A NIT (Near Infrared Transmission) műszerek alkalmazása a búza minőségi paramétereinek meghatározására

A modern technológia szerepe az élelmiszer-elemzésben

Bevezetés

A mezőgazdasági termelés és az élelmiszeripar egyik alapvető kihívása a termények minőségének és összetételének pontos mérése. A búza esetében a beltartalmi paraméterek kiemelt fontosságúak, mivel befolyásolják a liszt minőségét és ezáltal a végtermékek, például a kenyér és a tésztafélék tulajdonságait. A hagyományos kémiai elemzési módszerek időigényesek és költségesek, ezért egyre elterjedtebbek az olyan gyors és nem destruktív technológiák, mint a közeli infravörös (Near Infrared Transmission, NIT) műszerek.

A közeli infravörös spektroszkópia alapjai

A közeli infravörös spektroszkópia (NIR) a fény anyaggal való kölcsönhatásán alapuló technika, amelyet széles körben alkalmaznak a mezőgazdaságban és az élelmiszeriparban. A módszer lényege, hogy az anyagok különböző molekulái sajátos módon nyelik el és szórják a közeli infravörös fényt (800-2500 nm hullámhossztartományban). Az abszorpciós spektrumok jellemző mintázatai alapján következtetni lehet az anyag kémiai összetételére: a szerves molekulák C–H, O–H, N–H és S–H kötéseinek különböző hullámhosszoknál való fény abszorpciójából lehet kiszámolni a beltartalmi paramétereket.
 

A NIT (Near Infrared Transmission) módszer

A NIT műszerek a közeli infravörös spektroszkópia egyik speciális alkalmazását valósítják meg. A módszer során az infravörös sugárzás áthatol a minta teljes keresztmetszetén, így a mérés során nem csak a felületi réteg, hanem az egész minta jellemzőit figyelembe veszik. Ez különösen fontos a heterogén anyagok, például a búzaszemek esetében.

A mérési folyamat
A NIT műszerek működése a következő fő lépésekből áll:

• Minta előkészítése: A NIR transzmissziós mérés egyik fontos előnye, hogy nem igényel mintaelőkészítést, a „kombájntiszta” mintát egyből lehet mérni.
• Spektrumok rögzítése és elemzése: Az átjutó fény intenzitását egy fotodióda (detektor) méri, és az így kapott spektrumok alapján történik az adatfeldolgozás.
• Beltartalmi paraméterek meghatározása: A spektrumokból nyert információkból kalibrációs modellek segítségével számolják ki a műszerek a búza beltartalmát jellemző kvantitatív adatokra.

A NIT módszer előnye, hogy gyors és nem destruktív, így nagy mennyiségű minta vizsgálható rövid idő alatt.

NIR-műszerrel mérhető paraméterek, és a mérés jellemzői

Nedvesség

A nedvességtartalom a búza egyik legfontosabb minőségi paramétere, hiszen a túl magas nedvességtartalom csökkentheti a tárolási időt és növelheti a penészedés kockázatát. A NIR-spektroszkópia segítségével az O-H-csoportok közvetlen mérésével a nedvességtartalom gyorsan és pontosan meghatározható, magas a korreláció a labor-eredmények és a NIR-eredmények között.
NIR mérési tartomány: ~9-20%
Elvárható NIR mérési pontosság: maximum ~0,2% szórás (a műszer által becsült eredmény szórása a laborban mért referencia-eredményhez képest)
Referencia labor módszer: szárítószekrény

Fehérje

A búza fehérjetartalmát közvetlenül az N-H kötések abszorpciójából számolják a műszerek, tehát alapvetően nitrogéntartalom-mérésről van szó. A búza fehérjetartalma a mért összes nitrogéntartalom 5,7-es szorzóval figyelembe vett, száraz anyagra számított, százalékban kifejezett értéke. Mivel „közvetlen” mérésről van szó, magas a korreláció a labor-eredmények és a NIR-eredmények között.
NIR mérési tartomány: ~8-18%
Elvárható NIR mérési pontosság: maximum ~0,25% szórás
Referencia labor módszer: Kjelhdal- (nedves roncsolás) vagy Dumas- (égetés), módszer

A búza fehérjetartalma szorosan összefügg a talaj nitrogéntartalmával. A talajban található nitrogén formája és rendelkezésre állása nagyban befolyásolja a növények nitrogénfelvételét, és ezáltal a fehérjeszintézist is. Különböző kutatások kimutatták, hogy az optimális nitrogénellátás növeli a búza fehérjetartalmát, tehát a megfelelő nitrogénellátás elengedhetetlen a magas fehérjetartalmú búza előállításához.

