Non-invasive Assessment of Firmness and NIR Sugar (TSS) Measurement in Apple, Pear and Kiwi Fruit

Abstract

A comparison of the non-invasive ‘intelligent firmness detector’ (IFD) with two standard destructive techniques for measuring fruit firmness of peeled fruit, viz. a hand-held (Bareiss) and the ART penetrometer, showed the least variation of the IFD or best reproducibility of SE of  ± 1–2 elasticity units with firm cv. ‘Braeburn’ apples, equivalent to conventional hand penetrometer values of ± 0.12 kg/cm². Correlations of the IFD with hand-held values ranged from r ² = 0.47–0.54 for cv. ‘Lucas’ pear, 0.55–0.75 for stored cv. ‘Elstar’ apple to 0.68 (ART) and 0.75 (handheld penetrometer) for retail cv. ‘Hayward’ kiwi fruit.

Shrivelled fruit showed larger elasticity values possibly due to the firm ridges, which develop in the peel during shrinkage of those fruit. The IFD software corrects viz. removes artificially firm values, if the pressure sensor hits the pedicel rather than the fruit. A second comparison for total soluble solids (TSS/sugar/sweetness/taste) values of the non-invasive ‘intelligent fruit analyser’ (IFA) with conventional, destructive refractometry showed a good correlation with a coefficient of determination of r ² = 0.87 with cv. ‘Elstar’. Non-destructive IFA sugar/TSS values were within ca. 4 % of those obtained by the destructive refractometer, e.g. an accuracy of ±0.6 % sugar/TSS in apple fruit with 14–17 % sugar. The work showed that

• a. non-invasive fruit firmness determination with the IFD requires only a single calibration for all fruit species and future measurements,

• b. non-invasive sugar determination with the IFA requires regression curves in the grading machine for each fruit species, cultivar, provenience and year, or alternatively a large number of stored values, and

• c. neither bruises nor heat damage were observed on fruit measured properly by the IFD or IFA.

Zusammenfassung

Die Messungen mit dem nicht-destruktiven ‘Intelligent Firmness Detector’ (IFD) wurde mit denen von zwei Hand-Penetrometern (Bareiss und ART) für geschälte Früchte verglichen. Die Festigkeitswerte des IFD wiesen die geringste Abweichung bzw. höchste Reproduzierbarkeit auf mit einem Standardfehler (SE) von ± 1–2 Elastizitätswerten bei festen Äpfeln der Sorte ‘Braeburn’, entsprechend ± 0,12 kg/cm² bei den herkömmlichen Hand-Penetrometern. Die IFD Werte korrelierten mit einem Bestimmtheitsmaß von r ² = 0,47–0,54 für Birnen der Sorte ‘A. Lucas’, 0,55–0,75 für gelagerte Äpfel der Sorte ‘Elstar’ bis zu 0,68 (ART-Penetrometer) bis 0,75 (Bareiss- Hand- Penetrometer) für verkaufsfähige Kiwi der Sorte ‘Hayward’. Schrumpelige Früchte wiesen einen hohen Festigkeitswert (Elastizitätsmodus) auf, der auf die festen Rippen zurückgeführt wird, die die Schale solcher Früchte beim Austrocknen bildet. Ein zweiter Vergleich der Zucker- bzw. löslichen Trockensubstanzwerte des nicht-invasiven ‘Intelligent Fruit Analyser’ (IFA) mit konventionellen, destruktiven Verfahren (Refraktometer) ergab nach vorangegangener Eichung des IFA mit den gleichen Früchten eine gute Korrelation mit einem Bestimmtheitsmaß von r ² = 0,87 bei Äpfeln der Sorte ‘Elstar’. Dabei wichen die Werte des nicht-invasiven IFA um ca. 4 % von denen des Refraktometers ab; dies entspricht bei einem Zuckergehalt von 14–17 % einer Genauigkeit von ± 0,6 % Zucker. Die Untersuchungen haben gezeigt, dass

• a. die nicht-destruktive Fruchtfestigkeitsmessungen mit dem IFD einmalig eine einzige Kalibrierung für alle Früchte und weiteren Messungen voraussetzt,

• b. die nicht destruktive Zuckerbestimmung mit dem IFA eine vorhergehende Eichung mit Regressionskurven aus herkömmlichen Refraktometerwerten individuell für jede Fruchtcharge (Obst- und Gemüseart, Herkunft, Sorte und Jahr), oder eine große Anzahl solcher gespeicherter Messwerte, neu benötigt und

• c. weder beim IFD noch IFA Schalenverletzungen oder Hitzeschäden entstanden.