NL1011537C2 - Werkwijze voor het vaststellen van eigenschappen van plantenzaden. - Google Patents

Description

Titel: Werkwijze voor het vaststellen van eigenschappen van plantenzaden.

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het vaststellen van eigenschappen van plantenzaden, in het bijzonder eigenschappen betreffende de inwendige toestand van plantenzaden zoals bijvoorbeeld de wateropname, 5 glazigheid, de bladkiemlengte en de wortellengte. Meer in het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een werkwijze voor de bepaling van wateropname van gerst tijdens het vermoutingsproces.

In het vermoutingsproces wordt de procedure van het 10 inweken van brouwgerst beschouwd als een kritische stap. Deze wateropname wordt door verschillende factoren beïnvloed; heel belangrijk hierbij zijn het gerstras, de korrelgrootteverdeling, het stikstofgehalte, het initieel vochtgehalte, de watergevoeligheid van de gerst en de wijze 15 van inweken. Een onjuiste uitvoering van dit deel van de vermouting kan niet meer gecorrigeerd worden tijdens de kiemfase of het eesten. Met andere woorden, de wateropname in de gerstkorrels is sterk bepalend voor de kwaliteit van het hieruit geproduceerde mout.

20 In de huidige mouterijpraktijk is de weekgraad de belangrijkste sturings- en/of controleparameter. Deze weekgraad maakt geen onderscheid in wateropname tussen de verschillende onderdelen van de korrel die water op kunnen nemen. Eveneens levert de weekgraad geen informatie op over 25 de onderlinge verschillen in wateropname tussen de korrels van één partij. De wateropname van de korrel is echter met name bepalend voor de noodzakelijke enzymatische modificatie van in het endosperm opgeslagen reservestoffen. Daarom zijn zowel de gemiddelde wateropname van de partij 30 als de spreiding in wateropname tussen de korrels van de partij van belang. Voor een verbeterde sturing van het vermoutingsproces kunnen de gemiddelde wateropname in het endosperm en de spreiding daarvan worden gebruikt voor 1011537 2 regeling van de inweekduur en de temperatuur van het weekwater.

Een bekende werkwijze voor het bepalen van eigenschappen van plantenzaden, zoals van gerst, tarwe, 5 haver of rijst is detectie van licht in een transmissie- opstelling. Voor het vaststellen van de kwaliteit van rijst is deze werkwijze beschreven in EP 0060493, Hierbij is een lichtbron aan de ene zijde van een zaadmonster opgesteld en staat de detector daar tegenover aan de andere zijde. Al 10 het licht dat door de detector wordt waargenomen komt door - of langs - het zaadmonster. De transmissie van licht door een droog zaadmonster is zeer laag, voor gerst bedraagt dit bijvoorbeeld in de orde van 0,6 promille. Het directe gevolg is dat de te meten lichtintensiteiten en resoluties 15 zeer laag zijn. Dit vraagt, voor het verkrijgen van een enigszins acceptabel lichtniveau, om een sterke lichtbron en een hoge versterking en gevoeligheid van de detector.

Als het licht langs het zaadmonster·heen direct op de detector komt, is de lichtsterkte veel te hoog ten 20 opzichte van die van het licht door het zaadmonster heen.

De oplossing van EP 0060493 is om een sterke smalle lichtbundel op slechts een klein gedeelte van de korrel te laten vallen. Tegenover deze lichtbundel zijn twee detectoren geplaatst voor een verschilmeting van 25 waargenomen licht door de voorzijde en de achterzijde van de korrel. Bij afwijkingen in de lichtintensiteit kan worden vastgesteld of de korrel breuken bevat. Een nadeel van deze oplossing is echter, dat veel informatie van de inwendige structuur van de korrel op deze wijze niet kan 30 worden waargenomen, in het bijzonder is het onmogelijk om camera-opnames te maken van de gehele inhoud van de korrel, waarbij eigenschappen betreffende de inwendige structuur kunnen worden vastgesteld zoals in welke gedeelten van de korrel wateropname heeft plaatsgevonden. Verder is nog 35 bekend het afschermen van de omgeving van het zaadmonster met een masker. Dit vergt echter een lastige en intensieve 1011537 3 voorbereidingshandeling, waarbij de zaadmonsters slechts per stuk kunnen worden doorgemeten. Een probleem met deze maskers is verder, dat ze niet altijd perfect passen, zodat opnamen vaak overbelicht t.g.v. strooilicht zijn.

