Wagosuszarki serii MA 50.X7 w badaniach wilgotności ziaren jęczmienia i pszenicy
Anna Szafrańska, Sławomir Janas, Małgorzata Kowalska

1. Wprowadzenie 
Rolnictwo jest jednym z ważniejszych filarów każdej gospodarki dostarczając wiele zróżnicowanych  produktów dla szeroko rozumianego przemysłu. Znaczna część tych produktów jest gotowa do spożycia, ale niektóre z nich są przechowywane a następnie przetwarzane przechowywane, a następnie przetwarzane do innej postaci, adekwatnej dla późniejszego jego wykorzystania, tak jak np. ziarna zbóż. Niewątpliwie zboża są istotnym surowcem  ze względu na możliwość ich wykorzystania w przemyśle spożywczym oraz w procesach przemysłowych takich jak produkcja spirytusu, słodu, skrobi oraz żywienia zwierząt. Należy zauważyć, że obecnie popularne koncepcje zrównoważonego rozwoju, społecznie  odpowiedzialnego biznesu wymuszają poszukiwania bardziej ekologicznych  rozwiązań w ramach której dąży się do wykorzystania przetworzonych zbóż w produktach nieżywnościowych np. jako biodegradowalne wypełniacze produktów chemicznych lub w produkcji bioetanolu. Jakość ziaren zbóż jest mocno zależna od ich  wilgotności, która musi być limitowana ze względu na możliwy rozwój mikroorganizmów takich jak np. pleśnie. Jak wiadomo skup i obrót ziarnem odbywa się na podstawie ich masy, tak więc potencjalne  niedostatki lub nadmiary wilgotności prowadzą do zysków lub strat. Wilgotność ziarna można określać wieloma metodami technicznymi o różnym stopniu skomplikowania, ale każda z tych metod powinna finalnie dawać wynik dokładny. Takie podejście zaprezentowano w tej pracy porównując trzy metody badawcze wykorzystane w badaniach wilgotności jęczmienia i pszenicy.    

2. Materiał
Materiał badawczy stanowiły próbki ziarna jęczmienia i pszenicy ze zbiorów 2022 roku, pobrane z 6 rejonów klimatyczno-uprawowych Polski według COBORU.

3. Metody pomiarowe
3.1. Metoda Near Infrared Transmission
Zawartość wilgoci oznaczono za pomocą analizatora ziarna XGrain, Infracont, który pracował z transmisją bliskiej podczerwieni (NIR). Metoda NIR to pośrednia, korelacyjna technika przewidywania stężenia wilgotności w ziarnach. Dokładność analizy uzyskuje się w efekcie modelowania regresji liniowej lub nieliniowej  widm promieniowania NIR w odniesieniu do wyników wilgotności otrzymanych z uznanych metod referencyjnych. Wyniki wilgotności uzyskane metodą NIR przyjęto jako odniesienie referencyjne dla oszacowania dokładności metod GAC oraz MA 50.X7.

3.2. Metoda wilgotnościomierza zbożowego 
Metoda wilgotnościomierza tu typu GAC® 2100,Dickey-John®, wykorzystywała fakt iż istnieje określona zależność między zawartością wilgoci w ziarnie a jego stałą dielektryczną. Ta zależność jest opisana poprzez tzw. krzywą kalibracyjną, która jest dedykowana dla konkretnego typu ziarna. 

3.3. Metoda wagosuszarki MA 50.X7
Metoda badania wilgotności z wykorzystaniem wagosuszarki MA 50.X7, to tzw. metoda ubytku masy. Podczas kontrolowanego ogrzewania próbki rejestrowany był ubytek jej masy aż do momentu osiągnięcia stałej masy próbki. Widok wagosuszarki MA 50.X7 pokazano na rysunku 1. 


