Wetenschappers ontwikkelen een apparaatje voor de smartphone om de rijpheid van fruit te meten

Een appel verraadt zijn rijpheid onder andere door chemische stoffen die op de schil aanwezig zijn. Dat biedt mogelijkheden voor telers die willen weten wanneer ze moeten oogsten of handelaren die hun waar op het goede moment willen verkopen. De techniek om een van die stoffen – chlorofyl, oftewel bladgroen – te detecteren is voor het eerst teruggebracht tot een goedkoop en draagbaar apparaatje.

16 september 2016

De smartphone barst al van de functies, en dagelijks worden daar nieuwe aan toegevoegd. Wetenschappers van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) hebben nu laten zien dat de telefoon óók de rijpheid van verschillende soorten appels kan bepalen. Aan het oppervlak van het fruit meten de onderzoekers met een kleine zogenoemde spectrometer de concentratie van het aanwezige chlorofyl – oftewel bladgroen, een bekende indicator voor rijpheid – en laten een smartphone de gegevens analyseren.

Een spectrometer ontrafelt het licht als een prisma en kijkt vervolgens welke soorten licht er in welke mate aanwezig zijn.
Flickr, Han Cheng Yeh via CC BY 2.0

Betrouwbare spectrometers zijn overigens alles behalve nieuw, ze bestaan al tientallen jaren. De apparaten ontrafelen licht als een prisma en kijken vervolgens naar de verschillende soorten licht. Dat is onder andere nuttig voor de identificatie van chemische stoffen, die bepaalde soorten licht absorberen en weer uitzenden.

Een goede spectrometer gaat doorgaans voor duizenden euro’s over de toonbank. Alleen in het laboratorium horen ze tot de standaarduitrusting. Maar dat kan veranderen. De MIT-wetenschappers presenteren een kastje van slechts 48 gram dat aangesloten wordt op een smartphone en betrouwbare metingen doet aan chlorofyl. De micro-spectrometer hoeft volgens de wetenschappers niet meer dan ruim tweehonderd euro te kosten, inclusief smartphone. Vorige week publiceerden ze hun bevindingen in Scientific Reports.

Een appelboomgaard. Voor een fruitteler is het essentieel om te weten hoe rijp het fruit is en wanneer het kan worden geoogst.
CSIRO via CC BY 3.0

Afname van bladgroen

Het apparaatje bepaalt de hoeveelheid chlorofyl op de schil van een appel door naar de zogenoemde fluorescentie van de stof te kijken. Het bladgroen absorbeert ultraviolet licht uit de spectrometer en zendt daarna een ander soort licht uit. Dat zorgt in het geval van chlorofyl voor een spectrum met typische pieken bij golflengtes van 680 en 730 nanometer. Hoe groter die pieken zijn, des te meer bladgroen is er aanwezig.

De geteste appels – bekende soorten met verschillende kleuren zoals Golden Delicious en McIntosh – lieten allemaal na verloop van tijd een afname van het chlorofyl-signaal zien, dat al in eerdere onderzoeken is geassocieerd met het rijpen van het fruit. Om het gescande fruit vervolgens echt te testen op rijpheid, werd er na de meting met een sensor in geprikt om te zien hoe zacht de appel was. De metingen met de spectrometer bleken een goede indicatie voor de gemeten rijpheid op basis van zachtheid.

Spectrometer aan boord

Vrijwel alle smartphones hebben eigenlijk al een detector aan boord die kan dienen als basis voor een spectrometer: de camera. Burgerwetenschapsprojecten als iSPEX (waarmee concentraties fijnstof worden gemeten) maken gebruik van een plastic opzetstuk dat het licht voor de camera van de telefoon uiteenrafelt. Ook voor hun rijpheidsmeter hebben de MIT-onderzoekers naar deze mogelijkheid gekeken. Toch bleken de sensors in de camera’s niet exact genoeg te kunnen bepalen welke soort licht erop valt. Een ander probleem vormt de camerasoftware die onder andere de witbalans automatisch aanpast aan de lichtomstandigheden. Dat zorgt voor afwijkingen in de metingen.

Volgens Alex van Schaik, projectmanager bij Wageningen Plant Research, behoort een spectrometer momenteel nog niet tot het arsenaal van apparaten van telers, maar hij denkt dat dit kan veranderen. “Als deze rijpheidsmeting betrouwbaar is dan denk ik dat er een wereldwijde behoefte is. Je zou dit in het hele handelskanaal kunnen inzetten, van teler tot supermarkt”, laat hij weten.

Wat betreft prestaties doet de smartphone-spectrometer nog wel onder voor de professionele varianten. Zo is de gevoeligheid minder groot. Dat ligt volgens de MIT-onderzoekers onder andere aan de elektronica die niet in staat is om data met een grotere precisie te verwerken. Ze schrijven echter dat dit kan veranderen als er betere hardware op de markt komt.

Hoewel dit systeem alleen op verschillende soorten appels is getest, kan het wellicht ook breder ingezet worden. “Je zou er ook diverse soorten groenten mee kunnen testen. Het systeem berust op de aanwezigheid van chlorofyl, dus op kleurverandering groen naar geel”, zegt Van Schaik.

Bij MIT denken ze zelfs dat het apparaat op de consumentenmarkt kan belanden. Maar gaan die dit echt gebruiken? “Consumentengebruik lijkt me voorlopig niet aan de orde, de consument kan zelf meestal enigszins inschatten wat de rijpheid is”, zegt Van Schaik. Met andere woorden, de snelste en goedkoopste manier om te bepalen of je een rotte appel hebt is nog altijd gewoon een hap nemen.

Poll

Wat wil jij met je telefoon kunnen meten?

Bron

Das A. et al., Ultra-portable, wireless smartphone spectrometer for rapid, non-destructive testing of fruit ripeness, Scientific Reports (8 september 2016), DOI:10.1038/srep32504