Зерновые и злаки являются основными источниками энергии для человека и глубоко интегрированы в нашу повседневную жизнь. Пшеница, например, является одной из трёх ведущих зерновых культур в мире и служит важным продуктом питания, богатым углеводами, белками и необходимыми микроэлементами. Прежде чем зерна пшеницы перемалываются в муку для производства таких продуктов, как хлеб, печенье и другие продукты питания, крайне важно тщательно оценить их качество. Этот шаг гарантирует, что последующая обработка соответствует высоким стандартам.

Зерна пшеницы проверяются на содержание влаги, уровень белка, силу глютена, состав аминокислот, содержание крахмала и любые дефекты, которые являются важными факторами при определении их пригодности для хранения и переработки. Характеристики пшеницы определяют ее наилучшее использование — твердая пшеница и высокобелковые сорта, известные своим сильным глютеном, идеально подходят для хлеба и ферментированных продуктов благодаря их способности обеспечивать структуру и стабильность. В то же время мягкая пшеница и низкобелковые сорта лучше подходят для тортов, печенья и лапши. Как для фермеров, так и для покупателей, оценка качества пшеницы с использованием этих ключевых показателей обеспечивает справедливую цену и оптимальное использование. IAT Near-Infrared Grain Analyzer является предпочтительным инструментом для проведения этих важных оценок с высокой скоростью и точностью, позволяя вам принимать обоснованные решения, которые приносят пользу всей цепочке поставок.

Существуют различные методы оценки качества зерен пшеницы, но многие химические и физические подходы требуют предварительной обработки образцов и использования токсичных реагентов. Например, анализ белка часто основывается на методе Кьельдаля, который занимает 5-6 часов на один тест. Из-за размеров оборудования и большого количества необходимых химических реагентов эти тесты могут проводиться только в лабораторных условиях. Это создает значительные ограничения с точки зрения времени и места, что затрудняет удовлетворение потребностей в быстром тестировании на месте и ценообразовании в процессе закупок.

Аналогично, тестирование качества глютена, такое как ручная промывка глютена, может привести к значительным вариациям в результатах — до 2 процентных пунктов или более в зависимости от техники оператора. В результате, методы лабораторного тестирования требуют высококвалифицированного персонала и стабильного оборудования. Однако надежность этих тестов часто подвергается сомнению из-за человеческой ошибки, изменчивости оборудования и методологических различий. Поэтому существует острая необходимость в портативном, быстром, неразрушающем, точном и высоко повторяемом тестовом устройстве для решения проблем, с которыми сталкиваются в процессе закупки, где качество пшеницы часто оценивается только на основе сорта, текстуры и опыта.

Спектроскопия в ближней инфракрасной области (NIR) получила признание как ведущая технология для оценки качества пшеницы, во многом благодаря своей доступности, скорости, точности и неразрушающему характеру тестирования. Этот инновационный метод широко используется в исследовательских учреждениях и зерновой промышленности для обеспечения надежной оценки качества. Портативные анализаторы зерна NIR обычно используются для измерения ключевых параметров, таких как влажность, крахмал и содержание белка в зернах пшеницы, предоставляя ценные сведения для оптимизации условий хранения и облегчения быстрой классификации специализированных сортов пшеницы.

Учитывая различные требования к оценке качества на разных этапах обработки пшеницы — от хранения до помола и производства продуктов питания — существует растущая необходимость исследования текущих применений технологии NIR в тестировании пшеницы. Кроме того, понимание эффективности NIR в обнаружении определенных компонентов внутри зерен имеет решающее значение для повышения ее полезности и точности. По мере того как NIR продолжает развиваться, ее роль в повышении эффективности и надежности оценки качества пшеницы будет только становиться более заметной, поддерживая всю цепочку поставок.

