PUMA IV
Auf der richtigen Wellenlänge
Unser patentiertes KWS BEETROMETER®-System bestimmt den Zuckergehalt einer Rübe direkt auf dem Feld. Die innovative Technologie kommt auch im neuen PUMA IV zum Einsatz.
Vor fünfzehn Jahren setzten wir das KWS BEETROMETER® im PUMA I erstmals direkt bei der Ernte ein.
Zucker in einer Zuckerrübe bestimmen – was einfach klingt, ist in Wirklichkeit eine Herausforderung. Bei der traditionellen Methode, wie wir sie auch in unserem Rübenlabor in Klein Wanzleben anwenden, werden die Rüben durch mehrere Sägeblätter zersägt und der dabei entstehende Rübenbrei anschließend vermengt. Dieser homogene Brei wird dann auf den Zuckergehalt und andere Qualitätsparameter hin untersucht. Eine aufwendige manuelle Arbeit – für schlussendlich nur 26 Gramm Brei, die anschließend analysiert werden. Zugleich ist jedoch schnelles Handeln erforderlich. Denn der unbeständige Brei oxidiert rasend schnell, sodass sich bereits nach wenigen Minuten auch der Zuckergehalt in der Probe ändert. Ein neues Verfahren musste also her!
„Eine erste Anfrage dazu haben wir 2003 aus der Züchtung bekommen“, erinnert sich Elke Hilscher, Leiterin der Chemischen Analytik in Einbeck. „Damals haben wir schon die Feuchtigkeit von Körnermais direkt auf dem Mähdrescher bestimmt – warum das also nicht für die Zuckerrübe adaptieren?“
Schnell war klar, dass Nahinfrarot-Spektroskopie (NIRS) das Verfahren der Wahl sein sollte: Licht im nahinfraroten Wellenlängenbereich trifft auf die Probe und wird von den darin enthaltenen Molekülen je nach chemischer Struktur unterschiedlich absorbiert. Die nicht absorbierten Anteile des Lichtes werden reflektiert und können als Spektrum aufgezeichnet werden. Aus diesem reflektierten Lichtspektrum können Rückschlüsse auf enthaltene Komponenten wie Zuckergehalt, Trockensubstanzgehalt oder Markgehalt gezogen werden.
Eine Breiprobe lässt sich jedoch aufgrund ihrer wässrigen Beschaffenheit nicht optimal per NIRS analysieren, da das Licht vom Wasser komplett absorbiert wird. Wie also eine messbare Probe herstellen?
„Wir bekommen Informationen in kürzester Zeit.“
Elke Hilscher
Schnelle Messung
Die Lösung ist ein flexibles und modulares System, das KWS BEETROMETER®. Ein Förderband transportiert die Rüben in den sogenannten Bröckler (englisch: chopper), der diese zerkleinert. Anschließend laufen die gebröckelten Rüben unter einer Anpressrolle hindurch, wodurch ein dicht gepackter, homogener Probenstrom entsteht. Weiter geht es auf einem Förderband. Dort schwingt in einem Abstand von etwa 20 Zentimetern der NIRS-Messkopf über die Probe und nimmt alle 30 Millisekunden ein Spektrum auf. Bei 40 Kilogramm Rüben können so mehr als 400 Messungen in nur zwanzig Sekunden gemacht werden. „Anders als bei der Breiprobe bekommen wir hier die Informationen von Tausenden Rübenstücken in kürzester Zeit“, erklärt Elke Hilscher, die das System mitentwickelt hat. „Diese werden dann gemittelt, und so haben wir die gesamte Heterogenität einer Rübe erfasst.“
Der Sensor macht 400 hochpräzise Messungen in nur zwanzig Sekunden; mittlerweile neben Zuckerrüben auch für andere Kulturarten.
Die Kalibrierung des NIRS-Sensors ist dabei das Herzstück des Systems. „Mit NIRS bekommen wir Informationen über den gesamten Wellenlängenbereich. Die Information über Zucker ist dabei überall enthalten – jetzt müssen wir filtern, was diese Informationen voneinander unterscheidet. Denn sie sind entscheidend für unsere Messung“, so Elke Hilscher. Da wir das System schon seit fünfzehn Jahren nutzen, haben wir viele Vergleichswerte und können sehen, welche Faktoren – wie Temperatur oder Bodenbeschaffenheit – die Spektren beeinflussen.
Unterwegs im PUMA
Der größte Vorteil des KWS BEETROMETER®? Es ist flexibel und wird direkt auf dem Feld bei der Ernte der Rüben eingesetzt, sodass die Ergebnisse für die Züchtung sofort verfügbar sind. Zuerst kam es 2009 in unserem PUMA (Plot Harvest Unit with Measurement Acquisition) zum Einsatz. Ab Herbst 2024 wird bereits der PUMA IV, die Erntemaschine der neuesten Generation, auf den Feldern laufen. Aktuell wird noch der Aufbau fortgesetzt.
Der sich im Aufbau befindende PUMA IV wird auch mit der mobilen Analysetechnik ausgestattet.
Als mobiles Zuckerrüben-Analyselabor auf Basis eines selbstfahrenden Zuckerrübenvollernters verrichtet der PUMA gleichzeitig die Ernte, die Verarbeitung und das Messen von Qualitätsmerkmalen der Zuckerrübe. So werden wichtige Daten für die Züchtung direkt auf den Versuchsfeldern von KWS gewonnen. Die gesamte Maschine ist mit einer Software gekoppelt, über die die Bedienerin oder der Bediener jedes Verarbeitungselement steuern kann. Im PUMA ist das KWS BEETROMETER® direkt eingebaut: Ein beweglicher NIRS-Sensor nimmt die Spektren der Zuckerrübenproben auf, berechnet die Qualitätsparameter und speichert die Daten. Die Chemische Analytik in Einbeck sorgt durch eine regelmäßige Datenkontrolle für die Zuverlässigkeit der Messergebnisse.
So unterstützt unsere eigens entwickelte Technik direkt unsere Züchterinnen und Züchter: Vor dem Einsatz der NIRS-Technologie gab es bis zu 1,5 Prozent Abweichungen beim Zuckergehalt zwischen den Sortenkandidaten auf dem Feld. Jetzt können aussichtsreiche Kandidaten für Linien und Hybride früh erkannt werden – die Abweichungen sind durch optimale Züchtungsprozesse auf 0,6 Prozent gesunken und erfordern eine hohe Präzision der Messung. Und die Technologie wächst weiter, denn mittlerweile nutzen wir das innovative NIRS-System nicht nur für die Zuckerrübe, sondern auch für alle anderen KWS Kulturarten.
Mehr zum KWS BEETROMETER®
Auf unserer Website (englisch)
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