Застосування приладів NIT (Near Infrared Transmission)

Застосування приладів NIT (Near Infrared Transmission) визначення параметрів якості пшениці

Роль сучасних технологій в аналізі харчових продуктів

Знайомство

Однією з фундаментальних завдань сільськогосподарського виробництва та харчової промисловості є точний вимір якості та складу сільськогосподарських культур. У разі пшениці поживні параметри мають першорядне значення, оскільки вони впливають на якість борошна і, отже, властивості кінцевих продуктів, таких як хліб і макаронні вироби. Традиційні методи хімічного аналізу вимагають багато часу та засобів, тому все більшого поширення набувають швидкі та неруйнівні технології, такі як прилади для передачі у ближньому інфрачервоному діапазоні (NIT).

Основи спектроскопії у ближньому інфрачервоному діапазоні

Суть методу полягає в тому, що різні молекули матеріалів поглинають і розсіюють ближнє інфрачервоне світло певним чином (у діапазоні довжин хвиль 800-. 2500 нм). На підставі характерних картин спектрів поглинання можна зробити висновок хімічному складі речовини: параметри живлення можуть бути розраховані по поглинанню світла на різних довжинах хвиль зв’язками C–H, O–H, N–H та S–H молекул органічних молекул.

Метод NIT (Near Infrared Transmission)

Прилади NIT реалізують спеціальне застосування спектроскопії у ближньому інфрачервоному діапазоні. Під час методу інфрачервоне випромінювання проникає на весь поперечний переріз зразка, тому при вимірі враховуються характеристики не тільки поверхневого шару, але і всього зразка в цілому. Це особливо важливо для різноманітних матеріалів, таких як зерна пшениці..

Процес вимірювання

Робота інструментів NIT складається з наступних основних етапів:

  • Підготовка зразків: Однією з важливих переваг вимірювання пропускання NIR є те, що воно не вимагає підготовки зразка, зразок може бути виміряний негайно.
  • Реєстрація та аналіз спектрів: інтенсивність світла, що проходить, вимірюється фотодіодом (детектором) і на основі отриманих спектрів здійснюється обробка даних.
  • Визначення поживних параметрів: На основі інформації, отриманої із спектрів, прилади розраховують кількісні дані, що характеризують вміст пшениці за допомогою калібрувальних моделей.

Перевага методу NIT полягає в тому, що він є швидким і неруйнівним, тому за короткий час можна аналізувати велику кількість зразків.

Вимірювані параметри та вимірювальні характеристики у ближньому ІЧ-діапазоні

Волога

Вміст вологи є одним з найбільш важливих параметрів якості пшениці, оскільки надто високий вміст вологи може скоротити час зберігання та збільшити ризик появи цвілі. За допомогою спектроскопії NIR-аналізатор можна швидко і точно визначити вміст вологи шляхом прямого вимірювання груп O-H з високою кореляцією між лабораторними результатами та результатами NIR.

Діапазон виміру NIR: ~9-20%

Очікувана точність вимірювання у ближньому ІЧ-діапазоні: максимальне стандартне відхилення ~0,2% (стандартне відхилення результату, оціненого приладом, порівняно з еталонним результатом, виміряним у лабораторії)

Референс-лабораторний метод: піч

Білок

Вміст білка в пшениці розраховується безпосередньо по абсорбції N-H зв’язків, тому в основному це вимірювання вмісту азоту. висока кореляція між лабораторними результатами та результатами БІК.

Діапазон виміру NIR: ~8-18%

Очікувана точність вимірювання у ближньому ІЧ-діапазоні: максимальне стандартне відхилення ~0,25%

Метод референс-лабораторії: метод К’єлхдала (вологе зброджування) або метод Дюма (спалювання)

Вміст білка в пшениці тісно пов’язане із вмістом азоту у ґрунті. Форма та доступність азоту в ґрунті сильно впливають на поглинання азоту рослинами і, отже, синтез білка. Різні дослідження показали, що оптимальне надходження азоту збільшує вміст білка в пшениці, тому достатнє надходження азоту необхідне виробництва пшениці з високим вмістом білка.