Ближний инфракрасный свет (NIR) был первым невидимым световым диапазоном, который был открыт, с длинами волн, лежащими между видимым и средним инфракрасным диапазонами, от 780 до 2526 нм. В этом диапазоне длин волн вещества, содержащие водородные связи (O-H, C-H, S-H, N-H и т.д.), проявляют обертонное и комбинационное поглощение. Спектроскопия NIR измеряет характеристическое поглощение вещества в ближнем инфракрасном диапазоне для создания спектра, который содержит информацию о образце. В настоящее время эта техника используется в основном для качественного и количественного анализа органических соединений. Хотя сигналы NIR легко получить, как и в видимом световом спектре, их более слабое поглощение в инфракрасной области и наличие перекрывающихся спектральных полос делают их сложными для интерпретации. Широкое распространение спектроскопии NIR стало возможным с развитием передовых хемометрических методов, которые позволили улучшить анализ и интерпретацию. Благодаря своим уникальным характеристикам, спектроскопия NIR стала ценным инструментом благодаря своим возможностям быстрого, неразрушающего тестирования и способности измерять несколько параметров без предварительной обработки образца, что делает её идеальной для быстрого и надежного тестирования зерна и злаков, от контроля качества до безопасности пищевых продуктов.

NIR спектрометры - это оборудование, которое позволяет применять NIR спектроскопию для определения качества пшеницы. Различные типы NIR спектрометров разработаны для конкретных применений. Дисперсионные и интерферометрические приборы являются наиболее распространенными NIR устройствами на рынке. Интерферометрические спектрометры, обычно модели с Фурье-преобразованием, представляют собой высококлассные, дорогостоящие приборы, наиболее подходящие для точного лабораторного анализа. Дисперсионные NIR приборы, обычно используемые в производственных условиях, включают в себя спектрометры с фиксированной решеткой для одноточечного или матричного детектирования и NIR спектрометры с акустооптическим перестраиваемым фильтром (AOTF-NIR). Однако, основной диспергирующий элемент в приборах AOTF является дорогостоящим, что делает обнаружение на основе AOTF более дорогим. В целом, спектрометры с фиксированной решеткой для одноточечного или матричного детектирования используются более широко.

IAT (SINGAPORE) TECHNOLOGY PTE. LTD. (IAT) - это инновационная технологическая компания, специализирующаяся на NIR спектрометрах и предлагающая индивидуальные отраслевые решения. С момента своего основания IAT стала ведущим поставщиком профессиональных NIR продуктов и услуг, сосредоточившись на исследованиях и разработках, производстве и продажах. Благодаря значительным инвестициям в НИОКР и команде, где более 50% ее членов имеют степень магистра или доктора наук. Чтобы удовлетворить сильный спрос на портативное, быстрое и экономически эффективное тестирование качества при закупках зерна и сельскохозяйственной продукции, IAT использовала технологию MEMS вместе с фиксированной решеткой + DMD массивом микрозеркал и подходом однократного детектирования. Этот подход привел к разработке портативного анализатора зерна IAS-5100 NIR, разработанного для эффективного удовлетворения потребностей современного сельскохозяйственного контроля качества.

IAS-5100 Портативный NIR Анализатор

The IAS-5100 оснащен инновационным устройством смешения диффузного отражения с боковой подсветкой, которое в три раза повышает точность анализа гранулированных образцов, обеспечивая надежные результаты, которым могут доверять как покупатели, так и продавцы для совершения честных сделок и принятия выгодных решений. Интуитивно понятный сенсорный экран и функция анализа в одно касание позволяют пользователям легко проводить тесты без необходимости профессионального обучения. Компактный, легкий и работающий от батареи, IAS-5100 идеально подходит для использования на местах закупок, в транспортных средствах или в полевых условиях. Его обширная база данных для обнаружения, разработанная на основе многолетних данных образцов, гарантирует точный и достоверный анализ. IAS-5100 в основном измеряет влажность, содержание белка, глютена и золы в пшенице, что делает его хорошо подходящим для классификации, сортировки и ценообразования при закупке пшеницы.