5 De uitvinding heeft als doel om een werkwijze te bieden, waarmee op eenvoudige, snelle en goedkope wijze, zonder gecompliceerde voorbereidingshandelingen, een aantal belangrijke eigenschappen van plantenzaden kunnen worden vastgesteld, in het bijzonder eigenschappen betreffende de 10 inwendige toestand van plantenzaden zoals bijvoorbeeld de glazigheid, de bladkiemlengte en de wortellengte en meer in het bijzonder eigenschappen van gerst die voor het vermoutingsproces van belang zijn, zoals de wateropname in het gerstzaad en waterverdeling van een partij zaden, 15 waardoor eerder genoemde problemen worden opgelost of verminderd.

Dit doel wordt bereikt door de werkwijze voor het vaststellen van eigenschappen van plantenzaden volgens de uitvinding te volgen, waarbij een monster van plantenzaad 20 in het licht van een nagenoeg evenwijdige lichtbundel wordt geplaatst; een camera de eigenschappen van het monster in een opname vastlegt, door middel van detectie van strooilicht, dat door het monster heen gaat en onder een bepaalde hoek met de bundel wordt afgebogen, waarbij het 25 licht van de bundel, dat langs het monster recht door gaat, niet wordt gedetecteerd; en de verkregen opname van de camera door middel van beeldanalyse wordt bewerkt, waardoor de eigenschappen kunnen worden vastgesteld.

Bij een opstelling volgens de uitvinding gaat het 30 licht dat niet door het zaadmonster wordt beïnvloed, rechtdoor en zal niet door de camera worden waargenomen. Licht dat wel door het zaadmonster komt, wordt in alle richtingen verstrooid. Een groot deel van de lichthoeveelheid gaat verloren, maar een deel ervan zal 35 worden waargenomen binnen de beperkte openingshoek van de camera die onder een hoek met de lichtbundel achter het 1011537 4 monster is opgesteld. De camera neemt dus alleen het licht waar dat door het monster heen komt; dit licht heeft een onderling vergelijkbare en relatief geringe intensiteit.

De uitvinding heeft als voordeel dat eigenschappen 5 van gehele zaden, al dan niet na voorbehandeling, met beeldanalyse zichtbaar kunnen worden gemaakt, waarbij de componenten van de meetopstelling bestaan uit relatief eenvoudige en goedkope onderdelen. Met name kunnen eigenschappen met betrekking tot de inwendige toestand 10 worden vastgesteld, zoals bladkiemlengte, wateropname, wortellengte of glazigheid maar ook uitwendige eigenschappen als gaafheid, dikte of omtrek kunnen hiermee worden vastgesteld. Daarnaast geeft deze werkwijze de mogelijkheid, om meerdere zaden tegelijk te meten, zonder 15 afscherming van de individuele zaden. Tevens kunnen ook monsters met een sterke lichtbarrière, zoals kaf bij gerst, hardschalige en sterk gekleurde of donkere zaden, rechtstreeks worden gemeten. De werkwijze biedt tevens mogelijkheden om de vitaliteit van plantenzaden in een 20 vroeg stadium aan kiemende gehele zaden te beoordelen en het kiemproces van zaad te kunnen volgen. Ook kan met deze werkwijze het vochtgehalte van zaden worden bepaald.

In het bijzonder is het mogelijk om onderscheid te maken tussen zaden die weinig water hebben opgenomen, en 25 zaden, die veel water hebben opgenomen, en de waterverdeling in de korrel te analyseren. Bij gebruik van een opstelling volgens de uitvinding in combinatie met een bandfilter voor een golflengte in het gebied rond 850 nm, kan bij verstijfselde gerstkorrels het wateropnamepatroon 30 goed zichtbaar worden gemaakt. Dit komt mede doordat kaf een hoge transmissie bij deze golflengte heeft en daarmee een relatief lage invloed op de beeldvorming heeft. Hierbij wordt de camera-opname van een gehele gerstekorrel na een beeldanalyse beoordeeld op de mate van wateropname. Uit de 35 gegevens worden de gemiddelde wateropname en de spreiding per partij berekend. Met deze beoordeling kan een 1011537 5 nauwkeurige sturing van de weekprocedure in de mouterij worden bereikt. De wateropname-eigenschappen van een partij kunnen worden tevens worden geanalyseerd voor rassenbeproeving of veredelingsdoeleinden. Ook bij andere 5 golflengten in het bereikt van 400 tot 1200 nm kan dit wateropnamepatroon zichtbaar worden, maar de kwaliteit van de opname is dan minder.

