Gerenciando grãos armazenados de forma lucrativa com sensores inteligentes de CO₂ e IA

 Foi estabelecido com testes de laboratório e de campo que estragar grãos produz maior CO₂ em comparação com grãos de boa qualidade. Isso geralmente é atribuído a uma combinação de fatores, como a presença de mofo ou infestação de insetos. A deterioração de grãos pode ocorrer em áreas localizadas (também conhecidas como “pontos quentes”) em um depósito de grãos, que pode ser perdida por cabos de temperatura instalados em um silo, dificultando a detecção precoce de deterioração. Isso geralmente causa um caro desperdício de alimentos e afeta negativamente o meio ambiente, bem como a renda agrícola. Detecção e monitoramento dos níveis de CO₂ , em conjunto com os métodos de IA, oferece alertas precoces valiosos sobre a deterioração de grãos que, de outra forma, poderia passar despercebida com os métodos convencionais de monitoramento [1]. 

Agora é possível usar dispositivos sensores sem fio para medir pequenas diferenças de CO₂ no headspace ou dentro do volume de grãos. Essas diferenças seriam imperceptíveis para os seres humanos, mas compará-las á concentração atmosférica de CO₂ e combinando-os com outros dados do sensor, algoritmos preditivos podem detectar situações em que a deterioração do molde está se desenvolvendo [2]. Isso permite que produtores e gerentes de lojas de grãos tomem ações corretivas oportunas, como aerar, virar, vender ou fumigar o grão. A tecnologia pode ser usada de forma eficaz para tornar o manejo de grãos mais fácil, mais sustentável e mais lucrativo.

FUNDO 

A concentração média global de dióxido de carbono na atmosfera é de aproximadamente 410 partes por milhão (ppm para abreviar). Quando o grão é armazenado em um silo ou armazém, os principais fatores que fazem com que a concentração se desvie dos níveis atmosféricos são a respiração do grão, a fermentação de mofo e a reprodução de insetos. Em paralelo, dependendo de quão hermética é a estrutura de armazenamento, CO gerado₂ pode escapar para o meio ambiente, causando uma redução da concentração de CO₂ (Figura 1). 

Análise e monitoramento de CO₂ PRODUÇÃO A GRANEL DE GRÃOS 

A. Respiração de Grãos 

O grão é um organismo vivo e que respira. Durante a respiração dos grãos, amido e oxigênio são convertidos em dióxido de carbono, bem como água e calor. Um aumento na temperatura de armazenamento leva a um aumento na taxa de respiração e, portanto, o nível de CO₂ (Figura 2). Nutrientes sendo respirados levam a perdas no peso e na qualidade dos produtos armazenados [3]. 

B. Respiração do Mofo 

O crescimento de fungos toxigênicos pode afetar negativamente a qualidade dos grãos e até produzir micotoxinas de interesse para a segurança alimentar, que devem ser monitoradas e controladas com sensibilidade durante o armazenamento dos grãos. Pesquisadores [4] conseguiram estabelecer a relação entre o crescimento de fungos toxigênicos e sua produção de dióxido de carbono. Os resultados mostraram que a concentração de CO₂ aumentaram exponencialmente durante o crescimento de fungos toxigênicos Aspergillus flavus, Penicillium sp. e Aspergillus ochraceus, que foi diferente do aumento linear de CO₂ concentração produzida pelos fungos xerofílicos não toxigênicos Aspergillus glaucus e Aspergillus restrito. A aceleração da concentração de CO₂ também foi encontrada muito antes do crescimento de fungos toxigênicos, o que seria útil para a prevenção da deterioração de grãos (Figura 3). Este rápido aumento de CO₂ A concentração em grãos armazenados pode ser considerada como um indicativo do crescimento de fungos toxigênicos e consequentemente de maior risco de deterioração microbiana dos grãos [4].  

C. Respiração de Insetos 

Vários estudos científicos têm usado concentração de CO₂ como um indicador de infestação de insetos. Mais recentemente, um grupo de pesquisadores [5] determinou a taxa de respiração de insetos de grãos (S. zeamais, R. dominica, e T. castaneum) em várias temperaturas. Todas as três espécies produziram aumentos lineares na concentração de CO₂ . As taxas de respiração de R. dominica foram inferiores a S. zeamais e T. castaneum possivelmente porque R. dominica expressa menos movimento do que as outras duas espécies. No mesmo estudo, os pesquisadores compararam as taxas de produção do CO₂ em um silo livre de insetos e um silo infestado (preenchido com arroz em casca). Como visto na Figura 4, o CO₂ A curva de concentração do silo infestado com maior infestação expressou uma inclinação mais acentuada do que o silo livre de insetos. Por essas razões, os pesquisadores concluíram que o monitoramento da concentração de CO₂ podem detectar a presença de insetos e potencialmente ser uma ferramenta eficaz para determinar a densidade populacional de insetos durante o armazenamento de grãos. 