Содержание влаги в зернах пшеницы, определяемое как отношение массы воды к общей массе зерна, имеет критическое значение для обработки, транспортировки и хранения. Оптимальный уровень влажности достигается путем сушки зерна чуть ниже порога, при котором микроорганизмы могут процветать, что обеспечивает более безопасное хранение и лучшее сохранение свежести, съедобности, всхожести и качества семян. Избыточная влажность приводит к потере емкости и увеличению активности ферментов, вызывая разрушение питательных веществ, повышение температуры и такие проблемы, как рост плесени и заражение насекомыми. Напротив, слишком низкая влажность может сделать зерна хрупкими, влияя на качество пищи и жизнеспособность семян. Таким образом, точное измерение и контроль содержания влаги являются необходимыми на протяжении всего процесса хранения и транспортировки зерна.

Учитывая это, использование спектроскопии ближнего инфракрасного диапазона (NIR) для обнаружения во время транспортировки и хранения зерна имеет значительную важность. IAS-5100, разработанный IAT, портативный и компактный, что делает его хорошо подходящим для обнаружения во время транспортировки и хранения. По мере развития общества растет спрос на автоматизацию и беспилотные операции в транспортировке и хранении. Чтобы удовлетворить эту потребность, IAT разработал спектрометр, предназначенный для удобного онлайн-обнаружения в реальном времени, использующий технологию фиксированной решетки + детектора массива. Это позволяет время обнаружения всего в несколько миллисекунд на образец, удовлетворяя потребности в онлайн-обнаружении в реальном времени. Система также может быть настроена в соответствии с конкретными условиями эксплуатации, включая требования к взрывозащите, дизайн зонда и решения для обнаружения нескольких единиц.

Анализ зерна в основном сосредоточен на обнаружении питательных компонентов. IAS-5100 предназначен для крупнозерновых культур, включая не только пшеницу, но также сою, рапс, семена подсолнечника, рис и падди. Основные показатели обнаружения включают влажность, белок, жир, крахмал, золу и кислотное число, все из которых имеют решающее значение для контроля качества. IAT гордится профессиональной и опытной командой приложений, которая регулярно обновляет модели зерна для удовлетворения потребностей в обнаружении большего количества сортов, более широких регионов и разных лет урожая. Кроме того, доступна разработка индивидуальных моделей для удовлетворения конкретных требований клиентов.

Развитие приборов для спектроскопии в ближнем инфракрасном диапазоне (NIR) направлено на повышение стабильности, надежности и скорости. В условиях промышленного производства интеграция NIR онлайн-детекции с оптическими волокнами и интернетом позволяет осуществлять мониторинг качества продукции в реальном времени, предлагая точное решение для контроля качества. В анализе зерна применение технологии NIR в оценке качества значительно повысило эффективность производства и качество продукции, способствуя более безопасному хранению зерна и улучшению безопасности пищевых продуктов.

Поскольку уровень жизни и потребности в питании продолжают расти, специализированные зерна, такие как богатые питательными веществами цветные, становятся все более распространенными. Эти зерна содержат более высокие уровни антоцианов, каротиноидов и других питательных веществ по сравнению с обычной пшеницей, что делает их более питательными и визуально привлекательными. Однако присутствие этих пигментов может повлиять на спектры поглощения NIR, приводя к значительным отклонениям в измерениях показателей качества, таких как крахмал, белок и влажность. Поэтому оптимизация оборудования NIR или прогностических моделей для улучшения оценки качества таких специализированных пшениц имеет большое значение.

IAT посвящена непрерывному развитию приборов для спектроскопии в ближнем инфракрасном диапазоне и разработке моделей для удовлетворения рыночных потребностей. Используя текущие возможности и стимулируя инновации, IAT стремится к продвижению глобальной индустрии NIR.

Источник： https://millermagazine.com/blog/ensuring-optimal-grain-quality-the-future-of-wheat-testing-5849