project - EIP-AGRI Operational Group

DETECTION AND ERADICATION OF BITTER ALMONDS: PROJECT FOR THE COMPETITIVENESS OF THE NATIONAL ALMOND SECTOR
DETECCIÓN Y ERRADICACIÓN DE ALMENDRA AMARGA: PROYECTO DE MEJORA PARA LA COMPETITIVIDAD DEL SECTOR ALMENDRERO NACIONAL

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Completed | 2018 - 2020 Spain
Completed | 2018 - 2020 Spain
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Context

El mercado español de la almendra presenta un condicionante muy acusado, la presencia de almendra amarga mezclada en lotes de almendra dulce. Esto representa una importante limitación comercial a nivel mundial y genera desconfianza en los consumidores sobre el producto. El sabor amargo de la almendra está originado por la presencia de compuestos cianogénicos como la amigdalina y la prunasina que se hidrolizan para producir benzaldehído y cianuro de hidrógeno. El sabor amargo es un carácter monogénico y recesivo, por tanto, las variedades de almendro pueden ser homocigotas y heterocigotas para dicho carácter. Actualmente es un problema español grave que la industria trata de resolver mediante métodos de laboratorio aplicados a muestras extraídas de lotes comerciales. Varios métodos de detección de prunasina y amigdalina son posibles, siendo actualmente los más interesantes para la industria, los kits de detección de cianhídrico y/o benzaldehído, las técnicas analíticas de laboratorio como la cromatografía y la espectroscopía Raman y las técnicas rápidas no destructivas basadas en NIRS tanto en campo como en laboratorio. La presencia de almendras amargas es un problema comercial muy relevante para el sector de frutos secos español, que afecta a toda la cadena. Su presencia se ha incrementado en los últimos años por la entrada en el canal de almendras no tradicionalmente recolectadas y de diversas procedencias. Esta presencia de almendra amarga es motivo de rechazo de lotes enteros por los clientes finales y puede poner en riesgo el prestigio del sector español de frutos secos. Actualmente el contenido máximo de ácido cianhídrico que establece el Reglamento (CE) 1334/2008 en el turrón, mazapán o productos similares es de 50 mg/kg

Objectives

Project to develop systems that can be used at an agronomic, productive and industrial scale to detect and eliminate bitter almonds.
-Agronomic evaluation in the field of bitter almond trees and geolocation for possible elimination. Confirmation using Near Infrared Spectroscopy(NIRS)technology and use of novel cyanhydric kits.
-Development of discriminant models with laboratory NIRS instruments, which allow to separate the bitter almonds from the sweet one in batches at the reception in central receptions.
-Validation of prototypes with NIRStechnology allowing the detection and elimination of bitter almonds, individually grain by grain of the sweet almond batches in the production line.

Objectives

Proyecto sectorial para el desarrollo de sistemas para detectar y eliminar la almendra amarga.
-Evaluación agronómica en campo de árboles amargos y su geolocalización para posible eliminación. Confirmación mediante tecnología de Espectroscopia de Infrarrojo Cercano (NIRS) y uso de kits novedosos de cianhídrico.
-Desarrollo de modelos discriminantes con instrumentos NIRS de laboratorio, que permitan separar la almendra amarga de la dulce por lotes a la entrada de recepción en cooperativas almendreras.
-Validación de prototipos con tecnología NIRS que permitan detectar y eliminar la almendra amarga, de forma individual grano a grano, de las partidas de almendra dulce en línea de producción

Activities

The project will work at three levels or action filters (field, central reception and processing line), understanding the problem from a global point of view and being the three action filters equally important. In order to achieve the objectives defined in this project, the following main activities have been established:
ACTIVITY 1. Mapping and geolocation of trees in the field
ACTIVITY 2. Discrimination of bitter almond at central reception
ACTIVITY 3. Elimination of almonds in the processing line.
ACTIVITY 4: Coordination and justification of the project

 

