L'utilisation d'instruments NIT (Near Infrared Transmission) pour déterminer les paramètres de qualité du blé et des farines

Le rôle de la technologie moderne dans l'analyse des céréales

Introduction

L'un des défis fondamentaux de la production agricole et de l'industrie alimentaire est la mesure précise de la qualité et de la composition des cultures. Dans le cas du blé, les paramètres de composition sont particulièrement importants car ils influencent la qualité de la farine et donc les propriétés des produits finaux, tels que le pain et les pâtes. Les méthodes traditionnelles d'analyse chimique sont longues et coûteuses, c'est pourquoi les technologies rapides et non destructives telles que les instruments en transmittance dans le proche infrarouge (NIT) sont de plus en plus répandues.

Principes de base de la spectroscopie dans le proche infrarouge

La spectroscopie proche infrarouge (SPIR) est une technique basée sur l'interaction de la lumière avec la matière et est largement utilisée dans l'agriculture et l'industrie alimentaire. Les caractéristiques des spectres d'absorption permettent de déduire la composition chimique de la substance : l'absorption de la lumière à différentes longueurs d'onde par les liaisons C-H, O-H, N-H et S-H des molécules organiques peut être utilisée pour calculer les paramètres de contenu.

La méthode NIT (Near Infrared Transmission)

Les instruments NIT mettent en œuvre une application spéciale de la spectroscopie proche infrarouge. La méthode utilise le rayonnement infrarouge pour pénétrer l'ensemble de la section transversale de l'échantillon, de sorte que la mesure tient compte des caractéristiques de l'ensemble de l'échantillon, et pas seulement de la couche superficielle. Ceci est particulièrement important pour les matériaux hétérogènes tels que les grains de blé.

Le processus de mesure

Le fonctionnement des instruments NIT comprend les principales étapes suivantes :

• Préparation de l'échantillon : un avantage important de la mesure en transmittance dans le proche infrarouge est qu'elle ne nécessite pas de préparation de l'échantillon ; un échantillon « propre » peut être mesuré immédiatement.
• Enregistrement et analyse spectrale : l'intensité de la lumière transmise est mesurée par une photodiode (détecteur) et les spectres obtenus sont utilisés pour le traitement des données.
• Détermination des paramètres de composition des grains : à partir des informations obtenues par les spectres, les instruments utilisent des modèles d'étalonnage pour calculer les données quantitatives caractérisant la composition des grains du blé.

L'avantage de la méthode NIT est qu'elle est rapide et non destructive, ce qui permet d'analyser de grandes quantités d'échantillons en peu de temps.

Paramètres et caractéristiques de mesure pouvant être mesurés avec le NIR

Humidité

La teneur en eau est l'un des paramètres de qualité les plus importants pour le blé, car une teneur en eau trop élevée peut réduire la durée de stockage et augmenter le risque de développement de moisissures. La spectroscopie NIR permet de déterminer rapidement et précisément la teneur en eau par la mesure directe des groupes O-H. Il existe une forte corrélation entre les résultats obtenus en laboratoire et les résultats obtenus par NIR.

Plage de mesure NIR: ~9-20%

Précision attendue de la mesure NIR: Ecart-type ~0,2 % (Ecart-type du résultat estimé par l'instrument par rapport au résultat de référence mesuré en laboratoire).

Méthode de laboratoire de référence: étuve de séchage

Protéines

La teneur en protéines du blé est calculée directement à partir de l'absorption des liaisons N-H par les instruments ; il s'agit donc essentiellement d'une mesure de la teneur en azote. La teneur en protéines du blé est la teneur totale en azote mesurée, exprimée en pourcentage de la matière sèche, multipliée par 5,7. Comme il s'agit d'une mesure « directe », il existe une forte corrélation entre les résultats de laboratoire et les résultats NIR.

Plage de mesure NIR: ~8-18%

Précision attendue des mesures dans le proche infrarouge : écart-type maximal de ~0,25 %.

Méthode de laboratoire de référence: méthode Kjelhdal (destruction par voie humide) ou méthode Dumas (combustion)

La teneur en protéines du blé est étroitement liée à la teneur en azote du sol. La forme et la disponibilité de l'azote dans le sol influencent fortement l'absorption de l'azote par les plantes, et donc la synthèse des protéines. Diverses recherches ont montré qu'un apport optimal d'azote augmente la teneur en protéines du blé. Un apport adéquat d'azote est donc essentiel pour produire du blé à haute teneur en protéines.

