Neue Methode ermöglicht sofortige Analyse von Palmöl

Eine schnelle Analysemethode wird Palmölproduzenten helfen, die Produktivität und Qualität des gewonnenen Öls vorherzusagen, wenn die Trauben in der Industrie ankommen oder sogar vor der Ernte. Die Technologie wird in Zusammenarbeit zwischen entwickelt Embrapa und das Unternehmen Spektrale Lösungen und sieht die Schaffung einer analytischen Plattform für die schnelle chemische Phänotypisierung von Ölpalmen mit Hilfe einer Methodik namens Nahinfrarotspektrometrie vor Nahinfrarotspektroskopie (NIR), auf Englisch.

Im Vergleich zu herkömmlichen Ölanalysemethoden hat die Methode mit NIR den Vorteil, dass sie nur wenige Sekunden dauert und die Probe nicht zerstört. Darüber hinaus entfällt der Einsatz von Lösungsmitteln und anderen Laborgeräten.

„Im Labor können etwa zehn bis 15 Proben pro Tag analysiert werden, während mit der NIR-Technik schätzungsweise etwa 500 Proben pro Tag mit einem einzigen Gerät möglich sind“, vergleicht er Simone Mendonça, Forscher bei Embrapa Agrarenergie verantwortlich für die Forschung. 

Die Forschungseinheit hatte bereits eine Methode mit Laborgeräten entwickelt. Im aktuellen Projekt, das im vergangenen Juli begann und voraussichtlich im Dezember 2022 endet, besteht die Idee darin, die Methode auf tragbare Geräte zu übertragen, die günstiger sind als Tischgeräte.

Laut Mendonça verfügt die tragbare Technologie zwar über eine geringere Kapazität zur Erfassung spektraler Details, dies kann jedoch durch eine Erweiterung der Datenbank ausgeglichen werden, sodass die Leistung gleichwertig wird. „Hierfür haben wir eine Partnerschaft mit Spectral Solutions, die sich dem Projekt angeschlossen hat, indem sie zwei tragbare Geräte vorgeschlagen und Unterstützung bei der chemometrischen Analyse sowie der Entwicklung von Software zur Unterstützung der Geräte geleistet hat“, sagt der Forscher.  

Wie die NIR-Methode in der Ölpalmenanalyse funktioniert

Die Analysemethodik basiert auf der Wechselwirkung zwischen elektromagnetischer Strahlung im Infrarotbereich, die von NIR-Geräten emittiert wird, und der zu analysierenden Probe. Wenn dieses Licht auf ein Objekt fällt, werden bestimmte Farben absorbiert und andere reflektiert oder durchgelassen. Die physikalischen Grundlagen der Lichtabsorption hängen mit der Natur molekularer Bindungen zusammen, die wiederum durch die Bindungen zwischen Atomen innerhalb von Molekülen definiert werden. 

Die Schwingungsfrequenz zwischen diesen Molekülen bewirkt eine gewisse Absorption von Licht im Infrarotbereich. Das Gerät misst dann die Unterschiede zwischen der vom NIR emittierten und der von der Probe reflektierten Lichtmenge. Bei dieser Reflexion erzeugt jede Wellenlänge ein Spektrum (Antwortgraph), das wie ein Fingerabdruck einer Probe wirkt. 

„Unsere Arbeit besteht darin, herkömmliche chemische Laboranalysen durchzuführen und den Geräten beizubringen, welche spezifischen Längen mit Schwankungen im Gehalt einer bestimmten chemischen Komponente verbunden sind. Von hier aus sind wir zur Chemometrie übergegangen, also der Anwendung der Mathematik auf die analytische Chemie“, erläutert die Forscherin Simone Mendonça.

Die Technik ist eine Integration zwischen Spektroskopie, Statistik und Datenverarbeitung. „Am Ende dieser Arbeit werden wir über kalibrierte Geräte verfügen und dann wird es möglich sein, dass wir auf Knopfdruck in wenigen Sekunden chemische Ergebnisse wie Ölgehalt, Säuregehalt, Fettsäureprofil usw. erhalten „Der Bildschirm des Mobiltelefons, an dem das Gerät angeschlossen sein wird“, prognostiziert er.

Die Analyse erfolgt an der ganzen oder halbierten Frucht, wobei das Spektrum direkt im Fruchtfleisch erfasst wird. 

Mit NIR wird es möglich sein, den Gehalt und die Qualität des Öls in verschiedenen Palmölarten schnell zu bestimmen (Elaeis spp.). Die Informationen, die gewonnen werden können, reichen vom Säuregehalt bis zum Profil der in den Proben vorhandenen Fettsäuren. 

Die Methodik wurde auf der Grundlage der in der Ölpalmen-Agrarindustrie überprüften Nachfrage entwickelt, wo die Zahlung an Lieferanten auf der Grundlage des Gewichts der Ladung erfolgt, ohne dass der Ölgehalt und die Qualität des gelieferten Materials bewertet werden. „Oft werden die Trauben zum falschen Zeitpunkt der Reifung geerntet, was zu einer geringeren Ölausbeute als möglich führt und zu einem saureren Öl führt“, sagt der Embrapa-Wissenschaftler.

