Ontwikkeling van een modelgebaseerde methodologie voor de reductie van blutsschade bij aardbeien tijdens de oogst en verhandeling

Mechanische blutsschade in fruit is het gevolg van de toename van celbreuken en inter-cellulaire separatie. Het leidt tot significante economische verliezen en voedselverspilling. Het doel van dit doctoraatsproject was het ontwikkelen van generische methodes en modellen die kunnen helpen bij het voorspellen van blutsschade en het bevorderen van inzichten in mechanische blutsschade.

Om blutspredictiemodellen te ontwikkelen is het waardevol om te beschikken over een niet-destructieve methode die accurate blutsvolumemetingen mogelijk maakt. Dergelijke techniek werd ontwikkeld in deze thesis aan de hand van X-ray CT-beelden van geblutst fruit. Er werd aangetoond dat blutsen een zeer onregelmatige vorm kunnen hebben, hetgeen impliceert dat blutsvolumeschattingen gebaseerd op destructieve metingen in combinatie met eenvoudige geometrische veronderstellingen onnauwkeurig zullen zijn.

Een nieuw visco-elastoplastisch contactkrachtenmodel werd geïntroduceerd dat impactkrachten op fruit accurater kan voorspellen ten opzichte van bestaande modellen. Het model is toepasbaar in Discrete Elementen Methode (DEM) simulaties met willekeurige afgeronde vormen, hetgeen een belangrijk kenmerk is om met de niet-perfect sferische vorm van fruit om te gaan. Het model werd experimenteel gevalideerd op ‘Jonagold’, ‘Joly Red’ en ‘Nicoter’ appels op basis van quasi-statische en dynamische mechanische metingen. Het model is toepasbaar op andere vruchten en kan blutsschade helpen voorspellen en begrijpen. In toekomstig onderzoek kan dit model worden gebruikt om plukrobots, sorteerlijnen etc. te optimaliseren, zodanig dat minder fruit beschadigd wordt vooraleer het de consument bereikt.

Vervolgens worden empirische blutspredictiemodellen gepresenteerd die gebaseerd zijn op impact experimenten op appels. ‘Nicoter’-appels bleken het minst blutsgevoelig in vergelijking met ‘Jonagold’ en ‘Joly Red’. Impact-experimenten waarin meerdere impacten per appel op dezelfde positie werden toegepast, toonden aan dat het aantal impacten een belangrijk effect heeft op de blutsgrootte en de impact-profielen. Dit is een belangrijke observatie aangezien fruit meerdere impacten op dezelfde locatie kan ondergaan tijdens de verhandeling, terwijl in het meeste onderzoek naar blutsschade experimenten met een enkelvoudige impact worden uitgevoerd. Dit effect van meerdere impacten op het mechanisch gedrag van fruit kan waarschijnlijk verklaard worden door de toename van schade op de cellulaire schaal, wat het belang van de micromechanica van fruitweefsel op blutsschade benadrukt.

Om een beter begrip te krijgen van de micromechanica van plantenweefsel werd een model ontwikkeld dat plantenweefsel beschrijft als een verzameling van adherende vervormbare visco-elastoplastische omhulsels onder turgordruk waarin inter-cellulaire separatie irreversibel is. Realistische 3D virtuele structuren van tomaat mesocarpweefsel werden gegenereerd, gebruikmakend van een nieuwe methode. De gegenereerde weefselstructuren kwamen goed overeen met micro-CT beelden van echt tomaat mesocarpweefsel. Compressie en trektest simulaties tot weefselfalen werden uitgevoerd en gaven meer inzicht in het micro-mechanisch gedrag van het weefsel. Het model werd gebruikt om te onderzoeken hoe de inter-cellulaire bindingsenergie en weefselporositeit de  falingskarakteristieken van het weefsel beïnvloeden. In toekomstig onderzoek kan het model gebruikt worden om het effect van andere cellulaire eigenschappen (zoals celgrootte, turgordruk, etc.) op het algemene mechanische gedrag van fruitweefsel na te gaan.