Activities

El proyecto innovador tiene como punto de partida trabajar a tres niveles o filtros de actuación (campo, entrada a central o recepción y línea de procesado), entendiendo el problema desde un punto de vista global y siendo los tres filtros de actuación igualmente importantes.
Para la consecución de los objetivos definidos en este proyecto, se han establecido las siguientes actividades principales:
ACTIVIDAD 1. Mapeo y geolocalización de árboles en campo
ACTIVIDAD 2. Discriminación de almendra amarga en la entrada a la descascaradora o central
ACTIVIDAD 3. Eliminación de almendra en la línea de procesado (On-Line)
ACTIVIDAD 4: Coordinación y justificación del proyecto

 

Additional information

FULL MEMBERSHIP
MAIN PARTNERS: Agrupación exportadores almendra y avellana España (ALMENDRAVE)/ Asociación española organizadores OPFH frutos secos y algarrobas (AEOFRUSE)/ Asociación nacional descascaradores almendra (DESCALMENDRA)/Crisol de frutos secos SAT (CRISOL)/ Arboreto S.A.T. ltda./ Unió corporación alimentaria (UNIÓ) /Borges agricultural & Industrial nuts (BAIN) / Mañán sociedad cooperativa
OTHER PARTNERS: Instituto de Investigación y Tecnología Agroalimentaria (IRTA)                                                                                        

Project details
Main funding source
Rural development 2014-2020 for Operational Groups
Rural Development Programme
2014ES06RDNP001 España - Programa Nacional de Desarrollo Rural
Location
Main geographical location
Tarragona
Other geographical location
Alicante / Alacant, Almería

EUR 574 000.00

Total budget

Total contributions from EAFRD, national co-financing, additional national financing and other financing.

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10 Practice Abstracts

During the duration of the project two scientific and technical articles were published or submitted to industry or scientific journals.

Durante la duración del proyecto se realizaron dos artículos científicos y técnicos publicados o enviados a revistas del sector o del ámbito científico.

The dissemination of the results of the different activities of the project was also carried out in a multitude of sectorial events where participated both all the members of the project and of the subcontracted technology centers.

La difusión de los resultados de las diferentes actividades del proyecto también se realizó en multitud de eventos sectoriales donde participaron tanto los miembros del GO como de los centros tecnológicos subcontratados.

At the Intercompany conference on November 28, 2019, about new almond tree varieties and their implication in the industry, diferent works of the project were presented, as well as some of the results obtained.                                                                           

At the Rural Network conference on June 16, 2020, a telematic presentation was made to present the Operational Group and some of the results obtained.

En la jornada de Interempresas del 28 de noviembre de 2019, sobre nuevas variedades de almendro y su implicación en la industria, se presentaron los trabajos del proyecto, así como algunos de los resultados obtenidos.                                                                           En la jornada de la Red Rural del 16 de junio de 2020, se realizó un ponencia telemática para presentar el Grupo Operativo y alguno de los resultados obtenidos.

For the dissemination of the project, a logo was designed to represent the project, as well as a video explaining the activities and informative brochures.   

Para la difusión del proyecto del GO se diseñó un logo que ha representado al proyecto, así como un video explicativo de las actividades y trípticos informativos.               

The participating entity BAIN was involved in the acquisition, installation and validation of a prototype with NIRS technology to detect and eliminate bitter almonds in the processing line and to be able to separate them from sweet almonds in a kernel-by-kernel detection system, with an efficiency of over 85%. The first tests were carried out with small quantities of product to start with the adjustments of the selection program. The first results were encouraging, but not significant because the used quantities were too small. Subsequently, a small-scale test phase was carried out using 40-50 kg of product 'contaminated' with almonds from a batch purchased as bitter almonds. The objective was to check how many almonds marked as bitter were selected as bitter (rejected). In the end, an efficiency between 85 and 91% was achieved, although, in a selection where the defect has no visible external markers, and where there are no marked differences in water or oil content levels, it was very difficult to obtain completely pure fractions, i.e. purely bitter on one side and purely sweet on the other, by means of optical selection. What it was posible to achieve was a reduction and not a total eradication of contamination. 

