Contrôle sur place de la fraîcheur des aliments
Analyse spectrale dans le proche infrarouge pour les applications mobiles
Quiconque a déjà gâché un gâteau sait que l'identification correcte de substances visuellement similaires telles que le sucre et le sel revêt une grande importance dans la préparation des aliments. Cependant, les analyses complexes de la composition peuvent également fournir des informations sur la qualité, la maturité ou la fraîcheur des produits. C'est pourquoi le Fraunhofer IPMS recherche et développe les plus petits systèmes de scanner à faible consommation d'énergie, qui permettent de réaliser des tests de fraîcheur sans contact et mobiles sur site.
Analyse des aliments à partir de l'exemple de l'avocat
Fraunhofer IPMS
Dans le secteur alimentaire, des analyses rapides et fiables sur place ne garantissent pas seulement la qualité, mais contribuent également de manière importante à la protection de l'environnement. Grâce à la détection rapide de la détérioration de la fraîcheur tout au long de la chaîne d'approvisionnement, les pertes alimentaires peuvent être minimisées. Compte tenu des pénuries et de l'augmentation des prix des matières premières agricoles, cela représente une contribution importante à l'approvisionnement de l'humanité en aliments sûrs, sains et frais.
Contrôle de la fraîcheur par analyse spectrale dans le proche infrarouge
Dans le domaine de l'analyse des matériaux en général, mais surtout dans le cas des aliments et de leur fraîcheur, l'analyse spectrale dans le proche infrarouge (NIR) est une méthode éprouvée en laboratoire. Des instruments très précis sont capables de fournir des informations précises sur l'état du produit au moment de la mesure. Toutefois, cela devient problématique lorsque l'échantillon change pendant la période entre le prélèvement et la mesure en laboratoire, ou lorsque les résultats sont nécessaires rapidement. De nombreuses nouvelles applications pourraient bénéficier de l'analyse spectrale dans le proche infrarouge si les systèmes peuvent être suffisamment miniaturisés pour une utilisation mobile et s'ils sont disponibles à faible coût. C'est pourquoi l'Institut Fraunhofer pour les microsystèmes photoniques IPMS développe des dispositifs d'analyse ultra-compacts qui peuvent même être intégrés dans des ordinateurs de poche, des tablettes ou, en perspective, des smartphones.
L'utilisation de systèmes micro-électromécaniques (MEMS) permet d'obtenir des systèmes très compacts qui peuvent être fabriqués de manière rentable en grandes quantités. Malgré leur petite taille, la qualité des mesures est compétitive pour de nombreuses applications importantes. Les données acquises sont analysées chimiométriquement sur place ou en ligne et des caractéristiques spécifiques en sont extraites. Il est ainsi possible, par exemple, de faire des déclarations directes sur la maturité et la fraîcheur des aliments. D'autres applications telles que la vérification des rapports de mélange corrects dans la transformation des aliments, le contrôle rapide des marchandises entrantes et sortantes ou la sélection dans les processus de recyclage ou de réutilisation peuvent également être utilisées.
La recherche actuelle du Fraunhofer IPMS combine une technologie simple pour le composant MEMS avec une large gamme spectrale adressable du système et un haut degré de modularité. Le cœur du système est un miroir de balayage MEMS, qui dévie les faisceaux lumineux collimatés incidents sur un réseau monté dans le système. Une sélection de différents réseaux de diffraction spectraux est possible, qui peuvent être optimisés et utilisés pour des applications spécifiques.
Présentation de l'analyse spectrale au salon Analytica de Munich
Le système de démonstration actuel, que l'on peut également voir sur le stand du Fraunhofer IPMS au salon Analytica de Munich du 21 au 24 juin, couvre la gamme spectrale éprouvée de 950 nm à 1900 nm avec une résolution spectrale de 10 nm. Actuellement, le système atteint un volume de construction d'environ 2 cm³. Toutefois, une miniaturisation supplémentaire est possible. Les mesures sont effectuées dans des dispositions typiques en fonction des propriétés de l'échantillon, par exemple en transmission pour les milieux liquides ou les solides suffisamment transparents ou en réflexion diffuse pour les échantillons moins transparents avec une section transversale de diffusion suffisante. Le couplage optique du spectromètre est possible en tant qu'optique à faisceau libre ou via des fibres couplées. Dans le système de démonstration, la détection de poudres blanches est montrée. Il peut s'agir de sel, de sucre, d'amidon ou de farine, mais de nombreuses substances qui semblent visuellement similaires peuvent être détectées et attribuées de manière fiable.
L'analyse spectrale offre de multiples possibilités d'application
"Dans le contexte de l'évaluation des paramètres de qualité des aliments, il a été démontré que les taches de pression et les taches endommagées peuvent être détectées très tôt, en prenant l'exemple des pommes, de sorte qu'une sélection appropriée permet une récupération avec la plus grande valeur ajoutée possible et minimise la destruction évitable", explique le Dr Heinrich Grüger, scientifique au Fraunhofer IPMS. Des analyses quantitatives sont également possibles à l'aide de modèles mathématiques appropriés. L'analyse compositionnelle a été mise en œuvre pour évaluer la qualité de l'huile d'olive. Dans le contexte de la production agricole, les applications cibles vont de l'évaluation des sols arables, de l'ensemencement, de la croissance et de la maturité à l'utilisation des résidus, par exemple dans les usines de biogaz.
"La miniaturisation du système et les faibles besoins en énergie permettront également son utilisation dans des applications mobiles. L'intégration dans un système hôte, par exemple un ordinateur de poche, une tablette ou, à l'avenir, même un smartphone, bénéficie également de nombreux effets de synergie", poursuit M. Grüger. Par exemple, le processeur, la mémoire et l'alimentation électrique du smartphone peuvent être utilisés. En outre, l'accès aux informations de la base de données qui sont importantes pour l'évaluation peut être rendu possible. L'analyse d'images à l'aide de la caméra pourrait être utilisée pour circonscrire l'objet à mesurer et ainsi augmenter la précision des résultats. Pour les tâches de mesure plus complexes, par exemple les objets inhomogènes, l'utilisateur peut être guidé par la caméra et l'écran de manière à ce que la mesure soit effectuée à la position prévue et à la distance correcte. Ainsi, même les non-scientifiques peuvent effectuer des tâches de mesure exigeantes de manière rapide et fiable.
Les scénarios d'application concernent, entre autres, les systèmes professionnels portables avec une précision de mesure élevée pour une utilisation dans le contexte agricole, de l'évaluation du sol à la surveillance de la croissance, en passant par l'évaluation de la maturité pour la récolte, puis dans l'utilisation des produits, c'est-à-dire le stockage, la logistique et la distribution. Au "point de vente", la sélection des marchandises dans l'étalage est une application importante pour vendre des marchandises à un prix réduit pour une consommation immédiate juste avant qu'elles ne perdent leur fraîcheur, au lieu de les jeter le jour suivant. D'autre part, des systèmes plus simples peuvent être développés pour l'utilisateur privé, par exemple intégrés dans un téléphone portable ou comme dispositif accessoire avec une interface sans fil. Le consommateur pourra ainsi prendre des mesures sur la qualité et la fraîcheur avant l'achat et prendre une décision consciente sur la base de ces informations. En particulier pour les fruits qui mûrissent encore après la vente - l'avocat en est un exemple frappant - la sélection à domicile est encouragée afin de choisir les aliments qui sont au maximum de leur maturité pour la consommation. La consommation en temps voulu des aliments rapidement périssables contribue également à minimiser le gaspillage alimentaire.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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