Vilde Vraalstads doktorgradsarbeid bidrar til å gjøre spektroskopiske «mat-scannere» mer robuste, slik at de kan brukes i stadig mer krevende anvendelser i industri og felt.
Nær-infrarød (NIR) spektroskopi kan brukes til å måle egenskaper som vann-, fett- og sukkerinnhold i matvarer, uten å berøre eller ødelegge produktet. Vann, fett og sukker har ulike «farger» i det nær-infrarøde området. Ved å sende inn nær-infrarødt lys og analysere lyset som kommer tilbake, kan man få informasjon om den kjemiske sammensetningen i produktet. Slike sensorer kan derfor brukes som «mat-scannere» for kvalitetsmålinger av hele, intakte produkter.
Teknologien er allerede i bruk i matindustrien, men mange anvendelser er fortsatt for krevende til at målingene blir pålitelige. Matvarer kan være komplekse og ujevne, samtidig som målingene skal kunne gjøres med små og praktiske instrumenter ute i felt eller under varierende forhold i industrien.
– Målet mitt har vært å forstå mer av fysikken bak slike målinger, og bruke denne forståelsen til å gjøre spektroskopiske sensorer mer robuste i krevende anvendelser, sier Vraalstad.
Bedre forståelse av komplekse prøver
Klippfisk ble brukt som eksempel på en spesielt kompleks prøve. Industrien ønsker å kunne måle vanninnholdet i hele fisken raskt og uten å ødelegge den. Tykk saltskorpe og store strukturendringer under tørking gjør målingen krevende. Gjennom målinger av fiskens optiske egenskaper og Monte Carlo-simuleringer av hvordan lyset beveger seg gjennom fisken, viste arbeidet at den store variasjonen i målesignalet i stor grad skyldes utviklingen av saltskorpen. Denne forståelsen er viktig både for å utvikle mer robuste kalibreringsmodeller og for å tilpasse instrumentet slik at målingene når gjennom saltskorpen og faktisk måler vanninnholdet i muskelen. Studien illustrerer hvordan bedre forståelse av prøven og målesignalet kan bidra til mer robuste målinger og utvikling av mindre, billigere og mer praktiske sensorer.
Krevende målinger i dagslys
En annen utfordring er å få til robuste målinger i krevende måleomgivelser. Denne utfordringen ble undersøkt gjennom målinger av sukkerinnhold i jordbær ute i åkeren, uten kontakt og mens bærene fortsatt hang på planten.
– Dagslyset er ofte mye sterkere enn signalet fra bæret og blander seg inn i målingen, samtidig som det kan endre seg raskt, for eksempel på grunn av skyer, sier Vraalstad.
Ved å måle omgivelseslyset raskt og korrigere for det, kan signalet fra jordbæret skilles fra det varierende dagslyset. Sollyset tilfører likevel støy i målingene som ikke kan fjernes på samme måte, og som begrenser hvor fort det er mulig å måle.
– Studien viste at vi kan måle sukkerinnhold i jordbær selv i sterkt og varierende dagslys. Samtidig fikk vi bedre forståelse av de fysiske begrensningene for hvor raske og presise målingene kan være, sier Vraalstad.
Den forståelsen er viktig for å kunne tilpasse målingene til krevende omgivelser.
Bedre fysisk forståelse gir mer robuste målinger
Vilde Vraalstads doktorgradsarbeid viser hvordan bedre fysisk forståelse kan brukes til å gjøre spektroskopiske målinger mer robuste i krevende anvendelser.
– Ved å forstå hvordan prøven, lyset, instrumentet og omgivelsene påvirker målesignalet, blir det lettere å tilpasse både instrumentet og målemetoden til den enkelte anvendelse, og samtidig forstå begrensningene, sier Vraalstad.
Denne kunnskapen kan bidra til at raske og ikke-destruktive kvalitetsmålinger kan tas i bruk i stadig mer krevende anvendelser i matindustri og landbruk, og gi bedre grunnlag for automatisering og datadrevet matproduksjon.
FAKTa:
Vilde Vraalstad
- Doktorgrad: NMBUs Fakultet for realfag og teknologi. Gjennomført hos SINTEF Digital i prosjektet SFI DigiFoods.
- Tidligere utdanning: Sivilingeniør i teknisk fysikk, NTNU
- Tittel på avhandlingen:
- Norsk: Fra forståelse til ytelse: robuste målesystemer basert på nærinfrarød spektroskopi for praktiske anvendelser
- Engelsk: From fundamentals to performance: robust near-infrared spectroscopic systems for real-world applications
Vilde Vraalstad forsvarer sin doktoravhandling fredag 30. oktober 2026. Se disputasoppslaget her.