En pulserad laser fokuseras av en lins på en punkt nära fruktens yta. Den laserinducerade plasma skapar en chockvåg som väcker Rayleigh-vågor på ytan av mangon, som sedan mäts med laserdopplervibrometrar. Upphovsman:Shibaura Institute of Technology
Inom jordbruket, det finns många mekaniska metoder för att indirekt mäta en frukts mognad genom dess fasthet. Dock, de flesta saknar mjuka frukter, som inte uppvisar samma typer av mätbara vibrationer som hårdare. Nu, forskare från Shibaura Institute of Technology, Japan, har utvecklat en innovativ metod för att mäta fruktens fasthet med hjälp av laserinducerade plasmaskockvågor. Deras kontaktlösa, icke-destruktivt tillvägagångssätt fungerar på mango och bör vara användbart för andra mjuka frukter också.
De som arbetar inom jordbruket har till uppgift att säkerställa en skörd i rätt tid så att mogenhet är optimal när frukten säljs, både för att minimera mängden frukt som går till spillo och för att maximera kvaliteten på slutprodukten. För detta ändamål, ett antal tekniker för att bedöma fruktmognad har utvecklats, var och en med sina respektive fördelar och nackdelar beroende på typ av produkt.
Även om det finns biokemiska och optiska metoder, mekaniska tekniker är de mest använda. De bedömer indirekt mognad utifrån fruktens fasthet. I tur och ordning, fasthet kvantifieras genom att observera vibrationerna som uppstår på frukten när mekanisk energi levereras exakt genom enheter som hammare, pendlar, eller högtalare. Tyvärr, dessa tillvägagångssätt faller kort för mjukare frukter, som lättare skadas av de använda kontaktanordningarna.
I en ny studie publicerad i Livsmedel , ett team av forskare från Shibaura Institute of Technology (SIT), Japan, behandlat denna fråga genom en innovativ metod för att mäta fastheten hos mjuka frukter med laserinducerad plasma (LIP). Detta arbete är en slags uppföljning av en tidigare studie där LIP användes för att kvantifiera fastheten hos hårdare frukter.
Men vad är LIP och hur används det? Plasma är ett materiellt tillstånd som liknar det gasformiga tillståndet men i vilket de flesta partiklar har en elektrisk laddning. Detta energiska tillstånd kan produceras i normal luft genom att fokusera en laser med hög intensitet på en liten volym. Eftersom den genererade plasma "bubblan" är instabil, det expanderar omedelbart, sänder ut chockvågor vid ultraljudshastigheter. Professor Naoki Hosoya och kollegor på SIT hade framgångsrikt använt LIP -chockvågor som genererats nära ytan av äpplen för att stimulera en typ av vibrationer som kallas 0 S 2 läge, kallas i allmänhet "fotbollsmodusvibration" på grund av hur den resulterande deformationen ser ut på sfäriska kroppar. De verifierade sedan att frekvensen av 0 S 2 mode -vibrationer korrelerade med fruktens fasthet.
Dock, mjuka frukter uppvisar inte 0 S 2 lägesvibrationer, så laget fick analysera en alternativ typ av oscillation:Rayleigh -vågor. Dessa är vågor som uteslutande förekommer på kroppens yta utan att tränga långt in i det inre. Med Kent mango, en installation för att generera LIP, och kommersiellt tillgängliga laserbaserade vibrometrar, forskarna verifierade att den hastighet vid vilken Rayleigh -vågor förökar sig är direkt relaterad till fastheten hos mangon. Eftersom förökningshastigheten minskar markant med lagringstiden, det ger ett pålitligt sätt att indirekt bedöma mognad.
Teamet gick längre och letade efter den bästa positionen på mangos yta för att bestämma hastigheten på Rayleigh -vågor. Mango, liksom andra mjuka frukter, har stora frön inuti, som kan förändra utbredningen av ytvågor på sätt som är skadliga för mätningar. "Resultaten av våra experiment indikerar att Rayleigh -vågor längs 'ekvatorn' i mangon är bättre för fasthetsbedömning jämfört med dem längs 'främsta meridianen, "förklarar Hosoya. Experimenten avslöjade också att håligheter i fruktets kött eller förfall kan i hög grad påverka mätresultaten. Således kan som Hosoya tillägger, de kommer att fortsätta undersöka vilket är det bästa området för att mäta fasthet i mango med deras nya tillvägagångssätt.
Kortfattat, teamet på SIT har tagit fram en innovativ strategi för att bedöma mogenhet av mjuka frukter utifrån. "Vårt system, "säger Hosoya, "är lämplig för beröringsfri och icke-destruktiv fasthetsbedömning i mango och eventuellt andra mjuka frukter som inte uppvisar den vanliga 0 S 2 modvibrationer. "Ytterligare förfining av sådana fasthetsbedömningsmetoder kommer förhoppningsvis att göra dem mer tillförlitliga och tillgängliga för jordbruksindustrin. Med lycka till, deras utbredda adoption kommer att säkerställa att frukter når din tallrik endast när tiden är mogen.
