الحبوب والحنطة هي المصادر الرئيسية للطاقة للإنسان وهي متكاملة بعمق في حياتنا اليومية. القمح، على سبيل المثال، هو واحد من أفضل ثلاثة حبوب في العالم ويخدم كغذاء أساسي حيوي، غني بالكربوهيدرات، البروتينات، والعناصر الغذائية الدقيقة الأساسية. قبل أن يتم طحن حبات القمح إلى دقيق لمنتجات مثل الخبز، البسكويت، وغيرها من الأطعمة، من الضروري تقييم جودتها بدقة. هذه الخطوة تضمن أن المعالجة اللاحقة تفي بالمعايير العالية.

يتم اختبار حبات القمح لمحتوى الرطوبة، ومستويات البروتين، وقوة الغلوتين، وتكوين الأحماض الأمينية، ومحتوى النشا، وأي عيوب، وهي عوامل حاسمة في تحديد مدى ملاءمتها للتخزين والمعالجة. تحدد خصائص القمح أفضل استخداماته — فالقمح القاسي والأصناف عالية البروتين، المعروفة بقوة الغلوتين، هي مثالية للخبز والمنتجات المخمرة بسبب قدرتها على توفير الهيكل والاستقرار. وفي الوقت نفسه، فإن القمح الطري والأصناف منخفضة البروتين هي أكثر ملاءمة للكعك والبسكويت والمعكرونة. بالنسبة للمزارعين والمشترين على حد سواء، فإن تقييم جودة القمح باستخدام هذه المؤشرات الرئيسية يضمن التسعير العادل والاستخدام الأمثل. يعتبر محلل الحبوب بالأشعة تحت الحمراء القريبة IAT الأداة المفضلة لإجراء هذه التقييمات الأساسية بسرعة ودقة، مما يمكنك من اتخاذ قرارات مستنيرة تفيد سلسلة التوريد بأكملها.

هناك طرق مختلفة لتقييم جودة حبات القمح، ولكن العديد من الأساليب الكيميائية والفيزيائية تتطلب معالجة مسبقة للعينة واستخدام الكواشف السامة. على سبيل المثال، يعتمد تحليل البروتين غالبًا على طريقة كيلداهل، والتي تستغرق 5-6 ساعات لكل اختبار. نظرًا لحجم المعدات والعدد الكبير من الكواشف الكيميائية المطلوبة، يمكن إجراء هذه الاختبارات فقط في بيئة المختبر. هذا يخلق قيودًا كبيرة من حيث الوقت والمكان، مما يجعل من الصعب تلبية احتياجات الاختبار السريع في الموقع والتسعير أثناء عملية الشراء.

وبالمثل، فإن اختبار جودة الغلوتين، مثل غسل الغلوتين يدويًا، يمكن أن يؤدي إلى تباينات كبيرة في النتائج — تصل إلى نقطتين مئويتين أو أكثر اعتمادًا على تقنية المشغل. نتيجة لذلك، تتطلب طرق الاختبار المعملية وجود أفراد ذوي مهارات عالية ومعدات مستقرة. ومع ذلك، فإن موثوقية هذه الاختبارات غالبًا ما تكون معرضة للخطر بسبب الأخطاء البشرية، وتغير المعدات، والاختلافات المنهجية. لذلك، هناك حاجة ماسة لجهاز اختبار محمول، سريع، غير مدمر، دقيق، وعالي التكرار لمعالجة التحديات التي تواجهها أثناء عملية الشراء، حيث يتم تقييم جودة القمح بشكل متكرر بناءً على الصنف، والملمس، والخبرة فقط.