Gluten

Le Gluten est constitué de composants des protéines du blé insolubles dans l'eau. Il s'agit essentiellement d'un mélange de deux protéines, la gliadine et la gluténine.

Plage de mesure dans le proche infrarouge: ~15-50 %.

Précision attendue des mesures dans le proche infrarouge: écart-type de ~1,5 % au maximum

Méthode de laboratoire de référence : lixiviation du gluten

Les instruments NIR ne mesurent pas la teneur en gluten « directement », c'est-à-dire en mesurant la teneur en N, comme la teneur en protéines, mais étant donné qu'il existe une corrélation étroite entre les protéines brutes et la teneur en Gluten, un étalonnage NIR relativement bon peut être développé pour la teneur en gluten. Toutefois, d'une part, la corrélation des résultats en gluten avec la méthode de référence est plus faible que la corrélation avec les résultats des protéines et, d'autre part,  l'erreur de la lixiviation du gluten utilisé comme référence est plus importante que l'erreur de la méthode Kjelhdal ou Dumas utilisée pour la détermination des protéines, de sorte que l'écart type des résultats du gluten mesurés par les instruments NIR est beaucoup plus important que pour les protéines.

Indice de Zeleny

L'indice de sédimentation de Zeleny est le volume en millilitres du sédiment produit par la farine de blé dans une solution d'acide lactique dans des conditions spécifiques. La mesure est basée sur le gonflement du gluten dans une solution d'acide lactique. Sa valeur est théoriquement comprise entre 0 et 100 ml, plus la valeur est élevée, meilleure est la qualité du blé.

Plage de mesure NIR : ~10-70 ml

Précision attendue de la mesure NIR: écart-type maximal de ~5 ml

Méthode de laboratoire de référence: détermination du volume de sédimentation de Zeleny

Poids Spécifique

Le poids de l'hectolitre ou PS est mesuré par les instruments infrarouges non pas par spectroscopie NIR mais par un module de gravité spécifique indépendant et intégré. Ce module mesure le poids d'un échantillon de blé d'un volume donné à l'aide d'une cellule de pesée intégrée, à partir de laquelle l'instrument calcule le résultat.

Plage de mesure : 65-86 kg/hl

Précision attendue : variation maximale ~ 0,7 kg/hl

Méthode de laboratoire de référence : NilemaLitre

Paramètres qui ne peuvent pas être mesurés avec la spectroscopie proche infrarouge ou dont la précision est insuffisante

• Absorption d'eau : peut être mesurée avec une faible corrélation (R2 < 0,9) en utilisant le proche infrarouge.
• Valeur W (énergie) : corrélation faible (R2 ≤ 0,7), peut être mesurée de manière indicative avec le proche infrarouge.
• Indice de chute de Hagberg : faible corrélation (R2 ≤ 0,9) entre les résultats du proche infrarouge et les résultats de laboratoire, non mesurable par le proche infrarouge.
• Teneur en cendres : mesurable dans la farine, faible corrélation entre les résultats du proche infrarouge et les résultats de laboratoire pour le grain entier
• Teneur en amidon : faible corrélation entre les résultats du proche infrarouge et les résultats de laboratoire, non mesurable par le proche infrarouge.
• Impuretés (quantité de matières étrangères, pourcentage de grains cassés, contaminés, etc.)
• Poids de mille grains
• MycoToxines

Résumé

Les instruments NIT permettent de mesurer rapidement et de manière non destructive les paramètres de composition du blé, notamment la teneur en eau, la teneur en protéines, la teneur en gluten, l'indice de Zélény et le poids à hectolitre. Cette méthode présente l'avantage de pouvoir tester de grandes quantités d'échantillons en peu de temps et les mesures présentent une forte corrélation avec les résultats obtenus en laboratoire. Toutefois, certains paramètres tels que l'absorption d'eau, la valeur W, le temps de chute d’Hagberg, la teneur en cendres, la teneur en amidon, les impuretés, le poids de mille grains et les Mycotoxines ne peuvent pas être mesurés avec une précision suffisante par la spectroscopie NIR.