Szemes termények nedvességtartalmának meghatározása

Mit is jelent az egységes gabona nedvességtartalom mérés? Ideális esetben azt, hogy két azonos minta mérése során a különbözõ nedvességmérõkkel mért nedvességtartalom-értékek a kereskedelem számára elfogadható határértéken belül maradnak, függetlenül attól, hogy a mérés az ország két különbözõ pontján, vagy akár a világ két távoli szegletében történik. Számos cég ért el jelentõs 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 bekövetkezõ tömegveszteségen alapul. Az egyes eljárások között az elõírt szárítási hõmérsékletben és szárítási idõben van különbség. A módszer feltételezi, hogy a szárítás közben létrejött tömegveszteség a mintából eltávozott víz mennyiségével egyenlõ. Sajnos, azonban ez nem ilyen egyszerû. Nem a víz az egyetlen alkotóelem, amely a szárítás hatására eltávozik a gabonából. A szárítási idõ és a hõmérséklet (mely paramétereket más, általánosan elfogadott kémiai módszerrel, például Karl Fischer eljárással határoztak meg) beállítása biztosítja, hogy a melegítés hatására eltávozó egyéb magösszetevõk mennyisége megközelítõleg egyenlõ 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 nedvességmérõ készülékeket.

Gyors módszerek



A gyors nedvességmérõk körében számos technikai megoldás létezik. Közös bennük, hogy mind valamilyen fizikai jellemzõt 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 nedvességmérõkkel történik, amelyek pontossága elmarad a közvetlen módszerek pontosságától. A gyakorlatban ezek pontossága megfelelõ, a problémákat az okozza, hogy a mûszerek egységesítése nem megoldott.

Közeli infravörös technika (NIR)



A közeli infravörös berendezések a mérendõ anyag infravörös tartományba esõ abszorpcióját mérik. Minden molekulának van rá jellemzõ 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-összetevõknek (pl. fehérje, olaj, keményítõ) 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, fõkomponens analízis stb.) használnak a különbözõ gabonákhoz tartozó kalibrációk fejlesztéséhez, amelyekkel kiváló pontosság érhetõ el.

Dielektromos módszer



A rádió frekvenciás (RF) dielektromos módszer a minta dielektromos állandójával kapcsolatos villamos mennyiségbõl 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 mezõben 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 összetevõk (2–3) dielektromos állandója közötti nagy különbség teszi a RF dielektromos módszert viszonylag érzéketlenné a mintaösszetétellel szemben. Azonban a gabonában jelenlevõ víz különbözõen viselkedik attól függõen, hogy szabad vagy kötött állapotú, és azon belül is, hogy mely gabona összetevõhöz kötõdik. Ezek a különbségek legfõképpen a gabonafajták között jelentkeznek, ezért a dielektromos elven mûködõ berendezésekhez is fajtafüggõ kalibrációra van szükség.

Lehetséges hibaforrások



A nedvességmérés eredményeit számos egyéb tényezõ is befolyásolja. A pontos nedvességtartalom-meghatározás a zavaró tényezõk (sûrûség, hõmérséklet, egyenlõtlen nedvességeloszlás a magban vagy a magok között, ill. szennyezõdések) kiküszöbölésétõl függ.

A sûrûség hatása



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

Más nedvességtartalom mérõk állandó tömegû gabona mintát használnak minden további sûrûség korrekció nélkül. Ez a hibalehetõségeket körülbelül a felére csökkenti a térfogatos mérõkhöz 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 hõmérséklet hatása



A minta hõmérséklete erõsen befolyásolja a vízmolekulák egymáshoz és más molekulákhoz való kötõdését, ezzel a mérõmûszer által mért értéket. Sok nedvességmérõ méri a minta hõmérsékletét, és a mért paramétert, vagy a számított nedvességértéket módosítja a hõmérséklet függvényében. Jellemzõen ez a korrekció 1°C eltérésnél 0,1 nedvességszázalék. Az optimális hõmérséklet-korrekciós együttható függ a gabona típusától, a nedvességtartalomtól és a mérõfrekvenciától. Az optimális hõmérséklet-korrekciós függvény meghatározása az egyik legnagyobb kihívás a gabona nedvességmérõk kalibrációjában.

