Schrift   | 

Adresse:

Max-Eyth-Allee 100

14469 Potsdam

Tel. +49 (0)331 5699-0

E-Mail atb@atb-potsdam.de

Koordinierendes Institut

Zerstörungsfreie Messung der spektralen Lichtabsorption im Fruchtgewebe

Einsatz eines Spektrometers zur Reifebestimmung bei Früchten

 

Welches Ziel wird verfolgt?

  • Sicherung hoher Erträge bei bestmöglicher Qualität der Früchte unter Beachtung des Verwendungszwecks 
  • Unterstützung der Entscheidung über die geeignete Verwendung z.B. sofort für den Frischmarkt oder für eine Lagerung über eine vorgegebene Zeitspanne 
  • Bestimmen des optimalen Erntetermins, der entsprechend dem vorgesehenen Verwendungszweck sowohl hohe Erträge und Qualität sichert, um zeitnah Informationen über den tatsächlichen Reifeverlauf der Früchte zu erhalten 
  • Verbesserung der Planung des Einsatzes von Pflückarbeitskräften und der anschließenden Prozesse zur Verwertung

Wie wird die Reife bei Früchten bestimmt?

  • Fruchtentwicklung in Bezug auf Größenzunahme und Formveränderung 
  • Farbwechsel häufig von grün nach gelb oder rot im Reifeverlauf 
  • Abnahme der elastischen Steifigkeit und Festigkeit 
  • Inhaltsstoffveränderung 
  • Kriterien zur Reifebestimmung bei Äpfeln:

    • Festigkeit
    • Stärkeabbau
    • Gehalt an löslichen Feststoffen (Brixwert)
    • Chlorophyllabnahme (Verblassen der Grundfarbe)
    • Gasstoffwechsel (Atmungsrate, Ethylenbildung)

Was ist ein Spektrometer?

  • ein optisches Messgerät, mit dessen Hilfe schnell und zerstörungsfrei die spektrale Lichtabsorption im Fruchtgewebe bestimmt werden kann
  • Korrelation der optischen Information mit im Labor gewonnen Messdaten über die Inhaltsstoffe (im Rahmen einer Kalibrierung)
  • aus Messdaten Datengewinnung über Gehalte an unterschiedlichen Pigmenten (Chlorophyll, Anthozyane, Carotinoide) und an Wasser und Kohlenwasserstoffen
  • selektive Lichtabsorption bei charakteristischen Wellenlängen des sichtbaren und nah-infraroten Spektrums
  • Anlegen einer mit dem Spektrometer verbundenen Sonde (Messkopf) an die Frucht
  • miniaturisierte Spektralsensoren ermöglichen Aufbau von leicht tragbaren Geräten und damit Messung am Baum bzw. an der Pflanze

Prinzip der spektralen Messung

Funktionsweise

  • Lichtquelle sendet Licht in einem breiten Wellenlängenbereich 
  • Lichtquelle direkt (z.B. Miniglühlampe) oder Glasfaser leitet das Licht auf die Fruchtoberfläche (Eintrittsstelle) 
  • Licht dringt durch die Schale ins Fruchtfleisch und verteilt sich in alle Richtungen 
  • ein Teil des eingedrungenen Lichts gelangt nach Durchlaufen eines Teils der Frucht an anderer Stelle wieder an die Fruchtoberfläche (Austrittsstelle) 
  • spektrale Lichtintensität wird auf dem Weg von Eintrittstelle zu Austrittsstelle durch Absorption im Fruchtfleisch spezifisch beeinflusst 
  • Glasfaser nimmt das Licht an der Austrittstelle auf und leitet es zum Spektrometer 
  • Spektrale Messdaten werden gespeichert

Leistungsparameter eines tragbaren Spektrometers für Forschungszwecke

Aufbau und Gewicht: Rucksack mit Elektronikteil, Spektrometer und Handsonde; 4 kg 
Messparameter:Partielle spektrale Lichtdurchlässigkeit, Oberflächentemperatur
Spektralbereich:500 bis 1000 nm
Spektrale Auflösung:3,3 nm
Messzeit:3 s je Messung (spektrale und Temperaturmessung)
Sonde:Ringbeleuchtung mit 6 Miniglühlampen, mittig platzierte Glasfaser
Option:Zusätzliche Erfassung von gesprochenen Kommentaren
Einsatzdauer:Akkumulatorkapazität ausreichend für 8 h
Datenspeicherung:Notebook PC oder Kompakt PC

Erprobung des Forschungsspektrometers in der Praxis in einer Apfelplantage in Werder bei Potsdam