De uitvinding maakt het mogelijk onderscheid te maken tussen kiemende en ongekiemde zaden, omdat de wortels 10 veel meer lichtdoorlatend zijn dan het zaad. Hierdoor kan worden vastgesteld wat de homogeniteit en snelheid van wortelontwikkeling is van kiemende partijen. Dit is een indicatie voor de vitaliteit van het zaad. Voor gerst wordt een maximaal contrast bereikt met licht van een golflengte 15 rond 450 nm, of 850 nm.

De opstelling volgens de uitvinding biedt verder nog de mogelijkheid, eigenschappen als bladkiemlengte en glazigheid van plantenzaad te bepalen. Voor gerst kan dit worden bereikt met licht van een golflengte rond 600 nm.

20 Verdere voordelen en bijzonderheden zullen duidelijk worden bij een beschrijving aan de hand van de tekening, waarbij:

Figuur 1 een opstelling weergeeft voor een meting in transmissie,- 25 Figuur 2 een opstelling volgens de uitvinding weergeeft.

In Figuur 1 duidt verwijzingsgetal 1 een lichtbron, bijvoorbeeld een halogeenlamp; hierboven kan een diffusor (2) zijn aangebracht van bijvoorbeeld teflon of melkglas.

30 Een transparante drager (3) zoals bijvoorbeeld een petri schaal houdt het zaadmonster (4). Het monster is afgeschermd met een masker (5). Een filter (6) is geplaatst voor een optiek (7) als een macrolens of een vergrotingsobjeetief, voor het uitfilteren van een bepaalde 35 golflengte. De opstelling wordt gecompleteerd door een camera (8), die recht tegenover de lichtbron is geplaatst, 1011537 6 met hiertussen het te analyseren monster. In de opstelling is gebruik gemaakt van een sterke lichtbron met licht van een breedbandig spectrum en een camera met een hoge versterking en gevoeligheid. Hierdoor kunnen aanvaardbare 5 resoluties worden bereikt als het monster wordt afgeschermd ter voorkoming van het waarnemen van strooilicht en direct licht, dat niet door het monster heen is gegaan.

In Figuur 2 is een opstelling weergegeven voor een werkwijze volgens de uitvinding. Deze opstelling bestaat 10 uit een (niet weergegeven) perfect lichtafschermende doos. In de doos wordt aan een zijde een lichtbron (1) aangebracht. In een praktijkopstelling kan deze lichtbron een Xenon lichtbron zijn, waarbij een bijbehorende voeding, al dan niet met een netspanningsfilter, de Xenon lichtbron 15 van een constante spanning voorziet. De lichtbron kan bijvoorbeeld ook een laser zijn. Het licht van de lichtbron wordt in een rechte parallelle bundel (3) gericht door een optiek (2) van lenzen. Aan de andere zijde van de doos wordt een camera (5) opgesteld, achter een houder voor het 20 monster van de gerstekorrels (4), in een kleine hoek buiten de lichtbundel, zodat het monster (4) in de rechtdoorgaande lichtbundel (3) is geplaatst. De camera (5), met een gevoeligheid in het gebied van de door de lichtbron uitgezonden golflengte, is naast deze bundel onder een hoek 25 geplaatst, zodat het licht dat onder en boven het monster passeert, niet wordt waargenomen. Ten gevolge van verstrooiing aan het monster (4) wordt licht dat wel op of door het monster heen komt, in alle richtingen uitgezonden. Een groot deel van de lichthoeveelheid gaat verloren, maar 30 een deel ervan wordt binnen de beperkte openingshoek van de camera als strooibundel (6) waargenomen. Dit licht heeft een onderling vergelijkbare en relatief geringe intensiteit, zodat niet hoeft te worden gewerkt met een afschermingsmasker, en een veel grotere gevoeligheid kan 35 worden bereikt.

