Lasertechnologie heeft iedereen al wel eens gezien, in bijvoorbeeld sciencefictionfilms, op muziekfestivals, bij DVD-spelers,… Wij onderzoeken hoe we deze lasers kunnen gebruiken om gevaarlijke, kankerverwekkende stoffen in ons voedsel op te sporen.
Deze middag nog frietjes gegeten! Super lekker! Wie eet er nu niet graag frietjes? Alhoewel, nu ik al een paar jaar onderzoek doe naar de detectie van kankerverwekkende stoffen in voedsel, moet ik eerlijk zeggen dat ik toch wel bewuster met voeding om ga. Wist je dat er elke dag gevaarlijke, kankerverwekkende stoffen onze voedselketen binnendringen? Eén van die gevaarlijke en kankerverwekkende stoffen is acrylamide. Acrylamide is een chemische stof die wordt gevormd tijdens het frituren van aardappelen en dus van frietjes. Tijdens het frituren, bij temperaturen hoger dan 120°C, treedt er een chemische reactie op die water, zetmeel, suiker en asparagine in de rauwe aardappel omzet in acrylamide. Afhankelijk van de concentratie van water, zetmeel en suiker in de rauwe aardappel, wordt er meer of minder acrylamide gevormd. De meeste aardappelen vormen slechts kleine concentraties acrylamide, die niet schadelijk zijn. Echter, sommige aardappelen, die zelfs van hetzelfde veld kunnen komen, kunnen hoge concentraties acrylamide vormen. Deze geschikte en ongeschikte aardappelen voor het frituren kunnen helaas niet met het blote oog onderscheiden worden.
Wil dat nu zeggen dat al ons voedsel, en al onze frietjes, gevaarlijk en kankerverwekkend zijn? Zeker niet! Elke dag worden tal van chemische tests uitgevoerd om ervoor te zorgen dat ons voedsel zo veilig mogelijk is. Voorlopig controleren de chemische proeven niet elke aardappel, maar een steekproef van enkele aardappelen. Alle geteste producten moeten helaas worden weggegooid (niemand wil voedsel opeten dat in contact is geweest met chemicaliën, toch?). Deze chemische testen zijn ook erg duur, ze duren lang en maken gebruik van grote apparatuur in gespecialiseerde labo’s.
Zou het niet geweldig zijn moesten we de schadelijke stoffen op een snelle en accurate manier kunnen opsporen, zonder voedselverspilling? Dat is de vraag die ik met mijn onderzoek opgelost heb: zou het mogelijk zijn om alle producten stuk per stuk te scannen, zonder de producten aan te tasten, en zodat we zeker zijn dat alle producten 100% veilig zijn? Om dit probleem om te lossen (en ook wel een beetje omdat ik graag frietjes eet zonder de aanwezigheid van kankerverwekkende stoffen), heb ik fotonica of licht-technologie ingeschakeld. Na 4 jaar onderzoek en honderden aardappelen later, heb ik een optische scanner ontwikkeld die de schadelijke stoffen op een snelle en accurate manier kan detecteren. De laserscanner is vergelijkbaar met een barcodescanner van in de supermarkt, maar dan veel groter en voor industriële sorteermachines. Klinkt fantastisch, niet? Om te begrijpen hoe dit werkt, moeten we even dieper ingaan in de wondere wereld van de fotonica!
Fotonica... wat?!
Fotonica is de wetenschap van licht en licht-technologie… Ok, dat is dus de definitie… Wat is het nu echt? Kort gezegd, fotonica is de wetenschap die alles met licht onderzoekt: die bestudeert hoe licht kan gebruikt worden om energie op te wekken (zoals bij zonnecellen), hoe lichtdeeltjes (fotonen) kunnen gebruikt worden voor datacommunicatie (zoals internet), hoe lichtstralen zich door een lenzensysteem buigen om een afbeelding of foto te maken, enz. Fotonica heeft ontelbaar veel toepassingen, denk maar aan de telecommunicatie, robotica, auto-industrie, scheikunde, gezondheidszorg, voedingsindustrie, en zelfs archeologie,… Bij de onderzoeksgroep B-PHOT aan de Vrije Universiteit Brussel werken ongeveer 70 mensen rond fotonica en zijn toepassing in deze verschillende domeinen.
Op dit moment gebruik je misschien wel 4 toepassingen van fotonica
Het klink misschien allemaal een beetje exotisch, maar momenteel, terwijl je deze blog aan het lezen bent, gebruik je misschien 4 (of meer) toepassingen van fotonica! (1) Je laptop, tablet of gsm-scherm waarop je deze blog aan het lezen bent, zit vol met fotonica! Ooit al eens de LED verlichting van deze schermen afgezet? Probeer maar eens… het wordt dan haast onmogelijk om verder te lezen. (2) Deze blog staat op het internet. Supersnelle internetverbindingen maken gebruik van optische vezels, waarin data wordt doorgestuurd via lichtsignalen. (3) Misschien heb je een bril aan, of heb je lenzen? Een belangrijk deelgebied binnen de fotonica is bezig met de ontwikkeling van nieuwe types lenzen en camerasystemen. Wist je trouwens dat er in je oog ook een lens zit? (4) Je laptop, gsm of tablet heeft bovendien energie nodig om te werken. Misschien wordt deze wel gegenereerd door zonnecellen, die de energie van de zon, en dus van het licht, gaan omzetten in elektriciteit?