Análise e monitoramento de CO₂ ,TECNOLOGIA DO SENSOR  

Centaur Internet-of-Crops® fornece tecnologia avançada de armazenamento de grãos que inclui sensores sem fio operados por bateria (Figura 5). Esses dispositivos medem com precisão todos os parâmetros que afetam a qualidade do grão (como temperatura, umidade relativa, O₂, e CO₂) e aplicações de fumigação (por exemplo, fosfina). Eles também transmitem com segurança seus dados para a nuvem em tempo real, oferecendo acessibilidade mundial. Conforme analisado acima, o monitoramento de gases em um silo oferece vantagens significativas para a detecção precoce de deterioração, uma vez que os sensores podem detectar variações nas concentrações de gás significativamente mais rápido do que variações de temperatura e umidade relativa. 

INTELIGENCIA ARTIFICIAL PARA A ANÁLISE DE CO₂ NA CULTURA ARMAZENADA,

Devido à complexidade dos mecanismos que produzem CO₂ em um silo ou a forma como ele escapa para o ambiente, a avaliação das leituras de CO₂ não são simples. A boa notícia é que isso agora se torna viável graças aos algoritmos de aprendizado de máquina. A Figura 6 apresenta a concentração de CO₂ de duas caixas de silo registradas por sensores Centaur. Mesmo que o Bin B tenha maiores valores CO₂ do que Bin A (pelo menos nos primeiros dias), o algoritmo não emite um alerta, pois a condição do grão é considerada boa. Pelo contrário, o gerente do silo do Bin A receberia um alerta já no 17^º dia desde um aumento repentino do CO₂ é detectado e sinalizado pelo algoritmo como um sinal precoce de deterioração de grãos.

 

GESTÃO DE DADOS 

Além de monitorar a concentração de CO₂ para fins de controle de qualidade de grãos, também é necessário apresentar os dados aos gerentes de grãos ou clientes de maneira significativa e fácil de usar. Como parte de seu sistema Internet-of-Crops®, a Centaur desenvolveu uma plataforma web onde todos os dados do sensor são processados automaticamente e os usuários podem receber notificações automatizadas se um comportamento anormal for detectado. Os dados na plataforma web são atualizados em tempo real, 24 horas por dia, 7 dias por semana e os usuários podem acessar as informações de seus dispositivos inteligentes em qualquer lugar. Também é possível conectar o sistema com atuadores inteligentes (como relés do ventilador de aeração).

Interessado em uma demonstração da interface de usuário do Internet-of-Crops®? Contate-nos.

CONCLUSÕES

Análise e monitoramento de CO₂ podem melhorar significativamente a qualidade do grão e trazer benefícios sem precedentes para seus adotantes: 

• Prevenção do desenvolvimento de fungos e contaminação por micotoxinas.
• Prevenção do desenvolvimento de insetos.
• Custos de fumigação reduzidos de tratamentos de fumigação desnecessários. 
• Melhor qualidade do grão – maior valor de mercado do grão.
• Gestão sustentável da cadeia de suprimentos de grãos.

REFERÊNCIAS 

[1] Maier, Dirk & Hulasare, Raj & Qian, B. & Armstrong, P, 2006. Monitoramento dos níveis de dióxido de carbono para detecção precoce de deterioração e pragas em grãos armazenados. 9^º Conferência Internacional de Trabalho sobre Proteção de Produtos Armazenados, 1174, PS10-8-6160 

[2] Francis Fleurat-Lessard, Gerenciamento integrado dos riscos de deterioração de grãos armazenados por fungos transmitidos por sementes e contaminação por micotoxinas de mofo de armazenamento – Uma atualização, Journal of Stored Products Research, Volume 71, Páginas 22-40, 2017. 

[3] Joost Gwinner, R Harnisch, Otto Muck, 1996, Manual sobre a Prevenção de Perdas de Grãos Pós-colheita, 2^nd Edição, Deutsche Gesellschaft Technische Zusammenarbeit (GTZ) GmbH. 

[4] Huan-Chen Zhai, Shuai-Bing Zhang, Shu-Xia Huang & Jing-Ping Cai (2015) Prevenção do crescimento de fungos toxigênicos em grãos armazenados por detecção de dióxido de carbono, Aditivos Alimentares e Contaminantes: Parte A, 32:4, 596-603 

[5] Chukiat Chotikasatian, Watcharapol Chayaprasert, Siwalak Pathaveerat, Um estudo sobre a viabilidade de quantificar a densidade populacional de insetos de produtos armazenados em armazenamento hermético de grãos usando medições de concentração de CO2, Journal of Stored Products Research, Volume 73, 2017, Páginas 21 -29.