1011537 7

In het navolgende zal een voorbeeld van een werkwijze volgens de uitvinding worden beschreven, waarbij op eenvoudige wijze het wateropnamegedrag van het endosperm van gerstekorrels kan worden vastgesteld.

5 Daartoe wordt gerst volgens een bepaald vast protocol geweekt, wat neerkomt op het snel en gecontroleerd laten zwellen van het zaad, door het afwisselend gedurende een aantal uren nat te weken (inweken) en vervolgens weer droog te laten rusten (uitweken), tot een totale weektijd 10 van ca. 30 uur.

Hiervan wordt een vaste hoeveelheid (ca. 30 gram) geprepareerd als monster voor een opname volgens de uitvinding, door de zaden te verstijfselen, waarbij het gedeelte van het endosperm van de zaden dat water heeft 15 opgenomen gelatiniseert. Dit kan worden bereikt, door de zaden kort te koken (ca. 30 seconden), ze vervolgens sterk af te koelen in ijswater (ca. 30 seconden), ze daarna ca.

30 seconden in 70% EtOH te dompelen, waardoor het water wordt verdreven door een snel verdampende component en ze 20 vervolgens 5 minuten drogen in een sterke gestandaardiseerde luchtstroom.

Een aantal gerstekorrels (max. 50) wordt vervolgens als monster in een Petrischaal gelegd; dit kan handmatig geschieden of met een speciaal instrument dat daarvoor 25 geschikt is gemaakt. De oriëntatie van de zaden is hierbij minder van belang.

De optische meetopstelling bestaat uit een opstelling volgens Figuur 2.

De camera neemt alleen het verstrooide licht waar 30 door de absorptie- en verstrooiingskarakteristieken van het opgestelde preparaat (de verstijfselde gerstzaden), tegen een zwarte achtergrond. Om de zaden horizontaal in de Petrischaal te kunnen opstellen wordt het licht van de lichtbundel over een hoek van 90° verticaal omhoog gebogen 35 (niet weergegeven). Direct voor de camera wordt één van de voor de toepassing bruikbare filters aangebracht, 1 011S 37 8 bijvorobeeld een bandfilter van het type B850, voor het doorlaten van licht met een golflengte van 850 nm ± 20nm. Het diafragma en de vergroting kunnen afzonderlijk bij de camera worden ingesteld. De camera volgens dit 5 uitvoeringsvoorbeeld is een CCD-camera MX-5, met een macro-object ief, met een brandpuntsafstand van 25 cm en een insteldiafragma met een maximumdiameter van 8.5 cm.

Het signaal van de camera word omgezet naar een digitaal beeld met behulp van een zogenaamde "frame 10 grabber". Vervolgens worden de beelden verwerkt en geanalyseerd met een beeldverwerkingsprogramma. De standaard beeldgrootte is 768 x 574 pixels, met 256 grijswaarden. Door het kiezen van een juiste drempelwaarde in de grijswaarden kan onderscheid worden gemaakt tussen de 15 gebieden in de gerstzaden, waar wateropname heeft plaatsgevonden, en gebieden, waarin wateropname niet heeft plaatsgevonden. Aldus kan het wateropnamepatroon goed zichtbaar worden gemaakt.

Vervolgens zal een voorbeeld van een werkwijze 20 volgens de uitvinding worden beschreven, waarbij op eenvoudige wijze de bladkiemlengte van gerstekorrels kan worden vastgesteld. Daartoe wordt een aantal gerstekorrels evenals in het eerder beschreven voorbeeld als monster in een Petrischaal gelegd; de optische meetopstelling bestaat 25 wederom uit een opstelling volgens Figuur 2.

Direct voor dezelfde als de eerder beschreven camera wordt een smalbandfilter aangebracht van het type B600, voor het doorlaten van licht met een golflengte van 600 nm ± 20nm.

30 Uit de aldus verkregen digitale opname kan de bladkiemlengte worden bepaald.

Voor het bepalen van de wortellengte kan dezelfde werkwijze voor het bepalen van de bladkiemlengte worden gevolgd; echter nu bestaat het smalbandfilter uit het type 35 B450, voor doorlaten van licht met een golflengte van 450 ± 1011537 9 20 nm, of uit het type B850, voor het doorlaten van licht met een golflengte van 850 ± 20 nm.