اكتسبت التحاليل الطيفية بالأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR) الاعتراف كتقنية رائدة للوصول إلى جودة القمح، وذلك إلى حد كبير بسبب تكلفتها المنخفضة وسرعتها ودقتها وطبيعتها غير المدمرة في الاختبار. تُستخدم هذه الطريقة المبتكرة على نطاق واسع في إعدادات البحث وصناعة الحبوب لتوفير تقييمات موثوقة للجودة. يتم استخدام أجهزة تحليل الحبوب المحمولة بالأشعة تحت الحمراء القريبة بشكل شائع لقياس المعايير الرئيسية مثل الرطوبة والنشا ومحتوى البروتين في حبات القمح، مما يوفر رؤى قيمة لتحسين ظروف التخزين وتسهيل التصنيف السريع لأصناف القمح المتخصصة.

نظرًا لمتطلبات تقييم الجودة المتنوعة في مراحل مختلفة من معالجة القمح — بدءًا من التخزين إلى الطحن إلى إنتاج الغذاء — هناك حاجة متزايدة لاستكشاف التطبيقات الحالية لتقنية NIR في اختبار القمح. بالإضافة إلى ذلك، فإن فهم فعالية NIR في الكشف عن مكونات محددة داخل الحبوب أمر بالغ الأهمية لتعزيز فائدتها ودقتها. ومع استمرار تطور NIR، فإن دورها في تحسين كفاءة وموثوقية تقييم جودة القمح سيصبح أكثر بروزًا، مما يدعم سلسلة التوريد بأكملها.

كان الضوء القريب من الأشعة تحت الحمراء (NIR) أول منطقة ضوئية غير مرئية يتم اكتشافها، مع أطوال موجية تقع بين المناطق المرئية وتحت الحمراء المتوسطة، تتراوح من 780 إلى 2526 نانومتر. في هذا النطاق من الأطوال الموجية، تظهر المواد التي تحتوي على روابط هيدروجينية (O-H، C-H، S-H، N-H، إلخ) امتصاصًا من النوع الإضافي والمجمع. تقيس التحاليل الطيفية للأشعة تحت الحمراء القريبة الامتصاص المميز للمادة في منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة لتوليد طيف يحتوي على معلومات عن العينة. تُستخدم هذه التقنية حاليًا بشكل رئيسي للتحليل النوعي والكمي للمركبات العضوية. بينما تكون إشارات NIR سهلة الحصول عليها مثل تلك الموجودة في طيف الضوء المرئي، فإن امتصاصها الأضعف في منطقة الأشعة تحت الحمراء ووجود نطاقات طيفية متداخلة يجعلها معقدة التفسير. أصبح اعتماد التحاليل الطيفية للأشعة تحت الحمراء القريبة على نطاق واسع ممكنًا مع تطوير طرق كيميائية متقدمة، مما سمح بتحليل وتفسير أفضل. بخصائصها الفريدة، أصبحت التحاليل الطيفية للأشعة تحت الحمراء القريبة أداة قيمة لقدراتها السريعة وغير المدمرة للاختبار وقدرتها على قياس معايير متعددة دون معالجة مسبقة للعينة، مما يجعلها مثالية للاختبار السريع والموثوق للحبوب والحنطة، من مراقبة الجودة إلى سلامة الأغذية.

أجهزة قياس الطيف بالأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR) هي الأجهزة التي تمكن من تطبيق مطيافية الأشعة تحت الحمراء القريبة في تحديد جودة القمح. تم تصميم أنواع مختلفة من أجهزة قياس الطيف بالأشعة تحت الحمراء القريبة لتطبيقات محددة. الأجهزة المشتتة والمقياس التداخلي هي أكثر أجهزة الأشعة تحت الحمراء القريبة شيوعًا في السوق. أجهزة قياس الطيف التداخلية، عادةً ما تكون نماذج تحويل فورييه، هي أجهزة عالية الجودة وباهظة الثمن وتعتبر الأنسب للتحليل الدقيق في المختبرات. تشمل أجهزة الأشعة تحت الحمراء القريبة المشتتة الشائعة الاستخدام في بيئات الإنتاج أجهزة الكشف أحادية النقطة أو الكشف المصفوفة ذات الشبكة الثابتة وأجهزة قياس الطيف بالأشعة تحت الحمراء القريبة ذات المرشح الضوئي الصوتي القابل للضبط (AOTF-NIR). ومع ذلك، فإن العنصر الأساسي المشتت في أجهزة AOTF مكلف، مما يجعل الكشف القائم على AOTF أكثر تكلفة. بشكل عام، أجهزة قياس الطيف أحادية النقطة أو الكشف المصفوفة ذات الشبكة الثابتة هي الأكثر استخدامًا على نطاق واسع.

