Un laser pulsato viene focalizzato da una lente su un punto vicino alla superficie del frutto. Il plasma indotto dal laser crea un'onda d'urto che eccita le onde di Rayleigh sulla superficie del mango, che vengono poi misurati mediante vibrometri laser Doppler. Credito:Shibaura Institute of Technology
In agricoltura, ci sono molti metodi meccanici per misurare indirettamente la maturazione di un frutto attraverso la sua consistenza. Però, la maggior parte non è all'altezza dei frutti di bosco, che non presentano gli stessi tipi di vibrazioni misurabili di quelli più duri. Ora, scienziati dello Shibaura Institute of Technology, Giappone, hanno sviluppato un metodo innovativo per misurare la consistenza dei frutti utilizzando onde d'urto al plasma indotte da laser. Il loro senza contatto, l'approccio non distruttivo funziona sui manghi e dovrebbe essere utile anche per altri frutti di bosco.
Chi lavora in agricoltura ha il compito di garantire un raccolto tempestivo in modo che la maturazione sia al punto ottimale quando il frutto viene venduto, sia per ridurre al minimo la quantità di frutta che va sprecata e sia per massimizzare la qualità del prodotto finale. A tal fine, sono state sviluppate una serie di tecniche per valutare la maturazione dei frutti, ciascuno con i rispettivi vantaggi e svantaggi a seconda del tipo di prodotto.
Sebbene esistano metodi biochimici e ottici, le tecniche meccaniche sono le più utilizzate. Valutano indirettamente la maturazione in base alla consistenza del frutto. A sua volta, la fermezza viene quantificata osservando le vibrazioni che si verificano sul frutto quando l'energia meccanica viene erogata con precisione attraverso dispositivi come martelli, pendoli, o altoparlanti. Sfortunatamente, questi approcci sono insufficienti per frutti più morbidi, più facilmente danneggiabili dai dispositivi di contatto utilizzati.
In un recente studio pubblicato su Alimenti , un team di scienziati dello Shibaura Institute of Technology (SIT), Giappone, ha affrontato questo problema attraverso un metodo innovativo per misurare la compattezza dei frutti di bosco utilizzando plasma indotto da laser (LIP). Questo lavoro è una sorta di follow-up di uno studio precedente in cui LIP è stato utilizzato per quantificare la compattezza dei frutti più duri.
Ma cos'è LIP e come si usa? Il plasma è uno stato della materia simile allo stato gassoso ma in cui la maggior parte delle particelle ha una carica elettrica. Questo stato energetico può essere prodotto nell'aria normale focalizzando un raggio laser ad alta intensità su un piccolo volume. Poiché la "bolla" di plasma generata è instabile, si espande immediatamente, inviando onde d'urto a velocità ultrasoniche. Il professor Naoki Hosoya e i colleghi del SIT hanno utilizzato con successo le onde d'urto LIP generate vicino alla superficie delle mele per eccitare un tipo di vibrazione chiamata 0 S 2 modalità, colloquialmente denominata "vibrazione in modalità calcio" a causa di come la deformazione risultante appare sui corpi sferici. Hanno quindi verificato che la frequenza del 0 S 2 modo vibrazioni era correlato con la fermezza del frutto.
Però, i frutti di bosco non si esibiscono 0 S 2 vibrazioni di modalità, quindi il team ha dovuto analizzare un tipo alternativo di oscillazione:le onde di Rayleigh. Queste sono onde che si verificano esclusivamente sulla superficie dei corpi senza penetrare molto all'interno. Usando i manghi del Kent, una configurazione per la generazione di LIP, e vibrometri basati su laser disponibili in commercio, gli scienziati hanno verificato che la velocità con cui si propagano le onde di Rayleigh è direttamente correlata alla fermezza dei manghi. Poiché la velocità di propagazione diminuisce notevolmente con il tempo di conservazione, fornisce un modo affidabile per valutare indirettamente la maturazione.
Il team è andato oltre e ha cercato la posizione migliore sulla superficie dei manghi per determinare la velocità delle onde di Rayleigh. manghi, così come altri frutti di bosco, avere grandi semi all'interno, che possono alterare la propagazione delle onde superficiali in modi che sono dannosi per le misurazioni. "I risultati dei nostri esperimenti indicano che le onde di Rayleigh lungo l'"equatore" del mango sono migliori per la valutazione della fermezza rispetto a quelle lungo il "meridiano primo", '", spiega Hosoya. Gli esperimenti hanno anche rivelato che le cavità all'interno della polpa o il decadimento del frutto possono influenzare notevolmente i risultati delle misurazioni. Pertanto, come aggiunge Hosoya, continueranno a indagare quale sia l'area migliore per misurare la compattezza dei manghi utilizzando il loro nuovo approccio.
In breve, il team di SIT ha progettato una strategia innovativa per valutare la maturazione dei frutti di bosco dall'esterno. "Il nostro sistema, " commenta Hosoya, "è adatto per la valutazione della fermezza senza contatto e non distruttiva in manghi e potenzialmente altri frutti di bosco che non mostrano il solito 0 S 2 vibrazioni del modo." Si spera che un ulteriore perfezionamento di tali metodi di valutazione della fermezza li renda più affidabili e accessibili per l'industria agricola. Con un po' di fortuna, la loro ampia adozione farà sì che i frutti arrivino nel tuo piatto solo quando i tempi sono maturi.
