agronaukaАграрная наука Евро-Северо-ВостокаAgricultural Science Euro-North-East2072-90812500-1396FARC North-East10.30766/2072-9081.2024.25.6.1171-1178agronauka-1819Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ: МЕХАНИЗАЦИЯ, ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ, АВТОМАТИЗАЦИЯОRIGINAL SCIENTIFIC ARTICLES: MECHANIZATION, ELECTRIFICATION, AUTOMATIONПрименимость метода инфракрасной спектроскопии среднего диапазона для установления качественных показателей комбикормаThe applicability of the mid-range infrared spectroscopy method to establish the quality indicators of compound feedhttps://orcid.org/0000-0002-4371-8042БеляковМ. В.BelyakovM. V.

Беляков Михаил Владимирович, доктор техн. наук, главный научный сотрудник отдела механизации и автоматизации процессов в животноводстве

 1-й Институтский проезд, д. 5, г. Москва, 109428

Mikhail V. Belyakov, DSc in Engineering, chief researcher

5, 1st Institutsky proezd, Moscow, 109428

bmw20100@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0918-2990НикитинЕ. А.NikitinE. A.

Никитин Евгений Александрович, кандидат техн. наук, старший научный сотрудник отдела механизации и автоматизации процессов в животноводстве

1-й Институтский проезд, д. 5, г. Москва, 109428

Evgeniy A. Nikitin, PhD in Engineering, senior researcher

5, 1st Institutsky proezd, Moscow, 109428

ivim@vim.ruФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ»РоссияFederal Scientific Agroengineering Center VIMRussian Federation20242512202425611711178Copyright © Беляков М.В., Никитин Е.А., 20242024Беляков М.В., Никитин Е.А.Belyakov M.V., Nikitin E.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.agronauka-sv.ru/jour/article/view/1819

Цель исследований – изучение функциональных возможностей средневолновой инфракрасной спектроскопии для определения качественных показателей концентрированного комбикорма. В работе исследовали содержание питательных веществ (суммарное количество аминокислот и углеводов) методом отражательной инфракрасной спектроскопии в 4-компонентном комбикорме и сопоставляли с результатами химического анализа, выполняемого арбитражными методами. Исследованы оптические свойства и проведен сравнительный анализ всех 4 составляющих комбикорма (молотое зерно кукурузы, жом свекловичный, барда кукурузная, шрот рапсовый). Впервые получены спектральные характеристики поглощения комбикорма и его компонентов в средней инфракрасной области, выявлен репрезентативный диапазон для определения показателей качества. Инфракрасные спектры были получены с использованием микроскопа МИКРАН-3, соединенного с ИК-Фурье спектрометром СИМЕКС ФТ-801 с применением алгоритма Савицкого-Голея. Установлено, что спектральные характеристики поглощения α(k) имеют область максимума 710–1275 см-1 для всех компонентов комбикорма. Сам максимум находится в диапазоне 1060–1090 см-1. Характеристики качественно схожи, но наибольшее отражение в области максимума характерно для молотой кукурузы, наименьшее – для рапсового шрота. Получены интегральные параметры отражения в областях поглощения белков, жиров и углеводов с погрешностью не более 7,2 %. Свекловичный жом поглощает больше других компонентов в диапазоне 800–1170 см-1. У кукурузной барды и молотой кукурузы поглощение примерно совпадает для каждого диапазона. В областях поглощения белков значение коэффициента поглощения существенно меньше, и различие в абсолютных величинах менее заметно. Предполагается, что отражение в области максимума характеристики α(k) наиболее зависит от содержания углеводов в исследуемых компонентах.

The purpose of the research is to study the functional capabilities of medium–wave infrared spectroscopy to determine the quality indicators of concentrated compound feed. The study investigated the nutrient content (the total number of amino acids and carbohydrates) by reflective infrared spectroscopy in 4-component compound feed and compared with the results of chemical analysis performed by arbitration methods. The optical properties were investigated and a comparative analysis of all 4 components of the feed was carried out (ground corn grain, beet pulp, corn bard, rapeseed meal). For the first time, spectral absorption characteristics of compound feed and its components in the mid-infrared area were obtained and a representative range for determining quality indicators was revealed. The infrared spectra were obtained using a MICRAN-3 microscope connected to the SIMEX FT-801 infrared Fourier spectrometer using the Savitsky-Goley algorithm. It has been established that the spectral absorption characteristics of α(k) have a maximum range of 710–1275 cm-1 for all feed components. The maximum tself is at 1060–1090 cm-1. The characteristics are qualitatively similar, but the largest reflection in the maximum area is characteristic of ground corn, and the smallest is for rapeseed meal. Integral reflection parameters were obtained in the absorption areas of proteins, fats and carbohydrates with an error of no more than 7.2 %. Beet pulp absorbs more than other components in the range of 800–1170 cm-1. For corn bard and ground corn, the absorption is approximately the same for each range. In the areas of protein absorption, the value of the absorption coefficient is significantly lower and the difference in absolute values is less noticeable. It is assumed that the reflection of the α(k) characteristic in the maximum area is most dependent on the carbohydrate content in the studied components.