- Funktionelle Fragen

  • Zuverlässigkeit der spektralen und der Temperaturmessung 
  • Eignung der optionalen Erfassung gesprochener Kommentare 
  • Kapazität der Stromversorgung 
  • Randbedingungen für die Datenerfassung

- Herangehensweise 

  • Bestimmung der Veränderung der spektralen Charakteristik einer repräsentativen Anzahl von Früchten einer Partie
  • Bewertung an Hand ausgewählter Merkmale im Vergleich mit konventionellen Parametern und Erfahrungswerten
  • Trendanalyse der Merkmalsveränderung, Prognose des optimalen Erntetermins

- Auswertung der spektralen Messdaten

  • Bestimmung der Chlorophyllabnahme an Hand des sog. Red-edge und Kontrolle durch Vergleich mit destruktiven Laboranalyse
  • Empirische Definition eines Index der Chlorophyllabnahme und eines Index der Anthozyanbildung zur Beschreibung der Grund- und Deckfarbveränderungen

Veränderung der spektralen Messdaten und des äußeren Erscheinungsbildes während der Fruchtreife am Beispiel eines Apfels (’Elstar’, 13.8.-22.9.2003)

- Veränderung der spektrale Lichtdurchlässigkeit im Fruchtfleisch während der Fruchtreife des Apfels durch:

  • Abschwächung der zunächst starken Absorption durch Chlorophyll (um 680 nm) 
  • Verstärkung der Absorption durch Deckfarbpigment (um 550 nm) 
  • verstärkte Absorption im nah-infraroten Bereich (um 800 nm) 
  • sprunghafte Abnahme der Absorption durch Chlorophyll zwischen vorletzten und letzten Messtermin 
  • starke Wachsbildung (Glanz) in diesem Zeitraum

Praktische Einsatzmöglichkeiten

  • Überwachung des Reifefortschritts bei Früchten vor der Ernte  
  • Bereitstellung von Informationen über tendenzielle Veränderungen von Inhaltsstoffen während der Fruchtentwicklung am Baum bzw. an der Pflanze sowie in der Nachernte zur Beurteilung der Nachreife im Lager
  • Nutzung der Informationen zur Bestimmung des optimalen Erntetermins unter Beachtung der Verwendung (Frischmarktbelieferung, Lagerung)

Welche Produktarten sind geeignet?

  • frische Produkte kompakter Form mit lichtdurchlässiger Außenhaut wie Äpfel oder Tomaten 
  • andere Produkte mit Einfluss von Qualitätsveränderungen auf die spektrale Lichtabsorption im ausgewerteten Lichtpfad

Welche Produktarten sind nicht geeignet?

  • Produkte mit lichtundurchlässiger Außenhaut wie Nüsse bzw. Produkte ohne Einfluss von Qualitätsveränderungen auf die spektrale Lichtabsorption im ausgewerteten Lichtpfad 

Umsetzung der spektrometrischen Reifebestimmung in der Praxis

  • Bereitstellung eines kostengünstigen Handgeräts mit Spektrometer (z.B. Pigment-Analyzer
  • Weiterentwicklung der Bewertungsmethoden für spektrale Merkmale des Reifefortschritts 
 

Save the Date

17.-20. Sept. 2019

Trainingschool on measuring and modelling gaseous emissions from livestock systems, ATB Potsdam

Termine

Sept 04, 2019: FRUTIC Symposium 2019

The FRUTIC Symposium 2019: Innovations in Pre- and Postharvest Supply Chain of...

Sept 5-6, 2019: INSECTA 2019 International Conference, Potsdam

The INSECTA 2019 International Conference aims to give an overview of...

Sept 17-20, 2019: Trainingschool on measuring and modelling gaseous emissions from livestock systems, Potsdam

The interdisciplinary training school provides hands-on training in measuring...

Presseinfo

Präzises Modell für den optimalen Fruchtbehang

6. Juni 2019: Brandenburgs Agrar- und Umweltstaatssekretärin Dr. Carolin...

Sensorgestütztes Frühwarnsystem für tierischen Stress

28. März 2019: Ein sensorgestütztes Frühwarnsystem für tierischen Stress steht...

ATB 2016

Per Klick im aktuellen Forschungsbericht 2016 blättern...

Leibniz-Institut für Agrartechnik und Bioökonomie e.V. · Max-Eyth-Allee 100 · 14469 Potsdam · Deutschland · Tel. +49 (0)331 5699 0 · E-mail atb@atb-potsdam.de