Hoe licht precies reageert met een product, is algemeen afhankelijk van de chemische structuur van het product
Fotonica bestudeert ook de manier waarop licht met voorwerpen interageert. Heb je je al eens afgevraagd waarom we door glas kunnen kijken, maar niet door een muur, of waarom we een groene en rode appel kunnen zien als groen en rood? Fotonica kan hierop antwoorden! Algemeen kunnen we een voorwerp zien wanneer lichtstralen van dat voorwerp in ons oog terecht komen. Wanneer het pikdonker is, zonder licht, komen er geen lichtdeeltjes in ons oog terecht, en zien we dus geen voorwerpen. Lichtdeeltjes kunnen zich voortplanten door glas, waardoor we door dit glas kunnen kijken, maar niet door een muur. Wanneer we met licht (vb zonlicht) een voorwerp belichten, gaat een stuk van dit licht reflecteren van het voorwerp naar ons oog, en kunnen we het voorwerp waarnemen. Kijken we naar verschillende objecten, bijvoorbeeld een rode en groene appel, dan gaan deze 2 appels een verschillend stuk van het zonlicht reflecteren en kunnen we hierdoor de verschillen in kleur waarnemen. Het zonlicht (of wit licht in het algemeen) is opgebouwd uit verschillende kleuren (zoals we kunnen zien bij bv een regenboog). Als het zonlicht invalt op een rode appel, gaan alle kleuren in het witte licht worden opgenomen door de appel (worden geabsorbeerd), behalve het rode licht. Dat gaat namelijk reflecteren. De groene appel gaat juist hetzelfde reageren, maar zal enkel het groene licht reflecteren. Hoe licht precies reageert met het product, is algemeen afhankelijk van de chemische structuur van het product. Een rode en een groene appel hebben een enigszins andere chemische structuur en gaan dus anders reageren op het witte zonlicht.
Hetzelfde principe gaan we toepassen om de gevaarlijke, kankerverwekkende stoffen in ons voedsel (en niet te vergeten, in onze frietjes) te gaan opsporen! Hoe gaat dit in zijn werk? Wanneer we ons voedsel belichten met laserlicht, gaat dit licht interageren met het product. Zo kan het bijvoorbeeld reflecteren, door het product door gaan, geabsorbeerd worden of zelfs nieuwe lichtdeeltjes genereren. De interacties die optreden zijn afhankelijk van het type laser (de kleur en de sterkte van de laser) en van de chemische structuur van het product. Indien er kankerverwekkende stoffen aanwezig zijn, gaat de laser op een iets andere manier met het product interageren. Door die minieme verandering op een hele nauwkeurige manier te detecteren en te bestuderen, kunnen we vervolgens die kankerverwekkende stoffen opsporen.
Denken we terug aan onze frietjes: om te kunnen voorspellen welke rauwe aardappelen te veel schadelijke acrylamide gaan vormen tijdens het frituren, heb ik de interactie van licht met die rauwe aardappelen onderzocht. Meer specifiek heb ik de interactie van de geschikte en ongeschikte aardappelen met verschillende types laserlicht bestudeerd en op basis daarvan een algoritme ontwikkeld die de ongeschikte aardappelen kan detecteren. De toepassing voor aardappelen en frietjes kan je duidelijk zien in dit filmpje.
Van lasers naar een snelle detectie via laserscanners
Voedsel veilig maken en tegelijkertijd voedselverspilling verminderen
Na het vinden van de optimale lasers en het ontwikkelen van het detectie-algoritme om de schadelijke stoffen op te sporen, heb ik mijn detectietechniek ingebouwd in een innovatieve laserscanner. Deze laat toe om de producten, zoals aardappelen, heel snel te gaan screenen op de aanwezigheid van kankerverwekkende stoffen. De scanner gaat de producten aan grote snelheid belichten, vangt de lichtsignalen na interactie met de producten, zoals aardappelen, op en beslist of vb de aardappel geschikt is om te frituren. Aardappelen die ongeschikt zijn voor het frituren, worden ‘weggeblazen’ en kunnen vervolgens nog steeds veilig gebruikt worden voor aardappelsoep of aardappelpuree, die op een lagere temperatuur klaargemaakt worden. Op deze manier houden we onze voeding veilig en verminderen we voedselverspilling … waarmee we 2 vliegen in 1 klap slaan.
De technologie kan nu ook worden ingebouwd in supersnelle laser-sorteermachines! Deze sorteermachines scannen een paar ton producten per uur, en kunnen de ongewenste producten aan hoge snelheid uit de productstroom verwijderen, zoals ook zichtbaar is in de onderstaande video. Na jaren van minutieus onderzoek, vind ik het fantastisch om te zien dat het resultaat van mijn onderzoek geïmplementeerd wordt in échte industriële sorteermachines en dat ik kan bijdragen aan een verbetering van de voedselveiligheid (en niet te vergeten, onze veilige frietjes!).
Als afsluiter nog twee tips voor thuis:
- Bewaar aardappelen nooit in de frigo. Aardappelen die worden bewaard bij 4°C gaan meer acrylamide vormen tijdens het frituren. Het best bewaar je aardappelen bij 8°C, in een donkere omgeving.
- Hoe donkerder het frietje, hoe meer acrylamide er gevormd werd. Vermijd dus donkerbruine frietjes (en zeker de donkere korstjes).
De sorteermachine aan het werk
Stem voor mij !
Ik ben voor dit onderzoek geselecteerd als laureaat voor de EOS Pipet 2018, een prijs voor de meest beloftevolle onderzoeker. Vind je mijn onderzoek interessant? Vind je dat het een belangrijke bijdrage levert aan het wetenschappelijk onderzoek? Vergeet dan zeker niet op mij te stemmen… en misschien win ik dan wel de EOS pipet publieksprijs.
