Спосіб визначення вмісту складових зернових

Спосіб визначення вмісту складових зернових, зокрема протеїну, клейковини і вологи, що включає вимірювання інтегральних інтенсивностей пропущеного випромінювання через зразки пше ниці в певних спектральних діапазонах, який відрізняється тим, що для кожного зразка зернових сукупно з інтегральними інтенсивностями пропущеного випромінювання вимірюють також інтегральні інтенсивності дифузно відбитого випромінювання на попередньо вибраних оптимальних довжинах хвиль, причому вміст складових зернових визначають, розділяючи сукупну інформацію про складові - протеїн, клейковину і вологу - за визначеним алгоритмом з використанням значень інтегральних інтенсивностей пропускання і дифузного відбиття на ВІДПОВІДНИХ оптимальних довжинах хвиль Спосіб стосується сільськогосподарського виробництва і харчової промисловості, зокрема експрес-аналізу матеріалів, визначенню вмісту протеїну, клейковини, вологи та інших складових в сільськогосподарських продуктах, переважно в зернових культурах і може знайти застосування на підприємствах агропромислового комплексу Відомий спосіб експрес-аналізу зернових культур за допомогою аналізатора Інфратек (Infratec Анализатор пищевых продуктов и кормов Руководство по эксплуатации Швеция) Недоліками цього способу є високий рівень конструктивної складності і вартості реалізації і обслуговування способу Відомий спосіб визначення вмісту клейковини в пшениці, суть якого заключається в вимірюванні інтегральних інтенсивностей дифузного пропущення в двох спектральних інтервалах і визначен ня і вартості, що зумовлюється сукупним з пропущенням вимірюванням також інтегральних інтенсивностей дифузного відбиття випромінювання на попередньо вибраних довжинах хвиль, причому вміст складових зернових визначають, розділяючи сукупну інформацію про протеїн, клейковину і вологу за визначеним алгоритмом, використовуючи значення інтегральних інтенсивностей пропущення і дифузного відбиття на ВІДПОВІДНИХ оптимальних довжинах хвиль Поставлена задача досягається тим, що в способі визначення вмісту складових зернових, зокрема протеїну, клейковини і вологи для кожного зразка зернових сукупно з інтегральними інтенсивностями пропущеного випромінювання вимірюють також інтегральні інтенсивності дифузно відбитого випромінювання на попередньо вибраних оптимальних довжинах хвиль, причому вміст складових зернових визначають, розділяючи сукупну інформацію про протеїн, клейковину і вологу за визначеним алгоритмом, використовуючи значення інтегральних інтенсивностей пропущення і дифузного відбиття на ВІДПОВІДНИХ оптимальних довжинах хвиль ні КІЛЬКОСТІ клейковини за ВІДПОВІДНОЮ формулою (Патент Російської Федерації RU 2138042 С1, Бюл №26, 1999) Недоліками цього способу є низькі функціональні можливості визначення складових тільки клейковини пшениці Процес визначення вмісту клейковини базується на вимірюванні інтегральних інтенсивностей дифузного пропущення в двох спектральних діапазонах В основу створення винаходу поставлена задача розширення функціональних можливостей способу визначення вмісту складових, зокрема протеїну, клейковини і вологи при спрощенні конструктивної реалізації способу, його обслуговуван Визначення вмісту складових зернових, зокрема протеїну, клейковини, вологи та інших шляхом вимірювання сукупно з інтегральними інтенсивностями пропущеного випромінювання також інтегральних інтенсивностей дифузно відбитого випромінювання попередньо вибраних оптимальних довжин хвиль ближньої інфрачервоної (ІЧ) області спектру з послідуючим розділом сукупної (О 00 (О 62816 інформації про складові за визначеним алгоритсивностей пропущеного через зразки і дифузно відбитого від зразків зерна випромінювання на мом, дає можливість розширити функціональні кожній оптимальній довжині хвилі ВІДПОВІДНО можливості способу при значному спрощенні його включає перебір оптимальних довжин хвиль з меконструктивної реалізації тою підвищення коефіцієнта кореляції складових Визначення вмісту складових зернових, зокзернових і характеристичних параметрів - інтеграрема протеїну, клейковини, вологи