DTU e Royal Greenland hanno collaborato a una nuova tecnologia in grado di misurare lo spessore della glassa di ghiaccio sui gamberi congelati. Questo è importante da sapere affinché i gamberi rimangano freschi e i consumatori ricevano la giusta quantità di gamberi. La soluzione si basa su onde terahertz, e la tecnologia può essere utilizzata per misurare lo spessore di innumerevoli materiali.

Come si misura lo spessore di un guscio d'uovo, una striscia di strada o la glassa di ghiaccio su un gambero? Simon Lehnskov Lange, postdoc presso DTU Fotonik, sa come fare. Dirige un gruppo di ricerca che sta sviluppando un dispositivo compatto ed economico per la misurazione rapida ed efficiente dello spessore di tutti i tipi di materiali.

L'idea è di utilizzare un tipo specifico di onde elettromagnetiche chiamate radiazioni terahertz. Questa radiazione può penetrare molte sostanze diverse, e, al passaggio tra due materiali diversi, parte della radiazione viene riflessa e forma una piccola eco. Misurando l'eco, i ricercatori possono determinare lo spessore del materiale con grande precisione.

Nel 2017, Simon Lehnskov Lange ha chiacchierato con persone di DTU Food, e sapevano che Royal Greenland aveva bisogno di un metodo rapido e intelligente per misurare lo spessore dello strato di ghiaccio sui gamberi glassati.

Al Royal Groenlandia, lo sviluppatore del processo Niels Bøknæs spiega perché è importante garantire uno strato uniforme di ghiaccio sui gamberi congelati:

"La glassa protegge i gamberi dall'irrancidimento, cioè dall'essiccamento e dai cambiamenti chimici indesiderati. Finché i gamberi sono congelati, non si tratta tanto di sicurezza alimentare, ma più sulla qualità. La glassa di ghiaccio prolunga la durata di conservazione, perché, senza di essa, i gamberi si seccherebbero e non avrebbero un sapore molto buono".

"Smaltiamo spruzzando acqua dagli ugelli sui gamberi surgelati. Abbiamo scoperto che dal 10 al 12% di acqua copre bene i gamberi. Ma nel processo di smaltatura industriale, la smaltatura viene eseguita con differenze nei parametri di processo. Forse l'acqua degli ugelli è leggermente troppo calda o fredda, e la grandezza dei gamberi può variare leggermente. Ciò significa che lo spessore del vetro non è completamente costante, ed è davvero una sfida controllare il contenuto della glassa nella produzione pratica, " dice Niels Bøknæs.

Il peso del ghiaccio non deve essere incluso

I prodotti alimentari glassati sono generalmente venduti a peso, e qui il peso del ghiaccio non deve essere incluso. Quando un consumatore acquista un sacchetto da 200 grammi di gamberi surgelati, ci devono essere almeno 200 grammi di gamberi scongelati quando la glassa di ghiaccio si è sciolta. Poiché i gamberi vengono pesati solo dopo la glassatura per motivi tecnici, è, però, importante per il produttore conoscere esattamente la quantità di ghiaccio utilizzata. Altrimenti, i consumatori otterranno troppi o troppo pochi gamberi.

Oggi, Royal Greenland controlla manualmente la percentuale di smaltatura utilizzando un metodo lungo e poco pratico. L'azienda preferirebbe avere un sistema in cui lo spessore del vetro viene misurato continuamente, consentendo la regolazione automatica della vetratura in tempo reale. Se si usa troppo ghiaccio, gli ugelli dell'acqua possono essere leggermente abbassati e viceversa. Royal Greenland ha cinque grandi fabbriche di gamberi in Groenlandia e in Canada, e ognuno di loro può ricevere 80 tonnellate di gamberi crudi al giorno e trasformarli in 27 tonnellate di surgelati, gamberi sgusciati. Di conseguenza c'è un sacco di soldi da risparmiare potendo misurare con precisione.

Qui, i ricercatori di DTU Fotonik potrebbero essere in grado di aiutare Royal Greenland.

"Abbiamo condotto un piccolo progetto pilota in cui abbiamo glassato dei gamberi, e abbiamo scoperto di essere in grado di misurare lo spessore del ghiaccio, che è tipicamente tra mezzo millimetro e un millimetro, " dice Simon Lehnskov Lange e continua:

"Quindi abbiamo deciso di provarlo su una scala leggermente più ampia. Abbiamo portato un sistema nello stabilimento di Royal Greenland ad Aalborg, dove abbiamo convalidato la tecnologia e dimostrato che possiamo misurare gamberi di tutte le dimensioni e tipi, anche nelle condizioni prevalenti in una fabbrica del genere, dove, Per esempio, fa abbastanza freddo. Stiamo brevettando il metodo per misurare gli spessori di glassa di ghiaccio sugli alimenti, " dice Simon Lehnskov Lange sui risultati del progetto di ricerca, che si chiama GLAZE.

Focus primario sugli alimenti

La misurazione dello spessore del ghiaccio sui gamberi è solo una possibile applicazione della tecnologia. La radiazione terahertz viene fermata dai metalli, acqua liquida, e vapore acqueo, ma può altrimenti penetrare e misurare lo spessore di una grande varietà di materiali. Perciò, la tecnologia è utilizzabile anche in molti settori diversi, ad esempio per il controllo continuo della qualità dei trattamenti superficiali. Ma prima, la tecnologia deve essere sviluppata in modo che sia alla portata delle aziende.

