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精益品控技术研发应用中心

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[饲料实验室] 近红外在饲料工业上的应用

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kk 发表于 2015-2-11 11:30:39 | 显示全部楼层 |阅读模式
一、近红外光谱分析技术在饲料工业的应用
1、近红外光谱技术介绍
现代近红外光谱分析技术(NearInfrared retlecrance spectroscope NIRS)是近年来分析化学领域迅猛发展的高新分析技术。它是利用化学物质在近红外光谱区的光学吸收特性,来快速测定某种样品中的一种或多种化学成分含量和特性新的物理测定技术。近红外光谱是指波长范围介于可见区(VIS)与中红外区(MIR)之间的电磁波,波长为780-2500nm(12500-4000cm-1)范围内的一段电磁波。物质中的不同组分或同一组分的不同含氢基团在近红外区域有丰富的吸收光谱。近红外光谱主要是反映C-H、O-H、N-H、S-H等化学键的信息,因此分析范围几乎可覆盖所有的有机化合物和混合物。农产品中的蛋白质、淀粉、粗纤维、脂肪等成分具有含氢基团,在近红外区都有特定的吸收光谱,每种成分都有特定的吸收特征。利用近红外分析仪检测饲料的常规成分,具有快速、准确、成本低等特点。
2、近红外分析仪在饲料厂的应用优势
(1)分析速度快。近红外光谱的信息必须由计算机进行数据处理及统计分析,一般一个样品取得光谱数据后可以立刻得到定性或定量分析结果。通过己建立的校正模型,测定一个样品通常只需1-2分钟,极大的缩短了检测周期。
(2)分析效率高。近红外光谱技术可同时测定样品的多种组分或性质,大大提高检测效率。常规的检测方法只能一项一项的测,花费的时间长。此外近红外光谱带较弱,测量光程较长,故光程的精确度要求不高,而且仪器构造简单,易于维护。
(3)适用的样品范围广,样品不需要预处理,测定简便。近红外光谱在测量过程中不损伤样品,可直接测定液体、固体(粉末或颗粒)等样品,容易保持样品活性,是一种不消耗样品的无损分析技术。
(4)检测过程是无污染,属于绿色分析技术。近红外光谱分析中只是取得样品的光谱信号,有时甚至可以在原容器中进行测定,测试过程中不破坏样品,不用试剂,故不污染环境。
(5)分析成本低。测定过程中不使用化学试剂,检测费用大为降低。
(6)近红外光在光纤中具有良好的传输特性,便于实现在线分析。饲料加工的在线检测和监控是保证饲料产品质量安全的有效途径之一。近红外光谱分析技术可在复杂背景下瞬时分析样品的组分信息,而且不破坏样品,可直接准确地获取生产过程中的实时信息,达到对各种工业生产过程进行在线监控的要求。
(7)对操作人员的要求不苛刻,经过简单的培训就可胜任工作。并且相比人员流动较大的饲料企业,近红外光谱分析仪能够保持化学分析的稳定性。
(8)随模型中优良数据的积累,模型不断优化,检测精度不断提高。由于光谱测量的稳定性,测试结果较少受人为因素的影响,与标准或参考方法相比,近红外光谱一般显示出更好的重现性。
3、饲料厂使用近红外分析仪的经济效益分析
(1)化验成本节约分析
以国内某年产10万吨饲料企业数据为参照进行分析,下表为使用近红外分析仪与传统的湿化学检测所需费用比较。
表一  化学检测成本统计
  
检测项目
  
每日检测数量(份)
试剂费(元/份)
电费(元/份)
水费(元/份)
仪器费(元/份)
人工费(元/份)
每日单项检测成本(元)
水分
20

5.41
0.04
2.00
2.00
188.98
粗灰分
20

12.01
0.04
2.00
4.00
360.98
粗蛋白
20
3.09
7.36
1.75
3.00
6.00
424.08
粗脂肪
6
7.3
9.01
1.75
5.00
15.00
228.38
粗纤维
3
17.5
6.9
1.75
5.00
20.00
153.45
3
2.26
12.66
1.75
4.00
6.00
80.02
总磷
3
1.02
12.64
0.53
6.00
8.00
84.57
每日总计(元)
1520.45