La entidad participante BAIN se planteó la adquisición, instalación y validación de un prototipo con tecnología NIRS para detectar y eliminar almendras amargas en la línea de procesado y poder separarlas de las dulces en un sistema de detección grano a grano, con una eficiencia superior al 85%. Las primeras pruebas se realizaron con pequeñas cantidades de producto para empezar con los ajustes del programa de selección. Los primeros resultados fueron alentadores, pero no significativos por emplear unas cantidades demasiado pequeñas. Posteriormente, se realizó una fase de pruebas a pequeña escala, empleando 40-50 kg de producto ‘contaminado’ con almendras provenientes de un lote adquirido como almendra amarga. El objetivo era comprobar cuántas almendras marcadas como amargas eran seleccionadas como amargas (rechazadas). Al final se consiguió una eficiencia situada entre el 85 y el 91%, aunque, en una selección donde el defecto no tiene marcadores externos visibles, y que no tiene diferencias de niveles de contenido de agua o aceite muy marcados, era muy complicado conseguir fracciones completamente puras, es decir puramente amargas de un lado y puramente dulces del otro, mediante una selección óptica. Lo que se pudo conseguir era una reducción y no una erradicación total de la contaminación. 

The validation of a NIRS prototype, developed by Arboreto, together with its technological partners (IK4-TEKNIKER and URV), has been carried out in the different almond reception centers that Arboreto has distributed throughout Spain. The effectiveness of the NIRs calibration models has been tested in this prototype to increase the robustness of the model with new samples. In the framework of the project, Arboreto contracted the services of the same entities that designed and executed the initial prototype. IK4-TEKNIKER (TEK), in the last year, carried out the improvements in the mechanical and software design of the prototype with the aim of improving its efficiency, as well as the different tests carried out in the laboratory with almond samples, which consisted of an opto-mechanical redesign, a redesign of the user interface, an integration of algorithms for classification and sorting, a modification of the blowing, and improvements in the design of the prototype's casing. On the other hand, it was subcontracted with the Rovira y Virgili University (URV), in charge of optimizing the development of the chemo-metric discrimination algorithm and thus achieve the separation of sweet and bitter almonds with higher efficiency levels in order to reach the validation of the prototype. With this activity, a NIRS prototype has been validated and can now be installed and used by Arboreto for the detection of bitter almonds at the plant entrance.

La validación de un prototipo NIRS, desarrollado por Arboreto, junto a sus socios tecnológicos (IK4-TEKNIKER y URV), se ha llevado a cabo  en los distintos centros de recepción de almendras que Arboreto tiene distribuidos por toda España. Se ha comprobado la eficacia de los modelos de calibración NIRs en este prototipo para aumentar la robustez del modelo con nuevas muestras. En el marco del proyecto, Arboreto contrató los servicios de las mismas entidades que diseñaron y ejecutaron el prototipo inicial. IK4-TEKNIKER (TEK), en la última anualidad, realizó las mejoras del diseño mecánico y de software del prototipo con el objetivo de mejorar su eficacia, así como las diferentes pruebas realizadas en laboratorio con muestras de almendras, que han consistido en un rediseño opto-mecánico, un rediseño del interfaz del usuario, una integración de algoritmos para la clasificación y clasificación, una modificación del soplado, y unas mejoras en el diseño de la carcasa del prototipo. Por otra parte, se subcontrató con la Universidad Rovira y Virgili (URV), encargada de optimizar el desarrollo del algoritmo de discriminación quimio-métrico y de esta manera lograr separar la almendra dulce de la amarga con niveles de mayor eficacia para alcanzar la validación del prototipo. Con esta actividad se ha conseguido validar un prototipo NIRS y que ahora ya tiene instalado y puede utilizar Arboreto para la detección de almendras amargas en la entrada en central.