Se riescono a sviluppare un sistema economico in grado di misurare, più volte al secondo, lo spessore del ghiaccio dei gamberi che passano su un nastro trasportatore, Royal Greenland è un cliente sicuro. E altri produttori seguiranno l'esempio, Simon Lehnskov Lange spera:

"Inizialmente stiamo esaminando l'ispezione degli alimenti, dove ora abbiamo iniziato a studiare altri usi, per esempio misurare lo spessore dei gusci d'uovo."

Un guscio d'uovo spesso significa un uovo solido che può resistere al viaggio fino al consumatore o che può proteggere il feto fino alla schiusa del pollo. Molte uova vengono perse perché il guscio è troppo sottile.

Tradizionalmente, i produttori di uova hanno misurato lo spessore dei gusci d'uovo rompendo l'uovo e usando una vite micrometrica. Ci sono anche metodi in cui non devi sprecare l'uovo, ma dove lo spessore del guscio viene misurato con metodi acustici. Puoi ottenere una misura dello spessore del guscio colpendo l'uovo e misurando la sua frequenza di risonanza, oppure puoi usare gli ultrasuoni per una misurazione più diretta.

Però, questi metodi di misurazione richiedono il contatto diretto con l'uovo, e prendono tempo, e sono ingombranti. Con radiazioni terahertz, si ottiene un più veloce, soluzione high-tech che funziona senza contatto diretto tra lo strumento di misura e l'uovo.

Il prezzo deve scendere

Ma ci vorrà un po' prima che la tecnologia di DTU sia pronta per il mercato, dice Simon Lehnskov Lange.

"Abbiamo iniziato con un sistema che è costato 1,5 milioni di corone danesi. Se vogliamo utilizzare la tecnologia nell'industria alimentare, il prezzo del nostro sistema terahertz deve scendere molto. Quindi abbiamo esaminato se potevamo produrre una versione più economica sostituendo i componenti più costosi con versioni più economiche basate sulla nota tecnologia dei semiconduttori, "dice Simon Lehnskov Lange, chi elabora:

"Stiamo ora lavorando a un modello dimostrativo molto più piccolo e progettato per renderlo redditizio per le aziende se riusciamo a produrre la tecnologia in serie. Speriamo di avere un modello del genere pronto per i test entro la fine del 2021".

Nel lavoro verso una versione meno costosa e più compatta, i ricercatori ricevono aiuto da FORCE Technology, dove il ruolo del Centro per la fotonica applicata include la garanzia della commercializzazione del danese, tecnologia basata sulla fotonica.

Simon Lehnskov Lange ricorda ancora il primo incontro a FORCE Technology, che, dopo aver sentito parlare dell'idea per le misurazioni terahertz, gli ha dato una sfida, vale a dire per misurare lo spessore di una striscia stradale:

"Sono tornato a casa con un pezzo di strada, completo di asfalto e striscia stradale! In laboratorio, L'ho passato sotto il nostro laser e ho scoperto che potevamo misurare lo spessore della striscia stradale:la radiazione terahertz poteva penetrare nel materiale. Infatti, abbiamo potuto misurare sia lo spessore della striscia che l'asfalto sottostante".

Sistema su un chip

Questo ha convinto la tecnologia FORCE che i ricercatori DTU avevano qualcosa.

"Abbiamo visto una tecnologia con un enorme potenziale che può essere utilizzata a vantaggio dell'industria, non solo in Danimarca, ma in tutto il mondo, "dice Henrik Mertz, che dirige il centro di FORCE Technology.

"Abbiamo l'esperienza e le conoscenze necessarie per sviluppare prototipi. Non siamo specialisti ottici come i ricercatori universitari estremamente competenti, ma comprendiamo il mondo e le questioni da affrontare. E possiamo trasformare le conoscenze e le idee dei ricercatori in qualcosa di operativo e orientato all'applicazione, " lui continua.

Gli ingegneri di FORCE Technology sezionano il sistema DTU e identificano i componenti che possono essere ottimizzati in relazione a renderlo più compatto e, specialmente, meno caro. I ricercatori DTU ricevono aiuto per lo sviluppo del business e buoni consigli su come un prodotto finale deve essere composto e documentato per essere approvato per la vendita, compreso il marchio CE. Inoltre, FORCE Technology dispone di un'ampia rete di aziende che potrebbero essere in grado di utilizzare la tecnologia per creare nuove applicazioni.

Sebbene un modello dimostrativo completamente funzionante possa essere pronto già quest'anno, c'è ancora molta strada da fare prima che lo strumento di misura ad alta tecnologia sia pronto per la produzione di massa. Ma Simon Lehnskov Lange è ottimista, e la sua ambizione è che la soluzione finisca per essere un "sistema su un chip":

"Speriamo che, a lungo termine, possiamo abbassare il prezzo al di sotto di 1, 000 euro. E continueremo a sviluppare il sistema per renderlo così compatto da non essere più grande di un'unghia, con tutta la tecnologia integrata in un unico chip."