Mit is jelent az egységes gabona nedvességtartalom mérés? Ideális esetben azt, hogy két azonos minta mérése során a különböző nedvességmérőkkel mért nedvességtartalom-értékek a kereskedelem számára elfogadható határértéken belül maradnak, függetlenül attól, hogy a mérés az ország két különböző pontján, vagy akár a világ két távoli szegletében történik. Számos cég ért el jelentős eredményeket, de az évtizedek óta tartó párbeszéd ellenére a világon mai napig nem létezik egységesen elfogadott gabona nedvességmérési módszer.



Cikkünk célja a nedvességmérési módszerek rövid ismertetése és a lehetséges hibák bemutatása. Végezetül néhány javaslatot teszünk a felhasználók részére a leggyakoribb hibák minimalizálására.

A referencia módszer



A referencia módszerekkel a nedvességet közvetlenül határozzák meg. A nedvességtartalom meghatározására az úgynevezett szárítószekrényes eljárás a legelterjedtebb referencia módszer. A világon e módszernek számos változata létezik, azonban mindegyik a gabona szárításakor bekövetkező tömegveszteségen alapul. Az egyes eljárások között az előírt szárítási hőmérsékletben és szárítási időben van különbség. A módszer feltételezi, hogy a szárítás közben létrejött tömegveszteség a mintából eltávozott víz mennyiségével egyenlő. Sajnos, azonban ez nem ilyen egyszerû. Nem a víz az egyetlen alkotóelem, amely a szárítás hatására eltávozik a gabonából. A szárítási idő és a hőmérséklet (mely paramétereket más, általánosan elfogadott kémiai módszerrel, például Karl Fischer eljárással határoztak meg) beállítása biztosítja, hogy a melegítés hatására eltávozó egyéb magösszetevők mennyisége megközelítőleg egyenlő legyen a szárítás után a mintában maradt víz mennyiségével. A legtöbb szárítószekrényes nedvesség-meghatározás több órát vagy akár egy napot is igénybe vehet, így nem használható olyankor, ha a nedvességtartalom értékére azonnal szükség van (pl. gabonaátvételkor). E feladat megoldására fejlesztették ki az úgynevezett gyors nedvességmérő készülékeket.

Gyors módszerek



A gyors nedvességmérők körében számos technikai megoldás létezik. Közös bennük, hogy mind valamilyen fizikai jellemzőt mérve (elektromos vagy optikai elven), indirekt módon határozzák meg a gabona minta nedvességtartalmát egy beépített kalibrációs összefüggés alkalmazásával. A kereskedelemben a gabonák nedvességtartalmának meghatározása szinte kizárólag gyors nedvességmérőkkel történik, amelyek pontossága elmarad a közvetlen módszerek pontosságától. A gyakorlatban ezek pontossága megfelelő, a problémákat az okozza, hogy a mûszerek egységesítése nem megoldott.

Közeli infravörös technika (NIR)



A közeli infravörös berendezések a mérendő anyag infravörös tartományba eső abszorpcióját mérik. Minden molekulának van rá jellemző hullámhosszú elnyelési tartománya. A víznek több elnyelési tartománya is esik a közeli infravörös tartományba, amelyeket a nedvességtartalom meghatározásánál használnak. Ezek az elnyelési sávok igen markánsak, de más gabona-összetevőknek (pl. fehérje, olaj, keményítő) is van abszorpciós sávja, amelyek átlapolódnak a víz abszorpciós sávjával. A környezeti hatások és a gabonakezelési eljárások megváltoztatják a gabona fizikai tulajdonságait, befolyásolva ezáltal a NIR mûszerek eredményeit. Ezen hatások kiküszöbölésére a gyártók többváltozós statisztikai módszereket (pl. többváltozós lineáris regresszió, főkomponens analízis stb.) használnak a különböző gabonákhoz tartozó kalibrációk fejlesztéséhez, amelyekkel kiváló pontosság érhető el.

Dielektromos módszer



A rádió frekvenciás (RF) dielektromos módszer a minta dielektromos állandójával kapcsolatos villamos mennyiségből határozza meg a gabona nedvességtartalmát. Az anyagok dielektromos állandója egy olyan viszonylagos tulajdonság (a vákuumhoz hasonlítva), mely kifejezi, hogy mennyi energiát képes egy anyag tárolni abban az esetben, ha elektromos mezőben van. Minden gabonaszemet alkotó molekula hozzájárul a dielektromos állandóhoz. Viszont a víz molekulaszerkezete 20-szor nagyobb dielektromos állandót eredményez, mint bármelyik másik gabonaszemet alkotó molekula. A víz (80) és más összetevők (2–3) dielektromos állandója közötti nagy különbség teszi a RF dielektromos módszert viszonylag érzéketlenné a mintaösszetétellel szemben. Azonban a gabonában jelenlevő víz különbözően viselkedik attól függően, hogy szabad vagy kötött állapotú, és azon belül is, hogy mely gabona összetevőhöz kötődik. Ezek a különbségek legfőképpen a gabonafajták között jelentkeznek, ezért a dielektromos elven mûködő berendezésekhez is fajtafüggő kalibrációra van szükség.