IAT (SINGAPORE) TECHNOLOGY PTE. LTD. (IAT) هي شركة تكنولوجيا مبتكرة متخصصة في أجهزة قياس الطيف NIR وتقدم حلولًا صناعية مخصصة. منذ تأسيسها، أصبحت IAT مزودًا رائدًا لمنتجات وخدمات NIR المهنية من خلال التركيز على البحث والتطوير، والإنتاج، والمبيعات. مع استثمارات كبيرة في البحث والتطوير وفريق حيث يحمل أكثر من 50% من أعضائه درجة الماجستير أو الدكتوراه. لتلبية الطلب القوي على اختبار الجودة المحمول والسريع وفعال التكلفة في شراء الحبوب والمنتجات الزراعية، استخدمت IAT تقنية MEMS جنبًا إلى جنب مع محزوز ثابت + مجموعة مرايا دقيقة DMD ونهج الكشف عن نقطة واحدة. أدى هذا النهج إلى تطوير محلل الحبوب المحمول IAS-5100 NIR، المصمم لتلبية احتياجات مراقبة الجودة الزراعية الحديثة بكفاءة.

IAS-5100 Portable NIR Analyzer

ال IAS-5100 يتميز بجهاز خلط انعكاس جانبي مبتكر يعزز دقة تحليل العينات الحبيبية بثلاثة أضعاف، مما يضمن نتائج موثوقة يمكن للمشترين والبائعين الوثوق بها لتحقيق معاملات عادلة وقرارات مربحة. تتيح شاشته التي تعمل باللمس البديهية ووظيفة التحليل بنقرة واحدة للمستخدمين إجراء الاختبارات بسهولة دون الحاجة إلى تدريب احترافي. يتميز IAS-5100 بأنه مضغوط وخفيف الوزن ويعمل بالبطارية، مما يجعله مثاليًا للاستخدام في مواقع الشراء أو في المركبات أو في الميدان. تضمن قاعدة بيانات الكشف الواسعة، التي تم تطويرها من سنوات من بيانات العينات، تحليلًا دقيقًا وصحيحًا. يقيس IAS-5100 بشكل رئيسي محتوى الرطوبة والبروتين والجلوتين والرماد في القمح، مما يجعله مناسبًا تمامًا للتصنيف والتصنيف والتسعير في شراء القمح.

محتوى الرطوبة في حبات القمح، المحدد كنسبة كتلة الماء إلى الكتلة الكلية للحبة، أمر بالغ الأهمية للمعالجة والنقل والتخزين. يتم تحقيق المستوى الأمثل للرطوبة عن طريق تجفيف الحبوب إلى ما دون العتبة التي يمكن أن تزدهر فيها الكائنات الحية الدقيقة، مما يضمن تخزينًا أكثر أمانًا والحفاظ أفضل على النضارة والقابلية للأكل ومعدل الإنبات وجودة البذور. تؤدي الرطوبة الزائدة إلى إهدار السعة وزيادة نشاط الإنزيمات، مما يتسبب في تحلل العناصر الغذائية وارتفاع درجات الحرارة ومشاكل مثل نمو العفن وغزو الحشرات. على العكس من ذلك، يمكن أن تجعل الرطوبة القليلة جدًا الحبات هشة، مما يؤثر على جودة الغذاء وحيوية البذور. وبالتالي، فإن القياس الدقيق والتحكم في محتوى الرطوبة أمران ضروريان طوال عملية تخزين ونقل الحبوب.