Sikér (glutén)

A sikér a búza fehérjéinek vízben nem oldódó komponenseiből áll. Alapvetően két fehérje, a gliadin és a glutenin keveréke.
NIR mérési tartomány: ~15-50%
Elvárható NIR mérési pontosság: maximum ~1,5% szórás
Referencia labor módszer: nedves sikér mosás

A sikértartalmat a NIR-műszerek nem „közvetlenül”, azaz a N-tartalom mérésével mérik, mint a fehérjetartalmat, viszont - mivel szoros korreláció van a nyers fehérje és a sikértartalom között - viszonylag jó NIR-kalibráció fejleszthető a sikérre is. Azonban egyrészt a sikér korrelációja gyengébb a referencia módszer eredményeivel, mint a fehérje korrelációja, másrészt a referenciaként használt nedves sikér mosás hibája is nagyobb, mint a fehérje-meghatározáshoz használt Kjelhdal- vagy Dumas-módszer hibája, ezért a NIR-műszerek által mért sikér-eredmények szórása is jóval nagyobb, mint a fehérje esetében.

Zeleny-index

A Zeleny szedimentációs index a búzából meghatározott feltételek mellett előállított lisztből, tejsavas oldatban keletkező üledéknek a milliliterben kifejezett térfogata. A mérés a sikér tejsavas oldatban bekövetkező duzzadásán alapul. Értéke elméletileg 0 és 100 ml közötti lehet, minél magasabb az érték, annál jobb a búza minősége.
NIR mérési tartomány: ~10-70 ml
Elvárható NIR mérési pontosság: maximum ~5ml szórás
Referencia labor módszer: Zeleny-féle szedimentációs térfogat meghatározás

Hektolitersúly

A hektolitersúlyt az infra-műszerek nem NIR-spektroszkópiával, hanem egy ettől független, beépített fajsúlymérő modullal mérik. A modul meghatározott térfogatú búzaminta súlyát méri meg egy beépített mérlegcella segítségével, és ebből számolja a műszer az eredményt.
Mérési tartomány: 65-86 kg/hl
Elvárható mérési pontosság: maximum ~ 0,7 kg/hl szórás
Referencia labor módszer: Chondrometer

NIR-spektroszkópiával nem, vagy nem megfelelő pontossággal mérhető paraméterek

Az alábbi paraméterek NIR-műszerrel nem mérhetők:

• Vízfelvevő képesség: alacsony (R2 < 0,9) korrelációval mérhető NIR-rel
• W-érték (energia): gyenge korrelációval (R2 ≤ 0,7), tájékoztató jelleggel mérhető NIR-rel
• Hagberg-féle esésszám: alacsony (R2 ≤ 0,9) a korreláció a NIR-eredmények és a labor-eredmények között, nem mérhető NIR-rel
• Hamutartalom: lisztben mérhető, egész szemben alacsony a korreláció a NIR-eredmények és a labor-eredmények között
• Keményítő-tartalom: alacsony a korreláció a NIR-eredmények és a labor-eredmények között, nem mérhető NIR-rel
• Tisztaság (idegen anyag mennyiség, törött, fertőzött szemek aránya, stb.)
• Ezermagtömeg
• Toxinok

Összefoglalás

A NIT műszerek lehetővé teszik a búza beltartalmi paramétereinek gyors és nem destruktív mérését, beleértve a nedvességtartalmat, fehérjetartalmat, sikértartalmat, Zeleny-indexet és hektolitersúlyt. A módszer előnye, hogy nagy mennyiségű minta vizsgálható rövid idő alatt, és a mérések magas korrelációt mutatnak a laboratóriumi eredményekkel. Azonban bizonyos paraméterek, mint például a vízfelvevő képesség, W-érték, Hagberg-féle esésszám, hamutartalom, keményítőtartalom, tisztaság, ezermagtömeg és toxinok, nem mérhetők megfelelő pontossággal NIR-spektroszkópiával.