Nuovi metodi di imaging per identificare le cultivar di mirtillo resistenti alle ammaccature

Le ammaccature sono un problema persistente che affligge l’industria del mirtillo. Al momento, la frutta danneggiata dalla raccolta meccanica non dovrebbe essere venduta al mercato fresco. Questo ostacola le opportunità di esportazione e costringe l’industria a fare affidamento su una manodopera costosa per la raccolta a mano che può essere difficile da raggiungere.


Il Dr. Changying “Charlie” Li, Co-PI e professore all’Università della Georgia, e il suo team stanno cercando di aiutare a risolvere questo problema. Stanno sviluppando metodi per valutare l’ammaccatura interna dei mirtilli usando metodi di imaging nel tentativo di trovare genotipi e cultivar più resistenti alle ammaccature.

L’immagine mostra la bacca segmentata (in verde) e l’area ammaccata (in rosso), da cui si può calcolare il rapporto di ammaccatura di ogni bacca. Immagine originale fornita dalla Dr. Penelope Perkins-Veazie

“Cerchiamo di usare i metodi di imaging per misurare quantitativamente le ammaccature interne. Penso che l’ammaccatura interna dei mirtilli sia un problema impegnativo. I mirtilli sono di colore scuro. Ed è molto difficile valutare visivamente i tessuti danneggiati attraverso la buccia blu scuro”, ha detto Li.

Queste ammaccature interne si verificano a causa degli impatti meccanici subiti durante la raccolta con macchine raccoglitrici standard. Secondo Li, le reazioni enzimatiche nel tessuto causano l’imbrunimento interno del frutto, ma un essere umano non può vedere facilmente il danno attraverso la pelle del mirtillo.

“Il mio gruppo ha sviluppato un metodo di imaging attraverso un progetto precedente”, ha detto Li. “Abbiamo usato l’imaging iperspettrale, sia attraverso la riflettanza che la trasmittanza, per rilevare le ammaccature interne, e abbiamo ottenuto un certo successo”. L’imaging iperspettrale (HIS) è una tecnica che utilizza un ampio spettro di luce invece del solito rosso, verde e blu nei pixel dell’immagine, permettendo un esame di un oggetto nei cambiamenti fisici o chimici che non possono essere visti dalle immagini RGB.

“La ragione per cui questo metodo funziona è che, attraverso l’impatto meccanico, alcune cellule del frutto del mirtillo si rompono, e viene liberata acqua. E con la presenza di acqua abbiamo un assorbimento diverso [della luce] rispetto alle cellule intatte“, ha detto Li. “E penso che miglioreremo la visibilità attraverso l’imaging iperspettrale in riflettanza e trasmittanza, in modo da poter individuare e quantificare i danni interni”.

Oltre a questo metodo che Li e il suo team hanno sviluppato in precedenza, stanno anche cercando di esplorare altri nuovi metodi. “Il primo si chiama 3D iperspettrale“, ha detto Li. “Fondamentalmente, gettiamo una luce strutturata sulla superficie della frutta. La luce strutturata significa che ha certi schemi, e poi usiamo un’altra telecamera per rilevare questo schema. E poi da questo possiamo ricavare la forma del frutto. Quindi, fondamentalmente, possiamo ottenere una forma 3D del frutto attraverso una sola telecamera, mentre in genere sono necessarie almeno due telecamere per percepire la forma 3D di un oggetto”. I dati iperspettrali raccolti avranno informazioni spaziali tridimensionali che aiutano il team a correggere gli effetti ottici causati dalla forma della superficie sferica del frutto.

Un’altra tecnica che Li e il suo team stanno esplorando è quella di quantificare l’area ammaccata scolorita di un frutto affettato usando l’intelligenza artificiale (AI). Attualmente, i valutatori prendono immagini RGB e classificano queste ammaccature osservando l’area imbrunita attraverso una fetta, ma è molto soggettivo. Altri usano Photoshop o altri software di imaging dove possono segnare l’area scolorita e poi calcolare il rapporto di ammaccature su tutta la superficie.

