Sperimentazione di un sistema dinamico per la selezione Vis-NIR della frutta

La qualità dei prodotti è sempre più considerata un fattore essenziale di competizione alla luce della crescente attenzione che il consumatore manifesta nei confronti della propria alimentazione. Per far fronte alle esigenze del mercato, l’industria alimentare richiede strumenti in grado di consentire analisi rapide a costi contenuti su ogni prodotto, al fine di garantire standard qualitativi elevati. In particolare il settore ortofrutticolo ha mostrato un interesse sempre maggiore verso quelle tecnologie non distruttive che sono in grado di analizzare la qualità interna di ogni singolo frutto e che possono essere impiegate direttamente su di una linea di cernita di prodotti.
Questa tesi ha avuto come scopo la sperimentazione di un dispositivo per la selezione dinamica di prodotti ortofrutticoli tramite analisi ottica di campioni in movimento. Il sistema, realizzato dall’Istituto di Ingegneria Agraria dell’Università degli Studi di Milano, è stato utilizzato per stimare il grado zuccherino di mele Golden Delicious attraverso l’acquisizione in trasmittanza degli spettri dei frutti nella regione Vis-NIR e la successiva elaborazione di modelli chemiometrici di regressione.
Il dispositivo sperimentale è composto da quattro elementi. Il sistema di trasporto, costituito da un nastro trasportatore a velocità regolabile. La camera di misura, dove il frutto viene illuminato dalla radiazione luminosa prodotta da due lampade alogene da 50 W esterne e focalizzata sul frutto da un sistema di lenti. Una fibra ottica alloggiata nella parete superiore della camera raccoglie la luce che riemerge dal campione dopo aver interagito con la sua struttura interna. Lo spettrofotometro, a cui è collegata la fibra ottica, scompone la radiazione proveniente dal frutto nelle sue componenti monocromatiche, misurandone lo spettro nell’intervallo 550-1050 nm. Infine un Personal Computer digitalizza e registra lo spettro dei frutti.
Il dispositivo è stato sperimentato in due fasi distinte: dapprima è stato utilizzato in configurazione statica, ovvero su campioni fermi; in seguito è stato, invece, utilizzato per l’acquisizione degli spettri di frutti in movimento.
Lo scopo delle misure statiche è stato quello di valutare l’intensità del segnale generato all’interno della camera di misura e di determinare la migliore configurazione strumentale da utilizzare nelle successive prove dinamiche. Gli spettri dei frutti sono stati acquisiti prima nella regione Vis-NIR con un tempo di integrazione di 150 ms e in seguito nel solo NIR (800-1050 nm) con un tempo di integrazione portato a 400 ms al fine di amplificare l’intensità del segnale misurato. Gli spettri dei campioni sono stati utilizzati per l’elaborazione di modelli chemiometrici di regressione multivariata tramite l’utilizzo della tecnica dei Minimi Quadrati Parziali (PLS). Nella seconda fase il dispositivo è stato utilizzato per acquisizioni su campioni in movimento a diverse velocità. Inizialmente sono stati registrati gli spettri di 224 campioni a una velocità di 2,5 cm/s; successivamente sono stati acquisiti gli spettri di altri 170 frutti con una velocità di lavoro superiore del 40% (3,5 cm/s). Sono state svolte anche delle prove per verificare la stabilità degli spettri acquisiti in movimento (velocità di 2,5 cm/s) e delle prove per valutare la ripetibilità della stima in misure replicate. I risultati ottenuti hanno evidenziato la stabilità del segnale registrato su tutto l’intervallo spettrale, fornendo stime costanti di grado zuccherino per un medesimo campione con uno scarto dal valore medio inferiore al 2% in circa il 90% delle stime replicate.