A NIRS discriminant model has been developed to detect bitter almonds from batches entering the plant or huller with the help of the NIRS instrument in the laboratory. This is a Bruker FT-Tango instrument in which a crushed sample (particle size 0.2-0.5 mm) is used to determine the composition of the almonds. First, a crushed almond calibration model was performed where sweet almonds are mixed with different levels of bitter almonds, evaluating whether the NIRS relates the amount of bitter almonds present in the mixture. Finally, about 750 samples of different characteristics (different varieties of sweet almonds, different types of bitter almonds, different percentages) were prepared and read in triplicate on the NIRS (in total more than 2,200 readings were taken and therefore more than 2,200 spectra were obtained). A model with an r2 of about 0.90 was obtained, which for the complexity of detection and the many variables involved in NIRS detection can be considered successful.  

 

Se ha creado un modelo discriminante NIRS para detectar almendra amarga de los lotes a la entrada en la central o descascaradora con la ayuda del instrumento NIRS en el laboratorio. Se trata de un equipo FT-Tango de Bruker en el que se pone muestra triturada (tamaño de partícula 0,2-0,5 mm) para determinar la composición de las almendras. En primer lugar se realizó un modelo de calibración de almendra triturada donde se mezclan dulces con diferentes niveles de almendras amargas, evaluándose si el NIRS relaciona la cantidad de almendra amarga presente en la mezcla. Finalmente se prepararon unas 750 muestras de diferentes características (diferentes variedades de almendra dulce, diferentes tipos de almendra amarga, diferente porcentaje), muestras que se leían por triplicado en el NIRS (en total se han realizado más de 2.200 lecturas y por tanto se han obtenido más de 2.200 espectros). Se ha conseguido un modelo que presenta una r2 de alrededor de 0,90, que para la complejidad de detección y las muchas variables involucradas en la detección por NIRS se puede considerar exitosa.  

For the activity of validation of hydrocyanic acid determination kits in the field and in the plant, during the first year, a company was contacted that had developed some very innovative kits for such determination and a first batch of kits and fruit was evaluated. However, in the second activity, this methodology was no longer used due to the high cost of the hydrocyanic acid kits. This compromised the viability of the activity, because although the kits worked very well, the cost to be charged to each sample analyzed made it unfeasible and unaffordable at the field level for the farmer. It was stated that it was a viable method experimentally, but not economically for a large number of trees to be analyzed. 

Para la actividad de validación de kits de determinación de ácido cianhídrico en campo y en central, durante la primera anualidad se contactó con una empresa que había desarrollado unos kits muy novedosos para tal determinación y se evaluó un primer lote de kits y de frutos. No obstante, en la segunda actividad ya no se siguió trabajando con esta metodología, debido al elevado coste de los kits de ácido cianhídrico. Hecho que comprometía la viabilidad de la actividad, ya que si bien los kits funcionaban muy bien, el coste a imputar a cada muestra analizada lo hacía inviable e inasumible a nivel de campo para el agricultor. Se afirmó que sí que era un método viable experimentalmente, en cambio no lo era a nivel económico para un gran número de árboles a analizar. 

The next activity was to have an instrument with portable NIRS technology to be able to travel and carry out the measurements directly in the field. During the first year, the instrument was validated through laboratory tests and the first models were created to discriminate bitter almonds according to the evaluated organ. In the second year, field tests were carried out considering different factors that can affect the physiological development of the plant and consequently the spectra of its leaves and green fruit. Among the factors analyzed were the vegetative state of the plant, the water regime of the crop, the type of formation and the position of the fruit according to the orientation of the tree. With this activity it was able to validate a portable instrument that, using NIRS technology, is capable of separating between sweet and bitter almond tree organs, making a commercial instrument available on the market that can be purchased and used by the sector to inspect farms and detect bitter almond trees.

