Ny teknik för grobarhetsbedömning av spannmål

In this project we intend to study different methods to objectively monitor the germination of seeds. In the project we will both study cereal seeds and malting barley. The methods that we intend to compare are isothermal calorimetry and two image analysis systems. One of the systems is well established and uses the reflexion from 20 discrete wavelenghts, VideometerLab, while the other system is less sophisticated and is essentially an ordinary RGB-camera mounted on a stand and a software for taking pictures and registrating germination of seeds. All methods have been tried for these purposes and the aim of the project is to compare them and to adjust them for the respective task. There is a large potential both in making the current routine more efficient and cheap, but also in obtaining more information from the analyses.

Projektet avser att studera olika metoder för objektiv bedömning av groning. Projektet omfattar både stråsädsutsäde och maltkorn. De metoder som vi avser att jämföra är isoterm kalorimetri och två olika bildanalyssystem. Det ena systemet är väl etablerat och bygger på reflektion från ett 20-tal olika våglängder, VideometerLab, medan det andra systemet är enklare och bygger på att använder en monterad RGB-kamera med tillhörande programvara. Samtliga metoder är beprövade i detta sammanhang och målsättningen är att jämföra dessa och anpassa dem för respektive uppgift. Det finns en stor potential dels när det gäller att effektivisera och förbilliga de rutiner som används idag, men även att få ut mer information från analyserna.

I projektet har vi jämfört tre olika snabb-metoder för att detektera groning av spannmålskärnor: 1) Videometer Lab utrustning, 2) GERMINATOR - detektion av groende kärnor med hjälp av stativmonterad digital kamera. 3) Isoterm kalorimetri. Detektion av värme som genereras av groende kärnor. Totalt har ett 90-tal prover analyserats med snabb-metoderna och med referensmetoder för utsäde (Groning enligt ISTA) och maltkorn (Groningsenergi enligt EBC). Resultaten från samtliga metoder korrelerade väl mot referensmetoderna vad gäller kornproverna. För vete- och havre prover gav metoderna inte fullt så bra/osäkra resultat. Samtliga metoder uppvisar både för och nackdelar: Videometer är en etablerad metod med möjlighet att göra andra analyser av spanmmålskärnor parallellt. GERMINATOR ger liknande resultat, är enklare och billigare men något mindre användarvänlig. Isoterm kalorimetri kan ge snabbare resultat men är relativt dyr och det är svårare att tolka resultaten.

I projektet har vi studerat möjligheterna att med hjälp av 3 olika snabb-metoder bedöma groningsegenskaper hos spannmålskärnor. Vi ville ta reda på om det var möjligt att göra en grovsortering av spannmålspartier när det gäller groningsegenskaper, som är en väldigt viktig egenskap både för utsäde och för maltkorn, med hjälp av någon eller flera av metoderna och vilken/vilka metoder man då skulle rekommendera. De tre metoderna som jämförts är: 1) Videometer Lab. utrustning, en bildanalysutrustning där man istället för en kamera använder en uppsättning LED-dioder som skickar ut ljus med vissa distinkta våglängder och där man då också registrerar provets reflektans vid dessa våglängder, från blått till infrarött ljus. Man kan på så sätt ta reda på vilka våglängder som är mest effektiva för att särskilja groende kärnor från icke-groende kärnor 2) GERMINATOR - en enklare bildanalysmetod som består av en digital kamera monterad på ett stativ och tillhörande programvara med vilken man kan särskilja groende spannmålskärnor från ej groende kärnor. 3) Isoterm kalorimetri. Med denna metod detekteras olika provers värmeutveckling under groningsförloppet och ett prov som gror bra genererar mer värme än ett prov som gror sämre. Vi analyserade totalt cirka 90 prover (57 kornprover, 18 vete och 15 havreprover), både med snabb-metoder och med referensmetoder för utsäde (Groning enligt ISTA) och maltkorn (Groningsenergi enligt EBC). Proverna bestod av 20-100 kärnor som lades på filterpapper och sedan togs bilder med bildanalysmetoderna med intervaller på ca. 12 timmar och försöken pågick i ca. 100 timmar. När det gäller isoterm kalorimetri lades proverna in i provkoppar och värmeutvecklingen kunde sedan följas kontinuerligt. Resultaten visade på ganska goda möjligheter att med samtliga metoder särskilja kornprover med bra respektive sämre groningsegenskaper. Det var generellt sätt möjligt att särskilja prover med tillräckligt hög grobarhet, > 90% för utsäde och > 95% för maltkorn, från prover med sämre grobarhet, < 80 % för utsäde och < 90% för maltkorn med stor säkerhet och alla metoder skulle kunna vara användbara för att göra grovsortering. Resultaten var inte lika bra vad gäller de andra spannmålsslagen. När det gäller havre-proverna stördes bildanalysen i Videometer och GERMINATOR av att skal föll av under groningsförloppet och när det gäller veteproverna är orsaken troligen främst att antalet prover var för lågt.
Metoderna skiljer sig dok åt på flera sätt: Videometer Lab. gav bra resultat och är en etablerad och tämligen avancerad metod med bra användargränssnitt med möjlighet att samtidigt mäta även andra egenskaper hos spannmålskärnorna, t.ex. storlek och form. Vi kunde konstatera att våglängder inom det blåa området var mest effektiva för att särskilja groende från icke groende kärnor. Man behöver utprova provhanteringen så att den bättre passar groende frön. Det finns ett transportband som man kan köpa till instrumentet med vilket man kan analysera kärnor "on-line", men denna metod har bara testats i begränsad omfattning. Man erhöll bra resultat för kornprover redan efter 48 timmar.
GERMINATOR gav lika bra resultat som Videometer och är en enklare och billigare metod och programvaran ger flera olika index såsom t.ex. form på tillväxtkurvan. Man erhöll bra resultat för kornprover redan efter 48 timmar även med denna metod. Dock behöver man utveckla provhanteringen och användarvänligheten behöver förbättras, det är idag en hel del manuella steg i processen som behöver automatiseras.
Isoterm kalorimetri kunde inte fullt ut jämföras med övriga metoder, men det finns indikationer på att mätningarna också korrelerar väl mot referensmetoden och att man kan få fram mätresultat tidigare än med övriga metoderna. Dock är det svårare att jämföra resultaten med referensmätningar och metoden är relativt dyr.