Ближняя инфракрасная (NIR) спектроскопия: быстрый и неразрушающий анализ качества зерна и пшеницы
Инженеры по контролю качества продуктов питания Селин Йолджу и Гюльпери Сыла Бардакчы
В последние годы значительно вырос спрос на быстрые, надежные и экологически чистые технологии в процессах производства и анализа пищевых продуктов. Соответственно, были разработаны различные инновационные технологии как альтернатива традиционным методам. Зависимость традиционных методов от оборудования, химических веществ и квалифицированных специалистов, а также их длительность, повысила интерес к этим инновационным решениям. Среди таких альтернатив ближняя инфракрасная (NIR) спектроскопия выделяется как мощная и эффективная технология.
Спектроскопия — это процесс измерения и интерпретации электромагнитного излучения, поглощаемого или испускаемого атомами, молекулами или ионами при переходах между их энергетическими уровнями. В этом контексте спектроскопические анализы представляют собой инструментальные методы, изучающие свойства веществ, такие как поглощение, передача или отражение света.
NIR-спектроскопия основана на взаимодействии света с веществом. Электромагнитное излучение в диапазоне длин волн 780–2500 нм вызывает молекулярные колебания. В частности, колебания связей O-H, N-H и C-H предоставляют информацию о химических и физических свойствах зерна. Ближняя инфракрасная (NIR) спектроскопия позволяет установить корреляцию между качественными характеристиками образцов продуктов питания и поглощением света в определённом диапазоне электромагнитного спектра. Анализы, интерпретирующие эту корреляцию, сделали возможным повсеместное применение NIR-технологии в физических и химических анализах продуктов питания и сельскохозяйственных продуктов.
NIR-спектроскопия стала неотъемлемой частью современных процессов контроля качества, особенно в анализе пшеницы и зерна. Эта технология позволяет сельскохозяйственному и пищевому секторам проводить быстрые и надежные анализы без использования химических веществ. Повышая эффективность управления безопасностью и качеством продуктов, устройства NIR могут использоваться как в лабораториях, так и в полевых условиях.
Ключевые компоненты:
- Источник света: Генерирует инфракрасный свет и направляет его на образец.
- Ячейка для образца: Содержит твёрдые или жидкие образцы.
- Детектор: Измеряет отражённый или прошедший свет.
- Спектрометр: Создаёт спектр поглощения.
- Программное обеспечение: Анализирует данные и рассчитывает химический состав и физические свойства.
Процесс анализа:
- Подготовка образца: Зёрна пшеницы или измельчённые образцы помещаются в измерительный отсек устройства. Отсутствие необходимости в специальной подготовке делает процесс чрезвычайно удобным.
- Спектральное сканирование: Ближний инфракрасный свет направляется на образец. Отражённый или поглощённый образцом свет создаёт спектр, основанный на его молекулярной структуре.
- Калибровка и моделирование: Используя эталонные модели, созданные на основе предыдущих лабораторных тестов, анализируются вариации спектральных данных.
- Интерпретация результатов: Количественные результаты по таким параметрам, как содержание белка, влажность, клейковина и индекс осаждения, предоставляются в течение нескольких секунд.
В исследовании, проведённом с использованием анализатора NIR DA 9000 от компании Bastak Instruments, были проанализированы образцы пшеницы из различных регионов Турции. В течение нескольких секунд были измерены такие параметры, как содержание клейковины, белка, уровень влажности, содержание золы и значения осаждения по Зелени.
Благодаря интуитивно понятному 13-дюймовому сенсорному экрану, современному датчику с диодной матрицей и способности анализировать как муку, так и зерно с использованием одной и той же ёмкости для образца, анализатор NIR DA 9000 от Bastak обеспечил быстрый и удобный опыт использования. В ходе исследования физико-химические свойства образцов пшеницы и содержание белка в генотипах пшеницы были сравнены с использованием метода NIR.
Рисунок 1: Серия 1 представляет значения белка, полученные методом Кьельдаля, а серия 2 — значения белка, измеренные методом FT-NIR.
Уровни белка, измеренные методом Кьельдаля, варьировались от 10,21 % до 16,34 %, тогда как значения, полученные методом NIR, находились в диапазоне от 10,34 % до 16,57 % (Рисунок 1). Образцы, собранные из разных регионов для одного и того же генотипа пшеницы, показали различный уровень схожести между значениями белка, полученными обоими методами.
Точность результатов измерений для обоих методов оказалась высокой (r = 0,91), что указывает на сильную корреляцию в анализе. Это демонстрирует, что NIR-спектроскопия является надёжным методом для определения содержания белка в пшенице.