年度总计(元)
547361.50






表二  近红外检测成本统计
  
检测项目
  
每日检测数量
电费(元/份)
人工费(元/份)
仪器费(元/份)
每日检测成本(元/份)
水分
20
0.0146
7.5
12.5
20.01
粗灰分
20




粗蛋白
20




粗脂肪
20




粗纤维
20




20




总磷
20




每日总计(元)
400.29




年度总计(元)
144105.4




结论:使用近红外分析仪年度检测成本节省403256.09元。
(2)降低返工费用分析
饲料生产过程中产生返工的主要原因:第一,因为检测时间长,来不及出报告,使原料紧急放行,造成产品质量不稳定。第二,制造环节出问题。下表为各等级返工费用成本分析。
  
月返工减少数(吨)
  
月返工成本(100元/吨)
年节约返工成本(元)
20
2000
24000
40
4000
48000
60
6000
72000
(3)装运堆码费用节约分析
•    通常成品发货流程:成品生产线—堆码—检验– 装运
•    应用近红外后的流程:成品     ——   检验– 装运
  
月装运吨数
  
装运成本(2元/吨)
年节约装运成本(元)
2000
4000
48000
除安全库存以外的产品,可以通过近红外快速检测后,直接装车发货,一年节约堆码费用 48000元。
(4)原料使用量降低成本分析
利用近红外光谱分析技术,可快速将每个批次的原料进行常规分析,为配方微调提供强有力的支持。
  
  
所占成本比例%
所占成本比例%(使用近红外)
原料
80
79
固定消耗
10
10
劳动力
5
5
利润
5
6
从上表可以看出如果原料成本从80%降低到79%,利润将提高20%!
综上所述:在采用近红外快速检测技术后,为企业节约的资金可累计为:
检测费+返工费+装运堆码费=约47.2万
以Bruker最新报价用于饲料分析的MATRIX-I型、TANGO型傅里叶变换近红外光谱仪50万/台为例来计算,投资一台近红外只需1年内,便可收回成本。
二、近红外分析仪品牌选择
目前,我国饲料行业一部分的集团和公司都拥有近红外光谱分析仪。据2014年初FOSS和BRUKER的初步统计,广东恒兴饲料7台,通威饲料12台,新希望六和饲料90+台,广东温氏47台,九鼎饲料4台,正邦饲料5台,中粮集团5台,德固赛70台,大北农25台,深圳金新农5台,广西扬翔3台,正大集团80台,双胞胎集团90台,中慧集团21台,海大集团26台,铁骑力士5台,特驱饲料15台,青岛环山11台,漳州傲农8台,金钱饲料5台,英联饲料6台,河南牧鹤饲料6台,普瑞那30台等等。
国内近红外光谱仪研制起步较晚,近些年来我国在NIR光谱仪研制和生产方面取得了一定成绩,但值得注意的是,国产NIR光谱仪在一些关键技术指标方面(如信噪比、仪器间一致性等)与国际先进水平相比还存在相当的差距。
国外知名的近红外光谱仪生产商有FOSS、Bruker、Thermo和ABB等。经过十多年的发展,FOSS的 DDS(新一代XDS)以及傅立叶成为市场上两种主流的硬件技术。目前,近红外分析仪在饲料行业使用口碑较好的两大知名品牌为FOSSBruker

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广东星创众谱仪器有限公司

kk 发表于 2015-5-22 09:34:06 | 显示全部楼层
:)
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kk 发表于 2015-12-22 15:58:40 | 显示全部楼层
最近装了一台,跟人工测量的误差较大,需要后期进行数据偏差修正

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n你得先考察一下手工数据,不要轻易的调截距进行校正  详情 回复 发表于 2015-12-26 10:09
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kk  楼主| 发表于 2015-12-26 10:09:26 (手机用户) | 显示全部楼层
feng14 发表于 2015-12-22 15:58
最近装了一台,跟人工测量的误差较大,需要后期进行数据偏差修正

n你得先考察一下手工数据,不要轻易的调截距进行校正
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kk 发表于 2016-8-16 07:42:42 (手机用户) | 显示全部楼层
价格贵吗?
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kk 发表于 2016-11-29 16:20:06 | 显示全部楼层
大家检测数据共享,检测结果准确性会大大提高。。。。。。
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