Wiskundig model van KU Leuven voorspelt deuken in fruit

Tot 20 procent van het Belgische fruit gaat verloren omwille van kwetsuren aan de vruchten. Een appel met een geblutst oppervlak groter dan anderhalve vierkante centimeter wordt bijvoorbeeld niet meer verkocht. Elien Diels van het Departement Biosystemen aan de KU Leuven ontwikkelde daarom een wiskundig model dat blutsen kan voorspellen. Dat biedt meer mogelijkheden dan de ‘elektronische appel’ die nu dezelfde weg doorloopt als het fruit en alle schokken registreert. Diels legt uit dat de door haar ontwikkelde cluster van algoritmes de blutsen op fruit virtueel kan simuleren, met een grotere nauwkeurigheid tot gevolg. In de strijd tegen voedselverspilling speelt blutsschade en het onderzoek daarnaar een belangrijke rol.

“Om geblutst fruit te voorkomen, moet je voorzichtig plukken, slimme sorteerlijnen bouwen en nadenken over schokbestendig transport”, zegt onderzoekster Elien Diels (KU Leuven). Nu gebruikt de sector bij het testen van sorteerlijnen een elektronische appel die het traject doorloopt zoals een echte vrucht dat ook zou doen. Onderweg registreert het toestel de cruciale punten die achteraf aangepast kunnen worden, bijvoorbeeld door een extra beschermlaag rubber te voorzien. Een wiskundig model biedt volgens Diels meer mogelijkheden dan het bestaande meettoestel, en kan ook ingezet worden voor het fijn afstellen van de grijpers van plukrobots.

Diels: “Ik ontwikkelde een cluster van algoritmes om de blutsen van fruit virtueel te simuleren. Hiermee kan de fruitsector de keten sneller en makkelijker bijstellen om blutsschade binnen de perken te houden.” Nooit eerder werd blutsschade zo nauwkeurig onderzocht als met dit doctoraatsonderzoek. “Eerdere modellen vertrokken vaak van uniforme appels terwijl variatie eigen is aan biologie. Appels zijn allemaal verschillend zijn, asymmetrisch bovendien. Mijn virtueel fruit heeft realistische vormen”, verklaart Elien Diels. “Daarnaast is er de vorm van de bluts zelf. Om blutsen te meten, moest je fruit schillen en doorsnijden. Daarbij werd verondersteld dat blutsen kegelvormig of ellipsvormig zijn, maar er bestaat niet zoiets als ‘de gemiddelde bluts’. Op beelden van appels in een CT-scanner zag ik dat blutsen een onregelmatige vorm hebben.”

Om de blutsen te voorspellen, moet je volgens Diels eerst goed begrijpen wat een bluts is, ook op microschaal. “Daarvoor heb ik fruit bestudeerd tot op celniveau. Blutsen ontstaan als cellen loskomen of scheuren. In fruitcellen zitten verschillende stoffen netjes opgeborgen in compartimenten. Zodra ze breken, komen de stoffen met elkaar in contact. Het zet een biochemische reactie in gang die eindigt met melanine, een donker pigment dat het vruchtvlees verkleurt. De rijpheid van de vrucht speelt hierbij een rol, net zoals het ras. Testen lieten zien dat sommige appelrassen gevoeliger zijn voor blutsen dan andere. Appels van de variëteit Kanzi scoren bijvoorbeeld opmerkelijk beter dan Jonagold.”

Eerst wou Diels haar onderzoek uitvoeren op aardbeien die bijzonder gevoelig zijn voor blutsen. Ze waren echter te fragiel voor de experimenten. Voor de ontwikkeling van het algoritme werkte ze daarom met apppels en tomaten. “De wiskundige modellen werken voor allerlei soorten vruchten”, verduidelijkt de onderzoekster van KU Leuven nog. “Je voert de specifieke eigenschappen van het fruit in en een computer doet de rest: bepalen of je een bluts mag verwachten, en wat het totale blutsvolume is na één tot acht inslagen. De schade van plantenweefsel verschilt immers naargelang het aantal inslagen. De eerste impact veroorzaakt meer schade dan opeenvolgende impacts. Verder onderzoek zal de kennis van fruitweefsel moeten uitbreiden.”