Lehetséges hibaforrások



A nedvességmérés eredményeit számos egyéb tényező is befolyásolja. A pontos nedvességtartalom-meghatározás a zavaró tényezők (sûrûség, hőmérséklet, egyenlőtlen nedvességeloszlás a magban vagy a magok között, ill. szennyeződések) kiküszöbölésétől függ.

A sûrûség hatása



A nedvességmérő berendezések az anyag vezetőképességét, dielektromos állandóját vagy fényelnyelését mérik. Ezek eredendően térfogatalapú mérések, ezzel szemben a gabona-nedvességtartalom mérése tömegalapú. Ezért a sûrûséget mérni, és valamilyen módon korrigálni kell. A dielektromos elven mûködő berendezések általában állandó térfogatú vagy állandó tömegû mintát mérnek. A közeli infravörös tartományban mérő berendezések pedig speciális statisztikát használnak a sûrûségkorrekcióra. A korrekciók ellenére a nedvességmérők rendszeres hibát adnak a minták közötti sûrûségkülönbség miatt. Számos módszert alkalmaznak a sûrûségkülönbségből adódó eltérések korrigálására. A „térfogatos” nedvességtartalom mérők állandó mennyiségû gabonát használnak, és nem veszik figyelembe az azonos típusú gabonaminták sûrûségkülönbségeit.

Más nedvességtartalom mérők állandó tömegû gabona mintát használnak minden további sûrûség korrekció nélkül. Ez a hibalehetőségeket körülbelül a felére csökkenti a térfogatos mérőkhöz képest, de szignifikáns kapcsolat mutatható ki a sûrûség és a hiba között. A tömegmérés pontatlansága 1 grammnyi eltérés esetén 0,1% nedvességmérési hibát okoz.

A hőmérséklet hatása



A minta hőmérséklete erősen befolyásolja a vízmolekulák egymáshoz és más molekulákhoz való kötődését, ezzel a mérőmûszer által mért értéket. Sok nedvességmérő méri a minta hőmérsékletét, és a mért paramétert, vagy a számított nedvességértéket módosítja a hőmérséklet függvényében. Jellemzően ez a korrekció 1°C eltérésnél 0,1 nedvességszázalék. Az optimális hőmérséklet-korrekciós együttható függ a gabona típusától, a nedvességtartalomtól és a mérőfrekvenciától. Az optimális hőmérséklet-korrekciós függvény meghatározása az egyik legnagyobb kihívás a gabona nedvességmérők kalibrációjában.

Fagyott gabona



A nedvességmérők hatékonysága erősen vitatott, ha a gabona fagyott. Az általános vélemény, hogy a fagyott gabonában a nedvességmérő nem képes a jéggé fagyott vizet érzékelni. Valójában a nedvességtartalom a viszonylagosan száraz gabonában (tárolási nedvességtartalom) nem mutat törést a fagyáspontnál. Az 1. ábrán különböző nedvességtartalmú kukoricaminták viselkedése látható (ahol a víz kötött formában van jelen) összehasonlítva egy 15% nedvességtartalomra beállított nedves homokmintával, melyben a víz szabad formában található.

Egyenlőtlen nedvességeloszlás hatása



A gabonaszemeken belüli, illetve a magok közötti egyenlőtlen nedvességeloszlás az alkalmazott mérőfrekvenciától függően jelentős hibát okozhat. A nem egyenletes nedvességoszlás létrejöhet egyrészről a magok között, például a különböző betakarításból származó, eltérő nedvességtartalmú kukoricahalmazok keveredésével, másrészről a szárítási folyamat végén a viszonylag gyors száradás miatt a magokon belül (2 ábra). A 3. ábrán a gyors szárítás következtében a magokon belül létrejött nem egyenletes nedvességeloszlás által okozott nedvességkülönbség (kiegyenlített mínusz kiegyenlítetlen minta nedvességtartalma) látható a mérőfrekvencia függvényében különböző nedvességtartalmú kukoricamintákban több mint 24 óra pihentetés után. Jól látható, hogy a számított (hőmérséklet és sûrûség korrigált) nedvességtartalmak közti eltérés 0,5–4,5 nedvességszázalék is lehet a mérőfrekvenciától függően.

Javaslatok:

A cikk szerzője: Gillay Bíborka