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a cura di Mariachiara Albicocco
Pensate che sogno sarebbe comprare una cassetta di pesche
nettarine e trovarle tutte mature al punto giusto, nessuna
ammaccatura, nessuna pesca acerba o marcia. Non succede
quasi mai! Tra poco invece potrebbe essere realtà.
Attraverso una sofisticata tecnica laser non distruttiva
è possibile valutare il grado di maturazione e di
qualità della frutta. E' un'latra delle ricerche
in campo agro-alimentare che vogliamo raccontarvi, così
come abbiamo fatto le scorse puntate per le olive
denocciolate passate ai raggi X, o per i nasi
elettronici che valutano la bontà della passata,
ma anche il packaging
intelligente.
Il Centro
Ultras del Politecnico di Milano sta effettuando ricerche
proprio in questo campo. Ci facciamo spiegare tutto dal
direttore del dipartimento di Fisica del Politecnico, Rinaldo
Cubeddu.
Ascolta
l'intervista a Rinaldo Cubeddu
RIFLETTANZA RISOLTA NEL TEMPO
La tecnica di spettroscopia di riflettanza risolta nel
tempo (Time-resolved reflectance spectroscopy
- TRS) per la valutazione non distruttiva della qualità
dei prodotti ortofrutticoli. La ricerca si colloca nell'ambito
della valorizzazione della qualità dei prodotti agricoli,
e si occupa della valutazione non distruttiva della qualità
dei prodotti ortofrutticoli con tecniche ottiche innovative.
Attualmente la maggior parte delle tecniche utilizzate per
la determinazione dei parametri di qualità di un
vegetale sono distruttive e prevedono sia l'inserzione di
una sonda nel campione (es. il penetrometro per la misura
della durezza) sia l'estrazione di succhi dal campione (es.
per la misura del grado zuccherino o dell'acidità).
Questo comporta che solo una piccola frazione dei frutti
lavorati venga effettivamente controllata, lasciando alla
statistica la decisione sulla qualità di quantità
più numerose. L'interesse principale della ricerca
è quindi quello di individuare delle tecniche
non invasive potenzialmente in grado di determinare i parametri
di qualità per gli ortofrutticoli. A tutt'oggi
le tecniche non invasive sono poche (ultrasuoni, fotoacustica,
risonanza magnetica nucleare, rivelatori di aromi) e caratterizzate
da risultati non direttamente trasferibili in ambito industriale,
sia per la complessità delle apparecchiature sia
per i risultati non sempre chiari. Recentemente l'utilizzo
di tecniche ottiche che prevedono l'impiego di radiazione
visibile o infrarossa (near infrared, NIR)
ha dato risultati incoraggianti. La limitazione principale
di tale tecnica è tuttavia la dipendenza dei risultati
dal colore dell'epidermide dei prodotti, fenomeno che in
molti casi può limitare la determinazione delle proprietà
della polpa sottostante. Inoltre nella tecnica NIR l'intensità
totale riflessa o trasmessa è determinata sia dall'assorbimento
sia dalla diffusione della luce. Tali parametri contengono
informazioni distinte: l'assorbimento dipende dalla presenza
di cromofori (clorofilla, acqua, caroteni), il fenomeno
della diffusione nasce invece dalla presenza di discontinuità
nella costante dielettrica e nella struttura microscopica
del vegetale (vacuoli, organelli, ecc). Per un utilizzo
più completo delle informazioni ottiche è
quindi auspicabile la separazione dei contributi di assorbimento
e diffusione. Questo è possibile ricorrendo a sofisticate
tecniche laser quali la spettroscopia di riflettanza risolta
nel tempo (time-resolved reflectance spectroscopy, TRS).
La tecnica TRS è stata applicata per la prima volta
a livello internazionale dal gruppo Photonics for Health,
Food and Cultural Heritage del Dipartimento di Fisica del
Politecnico di Milano facente capo al prof. Rinaldo Cubeddu
con il fine di determinare in modo non invasivo le proprietà
ottiche (coefficiente di assorbimento e coefficiente
di scattering) di diversi frutti (mele, pesche, kiwi, meloni)
e ortaggi (pomodori) e di correlarle ai parametri classici
(durezza, residuo secco rifrattometrico, acidità).