та інших шляльних інтенсивностей пропущеного через зразки хом вимірювання інтегральних інтенсивностей зерна чи дифузно відбитого випромінювання пропущеного сукупно з дифузно відбитим моно(Фіг 2, 3) При застосуванні графічного аналізу на хроматичним чи вузько полосним випромінюванкореляційному полі виділяють графічні зображенням, наприклад, від випромінюючих СВІТЛОДІОДІВ ня двох-трьох і більше груп вимірюваного парамепопередньо вибраних оптимальних довжин хвиль тру Наприклад, при аналізі вмісту протеїну при ближньої ІЧ області спектру дозволяє при значнорізних значеннях вологи на кореляційному полі му спрощенні конструктивної реалізації способу виділяють групи зразків з умовно високим, помірзнизити трудомісткість і вартість його обслуговуним та низьким вмістом вологи Причому алгоритм вання визначення протеїну при тестуванні зразків зерноТаким чином досягається розширення функцівих включає інформацію про приналежність зразка ональних можливостей способу при спрощенні зернових до певної групи ВІДПОВІДНО до вмісту войого конструктивної реалізації, зниженні вартості і логи, чи іншої складової трудомісткості його обслуговування Такий ПІДХІД дозволяє знизити середньоквадВимірювання інтегральних інтенсивностей ратичне відхилення випадкової складової похибки дифузно відбитого від зразків зернових випромівизначення складових зернових при рівні достовінювання сукупно з інтегральними інтенсивностями рності Р=0,95 на 8 ч-12% пропущеного випромінювання (Фіг 1) на попередньо вибраних оптимальних довжинах хвиль дає На Фіг 1 схематично зображений спосіб визнасукупну інформацію про вміст складових, які вичення вмісту складових зернових, зокрема протеїзначають, причому оптимальні довжини хвиль, а ну, клейковини, вологи, на Фіг 2 зображено коретакож оптимальний вид взаємодії зерна з випроміляційне поле експериментально одержаних нюванням - пропущення випромінювання через значень інтегральних інтенсивностей пропущеного зерно чи його дифузне відбиття на кожній довжині через зразки зерна пшениці випромінювання опхвилі - вибирають по результатах обробки результимальних довжин хвиль Я,-|,Я,2 в залежності від татів вимірювань контрольної партії не менше ніж значень вмісту протеїну в зерні, визначених ХІМІЧ30 4-50 зразків (Фіг 2, 3) з урахуванням фізикоНИМ методом К'єльдаля (ГОСТ 10846-91) на Фіг З ХІМІЧНИХ особливостей механізму взаємодії зерна і зображено кореляційне поле експериментально випромінювання (Williams Р С Norns К Н Effect of одержаних значень вмісту протеїну в зразках зерMutual Interactions on the Estimation of Protein and на пшениці для пропущеного через зразки і дифуMoisture in Wheat, Cereal Chemistry, 1983) КІЛЬзно відбитого від зразків зерна пшениці випроміКІСТЬ оптимальних довжин хвиль пропущеного ченювання ВІДПОВІДНО на оптимальних довжинах рез зразки зерна і дифузно відбитого від зразків Х В И Л Ь Я,-],Я,2,Я,1 ,Я-2 зерна випромінювання змінюється в залежності від тестуємої складової зерна Оптимальні довжиВикористання інтегральних інтенсивностей ни хвиль пропущеного через зразок зерна випропропущеного через зразки зерна пшениці випромімінювання %-\,%2 Ді ' дифузно відбитого від зразнювання послідовно двох оптимальних довжин ків зерна випромінювання Х-\ ,Я,2 ,Я,, можуть хвиль Я,-|,Я,2 в ближній ІЧ області спектру для вибути попарно рівні Я,-] = Я,-], Я,2 = Я,2 , Я,, = Я,,, чи значення вмісту протеїну в пшениці дає середньоможуть відрізнятись Я,-] Ф Я,-] , Я,2 Ф Я,2 А, Ф Я,, Для зниження середньоквадратичного відхилення випадкової складової похибки вимірювань, КІЛЬКІСТЬ оптимальних довжин хвиль, звичайно, повинна бути не менше 3-5, включаючи вимірювання інтегральних інтенсивностей пропущеного і дифузно відбитого випромінювання, причому визначення складових зернових шляхом вимірювання сукупно з інтегральними інтенсивностями пропущеного через зерно також дифузно відбитого від зерна випромінювання на встановлених довжинах хвиль ближньої ІЧ області спектру виконують, розділяючи інформацію про складові, наприклад, методами регресійного, дискримшантного, чи графічного аналізу (Дрейнер Н , Смит Г