Darüber hinaus muss der Ölpalmenstrauß in der Regel innerhalb von maximal 48 Stunden verarbeitet werden, da nach dieser Zeit das Öl in der Frucht abgebaut wird, was zu einer Qualitätsminderung führt. 

Eine weitere Herausforderung, die das Forschungsteam feststellte, war die Langsamkeit der Laboranalysen zur Bestimmung des Ölgehalts, des Säuregehalts und anderer Qualitätsparameter, da die Früchte dazu viele Jahre lang von der Traube gelöst, zerkleinert, gemahlen und im Ofen getrocknet werden mussten Stunden und erst dann zur Analyse gesendet. 

„Die Analyse des Ölgehalts erfordert beispielsweise sechs Stunden Lösungsmittelextraktion, außerdem gibt es Trocknungszeit, die einige Stunden dauern kann. Mit anderen Worten: Innerhalb der Dynamik des Sammelns oder Empfangens von Proben ist es nicht möglich, wichtige chemische Analysen für eine bessere Ausbeute und Qualität der Ölproduktion zuzuordnen“, erklärt Mendonça. Daher dauert die herkömmliche Methode länger, was sich letztendlich auf die Verarbeitungszeit der Früchte auswirkt, die nach der Ernte stark abbaubar sind. 

„Die zu entwickelnde Analyseplattform wird portabel sein, sodass Hersteller sie vor Ort einsetzen können. Darüber hinaus kann die Branche den Lieferanten für die Qualität der von ihm gelieferten Menge belohnen“, sagt Luiz Felipe Aquino, CEO von Spectral Solutions. Die Auslieferung der ersten Version der Ausrüstung ist für die zweite Jahreshälfte 2022 geplant.

Qualitätskontrolle bei der Ernte und im Werk 

Für den Produzenten bedeutet der Einsatz der Ausrüstung bessere Erträge und eine bessere Ölqualität. „Das tragbare NIR kann bei der Ernte hilfreich sein, da wir einen Mechanismus entwickeln wollen, der die Ausrüstung zur Ernte bringt, während sie sich noch auf der Pflanze befindet, und ein Signal darüber erhält, ob sich die Ernte am idealen Punkt für die Ernte befindet oder nicht.“ , erklärt der CEO von Spectral Solutions, Luiz Felipe Aquino.

Die Anwendung kann auch im Werk durchgeführt werden, um die Qualität der von Dritten gelieferten Materialien zu kontrollieren und je nach Qualität der Bündel unterschiedliche Preise zu generieren. 

Eine weitere mögliche Anwendung besteht darin, die Hofzeit vor der Verarbeitung zu kontrollieren und dabei den Chargen, die bereits Anzeichen einer unerwünschten Versauerung aufweisen, Vorrang vor der Verarbeitung zu geben. 

Spectral Solutions ist ein Startup mit Sitz in Embu das Artes (SP), das sich der Entwicklung innovativer Lösungen für Industrie 4.0 widmet. Es arbeitet mit Spektroskopie, Datenwissenschaft und IoT-Technologien (Internet der Dinge). 

Palmöl mit niedrigem Säuregehalt

Forscher der Versuchsstation Lemos Mariano des Exekutivkomitees des Kakaoanbauplans (Esmai/Ceplac), in Partnerschaft mit der Embrapa Westlicher Amazonas, entwickelte Unaué, ein Palmöl, das nahezu säurefrei ist. 

Mit einem geringeren Anteil an gesättigten Fettsäuren und einem höheren Anteil an Ölsäuren im Vergleich zu traditionellem Palmöl (afrikanischen Ursprungs) ist Unaué ein Öl mit extrem hohem Nährwert. Dies liegt daran, dass es einen Säuregehalt von 1 % aufweist, während dieser Anteil bei handwerklich hergestelltem Palmöl je nach Produktionsqualität zwischen 3 % und 5 % schwankt. Wenn es extra nativ ist, sinkt der Säuregehalt des handwerklich hergestellten Produkts auf 0,8 %. 

Unaué wird aus der Frucht der hybriden Ölpalme HIE OxG gewonnen, die durch Kreuzung von Arten afrikanischen Ursprungs entsteht (Elaeis guineensis) und Caiaué, amerikanischer Herkunft (Elaeis oleifera). 

Die erste HIE OxG-Sorte wurde 2010 von Embrapa auf den Markt gebracht und erhielt den Namen BRS Manicoré. Neben dem geringen Säuregehalt weist BRS Manicoré auch eine Resistenz gegen den Roten Ring (AV – verursacht durch den Fadenwurm) auf Bursaphelenchus cocophilus Cobb) und langsames Höhenwachstum, was aufgrund des höheren Arbeitsertrags die Erntekosten senkt.