Door middel van micro- en nanotechnologie maakt imec meetapparatuur kleiner en goedkoper. Dat leidt tot nieuwe toepassingen, zoals het online en in real time monitoren van processen in de food- en agritech. In dit artikel ontdek je vijf veelbelovende technologieën voor kwaliteitsbewaking in de voedselindustrie: hyperspectrale camera’s, Raman-spectroscopie, geminiaturiseerde microscopen, vloeistofsensoren en molecular imprinted polymers.
Van de boer tot het bord: voedingsproducten leggen een lange, complexe weg af voor ze bij de consument op het bord liggen. Maakt jouw onderneming deel uit van die keten? Dan wil je je steentje bijdragen tot een veilig, smaakvol eindproduct. En dat zo kostenefficiënt mogelijk.
Tools uit de food- en agritech helpen je daarbij. Vooral kleine, krachtige en goedkope sensoren geven je de kans om je productieprocessen online en in real time in de gaten te houden. En om veel sneller bij te sturen als dat nodig is.
Op zoek naar inspiratie? In dit artikel serveren we je vijf voorbeelden op basis van imec-technologie.
1. Hyperspectrale camera’s
Wat is het suikergehalte van mijn appels? Belandden er geen vreemde voorwerpen in mijn kant-en-klare maaltijden? Is mijn boomgaard aangetast door perenvuur?
Op dat soort vragen geven miniatuurversies van hyperspectrale camera’s het antwoord. Eigenlijk gaat het om hyperspectrale filters die worden aangebracht op beeldsensors in het zichtbare en bijna-infrarooddomein (VNIR) of het kortegolfinfrarooddomein (SWIR).
Richt je zo’n hyperspectrale camera op voedingsingrediënten en producten? Dan bevat het gereflecteerde licht een schat aan informatie zoals:
- de aanwezigheid van vreemde voorwerpen of onzuiverheden
- de samenstelling of exacte kleur
- het vet- en suikergehalte
Imec testte die mogelijkheden in haalbaarheidsstudies. En de hyperspectrale beeldsensoren zitten in het aanbod van verschillende camerabouwers. Door middel van systeemintegratie kun je ze vandaag al toevoegen aan je productieproces.
Imecs snapscan-demokit is een hyperspectrale beeldsensor die onder meer beschikbaar is voor onderzoek naar food- en agritechtoepassingen.
2. Raman-spectroscopie
Raman-spectroscopie is een snelle, accurate én veilige manier om de chemische samenstelling van stoffen te meten. Ideaal dus voor de voedselindustrie.
Waarom wordt het dan nog niet op grote schaal toegepast? De bestaande Raman-spectroscopie-apparaten zijn daarvoor te groot en te duur. Er bestaan ook betaalbare en draagbare oplossingen. Maar daarvan is dan weer de resolutie te laag.
Ondertussen ontwikkelde imec een Raman-spectrometerchip die toelaat om het beste van twee werelden te verenigen: een compact systeem mét een hoge resolutie. Als zo’n systeem op de markt komt, heeft de voedingsindustrie er een krachtig controle-instrument bij.
Imecs Raman-spectrometerchip kan worden gebruikt voor de ontwikkeling van mobiele Raman-scanners. Daarmee zouden boeren de samenstelling van melk zelfs ‘bij de bron’ kunnen controleren.
3. Geminiaturiseerde microscopen
Het inspectie-instrument met de scherpste blik gaat al eeuwen mee. Maar met zo’n klassieke microscoop trek je niet zomaar het veld op of de fabriekshal in.
Daarom ontwikkelde imec geminiaturiseerde microscopen. Die bevatten geen grote optische elementen – zoals prisma's, lenzen en microscoopobjectieven – maar naast een spiegel alleen:
-
een compacte, goedkope en energie-efficiënte lichtbron
- een standaard beeldsensor, zoals die in je smartphone
Door middel van software focust de microscoop op verschillende oppervlakken. Door die te combineren, kan ze ook volledige volumes analyseren.
Geminiaturiseerde microscopen bestrijken tot twintig keer grotere oppervlaktes dan lensgebaseerde oplossingen. En dat met dezelfde resolutie: tot 1 micrometer.
Je kunt ze inzetten voor een waaier van toepassingen, ook op industriële schaal.
4. Vloeistofsensor
Maakt fermentatie deel uit van je productieproces? Dan is het cruciaal om continu de zuurtegraad en de hoeveelheid zuurstof te meten. Af en toe een staal nemen is dus niet voldoende. Zeker als dat telkens eerst naar het lab moet ...
De vloeistofsensor-op-chip van imec kan voor dat soort toepassingen een oplossing bieden. Die is kleiner dan 1 cm² en meet verschillende parameters tegelijk:
- zuurtegraad
- geleidbaarheid (opgeloste zouten)
- opgelost zuurstof
De vloeistofsensor kan bij zowat alle schakels van de voedselketen zijn nut bewijzen. Bijvoorbeeld voor de kwaliteitstesten van proceswater. Of in de landbouw.
5. Molecular Imprinted Polymer (MIP)
Samen met IMOMEC, een imec-onderzoeksgroep aan de UHasselt, ontwikkelde imec sensorplatformen met MIP’s. Dat zijn synthetische receptoren met nanocaviteiten – in essentie oneffenheden in de vorm van receptormolecules (analieten), die dan ook krachtig worden aangetrokken.
Door dat proces elektronisch uit te lezen kun je dan ook heel precies die analieten detecteren in een oplossing. Bijvoorbeeld:
- hittebestendige peptidases die smaak- en stabiliteitsproblemen veroorzaken in melk
- pesticides in waswater dat moet worden getest voor veilig hergebruik
Het gebruik van MIP’s is ideaal voor bedrijven die op een kostenefficiënte manier het allerhoogste niveau van voedselveiligheid willen waarborgen.
Artificiële intelligentie in food- en agritech
Welke sensoretechnologie je ook gebruikt, het doel is altijd: massa’s data verzamelen. Maar dat levert je nog geen inzichten op. Laat staan pasklare acties om je processen te verbeteren.
Voor die stap is artificiële intelligentie cruciaal. Daarmee doorploeg je al die gegevens en spit je patronen naar boven. Die helpen je om efficiënter te werk te gaan.
Bijvoorbeeld:
-
Koppel hyperspectrale sensoren met machine learning-algoritmes om voedingswaren die (bijna) bedorven zijn automatisch uit te sorteren.
- Combineer verschillende databronnen (vloeistofsensoren, drones met hyperspectrale camera’s, ...) tot een digitale tweeling van een landbouwsite.
Graag advies?
Imec helpt je om de waarde van food- en agritech voor jouw bedrijf in te schatten. Neem deel aan de proeftuin Agrifood 4.0. Of stel je vraag aan Kris Van de Voorde.