компоненты комбикорманеразрушающие методы контроляоптическое излучениеcompound feed componentsnon-destructive testing methodsoptical radiationработа выполнена при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Государственного задания ФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ» (тема № FGUN-2022-0014).the research was carried out under the support of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation within the state assignment of the Federal Scientific Agroengineering Center VIM (theme No. FGUN-2022-0014).ReferencesFountas S., Carli G., Sorensen C. G., Tsiropoulos Z., Cavalaris C., Vatsanidou A., et al. Farm management information systems: Current situation and future perspectives. Computers and electronics in agriculture. 2015;115:40–50. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compag.2015.05.011Fountas S., Carli G., Sorensen C. G., Tsiropoulos Z., Cavalaris C., Vatsanidou A., et al. Farm management information systems: Current situation and future perspectives. Computers and electronics in agriculture. 2015;115:40–50. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compag.2015.05.011Keim J. P., Charles H. B., Alomar D. Prediction of crude protein and neutral detergent fibre concentration in residues of in situ ruminal degradation of pasture samples by near-infrared spectroscopy (NIRS). Animal production science. 2015;56(9):1504–1511. DOI: https://doi.org/10.1071/AN14822Keim J. P., Charles H. B., Alomar D. Prediction of crude protein and neutral detergent fibre concentration in residues of in situ ruminal degradation of pasture samples by near-infrared spectroscopy (NIRS). Animal production science. 2015;56(9):1504–1511. DOI: https://doi.org/10.1071/AN14822Modrono S., Soldado A., Martinez-Fernandez A., de la Roza-Delgado B. Handheld NIRS sensors for routine compound feed quality control: Real time analysis and field monitoring. Talanta. 2017;162:597–603. DOI: https://doi.org/10.1016/j.talanta.2016.10.075Modrono S., Soldado A., Martinez-Fernandez A., de la Roza-Delgado B. Handheld NIRS sensors for routine compound feed quality control: Real time analysis and field monitoring. Talanta. 2017;162:597–603. DOI: https://doi.org/10.1016/j.talanta.2016.10.075Matuszek D. Fluorescence method for the assessment of homogeneity of granular mixtures. Journal of Central European Agriculture. 2017;18(4):851–863. DOI: https://doi.org/10.5513/JCEA01/18.4.1966Matuszek D. Fluorescence method for the assessment of homogeneity of granular mixtures. Journal of Central European Agriculture. 2017;18(4):851–863. DOI: https://doi.org/10.5513/JCEA01/18.4.1966Matuszek D., Bilos L. Use of fluorescent tracers for the assessment of the homogeneity of multicomponent granular feed mixtures. Przemysl Chemiczny. 2017;96(11):2356–2359. DOI: https://doi.org/10.15199/62.2017.11.27Matuszek D., Bilos L. Use of fluorescent tracers for the assessment of the homogeneity of multicomponent granular feed mixtures. Przemysl Chemiczny. 2017;96(11):2356–2359. DOI: https://doi.org/10.15199/62.2017.11.27Buza M. H., Holden L. A., White R. A., Ishler V. A. Evaluating the effect of ration composition on income over feed cost and milk yield. Journal of dairy science. 2014;97(5):3073–3080. DOI: https://doi.org/10.3168/jds.2013-7622Buza M. H., Holden L. A., White R. A., Ishler V. A. Evaluating the effect of ration composition on income over feed cost and milk yield. Journal of dairy science. 2014;97(5):3073–3080. DOI: https://doi.org/10.3168/jds.2013-7622Schneider L., Volkmann N., Kemper N., Spindler B. Feeding behavior of fattening bulls fed six times per day using an automatic feeding system. Frontiers in Veterinary Science. 2020;7:43. DOI: https://doi.org/10.3389/fvets.2020.00043Schneider L., Volkmann N., Kemper N., Spindler B. Feeding behavior of fattening bulls fed six times per day using an automatic feeding system. Frontiers in Veterinary Science. 2020;7:43. DOI: https://doi.org/10.3389/fvets.2020.00043Fernandez-Ahumada E., Garrido-Varo A., Guerrero-Ginel J. E. Feasibility of diode-array instruments to carry near-infrared spectroscopy from laboratory to feed process control. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2008;56(9):3185–3192. DOI: https://doi.org/10.1021/jf073534tFernandez-Ahumada E., Garrido-Varo A., Guerrero-Ginel J. E. Feasibility of diode-array instruments to carry near-infrared spectroscopy from laboratory to feed process control. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 2008;56(9):3185–3192. DOI: https://doi.org/10.1021/jf073534tNikitin E. A., Pavkin D. Yu., Izmailov A. Yu., Aksenov A. G. Assessing the homogeneity of forage mixtures using an RGB camera as exemplified by cattle rations. Applied Sciences. 2022;12(7):03230. DOI: https://doi.org/10.3390/app12073230Nikitin E. A., Pavkin D. Yu., Izmailov A. Yu., Aksenov A. G. Assessing the homogeneity of forage mixtures using an RGB camera as exemplified by cattle rations. Applied Sciences. 2022;12(7):03230. DOI: https://doi.org/10.3390/app12073230Rego G., Ferrero F., Valledor M., Campo J. C., Forcada S., Royo L. J., Soldado A. A portable IoT NIR spectroscopic system to analyze the quality of dairy farm forage. Computers and electronics in agriculture. 2020;175:105578. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compag.2020.105578Rego G., Ferrero F., Valledor M., Campo J. C., Forcada S., Royo L. J., Soldado A. A portable IoT NIR spectroscopic system to analyze the quality of dairy farm forage. Computers and electronics in agriculture. 2020;175:105578. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compag.2020.105578Burmistrov D. E., Ignatenko D. N., Lednev V. N., Gudkov S. V., Pavkin D. Y., Khakimov A. R., et al. Application of optical quality control technologies in the dairy industry: an overview. Photonics. 2021;8(12):551. DOI: https://doi.org/10.3390/photonics8120551Burmistrov D. E., Ignatenko D. N., Lednev V. N., Gudkov S. V., Pavkin D. Y., Khakimov A. R., et al. Application of optical quality control technologies in the dairy industry: an overview. Photonics. 2021;8(12):551. DOI: https://doi.org/10.3390/photonics8120551

The authors declare that there are no conflicts of interest present.