Глютен (глютен)

Глютен складається із нерозчинних у воді компонентів білків пшениці. По суті, це суміш двох білків, гліадину та глютеніну.

Діапазон вимірювання ближнього ІЧ-діапазону: ~15-50%

Очікувана точність вимірювання у ближньому ІЧ-діапазоні: максимальне стандартне відхилення ~1,5%

Метод референс-лабораторії: вологе промивання глютеном

Зміст глютену не вимірюється «безпосередньо» з допомогою приладів NIR, тобто. шляхом вимірювання вмісту N, як і вміст білка, але завдяки сильній кореляції між сирим білком і вмістом глютену, для глютену може бути розроблено відносно гарне калібрування NIR. Однак, з одного боку, кореляція глютена з результатами референсного методу слабше, ніж кореляція білка, а з іншого боку, похибка вологого промивання глютена, що використовується як референс, також більша, ніж у методів К’єльдаля або Дюма, що використовуються для визначення білка, тому стандартне відхилення результатів глютену, виміряних приладами NIR, також значно вище, ніж у випадку білка.

Індекс Зеленого

Індекс осадконакопичення Зеленого – це виражений у мілілітрах обсяг осаду в розчині молочної кислоти, отриманий з борошна, отриманого з пшениці за певних умов. Вимірювання засноване на набуханні клейковини у розчині молочної кислоти. Його значення теоретично може становити від 0 до 100 мл, чим вище значення, тим краща якість пшениці.

Діапазон вимірювання у ближньому ІЧ-діапазоні: ~10-70 мл

Очікувана точність вимірювання у ближньому ІЧ-діапазоні: максимальне стандартне відхилення ~5 мл

Референс-лабораторний метод: визначення обсягу седиментування Зеленого

Вага гектолітра

Маса гектолітра вимірюється не за допомогою NIR-спектроскопії, а за допомогою вбудованого незалежного модуля питомої ваги. Модуль вимірює вагу заданого обсягу зразка пшениці за допомогою вбудованого осередку ваг, за яким прилад розраховує результат.

Діапазон зважування: 65-86 кг/гл

Очікувана точність виміру: максимальне стандартне відхилення ~ 0,7 кг/гл

Метод референс-лабораторії: хондрометр

Параметри, які не можуть бути виміряні за допомогою NIR-спектроскопії або не можуть бути виміряні з достатньою точністю

Наступні параметри не можуть бути виміряні за допомогою ближнього приладу ІЧ-діапазону:

  • Водопоглинання: низька (R2 < 0,9) кореляція з NIR
  • W-значення (енергія): зі слабкою кореляцією (R2 ≤ 0,7), що індикативно вимірюється в ближньому ІЧ-діапазоні
  • Падіння Хагберга: низька кореляція (R2 ≤ 0,9) між результатами NIR та лабораторними результатами, що не піддається виміру за допомогою NIR
  • Вміст золи: вимірюється в борошні, низька кореляція між результатами NIR та лабораторними результатами
  • Вміст крохмалю: низька кореляція між результатами NIR та лабораторними результатами, що не вимірюється NIR
  • Чистота (кількість сторонніх речовин, частка зламаних, заражених зерен тощо)
  • Вага тисячі насіння
  • Токсинів

Підсумок

Прилади NIT дозволяють швидко та неруйнівно вимірювати поживні параметри пшениці, включаючи вміст вологи, вміст білка, вміст клейковини, індекс Зелені та масу гектолітру. Перевага цього методу полягає в тому, що за короткий час можна проаналізувати велику кількість зразків, а виміри показують високу кореляцію з лабораторними результатами. Тим не менш, деякі параметри, такі як водопоглинання, W-значення, швидкість падіння по Хагбергу, вміст золи, вміст крохмалю, чистота, маса тисячі насіння та токсини, не можуть бути виміряні з достатньою точністю за допомогою ближньої ІЧ-спектроскопії.

Більш детальну інформацію про прилади Infracont можна вивчити за посиланням: https://www.infracont.com/ru/produktsiya