Quality control of sugarcane juice

Význam tématu

Sacharóza je klíčovou surovinou v potravinářském i energetickém průmyslu. Kvalita šťávy z cukrové třtiny ovlivňuje výtěžnost cukru, alkoholu či biopaliv. Tradiční metody stanovení parametrů kvality vyžadují časově náročné přípravné kroky a chemické činidla. Near-infrared spectroscopy (NIRS) nabízí rychlou a bezkontaktní alternativu pro multiparametrickou analýzu bez nutnosti operativních úprav vzorku během méně než jedné minuty.

Cíle a přehled studie / článku

Cílem Application Note AN-NIR-110 bylo vyvinout a ověřit predikční model pro současné stanovení několika klíčových parametrů kvality cukrové třtiny v šťávě: stupně Brix, Pol, čistoty šťávy, redukujících cukrů a celkově vymahatelných cukrů. Studie zkoumala, zda lze pomocí NIRS eliminovat chemickou přípravu a výrazně zkrátit dobu analýzy při zachování přesnosti srovnatelné s referenčními metodami.

Použitá metodika a instrumentace

Vzorky cukrové šťávy byly měřeny přístrojem Metrohm NIRS DS2500 Liquid Analyzer v rozsahu 400–2500 nm v transmisním režimu. Protokol zahrnoval:

• DS2500 Holder Flow Cell s optickou délkou 1 mm
• Peristaltické čerpadlo pro kontinuální plnění měřicí buňky
• Software Vision Air Complete pro akvizici spekter a kalibraci predikčního modelu

Pro vývoj modelů bylo nasbíráno celkem 100 spekter vzorků, která byla propojena s hodnotami získanými refraktometrem, polarimetrem, iontovou chromatografií a výpočty Pol a TRS.

Hlavní výsledky a diskuse

Vyvinuté kalibrační modely dosáhly následujících klíčových parametrů výkonnosti (R2; SEV):

• Brix: R2=0,9875; SEV=0,138 °Brix
• Pol: R2=0,9833; SEV=0,1388 %
• Čistota šťávy: R2=0,8194; SEV=0,564 %
• Redukující cukry: R2=0,6497; SEV=0,0249 %
• Total Recoverable Sugars (TRS): R2=0,9463; SEV=1,9074 %

Modely pro Brix, Pol a TRS vykazují velmi vysokou korelaci a nízkou chybu validace, zatímco predikce redukujících cukrů a čistoty šťávy je středně přesná. Taková výkonnost je srovnatelná s tradičními postupy, ale poskytuje výsledky téměř okamžitě.

Přínosy a praktické využití metody

NIRS umožňuje:

• Rychlou analýzu více parametrů najednou (do 1 minuty)
• Eliminaci chemikálií a přípravných kroků
• Implementaci přímo v provozním prostředí díky robustnímu designu DS2500
• Snížení nákladů na spotřební materiál a pracovní sílu

Metoda je vhodná pro laboratoře i výrobní linky, kde je vyžadována vysoká produktivita a konzistentní kvalita dat.

Budoucí trendy a možnosti využití

Rozvoj NIRS kalibrací by se mohl zaměřit na:

• Rozšíření spektra detekovaných parametrů (např. polyfenoly, dusík)
• Integraci do automatizovaných kontrolních systémů a robotizovaných odběrových linek
• Vyšší robustnost modelů vůči změnám suroviny a provozním podmínkám
• Využití pokročilých algoritmů strojového učení pro zlepšení predikční přesnosti

Závěr

Studie prokázala, že NIRS s přístrojem DS2500 Liquid Analyzer poskytuje rychlou, bezchemickou a víceparametrickou analýzu šťávy z cukrové třtiny s přesností vhodnou pro rutinní kontrolu kvality. Tato technologie představuje efektivní nástroj pro optimalizaci výrobních procesů a snižování nákladů.