Wykorzystanie instrumentów NIT (Near Infrared Transmission) do określania parametrów jakościowych jęczmienia

Wprowadzenie

Jęczmień (Hordeum vulgare) jest czwartą co do wielkości rośliną zbożową na świecie. Jest to wszechstronne zboże odgrywające ważną rolę w rolnictwie i przemyśle spożywczym.

Jęczmień jest wykorzystywany głównie jako pasza dla zwierząt, gdzie jest bardzo popularnym produktem paszowym ze względu na wysoką zawartość energii i wkład w zdrowie zwierząt. Jest również surowcem do produkcji słodu, który jest jednym z głównych składników piwa i alkoholi fermentowanych zbożowo (whisky, wódka). Są to dwa główne zastosowania jęczmienia.

W znacznie mniejszych ilościach niż powyższe dwa zastosowania, jęczmień jest również mielony na mąkę (np. na chleb i makaron), ponieważ jest bogaty w błonnik i minerały.

Ponadto ekstrakty z jęczmienia są wykorzystywane w wielu produktach w przemyśle kosmetycznym i farmaceutycznym.

Zawartość białka jest jednym z najważniejszych parametrów odżywczych jęczmienia, ponieważ wpływa na skład paszy dla zwierząt i jakość słodu. Konwencjonalne chemiczne metody analityczne do określania zawartości białka są czasochłonne i kosztowne, dlatego coraz powszechniejsze stają się szybkie i nieniszczące technologie, takie jak transmisja w bliskiej podczerwieni (NIT). Technologia bliskiej podczerwieni została opisana w naszym poprzednim wpisie na blogu (https://www.infracont.com/pl/blog/wykorzystanie-urzadzen-nit-near-infrared-transmission-do-okreslania-parametrow-jakosciowych-pszenicy), więc nie będziemy jej tutaj omawiać.

Parametry i charakterystyki pomiarowe, które można mierzyć za pomocą NIR

Wilgotność
Wilgotność jest jednym z najważniejszych parametrów jakościowych jęczmienia, ponieważ zbyt wysoka wilgotność może skrócić czas przechowywania i zwiększyć ryzyko rozwoju pleśni. Grupy O-H absorbują światło w określonych pasmach widma bliskiej podczerwieni. Przy odpowiedniej kalibracji i znajomości współczynnika pochłaniania światła, zawartość wilgoci można określić szybko i dokładnie, a korelacja między wynikami laboratoryjnymi a wynikami NIR jest wysoka.

Zakres pomiaru NIR: ~9-20%
Oczekiwana dokładność pomiaru NIR: maksymalna rozbieżność ~0,2% (rozbieżność wyniku oszacowanego przez przyrząd w porównaniu z wynikiem referencyjnym zmierzonym w laboratorium).
Referencyjna metoda laboratoryjna: suszarka

Białko
Grupy N-H absorbują światło w określonych pasmach widma bliskiej podczerwieni. Podobnie jak w przypadku pszenicy, zawartość białka w jęczmieniu można określić szybko i dokładnie poprzez odpowiednią kalibrację przy użyciu współczynnika absorpcji światła, więc jest to zasadniczo pomiar zawartości azotu. Zawartość białka w jęczmieniu to zmierzona całkowita zawartość azotu wyrażona jako procent suchej masy, pomnożona przez 6,25. Ponieważ jest to pomiar „bezpośredni”, istnieje wysoka korelacja między wynikami laboratoryjnymi a wynikami NIR.

Zakres pomiaru NIR: ~7-18%
Oczekiwana dokładność pomiaru NIR: maksymalnie ~0,3-0,35% odchylenia standardowego
Referencyjna metoda laboratoryjna: Kjelhdal (niszczenie na mokro) lub Dumas (spalanie)

Zawartość białka w jęczmieniu jest ściśle związana z zawartością azotu w glebie. Przeczytaj o tej zależności we wpisie na blogu dotyczącym analizy NIR pszenicy.

Masa hektolitra

Masa hektolitra nie jest mierzona za pomocą spektroskopii w podczerwieni, ale za pomocą niezależnego, wbudowanego modułu ciężaru właściwego. Moduł ten mierzy masę próbki pszenicy o danej objętości za pomocą wbudowanego czujnika wagowego, na podstawie którego urządzenie oblicza wynik.

Zakres pomiarowy: 58-76 kg/hl
Oczekiwana dokładność: maksymalna wariancja ~ 0,7 kg/hl
Referencyjna metoda laboratoryjna: chondrometr

W przypadku jęczmienia masa hektolitra jest bardzo ważnym parametrem, który wskazuje gęstość ziarna. Im wyższa masa hektolitra, tym ważniejsza jest masa ziarna,

• im wyższa zawartość skrobi w ziarnie,
• im mniej gruzu i zanieczyszczeń,  
• im niższy udział pustych ziaren, tym wyższy udział ziaren nadających się do kiełkowania i słodowania,
• Im lepiej ziarno jest przechowywane, tym mniej podatne jest na zepsucie lub pleśń.

Parametry, których nie można zmierzyć za pomocą spektroskopii NIR lub których dokładność jest niewystarczająca

Następujące parametry nie mogą być mierzone za pomocą urządzeń NIR:

• Zawartość skrobi: niska korelacja między wynikami NIR a wynikami laboratoryjnymi, nie można zmierzyć za pomocą NIR (jeśli jest to absolutnie konieczne, zwykle określa się ją pośrednio poprzez oszacowanie na podstawie ilości dobrze zmierzonych składników).
• Klarowność (ilość ciał obcych, procent połamanych, zanieczyszczonych ziaren itp.)
• Toksyny
• Klasyfikacja
• Kiełkowanie

 
Podsumowanie

Urządzenia NIT umożliwiają szybki i nieniszczący pomiar trzech najważniejszych parametrów jakościowych jęczmienia: wilgotności, zawartości białka i masy hektolitra. Zaletą tej metody jest to, że duża liczba próbek może być analizowana w krótkim czasie i łatwo jest oddzielić partie odpowiednie do słodowania i do karmienia. Pomiary NIR wykazują wysoką korelację z wynikami laboratoryjnymi. Inne parametry, takie jak zdolność kiełkowania lub czystość, nie mogą być mierzone za pomocą spektroskopii NIR.