“Ma questo è un processo molto laborioso e che richiede tempo“, ha detto Li. “Il mio laboratorio sta cercando di utilizzare l’apprendimento automatico – un sottoinsieme dell’intelligenza artificiale – per analizzare le immagini molto rapidamente e accuratamente per quantificare le ammaccature interne in pochi secondi o in una frazione di secondi, in modo da poter ottenere tutti questi 50 campioni in un lotto da analizzare”.

La maggior parte dei mirtilli sono raccolti a mano per il mercato fresco, ma questo è molto costoso a causa dei prezzi della manodopera e della disponibilità limitata. Ma le raccoglitrici meccaniche standard che promuovono l’efficienza del raccolto creano danni da impatto alla frutta e la frutta sviluppa ammaccature interne. Li cita che fino al 78% della frutta raccolta con le raccoglitrici meccaniche ha gravi danni da ammaccature, che incidono sui ricavi dei coltivatori.

“Questo è un problema economico; è anche un problema di qualità alimentare. I consumatori non otterranno mirtilli di alta qualità se sperimentano un’eccessiva ammaccatura interna”, ha detto Li. “Ecco perché penso che attraverso questo progetto attuale, cerchiamo di sviluppare cultivar e genotipi migliori che siano più resistenti a queste ammaccature interne. E la mia tecnica sta cercando di quantificare questa ammaccatura interna in modo più accurato e più efficace”.

L’ammaccatura non è solo un problema statico, secondo Li. La frutta ammaccata internamente ha una durata di conservazione più breve, e i consumatori sono meno propensi a comprare cibo di bassa qualità che è morbido e visivamente non attraente. Li nota anche che la frutta ammaccata può favorire certi funghi e altre malattie post-raccolta, riducendo il rendimento economico. La dottoressa Lisa Wasko DeVetter, Co-PI e professore associato alla Washington State University, dice che le ammaccature nel nord-ovest del Pacifico e altrove possono limitare le opportunità di esportazione della frutta fresca.

Può limitare le nostre opportunità per i mercati di esportazione dove la frutta dovrà stare in un container per un periodo di tempo più lungo”, ha detto DeVetter. “Vorremmo avere frutta di alta qualità con meno ammaccature che possa durare per quei lunghi percorsi di spedizione e mantenere una buona qualità per quei clienti”.

Li sta attualmente lavorando con la sua collaboratrice, la dottoressa Penelope Perkins-Veazie, una fisiologa post-raccolta alla North Carolina State, che ha raccolto campioni di frutta per loro da analizzare come immagini. Dopo aver quantificato l’ammaccatura interna, questi dati saranno forniti ai genetisti per essere utilizzati nella selezione di genotipi meno inclini alle ammaccature interne.

“Penso anche che i dati potrebbero essere utili per i progettisti o i produttori di macchine per cercare di migliorare le loro macchine per ridurre i danni interni. E se possiamo facilmente, molto rapidamente identificare e quantificare questi lividi interni, possiamo migliorare il design della macchina”, ha detto Li.

Lavorare insieme come un team interdisciplinare è la chiave per raggiungere questo obiettivo.

“Vogliamo far progredire la raccolta meccanica dei mirtilli freschi per compensare la carenza di manodopera e gli alti costi di raccolta nell’industria dei mirtilli”, ha detto Li. “Le attuali tecnologie di raccolta meccanica creano eccessive ammaccature interne. Ecco perché penso che attraverso questo progetto di ricerca interdisciplinare, noi ingegneri lavoriamo insieme a orticoltori e altri scienziati delle piante per quantificare rapidamente le ammaccature interne. Possiamo quindi selezionare i migliori genotipi per integrare le nuove tecnologie di raccolta meccanica, fornire consigli ai coltivatori e infine aumentare la sostenibilità economica dell’industria del mirtillo”.

Fonte: VacCAP


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