Il laboratorio si occupa dello sviluppo, della caratterizzazione e dell’applicazione di tecniche fotoniche innovative per la valutazione non distruttiva della qualità dei prodotti agroalimentari.
In particolare la tecnica di spettroscopia di riflettanza risolta nel tempo (time-resolved reflectance spectroscopy, TRS) è applicata con il fine di determinare in modo non invasivo le proprietà ottiche di diversi frutti (es. mele, pesche, kiwi, meloni) e ortaggi (es. patate, pomodori). La tecnica TRS consiste nella determinazione del ritardo, dell’attenuazione e dell’allargamento temporale subiti da un breve (durata<100 ps) impulso ottico 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. E’ così possibile 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 della buccia, e penetra nella polpa per più di 1 centimetro.
E’ stato dimostrato che i parametri ottici (coefficiente di assorbimento e coefficiente di diffusione) ottenuti con la tecnica TRS contengono informazioni utili per la stima della qualità interna degli ortofrutticoli. I dati raccolti su mele, pesche, kiwi e pomodori nella regione spettrale del visibile e del vicino infrarosso (600-1000 nm) mostrano che la tecnica TRS, affiancata da opportuni modelli di analisi statistica dei dati, fornisce risultati incoraggianti per la predizione della firmness, del brix e dell’acidità,, e infine fornisce la possibilità di correlare le informazioni ottiche alle caratteristiche chimico-fisiche del frutto (es. contenuto di acqua, clorofilla, carotenoidi; consistenza della struttura interna). E’ stato inoltre dimostrato che la tecnica TRS è utile per l’individuazione non distruttiva di difetti interni (es. farinosità, danni da freddo, imbrunimenti) nei prodotti ortofrutticoli. Altrettanto positiva è l’applicazione della tecnica TRS per monitorare e prevedere i cambiamenti nei parametri ottici degli ortofrutticoli durante conservazione a scaffale.

Attrezzature

Il laboratorio è dotato di due prototipi TRS per la misura delle proprietà ottiche dei prodotti agroalimentari.
Un prototipo trasportabile per misure TRS a molte lunghezze d’onda nell’intervallo spettrale 500-1100 nm. Tale strumento è basato su un laser in fibra a cristallo fotonico per generazione di impulsi di luce bianca (durata <10 ps, potenza media 1 mW/nm, frequenza di ripetizione 40 MHz), su un sistema di ruote a filtri interferenziali per la selezione della lunghezza d’onda, su un fotorivelatore a stato solido con risposta spettrale fino a 1100 nm e ridotta dispersione temporale, su una scheda per acquisizione con tecnica di conteggio di singolo fotone correlato nel tempo (TCSPC) integrabile su personal computer.
Un prototipo compatto e portatile per misure TRS a singole lunghezze d’onda (670 nm, 780 nm). Tale strumento è basato su laser a semiconduttore impulsati (durata degli impulsi 100 ps, potenza media 1 mW, frequenza di ripetizione 80 MHz), accoppiatori e divisori di fascio in fibra ottica, fotorivelatore compatto e una scheda per acquisizione con tecnica TCSPC integrabile su personal computer. Le dimensioni contenute, la presenza di filtri interferenziali per eliminare il disturbo della luce ambiente e la possibilità di operare alimentato da un generatore elettrico portatile alimentato a benzina permettono al sistema di operare anche all’aperto per misure in campo.

Progetti

• DIFFRUIT, EU FP4, 1996-1999
• TRS APPLE, MAFF (UK), 2000
• AGROTEC, MIUR (I), 2000-2002
• CUSBO, LASERLAB, EU FP5+FP6+FP7, 2004-2014
• INSIDEFOOD, EU FP7 2009-2013
• TROPICO, Regione Lombardia (I), 2010-2012
• 3D Mosaic, EU ICT-AGRI, 2011-2013
• USER-PA EU ICT-AGRI 2013-2016

Collaborazioni

• CREA-IAA, Milan (I), Paola Eccher-Zerbini , Anna Rizzolo, Maristella Vanoli, Maurizio Grassi
• Laimburg (I), Angelo Zanella
• Agricultural Research Organization, Bet Dagan (Israel), Susan Lurie, Victor Alchanitis
• Wageningen Universiteit (NL), Pol Tijskens, Olaf Van Kooten, Rob Schouten
• Planteforsk, Lofthus (N), Eivind Vangdal
• Potsdam (D), Manuela Zude-Sasse
• Leuven (B), Bart Nicolai, Bert Verlinden, Wouter Sayes, Pieter Verboven, Maarten Hertog
• UPM, ETSI Agronomos Madrid (E), Margarita Ruiz-Altisent, Constantino Valero
• Horiculture Research International, East Malling, (UK) - David Johnson, Colin Dover