Je kunt kijken hoe rood een tomaat is. Maar je kunt ook luisteren hoe rood klinkt. Deze nieuwe lasertechniek staat deze maand beschreven in Food Biophysics. Het is de zoveelste nieuwigheid uit de koker van Dane Bicanic, verbonden aan de leerstoelgroep Biofysica van Wageningen Universiteit.

De Kroaat Bicanic kwam in 1980 naar Wageningen en dacht hier een half jaar te blijven. Hij zit er nog steeds. Om zich heen vormde de natuurkundige een internationaal hoog gewaardeerde onderzoeksgroep met jaarlijks talloze publicaties. De mensen waarmee hij werkt zijn harde werkers en moeten kunnen improviseren. “Daarom komen de meeste uit Oost Europa”, zegt hij in zijn Wageningse laserlab. De opstellingen bestaan uit aan elkaar geknutselde onderdelen van afgeschreven apparatuur die hij nog kan gebruiken, zoals pointers (rode aanwijslichtjes) en LED-jes.

“We testen voedselkwaliteit en kunnen heel nauwkeurig concentraties van voedingsstoffen bepalen”, vertelt Bicanic. Hij blijft continu nieuwe dingen proberen. Op zijn kamer staat een dikke map met op de rug geschreven: “Mogelijk nieuwe experimenten”.

Hij begon ooit met de foto-akoestiek om lage concentraties gassen te kunnen meten, bijvoorbeeld om de mate van luchtvervuiling te bepalen. Het principe van foto-akoestiek is dat er laserstralen worden gestuurd door een gasoplossing. De aanwezige stoffen reageren door de puls te weerkaatsen. Elke stof reageert op een andere golflengte. Die weerkaatsing geeft een hoorbare elektrische prikkel die wordt opgevangen met een supergevoelig microfoontje. De gemeten geluidsgolven verraden de samenstelling van het gas. Deze door Bicanic ontwikkelde techniek is voortgezet aan de universiteit Nijmegen. “Daar kunnen ze inmiddels een deeltje op een triljoen deeltjes lucht vaststellen”, zegt hij trots over zijn geesteskind, dat hij samen met zijn Nijmeegse collega Reuss ontwikkelde.

Zelf concentreert hij en zijn groep zich in Wageningen sinds 1995 op kwaliteitscontroles van vloeistoffen en pasta’s. Bijvoorbeeld om gesjoemel met koffie, ketchup of melkpoeder aan het licht te brengen. De gedreven Bicanic geeft een mini-college over de mogelijkheden. Belangrijk verschil met bestaande technieken is dat de samenstelling van een monster indirect wordt gemeten. Normaal kijkt men naar de hoeveelheid laserlicht dat wordt doorgelaten. Dat is een maatstaf voor de dichtheid van een bepaalde stof in een oplossing. “Wij kijken niet naar het effect van het monster op de straling, maar naar het effect van de straling op het monster.”

Deze fotothermische aanpak kijkt dus naar wat er met het monster zelf gebeurt. Een voorbeeld: er wordt geschoten met laserstralen op een monster ketchup om te kijken hoeveel lycopeen erin zit. Lycopeen is de rode kleurstof in tomaat die prostaatkanker afremt. De ketchup neemt een deel van de straling op en wordt warmer. De lichtgolf is dood, de warmtegolf is geboren. Deze warmtegolven kunnen worden geregistreerd door een microfoon, die ook wordt gebruikt bij foto-akoestiek. Door de pulserende lichtgolf (aan-uit, aan-uit) zet de lucht uit en krimpt weer. De opgewekte warmtegolven kunnen ook worden gemeten volgens mirage of luchtspiegeling. Daarbij wordt de veranderende brekingsindex van de ingeschoten laserstraal bepaald (de wet van Snellius). Bicanic vergelijkt het met de zinderende luchtlaag vlak boven een asfaltweg in de felle zon. Nog een andere manier is om de bewegingen vast te leggen van het saffieren plaatje waarop het monster is aangebracht. Dat plaatje ligt op een ring van kristallen die reageren op beweging en druk. “Net zoals een stoplicht op groen springt als je die met de fiets nadert, dankzij een draad onder de weg die jouw gewicht registreert en dat doorgeeft.”

In alle gevallen wordt alles vastgelegd door één en dezelfde detector. Bicanic: “Dat is een groot voordeel. Bij bestaande technieken zijn er verschillende detectoren nodig voor infraroodstralen, voor ultraviolet, voor microgolven, voor radiogolven, noem maar op. Omdat wij met één detector werken is onze methode een stuk goedkoper”.

En een stuk gevoeliger. Bestaande detectietechnieken kunnen niet verder dan een miljoenste deel opsporen, terwijl de fotothermische techniek tot een factor miljoen nauwkeuriger is. Ander pluspunt is dat niet eerst de stoffen uit het monster moeten worden gehaald. Dat is tijdrovend en kostbaar, omdat er dure chemische stoffen voor nodig zijn. “Wij kunnen het monster intact bekijken”.

De groep van Bicanic heeft de lasterstralen al op talloze levensmiddelen losgelaten. Het gehalte aan gezonde transvetzuren in margarine kan worden bepaald, evenals de snelheid en de manier waarop een pakje boter ranzig wordt. Of het exacte tijdsstip en verloop van vleesbederf. “Zonder te snijden kun je snel een profiel maken van gezonde stoffen in een tomaat of appel.”

Peter de Jaeger