子計畫六：農業新穎材料在農產品保鮮開發、應用與機理
主持人：林耀東
團隊成員：謝慶昌、翁誌煌(義守)、李元堯(中正)
一、子計畫推動重點、成果與特色亮點
利用先進光學多光譜調控技術、顏色校正系統及AI人工智慧深度學習系統應用於自動化判別蔬果熟化之生理指標變化，推行重點有四：
(1)開發蔬果保鮮複合包裝材
開發得重複使用，礦物型保鮮紙器於現今商業實際倉儲香蕉儲運條件中於試驗3週後，保鮮紙器組仍較控制組儲藏之香蕉果實堅實度高約20%，顯示保鮮紙器可持續延長香蕉保鮮時間達1.3倍如圖1。
圖1 保鮮資材延緩蔬果老化及防治病害
(2)研發蔬果熟化顏色自動化判別技術
以手機上之相機功能(RGB系統)取代傳統色差儀(Lab系統)，並從蔬果表皮顏色(RGB系統)變化及時掌握蔬果的成熟度、乙烯生成率、呼吸率、果實堅實度、澱粉含量、全可溶性糖含量，以利疏果採後之保鮮作業，提升蔬果儲架時間。目前已研發適用於手機內建相機設備之蔬果熟化顏色自動化判別技術，透過本研究團隊已開發圖像分析系統 (SVMApp)技術成果對蔬果採後成熟度及品質有革命性的突破，對台灣的蔬果耗損率可以從40%降低至5%。
(3)蔬果保鮮計畫跨領域整合及應用 建立獨特科技化農產品顏色/熟度辨識系統，以傳統農業數據為基礎，結合先進光學技術與AI人工智慧深度學習功能，發展新農業創新研究領域。預期可迅速且精準判別蔬果熟化程度，有效促進智慧農業工業化。
(4)開發農業廢棄物高值化抗菌綠色產品 本計畫107-108於微奈米農業廢棄資材循環高值化技術皆有多項豐碩新成果，開發農漁業廢棄物改質植物肥力佐劑系列、農業廢棄物高值化新穎抗菌砧板，農業廢棄物高值化新穎抗菌隨身噴劑、以及農業廢棄物再生荔枝保色防失水鍍成技術。
二、人才培育面向推動重點、成果與特色亮點
本計畫於108年共培育學生共20名，博士生4名、碩士生5名、大學部專題生及專研生共11名及延攬博士後1名。團隊及學生獲獎無數，團隊榮獲2018國家新創獎及2019國家新創精進獎、曾靖樺博士生榮獲科技部千里馬計畫補助博士生赴國外研究，嚴莉婷博士生榮獲科技部千里馬計畫補助博士生赴國外研究及「國際先進化學學用合一研討會」應用化學及產學合作領域壁報論文競賽第一名、卡安莎博士生榮獲「國際先進化學學用合一研討會」先進化學組口頭報告競賽第一名、張哲睿碩士生榮獲第三十屆環工年會廢水處理技術研討會優秀論文獎、盧安安碩士生榮獲International Conference on Clean Water, Air & Soil (CleanWAS) 最佳口頭報告獎、梅爾碩士生榮獲International Conference on Advances in Civil and Ecological Engineering Research最佳口頭報告獎。
三、學術研究面向推動重點、成果與特色亮點
利用先進光學多光譜調控技術、顏色校正系統及AI人工智慧深度學習系統應用於自動化判別蔬果熟化之生理指標變化，推動重點如下：
1.建立標準化農產品熟度、顏色、生理特性與抗氧化力之蔬果熟化相關性數據資料庫。
2.以非侵入式光學系統檢測蔬果色彩值的方式，讀取蔬果內部特性變化及時掌握蔬果成熟度、乙烯生成率、呼吸率、果實堅實度、澱粉含量、全可溶性糖含量及抗氧化物成分等生理指標。
3.利用深度學習功能(Deep Learning)的卷積神經網絡應用於影像辨識與分析。長短期記憶模型(long short-term memory, LSTM)之雙流長時間模型卷積神經網路為雙流三維卷積神經網路的「端到端」流程，可自動識別任意大小與長度的影像內容，以提高水果成熟度影像識別性能。結合水果影像序列空間資訊與時間資訊可得到最佳的水果成熟度判別與分類。基於深度學習的神經網路可以同時做到影像辨識(Classification)及實例切割(Instance segmentation)。研究初期本團隊以特定蔬果進行演算法的開發，再以遷移學習(Transfer Learning)的方式擴充至其他蔬果較少量訓練資料。未來利用AI整合蔬果生理大量數據資料及蔬果RGB數據，更加精確推估蔬果即時之物理、化學及生理特性的變化。
四、產學合作面向推動重點、成果與特色亮點
土環系林耀東教授團隊研發之農業廢棄物改質抗菌材料與國外同級抗菌產品比較，在價格、抗菌效果、環境友善程度、菌種及安全性皆優於國外抗菌產品，新穎且具前瞻發展潛力，本團隊開發之農業廢棄物高值化新穎抗菌砧板 (PCO-101、ECO-101、PTO-101、ETO-101 系列) 已成功技轉給山暉實業股份有限公司，技轉金額為 80 萬元整，後續將繼續投入本團隊之研發計畫，協助材料的提供以及母粒之試量產，合作研發抗菌母粒配方之調配，開發農業廢棄物改質之抗菌砧板及抗菌包裝材，未來預計打入抗菌產品全球新興市場。山暉實業股份有限公司為年營收高達三億元的隱形冠軍，不僅引進德製機械手臂力求創新，每月更是出貨八十萬片砧板為亞洲最大廠，全球經常往來代工客戶數約三百家，遍布歐美各大小賣場，約佔全球三成市場。本團隊亦開發農業廢棄物高值化新穎抗菌隨身噴劑 (LCO-101、LCT-101 系列)，市面上傳統的清潔劑與抗菌劑，添加許多化學物質對人體容易有副作用，無形中對人體產生危害，如致癌、過敏、環境賀爾蒙干擾、皮膚炎等；此外，細菌與病毒也會逐漸對此等藥劑產生抗藥性。本團隊利用農漁業廢棄物改質抗菌技術，開發有別於市場上抗菌產品之革命性抗菌噴劑，針對常見病原菌大腸桿菌及金黃葡萄球菌之抗菌率可達99.999%，相較於市面產品，農業廢棄物高值化新穎抗菌隨身噴劑 (LCO-101、LCT-101系列) 原料天然、無毒、高效，無須添加防腐劑且對人類皮膚刺激程度低，可取代市面上之抗菌噴劑，可隨身攜帶並適用於環境清潔與個人消毒使用，商品化後極具市場潛力。未來產品銷售模式主要由新創技術公司生產，利用傳銷通路商、美妝業者、百貨公司、嬰幼兒用品店及藥局等銷售通路至消費者，對象包含年輕族群、環保人士、婦幼年長者及商務人士等。田富公司為本團隊衍生新創公司，負責農業廢棄物高值化抗菌噴劑與微奈米植物乳化製劑所製成之植物保護佐劑開發，預計技轉金額為100 萬元整。
五、研究貢獻面向推動重點、成果與特色亮點
本團隊研發環境友善蔬果保鮮材料，蔬果常溫櫥架時間由7天延長至23天。研發植物保護製劑取代農藥，物理性防治，無有害化學藥劑殘留。開發高值化農漁業廢棄物抗菌材料，病原菌抗菌率高達99.999%。
圖2 開發高值化農漁業廢棄物抗菌材料
圖說：微奈米材料應用於農產品生產與保鮮 興大團隊獲國家新創精進獎