La siguiente actividad era disponer de un instrumento con tecnología NIRS portátil para poder trasladarse y realizar las medidas directamente en el campo. Durante la primera anualidad, mediante ensayos de laboratorio se validó el instrumento y se crearon los primeros modelos para discriminar almendras amargas en función del órgano evaluado. En la segunda anualidad las pruebas de campo  se realizaron considerando distintos factores que pueden afectar al desarrollo fisiológico de la planta y en consecuencia a los espectros de sus hojas y frutos verdes. Entre los factores analizados se encuentran, el estado vegetativo de la planta, el régimen hídrico del cultivo, el tipo de formación y la posición del fruto según la orientación del árbol.        Con esta actividad se ha conseguido validar un instrumento portátil, que utilizando tecnología NIRS es capaz de separar entre órganos de almendros dulces y amargos logrando que esté disponible al mercado un instrumento comercial que pueda ser adquiridos y utilizados por el sector para inspeccionar fincas y detectar almendros amargos.

One of the first activities to be developed in the project was the detection and elimination of bitter almond producing trees directly in the field. The first thing that was proposed was to create a database of farms of members of the following participating entities: Arboreto, Crisol, Mañan and Unió Nuts, using visual farm management software. To this end, the company VISUALNACERT was contacted and hired, which through several training courses implemented the VISUAL 4.0 software in each participating entity. This database has been used to delimit risk areas of bitter trees, and subsequently inspect those with high risk. Each entity carried out a documentary review of the information on the location of plots of its farmer partners with and without risk of the presence of bitter specimens. Depending on the varieties and the rootstocks existing in each plantation of each partner, the farms were classified into different levels of risk of having bitter trees (no risk, low risk and high risk). At the moment there is already a database of farms of members of each entity that it has helped to delimit areas of risk of bitter trees. With the data from the visual database, it has been possible to have the risk data for each of the partners of the different entities. 

Una de las primeras actividades a desarrollar en el proyecto era la detección y eliminación de árboles productores almendras amargas directamente en campo. Lo primero que se planteó fue crear una base de datos de fincas de algunos socios mediante un software de gestión visual de fincas. Para ello se contactó y se contrató a la empresa VISUALNACERT, la cual mediante varios cursos de formación implementó el software VISUAL 4.0 en cada entidad participante. Esta base de datos ha servido para acotar zonas de riesgo de árboles amargos, y a posteriori inspeccionar aquellas con elevado riesgo. Cada socio realizó una revisión documental de la información sobre la localización de parcelas de sus socios agricultores con y sin riesgo de presencia de ejemplares amargos. En función de las variedades y de los portainjertos existentes en cada plantación de cada socio, las fincas se clasificaron en diferentes niveles de riesgo de tener árboles amargos (sin riesgo, riesgo bajo y riesgo elevado). En estos momentos ya se dispone de una base de datos de fincas de socios de cada entidad que ha ayudado a acotar zonas de riesgo de árboles amargos. Con los datos de la base de datos visual se ha conseguido tener los datos de riesgo para cada uno de los socios de las diferentes entidades. 

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Contacts

Project coordinator

  • Agrupación de Exportadores de Almendra y Avellana de España (ALMENDRAVE)

    Project coordinator

Project partners

  • ARBORETO SAT LTDA

    Project partner

  • Asociación Española de OPFH de Frutos Secos y Algarrobas.-

    Project partner

  • Asociación Nacional de Descascaradores de Almendra.-DESCALMENDRA

    Project partner

  • BORGES AGRICULTURAL &INDUSTRIAL NUTS

    Project partner

  • CRISOL DE FRUTOS SECOS, SAT

    Project partner

  • Instituto de Investigación y Tecnología Agroalimentaria-IRTA

    Project partner

  • MAÑÁN SOCIEDAD COOPERATIVA

    Project partner

  • UNIO CORPORACIO ALIMENTARIA

    Project partner