Kjemien i perfekte jordbær er nøkkelen når roboter skal lære seg å plukke dem

Forskerne kartlegger kjemien i modne jordbær, tester bærene mot et smaksdommerpanel og utvikler spektroskopiske applikasjoner som kan «se» kjemien uten å plukke bærene.

– Nordmenn foretrekker søte jordbær, samtidig trengs litt syre for å få frem friskheten. Vi har allerede gjennomført to store analyser av sukker og syreinnhold i totalt 200 jordbær, som alle ble vurdert som modne utfra farge. Nå er vi i gang med de første analysene av årets jordbær, forteller forsker Kjersti Aaby i Nofima.

Hva viser de kjemiske analysene?

Som andre bær inneholder jordbær mest vann, men det er store variasjoner både i mengden sukker og syre, og i hvilke sukker- og syrearter som dominerer. Selv om alle de undersøkte bær virker farge- og formmessig modne inneholdt de søteste bærene dobbelt så mye sukker som de minst søte.

Variasjonene var mellom 4,7 gram og 9,6 gram per 100 gram. Gjennomsnittet var 6,6 gram per 100 gram. Syreinnholdet varierte mindre, men det var forskjeller der også, fra 0,6 gram til 1,1 gram per 100 gram. Her er gjennomsnittet 0,9 gram.

– En annen viktig faktor å ta hensyn til når vi skal måle søtheten på jordbær er at jordbærene er søtest ved spissen og minst søte ved hamsen. Dermed får vi også forskjellige resultater hvis vi lager juice av et bær og når vi måler på ulike steder på bæret, forklarer Kjersti.

Trenger nye målemetoder

Sånn omtrent midt på jordbæret er søtheten omtrent gjennomsnittlig, og det er her robotsensorene må måle for å være sikker på at hele bæret er søtt nok.

Det pågår allerede forsøk med å få roboter til å velge ut og plukke jordbær, men treffprosenten er for dårlig. For å kunne sikre at robotene plukker de perfekte bærene holder det ikke å bruke tradisjonell kamerateknologi som bare ser på farge og fasong. Det trengs målemetoder som også måler kjemien i jordbærene.

Det er her de såkalte spektroskopiske metodene kommer inn. Dette er metoder som bruker lysspekter eller laser for å «se» kjemien i hvert enkelt bær, og basert på denne informasjonen kan måle for eksempel mengden av sukker og syre. Disse metodene er hurtige og ikke-destruktive, det vil si at de kan måle direkte på hvert eneste jordbær uten å ødelegge det. Før de spektroskopiske målemetodene kan tas i bruk må forskerne lage modeller for egenskapene de skal måle.

– Vi bruker resultatene fra de kjemiske analysene, og lager spektroskopiske modeller som gir svar på søthetsgraden i hvert enkelt jordbær. Neste steg er at Nofimas smaksdommere kontrollerer resultatene fra de kjemiske analysene og modellene våre, forteller Nofima-forsker Petter Vejle Andersen.

Smaksdommere kontrollerer resultatene fra modellene

På Nofimas sensoriske laboratorium jobber profesjonelle smaksdommere. Deres jobb er å beskrive og bedømme matvarers egenskaper.

En kjemisk analyse gir svar på nettopp jordbærenes kjemiske sammensetning, altså hvor mye og hvilke typer sukker og syre, men analysene sier egentlig ingenting om hvordan vi mennesker oppfatter jordbærene. Vi bruker, ofte helt ubevisst, langt flere vurderingskriterier. Ikke bare er vi opptatt av smak, også lukt, farge, form og tekstur er avgjørende for hvordan vi oppfatter smak.

­– ­Når smaksdommerne vurderer hvorvidt de spektroskopiske modellene klarer å fange søtheten i hvert enkelt jordbær, bedømmer de lukt utfra kriteriene syrlig, søtlig, bær, frukt og total intensitet og smak utfra kriteriene syrlig, søt, sur, bitter og total intensitet forklarer forsker Mari Gaarder i Nofima. Hun har analysert bedømmelsene fra smaksdommerne.

I den første testen smakte Nofimas ti smaksdommerne på 20 jordbærprøver hver med ulike grad av søthet og syre. Jordbærene ble plassert i ulike kategorier utfra resultatene av spektroskopimålingene, og dommernes bedømming av søthet stemte svært godt overens med disse. Dette tyder på at det vil være mulig å måle smak med spektroskopiske metoder, og i neste omgang utvikle robotsensorer som inneholder spektroskopiske applikasjoner.

Ny jordbærsesong = nye tester

For å sikre at applikasjonene forskerne utvikler gir stabile svar over tid, er de nå i gang med nye tester på årets jordbær. Forskerne starter med å kategorisere bær ved hjelp av spektroskopiapplikasjonene, deretter analyserer de bærene både kjemisk og sensorisk for å se om applikasjonene fortsatt holder mål – eller om forskerne må oppdatere modellene.

Så langt tyder resultatene på at noen spektroskopiske metoder ser ut til å være mer stabile enn andre, samtidig må applikasjonen være rask og solid nok til å fungere i robotsensoren. Dette jobber forskerne videre med, i ulike forskningsprosjekter.

Det starter med metodeutvikling

For å kunne tilby teknologi som kan installeres og brukes i en robot, må det utvikles nye metoder for både analyser og målinger. Mye av denne metodeutviklingen foregår i Nofimas strategiske forskningsprogram, finansiert av Fondet for forskningsavgift på landbruksprodukter (FFL).

Når forskerne har kartlagt hvordan de bruker resultater fra kjemiske og sensoriske analyser til kalibreringer for hurtige ikke-destruktive målemetoder, vil det være mulig å bygge videre på metodene slik at man skulle kunne gjøre samme type analyser og målinger for andre typer frukt og bær.

Fakta om forskningen

Utviklingen av de ulike metodene, både for kjemiske og sensoriske analyser og målemetoder basert på NIR- og Ramanspektroskopi gjøres i Nofimas strategiske forskningsprogram, finansiert av Fondet for forskningsavgift på landbruksprodukter (FFL).

Forskningen med å videreutvikle spektroskopiske applikasjoner gjøres blant annet i SFI DigiFoods (Senter for forskningsdrevet innovasjon) finansiert av Norges forskningsråd og deltakende partnere og i innovasjonsprosjektet MålBær – Sensorer for automatisk presisjonsplukking av jordbær, finansiert av forskningsmidlene for jordbruk og matindustri og partnere.