نظرًا لهذا، فإن استخدام التحليل الطيفي للأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR) للكشف أثناء نقل وتخزين الحبوب له أهمية كبيرة. الجهاز IAS-5100، الذي طورته IAT، محمول وصغير الحجم، مما يجعله مناسبًا تمامًا للكشف أثناء النقل والتخزين. مع تقدم المجتمع، هناك طلب متزايد على التشغيل الآلي وغير المأهول في النقل والتخزين. لتلبية هذه الحاجة، طورت IAT مطيافًا مصممًا للكشف الفوري عبر الإنترنت بسهولة، باستخدام تقنية محزوز ثابت + كاشف مصفوفة. هذا يتيح أوقات كشف تصل إلى ميلي ثوانٍ لكل عينة، مما يلبي احتياجات الكشف الفوري عبر الإنترنت. يمكن أيضًا تخصيص النظام وفقًا لظروف التشغيل المحددة، بما في ذلك متطلبات مقاومة الانفجار، تصميم المسبار، وحلول الكشف متعدد الوحدات.

يركز تحليل الحبوب بشكل أساسي على اكتشاف المكونات الغذائية. تم تصميم IAS-5100 لمحاصيل الحبوب الكبيرة، بما في ذلك ليس فقط القمح ولكن أيضًا فول الصويا، بذور اللفت، بذور عباد الشمس، الأرز، والأرز الشعير. تشمل المؤشرات الرئيسية للكشف الرطوبة، البروتين، الدهون، النشا، الرماد، وقيمة الحمض، وكلها حاسمة لمراقبة الجودة. تتمتع IAT بفريق تطبيقات محترف وذو خبرة يقوم بتحديث نماذج الحبوب بانتظام لتلبية احتياجات الكشف لمزيد من الأصناف، مناطق أوسع، وسنوات حصاد مختلفة. بالإضافة إلى ذلك، يتوفر تطوير نماذج مخصصة لتلبية متطلبات العملاء المحددة.

تتطور أجهزة التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء القريبة لتوفر استقرارًا وموثوقية وسرعة أكبر. في بيئة الإنتاج الصناعي، يتيح دمج الكشف بالأشعة تحت الحمراء القريبة عبر الألياف البصرية والإنترنت مراقبة جودة المنتج في الوقت الفعلي، مما يوفر حلًا دقيقًا لمراقبة الجودة. في تحليل الحبوب، أدى تطبيق تقنية الأشعة تحت الحمراء القريبة في تقييم الجودة إلى تحسين كبير في كفاءة الإنتاج وجودة المنتج، مما يساهم في تخزين الحبوب بشكل أكثر أمانًا وتحسين سلامة الأغذية.

مع استمرار ارتفاع مستويات المعيشة والمطالب الغذائية، أصبحت الحبوب المتخصصة، مثل الحبوب الملونة الغنية بالمغذيات، أكثر انتشارًا. تحتوي هذه الحبوب على مستويات أعلى من الأنثوسيانين والكاروتينات والعناصر الغذائية الأخرى مقارنة بالقمح العادي، مما يجعلها أكثر تغذية وجاذبية من الناحية البصرية. ومع ذلك، فإن وجود هذه الأصباغ يمكن أن يؤثر على أطياف الامتصاص للأشعة تحت الحمراء القريبة (NIR)، مما يؤدي إلى انحرافات كبيرة في قياس مؤشرات الجودة مثل النشا والبروتين والرطوبة. لذلك، فإن تحسين معدات NIR أو النماذج التنبؤية لتحسين تقييم جودة هذه الأقماح المتخصصة له أهمية كبيرة.

تكرس IAT جهودها لتطوير مستمر لأجهزة التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء القريبة وتطوير النماذج لتلبية احتياجات السوق. من خلال استغلال الفرص الحالية ودفع الابتكارات، تلتزم IAT بتطوير صناعة الأشعة تحت الحمراء القريبة العالمية.

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