Opgemerkt wordt verder nog dat het gekozen uitvoeringsvoorbeeld de uitvinding in geen geval beperkt 5 tot de aan de hand van de tekening beschreven opstelling en de genoemde preparaten. De opstelling kan ook worden uitgevoerd met een ander type CCD-camera en gangbare objectieven, en, uiteraard voor zover dit valt binnen de beschermingsomvang van de conclusies, zijn de beschreven 10 werkwijze en inrichting geschikt voor het meten van tal van eigenschappen zoals bladkiemlengte, wateropname, wortelkiemlengte of glazigheid maar ook van eigenschappen als gaafheid, dikte of omtrek van tal van preparaten, zoals granen, rijst of andere plantenzaden zoals peen, tomaat, 15 paprika of sla.

1011537

Claims (10)

1. Werkwijze voor het vaststellen van eigenschappen van plantenzaden, in het bijzonder eigenschappen betreffende de inwendige toestand van plantenzaden zoals bijvoorbeeld de wateropname, glazigheid, de bladkiemlengte en de 5 wortellengte, waarbij: a) een monster van plantenzaad in het licht van een nagenoeg evenwijdige lichtbundel wordt geplaatst; b) een camera de eigenschappen van het monster in een opname vastlegt, door middel van detectie van 10 strooilicht, dat door het monster heen gaat en onder een bepaalde hoek met de bundel wordt afgebogen, waarbij het licht van de bundel, dat langs het monster recht door gaat, niet wordt gedetecteerd; en 15 c) de verkregen opname van de camera door middel van beeldanalyse wordt bewerkt, waardoor de eigenschappen kunnen worden vastgesteld.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk dat het monster uit meerdere plantenzaden is samengesteld.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk dat het monster uit gehele plantenzaden is samengesteld.

4. Werkwijze volgens conclusie 1-3, met het kenmerk dat het plantenzaad afkomstig is van onder meer gerst, haver, rogge, rijst, peen, tomaat, paprika of sla.

5. Werkwijze volgens een der vorige conclusies, met het kenmerk dat de zaden zijn verstijfseld.

6. Werkwijze volgens een der vorige conclusies, met het kenmerk, dat, voor het bepalen van de wateropname, de golflengte van het licht in een golflengtegebied is gelegen 30 tussen 800 en 900 nm, met een voorkeur tussen 830 en 870 nm.

7. Werkwijze volgens een van de conclusies 1-5, met het kenmerk, dat, voor het bepalen van de bladkiemlengte, de 1011537 golflengte van het licht in een golflengtegebied is gelegen tussen 550 en 650 nm, met een voorkeur tussen 580 en 620 nm.

8. Werkwijze volgens een van de conclusies 1-5, met het 5 kenmerk, dat, voor het bepalen van de wortellengte, de golflengte van het licht in een golflengtegebied is gelegen tussen 400 en 500 nm, met een voorkeur tussen 430 en 470 nm, of dat de golflengte van het licht in een golflengtegebied is gelegen tussen 800 en 900 nm, met een 10 voorkeur tussen 830 en 870 nm.

9. Inrichting voor het vaststellen van eigenschappen van plantenzaden volgens de werkwijze van een van de conclusies 1-8, omvattende een lichtbron die een evenwijdige lichtbundel opwekt, een in het licht van de 15 lichtbundel geplaatst monster van plantenzaad en een camera, die is geplaatst aan de van de lichtinval afgekeerde zijde van het monster, met het kenmerk dat de camera zodanig is geplaatst, dat het strooilicht, dat door het monster heen gaat en dat onder een bepaalde hoek met de 20 bundel wordt afgebogen, door de camera wordt waargenomen en dat het licht van de bundel, dat langs het monster recht door gaat, niet wordt waargenomen.

10. Inrichting volgens conclusie 9, met het kenmerk dat additionele voorzieningen aanwezig zijn om te voorkomen dat 25 het licht dat langs het monster recht doorgaat, niet alsnog geheel of gedeeltelijk de naar de camera gekeerde zijde van het monster verlicht. 1011537