Lerøy Norway Seafoods og Nofima vil delta i testing og dokumentasjon av hvordan løsningen fungerer i fullskala.
AP 8: Feilretting og testing av ny prototype
Ansvarlig: Maritech
Deltagere: Nofima, Lerøy Norway Seafoods og NEO
Estimert kveisnivå vurderes opp mot kravet om deteksjonsrate på 98 % av synlig kveis. Kommunikasjon med eksterne systemer testes basert på tidligere grensesnitt, utviklet i forbindelse med KVASS-prosjektet. Behov for justeringer/re-design i f.eks. brukergrensesnitt eller fysisk utforming av utstyret vurderes, i tillegg til andre praktiske aspekter ved industrielle betingelser.
AP 9: Produksjon av kommersielt produkt
En endelig kommersiell versjon av produktet utvikles, med fokus på hygienisk design av produktet og tilhørende monteringsløsning. Aspekter ved produktet relatert til daglig operasjon og renhold, enkelt vedlikehold, stabilitet av systemet/oppetid, og krav til helse, miljø og sikkerhet (HMS) osv. “finpusses”.
AP 10: Test / lansering av kommersielt produkt
Produktet installeres for testing over lengre tid, og på et stort antall fisk. Kvalitetsansvarlig(e) hos Lerøy Norway Seafoods vurderer hvorvidt kvalitetssorteringen som gjøres er god nok. I tillegg gjør Nofima en mer detaljert vurdering av et mindre antall fileter, der ulike typer prosessert hvitfisk skjæres til filet og skinnes for å vurdere mengde kveis.
Første formidling vil skje under Nor-Fishing 2020 i forbindelse med lansering av KVASS-produktet. Videre vil resultater formidles på Torskefiskkonferansen 2020 i Tromsø, gjennom populærvitenskapelig artikkel i et næringsrelevant tidsskrift (2021), via deltakernes nettsider/sosiale medier, og på andre FHF-arrangement/samlinger.
-
Sluttrapport: Kommersiell kveisdeteksjon på hvitfisk
Maritech AS. Rapport. 31. januar 2023. Av Per Alfred Nordaune Holte (Maritech AS), Karsten Heia (Nofima) og Nils Petter Farstad (Maritech AS).