تحديد محتوى الألياف الخام والرماد في حصص العلف بمطيافية NIR

لماذا تهم الألياف والرماد في مصنع الأعلاف

تمزج مصانع الأعلاف المركبة في صناعة الغذاء والأعلاف الحبوب وأكساب البروتين والمنتجات الثانوية في علائق مخصصة لكل نوع من الحيوانات. وفي الاتحاد الأوروبي تخضع المكونات التحليلية المعلنة على بطاقة البيان، بما فيها الألياف الخام والرماد الخام، للرقابة الرسمية، وقد نُصَّ على الطرائق المرجعية لتلك الرقابة في لائحة المفوضية (EC) No 152/2009 [1]. وقد دُرس التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء القريبة تحديداً بوصفه أداة للتحقق من البيان الإلزامي على بطاقة الأعلاف المركبة [2].

ما الذي تتضمنه الطرائق المرجعية

تُعرَّف الألياف الخام إجرائياً بأنها البقايا العضوية الخالية من الدهن التي لا تذوب في الحمض المخفف والقلوي المخفف. ويقضي الإجراء الموحّد (ISO 6865؛ اللائحة 152/2009، الملحق III، القسم I) بغلي العينة لمدة 30 دقيقة في حمض الكبريتيك بتركيز 0.13 mol/L ثم لمدة 30 دقيقة في هيدروكسيد البوتاسيوم بتركيز 0.23 mol/L، ثم ترشيح البقايا وغسلها، وتجفيفها عند 130 °C حتى ثبات الوزن، وترميدها عند 475–500 °C؛ والألياف الخام هي الفقد الناتج عن الترميد [1][3]. أما الرماد الخام (ISO 5984؛ القسم M) فهو البقايا المتبقية بعد حرق العينة عند 550 °C لنحو ثلاث ساعات، مع إعادة الترميد حتى ثبات الوزن [1][4]. وحتى بروتوكول الرماد ليس بالأمر الهيّن: إذ يبيّن Quirino وزملاؤه أن إجراء 550 °C الذي اعتمدته ISO 5984 ليس متيناً تماماً عبر أنواع الأعلاف المختلفة، وقد يبالغ في تقدير الرماد في بعض المصفوفات [5].

يستغرق كلا الإجراءين عدة ساعات من العمل المخبري ووقت الفرن لكل دفعة، ما يعني أن النتائج لا تكون متاحة عادةً بينما الدفعة التي أُخذت منها العينة ما زالت قيد الإنتاج.

ما الذي يستطيع NIR تقديمه لهذين المعيارين

تُعد معايرة الأشعة تحت الحمراء القريبة طريقاً راسخاً للتحليل السريع لتركيب الأعلاف، وتمثل ISO 12099 الدليل الإرشادي لتطبيقها على مواد تغذية الحيوان [6]. وبالنسبة إلى الأعلاف المركبة، حصل Pérez-Marín وزملاؤه على معايرات في أعلاف تجارية بلغ فيها R² 0.98 للألياف الخام و0.97 للبروتين الخام، بأخطاء معيارية للتحقق المتقاطع قدرها 5.2 و5.5 g/kg على التوالي، وR² 0.87 (4.9 g/kg) للرطوبة [2]. وأفادت دراسة مؤتمر للمجموعة نفسها على 287 علفاً مركباً إسبانياً غير مطحون بقيمة R² 0.97 (SECV 0.63 %) للألياف الخام، لكن 0.86 فقط (SECV 0.83 %) للرماد [7].

النتيجة الأضعف للرماد متوقعة. فالمعادن ليس لها امتصاص خاص بها في الأشعة تحت الحمراء القريبة؛ وقد بيّن Clark وزملاؤه على الأعلاف الخضراء أن معايرات المعادن تعمل بطريقة غير مباشرة، من خلال ارتباط المعادن بمكونات عضوية مثل الكلوروفيل وأملاح الأحماض العضوية، وأنها قابلة للاستخدام أساساً للمعادن الكبرى [8]. ومع ذلك يمكن أن تكون معايرات الرماد مفيدة: فقد بلغ Pojić وزملاؤه R² 0.94–0.97 للرماد في البقوليات [9]، ووجدت دراسة نُشرت عام 2025 لجهاز NIR مصغّر بتقنية MEMS على أعلاف الدواجن ومكوناتها، ببناء 30 نموذج PLS على 1,437 عينة مرجعية، أن RPD في عينات الاختبار المحجوزة تجاوز 3 لمعظم نماذج البروتين والدهن والرطوبة، لكنه تجاوز 2 لغالبية نماذج الألياف والرماد [10]. والقراءة العملية هي أن قيم الألياف والرماد بتقنية NIR قيم غربلة يجب إثبات دقتها لكل نوع من الأعلاف مقارنةً بالطرائق المرجعية؛ فهي تكمّل التحاليل المرجعية ولا تحل محلها.

بناء المعايرة وصيانتها

سير العمل الكيمومتري قياسي. فتصحيح التشتت مثل تحويل المتغير الطبيعي القياسي يقلل التأثيرات المضاعِفة لحجم الجسيمات وتعبئتها على أطياف الانعكاس المنتشر [11]؛ وترشيح المشتقات بطريقة Savitzky-Golay يزيل انزياحات خط الأساس [12]؛ وانحدار المربعات الصغرى الجزئية يربط الأطياف المعالَجة مسبقاً بالقيم المرجعية [13]. وقد اختار Simmler وزملاؤه المعالجة المسبقة لكل نموذج من نماذجهم بالتحقق المتقاطع لا بوصفة ثابتة [10]. وثمة نقطتان مهمتان في مصنع الأعلاف:

• جودة البيانات المرجعية تحدّ المعايرة. لا يمكن لنموذج NIR أن يكون أدق من نتائج ISO 6865 وISO 5984 التي دُرِّب عليها، لذا ينبغي أن تتبع التحاليل المرجعية الإجراءات القياسية [3][4] وأن يُثبَّت بروتوكول الرماد ويُوثَّق [5].
• المنتجات الثانوية تحتاج إلى مجموعات عينات خاصة بها. تتباين مواد مثل DDGS تبايناً واسعاً في تركيبها، ويتحدد أداء النموذج جزئياً بذلك التباين [10]؛ لذا ينبغي التحقق من المعايرات لكل فئة من المكونات على حدة بدلاً من افتراض انتقالها.

أين موقع USTECH

يُستخدم محلل USTECH MasterLine17EC بجانب خط الإنتاج للأعلاف النهائية والمساحيق الخام، وتوفر حزمة caliX أدوات SNV والمشتقات وPLS الموصوفة أعلاه [11][12][13]. أما أي المعايير تبلغ الدقة التي يحتاجها مصنع الأعلاف — وما إذا كان الرماد من بينها لنوع علف معيّن — فيُحدَّد في دراسة جدوى على عينات ذلك المصنع نفسه وتحاليله المرجعية، وفقاً لـ ISO 12099 [6].