La tecnica TRS consiste nella determinazione del ritardo,
dell'attenuazione e dell'allargamento temporale subiti da
un breve impulso ottico (durata ~100 ps) che si propaga
in un mezzo torbido quale un tessuto biologico o la polpa
di un frutto. L'iniezione e la raccolta dell'impulso ottico
avvengono tipicamente mediante una coppia di fibre ottiche
posizionate sulla superficie del mezzo da analizzare, separate
da una distanza dell'ordine di 1-2 cm. In prima approssimazione
il ritardo e l'allargamento temporale dell'impulso rivelato
dipendono dalla velocità finita con cui la luce si
propaga all'interno del mezzo tra sorgente e rivelatore
e dai diversi cammini che la luce percorre all'interno del
mezzo a seguito del fenomeno della diffusione. Infine l'attenuazione
dipende dal fenomeno di assorbimento e da quello di diffusione
che determinano rispettivamente la rimozione di fotoni e
la dispersione di fotoni lungo direzioni diverse da quella
di raccolta. L'utilizzo di un opportuno modello teorico
(teoria della Diffusione o "Random Walk") consente
di ricavare il valore del coefficiente di assorbimento e
del coefficiente di diffusione. I vantaggi principali della
tecnica TRS applicata alla caratterizzazione ottica degli
ortofrutticoli derivano dal fatto che la tecnica TRS è
non distruttiva, non è influenzata dal colore dell'epidermide,
penetra nella polpa per più di 1 centimetro, e infine
fornisce la possibilità di correlare le informazioni
ottiche alle caratteristiche chimico-fisiche del frutto
(presenza di acqua, clorofilla, zuccheri; consistenza della
struttura interna).
Esperimento
La tecnica TRS è stata oggetto di studi e ricerche
in un recente progetto finanziato dal MIUR per il trasferimento
tecnologico (Progetto strategico Legge 449/97 "Valutazione
non distruttiva della qualità interna di frutti mediante
tecniche laser a impulsi ultracorti" Agrotec- 2002/2004).
In tale ambito grazie alla collaborazione dei ricercatori
dell' Istituto Sperimentale per la Valorizzazione Tecnologica
dei Prodotti Agricoli, Milano (ora CRA- IAA, Unità
di ricerca per i processi dell'industria agroalimentare)
guidati dalla dr.ssa Paola Eccher Zerbini si è verificato
che la tecnica TRS è potenzialmente applicabile a
una vasta classe di prodotti ortofrutticoli ed in particolare
ai principali prodotti della frutticoltura italiana ovvero
mele, nettarine e actinidia. Sono stati ottenuti in particolare
buoni risultati sulla stima del grado di maturazione alla
raccolta delle nettarine (in base al valore del coefficiente
di assorbimento a 670 nm sul picco della clorofilla) e sulla
previsione delle variazioni della durezza durante la conservazione.
Tali risultati potrebbero essere estesi ad altre drupacee,
come le susine, dove la colorazione dell'epidermide impedisce
di valutare la maturazione alla raccolta. Sono incoraggianti
inoltre i risultati relativi alle mele, nelle quali resta
tuttavia da esplorare il potenziale delle informazioni ricavabili
dal coefficiente di diffusione e le possibili correlazioni
con costituenti quali le pectine, importanti per la definizione
della durezza dei frutti. Sono emersi alcuni problemi nell'impiego
della tecnica sui kiwi, principalmente a causa dell'elevato
assorbimento di fondo della polpa e del disturbo introdotto
dalla fluorescenza della clorofilla. Nell'ambito del progetto
è stato effettuato infine uno studio di pre-fattibilità
del trasferimento tecnologico della tecnica TRS su sistemi
in linea per la classificazione automatica non distruttiva
di frutti.
Il grado di utilizzabilità della tecnica TRS è
in parte già stato sperimentato con prove campione
recentemente relizzate in Olanda e Italia. Mediante
la tecnica TRS si è ad esempio effettuata una
selezione alla raccolta di nettarine in quattro classi
per la maturazione prevista dopo il trasporto dal luogo
di produzione (Italia) al distributore (Olanda). Le
classi sono state costruite (basandosi sui risultati
della stima del contenuto di clorofilla della polpa
effettuata con la tecnica TRS e sui modelli di
evoluzione già sviluppati) nel seguente modo:
classe 1, frutti pronti al consumo all’arrivo o
poco dopo; classe 2, frutti in grado di sopportare una
shelf life di 4 giorni; classe 3, frutti in grado di
sopportare una shelf life di 6 giorni, ma ancora in
grado di maturare normalmente; classe 4, frutti che
non maturano mai perché raccolti troppo acerbi.
Prove di assaggio effettuate da esperti della distribuzione
hanno verificato la correttezza della classificazione.
17.05.08
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