Rys. 1. Wagosuszarka MA 50.X7 – podstawowe możliwości funkcjonalne 

Na podstawie różnicy masy próbki wilgotnej oraz masy próbki suchej wilgotność była wyliczana według poniższej zależności.



gdzie 

• m1 – masa próbki wilgotnej
• m2 – masa próbki suchej 

4. Wyniki i dyskusja 
Referencyjna wilgotność ziaren pszenicy pobranych z 6 rejonów uprawowych zawierała się w zakresie od 12.87%  do 13.84% (met. NIR). Zbliżone wyniki wilgotności zarejestrowano także dla metody ubytku masy tj. MA 50.X7 oraz GAC. Miarą jednorodności  wilgotnościowej ziaren w każdym rejonie uprawowym było odchylenie standardowe z serii pomiarów. Zauważono, że najlepszą jednorodność prezentowały ziarna pobrane z rejonu 2 oraz 3. W innych rejonach uprawowych rozbieżność wyników zawierała się w zakresie od 5.51% do 10.39 % wartości mierzonej (tabela 1). Zależności te zaobserwowano dla każdej z wykorzystywanych metod badawczych. Takie zależności mogą być efektem warunków klimatycznych w jakich odbywało się plonowanie.   

Wilgotność ziarna jęczmienia określona metodą NIR zawierała się w zakresie 11.87÷13.71%, dla metody ubytku masy tj. MA 50.X7 od 12.15÷14.03%, a dla metody GAC od 11.86÷13.93%, tabela 2. Wykazany rozrzut wyników wilgotności dla każdej metody badawczej prowadzi do wniosku, iż zróżnicowanie wilgotnościowe ziaren jest cechą charakterystyczną rejonów uprawowych a nie efektem zastosowania różnych metod badawczych. To wskazuje jednoznacznie, że proces kondycjonowania zboża jest nieodzownym elementem w łańcuchu jego przetwarzania. Największe rozbieżności w jednorodności ziaren zarejestrowano dla rejonów uprawowych I, II, III, gdzie roczne opady deszczu w czasie wegetacji ziaren wynosiły tylko 400–500 mm. Podobne rozbieżności stwierdzono dla rejonu uprawowego numer 5 położonego w południowo-zachodniej Polsce gdzie dominuj teren górzysty. W tym rejonie suma rocznych opadów deszczu wyniosła około 600 mm. 





5. Podsumowanie i wnioski 
Badanie wilgotności ziaren zbóż można wykonywać różnymi metodami, ale każda z nich powinna dawać wyniki dokładne, czyli takie które pokazują rzeczywistą wilgotność ziarna. Metoda NIR miała odniesienie normatywne EN 15948:2020 – Cereals – Determination of moisture and protein – Method using Near-Infrared-Spectroscopy in whole kernels. Standardem referencyjnym metody GAC był dokument ISO 7700-1:2008 Food products – Checking the performance of moisture meters in use – Part 1: Moisture meters for cereals. Należy wyraźnie stwierdzić, że dokładność tych metod jest istotnie zależna od współczynników korelacyjnych związanych z typem analizowanej próbki. Parametry metody wagosuszarkowej MA 50.X7 bazującej na ubytku masy zweryfikowano w efekcie walidacji względem uznanego standardu tj. PN-EN ISO 712:2012 Ziarno zbóż i przetwory zbożowe – Oznaczanie wilgotności – Metoda odwoławcza. Niewątpliwie zachowanie odpowiednich procedur badawczych  jest gwarancją poprawności otrzymanych wyników, co autorzy uzyskali także w tym projekcie badawczym. Należy zauważyć że uzyskane wyniki wilgotności zbóż w dużej mierze były zależne od warunków klimatyczno-uprawowych, ale pomimo tego na podstawie przeprowadzonych badań stwierdzono, że metody badawcze NIR/GAC/MA 50.X7 mogą być stosowane zamiennie. Niewątpliwie wymagana  jest także minimalna wiedzy w zakresie działania urządzeń pomiarowych oraz metod przygotowania próbki. Połączenie wiedzy z tych dwóch obszarów jest konieczne dla uzyskiwania wyników prawdziwych, które mogą być podstawą dla oceny jakościowej ziaren ale także wskazówką dla doskonalenia upraw prowadzonych w specyficznych obszarach klimatyczno-uprawowych. 

Anna Szafrańska – Instytut Biotechnologii Przemysłu Rolno-Spożywczego im. prof. W. Dąbrowskiego, PIB
Sławomir Janas – Centrum Metrologii Badań i Certyfikacji, Radwag Wagi Elektroniczne, e-mail: janas@radwag.pl
Małgorzata Kowalska –  Uniwersytet Radomski im. Kazimierza Pułaskiego

radwag.com