NIR-spectroscopie wordt al een tiental jaar door het VCBT ingezet om het oogsttijdstip van appel en peer te voorspellen. Ook na de oogst zou het interessant zijn om op een snelle en niet-destructieve manier de kwaliteit van appelen te meten. Er werden verschillende cultivars, herkomsten en seizoenen onderzocht en er werd zowel gemeten vóór als ná een week uitstal op 18°C. Hierdoor verkregen de modeldata een enorme spreiding in de suiker- en hardheidswaarden. Dit is noodzakelijk is om robuuste modellen te kunnen maken die betrouwbare voorspellingen geven.
Duizenden metingen
De vruchtkwaliteit van een groot aantal (5850) appelen werd onderzocht. Tabel 1 geeft de geteste cultivars, herkomsten en seizoenen weer. De appelen waren afkomstig van verschillende supermarkten. Per cultivar en per herkomst werden 200 vruchten geanalyseerd. Direct na aankomst (of na enkele dagen bewaring op 1°C) werden de eerste 100 vruchten gemeten en na 1 week uitstal de volgende 100 vruchten.
Tabel 1: Overzicht van de gemeten appelcultivars, herkomsten en seizoenen (1: Juni-Augustus 2:November)
Cultivar | Herkomst | |||||||
België | Frankrijk | Chili | Argentinië | Nieuw- Zeeland | Zuid-Afrika | Italië | China | |
Golden Delicious | 1-2 | 1-2 | 1 | 1 | ||||
Royal Gala | 2 | 2 | 1 | 1 | 1 | |||
Jonagold | 1-2 | |||||||
Braeburn | 2 | 1-2 | 1 | 1 | 1 | |||
Pink Lady | 1-2 | 1 | 1 | 1 | 1 | |||
Fuji | 2 | 1 | ||||||
Eerst werden de spectrale metingen uitgevoerd met een diode array spectrofotometer (Figuur 1). Bij deze metingen hoeven de appelen niet stuk gemaakt te worden, wat een groot voordeel is. Vervolgens kwamen de destructieve referentiemetingen voor stevigheid en suikergehalte aan de beurt. De stevigheid werd bepaald met een universele testmachine. Een plunjer (ø 11 mm) wordt met een snelheid van 8 mm/s acht mm in het vruchtvlees geduwd. De maximale kracht die hierbij optreedt, levert een maat op voor de hardheid. Het sap dat vrijkomt bij de hardheidmeting wordt gebruikt om het suikergehalte te meten m.b.v. een digitale refractometer.
Figuur 1: Meetopstelling met diode array spectrofotometer (Corona for Agriculture and Food , Carl Zeiss AG, Duitsland)
Suiker beter te voorspellen dan stevigheid
De spectra en de destructieve metingen worden met mekaar in verband gebracht via een statistische techniek (multivariate regressie), waaruit de kalibratiemodellen ontstaan. Met de modellen is het dan mogelijk om enkel op basis van de spectra het suikergehalte en de hardheid van de appelen te voorspellen. Dit kan heel snel gebeuren want om 1 appel met NIR te meten zijn slechts enkele seconden nodig. Globale modellen voor de stevigheids- en suikerbepaling werden opgesteld. Hiervoor bekeek VCBT alle cultivars tegelijk. Het model voor het suikergehalte had een min of meer aanvaardbare voorspellingskracht. Voor de stevigheid scoorden de modellen niet voldoende. Om de nauwkeurigheid van de voorspellingen te verhogen werden zowel voor het suikergehalte als voor de stevigheid de modellen per cultivar opgesteld. Zo kan er bvb. enkel voor Jonagold een voorspelling gemaakt worden. De modellen voor stevigheid bleven minder scoren dan deze voor het suikergehalte.
Enkel betrouwbare uitspraken met een respresentatief model
Om de invloed na te gaan van cultivar, seizoen, herkomst en uitstalleven op de bruikbaarheid van de modellen werden de modellen gevalideerd voor deze verschillende factoren. Zo werden modellen gemaakt met enkel data van 1 seizoen. We zien dat voor sommige cultivars het met deze modellen mogelijk is een uitspraak te doen over de appelkwaliteit van een tweede seizoen (Figuur 2, voorbeeld voor Braeburn), terwijl voor andere cultivars dit niet het geval was. De betrouwbaarheid van de voorspellingen is in grote mate afhankelijk van de representativiteit van de data in het model. Voor de invloed van de herkomst kunnen we dezelfde conclusies trekken. De verschillende herkomsten zorgen voor een grote variatie in de data waardoor de nauwkeurigheid van de voorspellingen vergroot. Zijn er echter afwijkende data in de modellen aanwezig, dan kunnen de modellen wel minder bruikbaar worden. Zoeken naar een optimale variabiliteit is dus de boodschap. We kunnen het suikergehalte beter voorspellen als de spectra van verse appelen gebruikt worden. Zijn de modellen gebaseerd op de metingen van appelen na 1 week uitstalleven, dan zijn de voorspellingen minder correct. Hoe dan ook, modellen met alle data samen scoren natuurlijk het beste.
Figuur 2: Het voorspelde suikergehalte vs. het gemeten suikergehalte bij de seizoensvalidatie voor Braeburn
De variatie in de modeldata werd ook geanalyseerd via een bijkomende statistische techniek (functionele ANOVA) waarbij de spectra als een functie worden gezien. Via deze analyse stelden we vast dat de verschillen in de spectra tengevolge van verschillende seizoenen, herkomsten, … zich vooral situeerden rond 1450 nm. Deze golflengte duidt voornamelijk de absorptie van water aan. Zowel het effect van cultivar, seizoen, herkomst en uitstalleven waren significant.