Прикладной регрессионный анализ, Финансы и статистика, 1986) Застосування методів регресійного аналізу обробки результатів визначення вмісту складових зернових шляхом вимірювання інтегральних інтен квадратичне відхилення випадкової складової похибки а = 0,8 -ь1,1 (Фіг 2) Визначення також інтегральних інтенсивностей дифузно відбитого від цього зерна пшениці випромінювання на оптимальних довжинах хвиль Я- ,Я,2 ближньої ІЧ області спектру, і відповідне ,] корегування коефіцієнтів регресії призводить до підвищення коефіцієнта кореляції К вміст складової - інтегральні інтенсивності пропущеного та дифузно відбитого від зерна випромінювання - до значень К = 0,79 4- 0,91 Причому середньоквадратичне відхилення випадкової складової похибки вмісту протеїну, клейковини, вологи, та інших знижується до значень ст = 0,49 4-0,63 (ФігЗ) Оптимальні довжини хвиль, а також оптимальний вид взаємодії зерна з випромінюванням - пропущення випромінювання через зерно чи його дифузне відбиття на кожній довжині хвилі вибирають по результатах обробки контрольної партії (Фіг 2, 3) 62816 Спосіб визначення вмісту складових зернових, зокрема протеїну, клейковини і вологи, який схематично зображений на Фіг 1 реалізується таким чином Подають послідовно випромінювання вибраних оптимальних довжин хвиль від світловипромінювачей, наприклад, СВІТЛОДІОДІВ 1 з світлофільтрами 2, (або без них), яке проходить крізь кювету з зерном З Безпосередньо після взаємодії пропущеного випромінювання оптимальних довжин хвиль з зерном подають випромінювання попередньо вибраних оптимальних довжин хвиль ближньої 14 області спектру від СВІТЛОДІОДІВ 4, з світлофільтрами 5 (або без них), яке дифузно відбивається від зерна З Пропущене і дифузно відбите від зерна випромінювання послідовно реєструють фотоприймачем 6 Сигнал з фотоприймача 6 обробляють в блоці обробки інформації 7 Визначений вміст складових зернових у відсотках візуалізують на дисплеї 8 Кореляційне поле залежності вмісту протеїну в зерні пшениці для партії п=35 зразків від значень інтегральних інтенсивностей пропущеного через зерно випромінювання І^, для оптимальних довжин хвиль %-\,%2 ближньої ІЧ області спектру в відносних одиницях наведене на Фіг 2, характеризується коефіцієнтом кореляції К=0,71 Значення серед ньоквадратичного відхилення випадкової складової похибки визначення протеїну в зерні пшениці в порівнянні з ХІМІЧНИМ методом К'єльдаля (ГОСТ 10846-91) для цієї партії є ст = 0,97 Зниження середньоквадратичного відхилення випадкової складової похибки визначення протеїну досягають вимірюванням сукупно з інтегральними інтенсивностями пропущеного через кювету з зерном (Фіг1) випромінювання (Я1Д2) інтегральних 6 інтенсивностей дифузно відбитого від цього зерна випромінювання на оптимальних довжинах хвиль Кореляційне поле залежності значення вмісту протеїну у відсотках від інтегральних інтенсивностей пропущеного (^1Д2) ' дифузно відбитого (Я,-] ,Я,2 ) випромінювання, яке наведено на Фіг З, характеризується коефіцієнтом кореляції К = 0,89 -ьО,91 Середньоквадратичне відхилення випадкової складової похибки визначення протеїну для цієї партії зерна пшениці при вимірюванні сукупно з інтегральними інтенсивностями пропущеного також дифузно відбитого від зерна випромінювання складає К = 0,49-ь 0,52 Підвищення коефіцієнту кореляції К і зниження середньоквадратичного відхилення випадкової складової похибки визначення протеїну ст зумовлені з одного боку сукупним вимірюванням послідовно інтегральних інтенсивностей пропущеного і дифузно відбитого випромінювання на оптимальних довжинах хвиль Х-\ ,Х2 , А,, ближньої ІЧ області спектру, а з другого боку - зниженням похибки обробки інформації шляхом розділу сукупних результатів вимірювань за визначеним алгоритмом та оптимізацією числа вимірювань Таким чином, забезпечується очікуваний технічний результат, а саме розширюються функціональні можливості способу при спрощенні його конструктивної реалізації, обслуговування і вартості 2 3 2 / ФІГ.1 / V 62816 •Й Комп'ютерна верстка А Крулевський Підписне -О Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119