Identification of macaw palm fruits maturation stage through optical characteristics

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico A crescente demanda mundial pelo aumento da matriz energética priorizando o uso de fontes limpas e renováveis é um dos temas mais relevantes nas discussões políticas dos países em geral. Para o setor agroenergético brasileiro, a geração de conhecimento e tecnologias que contribuam para a produção sustentável de matéria-prima visando a produção de biocombustíveis é um dos principais desafios encontrados atualmente. Devido a políticas governamentais de incentivo para o uso de combustíveis produzidos a partir de óleos vegetais e a necessidade irreversível de fontes de energia sustentáveis, a utilização dos biocombustíveis vem sofrendo uma constante expansão em sua produção no Brasil. O uso de biocombustível no Brasil cresceu de 404 milhões de litros em 2007 para 2,92 bilhões de litros em 2013. Estima-se que a demanda por combustíveis a partir de óleos vegetais cresça até o ano de 2020 na ordem de 2,2% ao ano. Dentro deste contexto, a cultura da macaúba (Acrocomia aculeata) é considerada uma promissora matéria-prima para produção de biodiesel, devido às suas características positivas como a alta produtividade de óleo, a rusticidade, a ampla adaptabilidade em diferentes regiões, e a possibilidade de cultivo em sistemas agrossilvipastoris. Devido a não uniformidade na maturação dos frutos, a definição do momento de colheita é visto como uma questão a ser melhor compreendida para o cultivo em escala industrial, uma vez que a colheita no momento em que os frutos se apresentam em seu estádio de maturação fisiológica permite que se obtenha o óleo do fruto com a maior quantidade e qualidade. Desta forma, tecnologias que possam ser empregadas nas fases de colheita e processamento do fruto são essenciais para a criação de novas estratégias para o beneficiamento e extração do óleo com a máxima quantidade e qualidade, tornando a produção da cultura econômica viável e agregando valor e renda para produtor rural. Técnicas derivadas da instrumentação ótica vêm sendo aplicadas como ferramentas de análise em diversos processos, como na classificação e controle de qualidade, na avaliação de estádio de maturação e no monitoramento da senescência de frutos e vegetais. O objetivo deste trabalho foi analisar as propriedades óticas dos frutos de macaúba de acordo com a época de maturação, correlacionando-as com o teor de óleo produzido no mesocarpo e determinar o momento de colheita dos frutos utilizando a técnica ótica do biospeckle laser e processamento de imagens digitais. Foram avaliados frutos em 10 semanas de maturação após a florada. A atividade biológica obtida por meio do biospeckle laser foi mensurada no epicarpo e no mesocarpo dos frutos, com o intuito de relaciona-la com o desenvolvimento dos frutos, o teor de óleo e a firmeza da polpa. As imagens digitais foram obtidas no epicarpo dos frutos com o intuito de relacionar as propriedades colorimétricas com o desenvolvimento dos frutos e o teor de óleo. Foram desenvolvidas classificadores por meio de redes neurais para discriminar frutos maduros, considerados aptos para a colheita. A atividade biológica e as propriedades colorimétricas classificaram os frutos como aptos para a colheita a partir da 59a semana após a florada. O classificador utilizando o parâmetro matiz apresentou maior acurácia na classificação ao avaliar os frutos em todas as semanas analisadas, sendo o mais recomendado para determinar os frutos em ponto de colheita. Por estarem associadas ao estádio de maturação do fruto, tanto a atividade biológica mensurada pelo biospeckle laser, quanto as propriedades colorimétricas, podem ser utilizadas como um indicador da faixa de teor de óleo encontrada no fruto. The growing worldwide demand for increased energy matrix prioritizing the use of clean and renewable sources is one of the most important issues in political discussions in many countries. For the Brazilian agro-energy sector, the generation of knowledge and technologies that contribute to sustainable production of raw-materials aimed at biofuel production is one of the main challenges today. Due to government incentive policies for the use of fuels produced from vegetable oils and the irreversible need for the use of sustainable energy sources, biofuel production has undergone a steady expansion in Brazil. The production of biofuels in Brazil grew from 404 million liters in 2007 to 2.92 billion liters in 2013. It is estimated that the demand for fuels derived from vegetable oils will grow until the year 2020 in the order of 2.2% per year. In this context, macaw palm (Acrocomia aculeata) is considered a promising raw-material for biodiesel production due to its positive characteristics such as high oil productivity, rusticity, wide adaptability in different regions and possibility of growing in agroforestry system. Due to the lack of uniformity in fruit maturation, the definition of the harvest point is regarded as an issue to be further understood for its cultivation on an industrial scale, since harvest of fruits at their physiological maturation allows extracting oil with higher quantity and quality. Thus, techniques that may be used during harvest and processing of fruits are essential for developing new strategies for processing and oil extraction with maximum quantity and quality, making culture production economically viable and adding value and income to farmers. Techniques derived from optical instrumentation have been applied as analytical tools in many processes, such as classification and quality control, evaluation of the maturation stage and monitoring of the senescence of fruits and vegetables. This study aimed to analyze the optical properties of macaw palm fruit at different maturation stages, correlate with the oil content in the mesocarp and determine the fruit harvest point using the biospeckle laser optical technique and processing of digital images. Biological activity obtained through biospeckle laser were measured in the epicarp and in the mesocarp, in order to relate it with the fruit ripening, oil content and firmness. Digital images were obtained from epicarp in order to relate the colorimetric properties to the ripening of fruits and oil content. Classifiers were developed through neural networks for discriminating mature fruits considered suitable for harvest. Fruits were classified as suitable for harvesting from the 59 th week after flowering, using biological activity and colorimetric properties as maturity indicators. The classifier using the hue as an maturation indicator, showed greater accuracy when evaluating the fruits at every week analyzed. considered the most recommended to determine harvest point. The biological activity, measured by laser biospeckle, and the colorimetric properties can be used as an indicator of oil content range due to the relationship with fruit ripening.