Анализатор состава зерна «САПФИР»

Введение. Фракционный состав зерна как один из ключевых показателей качества и безопасности характеризует его технологические свойства, оказывает влияние на класс зерна и, соответственно, на его закупочную стоимость. Основным нормативно-правовым документом в Российской Федерации (РФ), регламентирующим процедуру определения сорной и зерновой примеси, выступает ГОСТ 30483-97 «Зерно. Методы определения общего и фракционного содержания сорной и зерновой примесей; содержания мелких зерен и крупности; содержания зерен пшеницы, поврежденных клопом-черепашкой; содержания металломагнитной примеси» [1].

Учитывая активное развитие цифровых технологий в мире, в частности современные тенденции модернизации методов определения качества зерна, описанная в вышеуказанном нормативно-правовом документе процедура отличается архаичностью, трудоемкостью, а также субъективностью оценивания. Определение сорной и зерновой примеси сводится к визуальному анализу каждого зерна, каждого объекта, частицы в пробе и отнесению его к определенной группе примесей. Данный процесс, несмотря на кажущуюся легкость в реализации, требует не только большой внимательности, концентрации, но и профессиональных знаний, опыта работы.

В связи с вышесказанным крайне необходимым представляется не только создание и применение нового инструмента для автоматизации визуальных (ручных) методов анализа сыпучих продуктов, но и разработка стандартов для их внедрения в повседневную лабораторную практику в области оценки качества зерновых, зернобобовых, масличных культур и продуктов их переработки.

Результаты исследования. Основной целью разработки анализатора «САПФИР» была автоматизации процедуры определения общего и фракционного содержания сорной и зерновой примесей. «САПФИР» реализует оптико-компьютерный метод анализа зерна, который представляет собой «метод оценки показателей качества продукции на основе компьютерного анализа ее изображений в оптическом диапазоне длин волн» [2].

Разработанный прибор состоит из аппаратной и программной частей. Чтобы понять принцип работы его аппаратной части, следует обозначить две задачи, которые решаются этой частью прибора:

  • Разделение пробы зерна на отдельные объекты (зерна частицы стеблей, семена и т.д.). Данный этап необходим для эффективного оценивания фракционного состава зерна.
  • Получение изображений каждого отдельного объекта в пробе, которые затем и будут анализироваться.

Для решения указанных задач разработана следующая схема (рис.1).

 


Рис. 1. Принцип работы анализатора «САПФИР»

Проба зерна засыпается в виброподатчик, далее она постепенно сбрасывается в приемный бункер. При этом на короткое время каждое зерно, каждая частичка пробы оказывается отделенной от других. В это время и производится съемка цифровой высокоскоростной камерой. Для повышения информативности изображений используется как видимый свет, так и свет ближнего ИК-диапазона. На рисунке 2 представлен пример фактически полученных изображений.

Рис. 2. Изображения образцов, полученных на анализаторе «САПФИР»

Рисунок 2 демонстрирует, что зерна двигаются отдельно, не накладываются друг на друга, благодаря чему возможно получение нескольких изображений каждого из зерен.

Следующим этапом процедуры анализа фракционного состава зерна с помощью анализатора «САПФИР» является компьютерный анализ, во время которого изображения каждого объекта пробы подаются на вход искусственной нейронной сети. Сеть по изображению определяет, является ли объект примесью и к какой именно группе он относится. После того, как все изображения проанализированы, программа оценивает содержание сорной и зерновой примеси, а также некоторых составляющих этих групп.

На текущий момент анализатор работает на предприятиях Республики Татарстан, Сибири, Республики Беларусь. Положительные результаты эксплуатации прибора доказывают, что анализатор САПФИР способен достоверно определять наиболее распространенные виды примесей: битые, щуплые, рожь, ячмень, семена дикорастущих растений, овсюг, части стеблей, стержней колоса, ости, пленки (органическая примесь) в зерновых.

Таким образом, анализатор «САПФИР» позволяет существенно ускорить, автоматизировать и сделать объективным процесс определения сорной и зерновой примеси в партиях зерна оптико-компьютерным методом.

Для внедрения инновационных анализаторов в повседневную практику в рамках выполнения Плана национальной стандартизации ТК 002 на 2024-2025 гг. включена разработка предварительного национального стандарта «Зерно. Определение общего и фракционного содержания сорной и зерновой примесей оптико-компьютерным методом» [3].

Романов Антон Юрьевич, начальник конструкторского
отдела ООО «ЭКАН»

Г.П. Петров,  доктор техн. наук, профессор,
генеральный директор ООО «ЭКАН»

Рутковская Татьяна Сергеевна, кандидат биол. наук,
генеральный директор ООО «Технологии ЭКАН»

Ванина Людмила Витальевна, кандидат хим. наук, заместитель директора ВНИИЗ — филиала ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН,
заместитель председателя ТК 002

 

Список источников

  1. ГОСТ 30483-97 Зерно. Методы определения общего и фракционного содержания сорной и зерновой примесей; содержания мелких зерен и крупности; содержания зерен пшеницы, поврежденных клопом-черепашкой; содержания металломагнитной примеси. Минск, Стандартинформ, 2009. 21 с.
  2. ГОСТ Р 70629-2023 Пшеница. Метод определения стекловидности оптико-компьютерным методом. М. : Российский институт стандартизации, 2023. 8 с.
  3. Технический комитет по стандартизации «Зерно, продукты его переработки и маслосемена» (ТК 002) [Электронный ресурс] // Перспективная программа работы ТК 002 «Зерно, продукты его переработки и маслосемена» на 2022-2024 года. URL: Программа работы ТК 002 (vniiz.org) (дата обращения: 18.02.2022)

 

Скачать в формате PDF

Опубликовано: 19 сентября 2024
Читайте нас в Telegram

Узнавайте первыми все актуальные новости компании, читайте наши статьи