Fagyott gabona



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

Egyenlõtlen nedvességeloszlás hatása



A gabonaszemeken belüli, illetve a magok közötti egyenlõtlen nedvességeloszlás az alkalmazott mérõfrekvenciától függõen jelentõs hibát okozhat. A nem egyenletes nedvességoszlás létrejöhet egyrészrõl a magok között, például a különbözõ betakarításból származó, eltérõ nedvességtartalmú kukoricahalmazok keveredésével, másrészrõl 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 mérõfrekvencia függvényében különbözõ nedvességtartalmú kukoricamintákban több mint 24 óra pihentetés után. Jól látható, hogy a számított (hõmérséklet és sûrûség korrigált) nedvességtartalmak közti eltérés 0,5–4,5 nedvességszázalék is lehet a mérõfrekvenciától függõen.

Javaslatok:

1. A feladatnak megfelelõ mûszer kiválasztása. Figyelembe véve a pontosságot, hordozhatóságot és alkalmazhatóságot.

1.  A mért minta reprezentatív legyen, azaz a gabonahalmazra jellemzõ nedvességû legyen. A nem megfelelõen vett mintán végzett nedvességmérés lehet pontos, de nem fogja a gabonahalmaz nedvességtartalmát tükrözni.

1. A kalibráció felülvizsgálata, a beépített mérleg és hõmérõ ellenõrzése az erre szakosodott akkreditált laboratóriumban.

1. A használati utasítások pontos betartása. Méréskor a megfelelõ gabonafajta kiválasztása a menübõl.

1. A berendezés szakszerû karbantartása.

1. A nedvességmérõ készülékek megfelelõ tisztítást igényelnek. A használat során a készülékek belsejében felhalmozódó por vagy egyéb szennyezõdések hibákat okozhatnak a készülékek mûködésében. A különösen magas nedvesség- és olajtartalmú szemestermények mérése után a nedvességmérõ mûszerek mérõcellájának falán bevonat képzõdhet. Ennek szakszerû eltávolítása elengedhetetlen a következõ mérés elõtt.

1. A nedvességtartalom meghatározásakor a hõmérséklet a teljes mintában homogén legyen. Ha a mérendõ gabonaminta túl hideg, akkor célszerû felmelegíteni egy tökéletesen szigetelt, zárt mintatartóban, ezáltal csökkentve a hõmérséklet-kompenzációs hibát (amely a hõmérsékletmérés és a hõmérséklet-kompenzációs algoritmus hibájának eredõje) és segít elkerülni a páralecsapódást. A felmelegítés során (ha nem jól záródó edényben végezzük) a hideg gabonaszemeken lecsapódó pára megzavarja a nedvességmérõ berendezést és a tényleges nedvességtartalomnál nagyobb értéket mutat. Mikrohullámú sütõt soha ne használjunk a minta felmelegítésére, mert a hirtelen melegedés hatására a nedvességet „kihajtja” a mintából. A tapasztalatok szerint az egyik legjobban bevált módszer a gabonaszemek felmelegítésére és a páralecsapódás elkerülésére, ha a mintát egy akkora zárható mûanyag zacskóba helyezzük, melyben vékony rétegben szétterítve elfér. Az így elõkészített mintát ráhelyezzük egy olyan tartóra (praktikusan rácsra), melyen keresztül a levegõ a zacskó mindkét oldalával érintkezni tud, meggyorsítva ezáltal a hõátadást. A felmelegedés- és a nedvességtartalom-mérések között tartsuk a mintát a tökéletesen záródó tartályban, ezzel elkerülve a minta száradását vagy visszanedvesedését.

1. Frissen szárított vagy nedvesített mintát jól záródó, szigetelt mintatartóba pihentessük legalább 24 órán keresztül. Ennyi idõ elegendõ a gabonaszemeken belüli inhomogén nedvesség kiegyenlítõdésére.
   
   Ugyanez vonatkozik a nedves és száraz magok keverékeire is, csak a kiegyenlítõdés a különbözõ nedvességtartalmú magok között történik.