Come misurare umidità e proteine dei cereali: guida agli strumenti (NIR, conduttivi, termobilance)

L’umidità dei cereali si misura con la stufa di laboratorio, che è il metodo di riferimento ma richiede ore. In alternativa si usano metodi rapidi (misuratori elettrici conduttivi o capacitivi, termobilance, NIR), che danno un risultato in secondi o minuti ma vanno tarati sul riferimento. Le proteine si misurano in laboratorio con i metodi Kjeldahl o Dumas, che determinano l’azoto. In pochi secondi le misura un analizzatore NIR, che legge anche il chicco intero ma dipende da una buona calibrazione.

Questa guida è per chi raccoglie, stocca, macina o analizza cereali: agricoltori, centri di stoccaggio, molini, riserie, laboratori.

In breve

• Per lo stoccaggio a lungo termine le fonti di extension agraria indicano circa il 13% di umidità per il grano e il 13-14% per il mais; più lungo lo stoccaggio e più calda la stagione, più bassa deve essere l’umidità.
• Il metodo di riferimento per l’umidità dei cereali è l’essiccazione in stufa a 130-133 °C (ISO 712). Tutti gli strumenti rapidi, elettrici, termobilance e NIR, vanno tarati su questo riferimento.
• Il NIR misura in pochi secondi proteine, umidità e altri parametri, anche su chicco intero, ma solo per le specie e i parametri per cui è calibrato.
• Kjeldahl e Dumas misurano l’azoto totale; le proteine si ottengono moltiplicando per un fattore di conversione (5,7 per il frumento secondo le norme ISO sui cereali, 6,25 per la maggior parte degli altri prodotti).
• Un campione mal prelevato rovina anche la misura più precisa: il campionamento conta quanto lo strumento.

Quanto deve essere l’umidità del grano?

Per conservare i cereali le fonti tecniche indicano in genere un’umidità fra il 12 e il 15%, secondo cereale, durata dello stoccaggio e temperatura. Per il frumento il riferimento più citato è il 13%. Più lunga è la conservazione, più bassa deve essere l’umidità.

Salvo diversa indicazione, i valori di questa guida sono espressi sul tal quale (in inglese wet basis): la percentuale di acqua sul peso totale del chicco, acqua compresa. L’IRRI (International Rice Research Institute) ricorda che in ricerca si usa a volte l’umidità sulla sostanza secca, che dà numeri più alti: prima di confrontare due dati va verificata la base.

Come spiega la Canadian Grain Commission, un’umidità elevata favorisce lo sviluppo di insetti, funghi e batteri e processi fisiologici come la germinazione. Anche l’errore opposto costa. Fra le conseguenze di una misura imprecisa l’IRRI elenca costi di essiccazione in più, perdita di qualità, meno riso intero alla lavorazione e peso venduto in meno quando il grano è troppo secco.

Qual è l’umidità ideale del grano per lo stoccaggio a lungo termine?

Per lo stoccaggio a lungo termine il frumento va portato intorno al 13% di umidità, il mais al 13% e il risone al 13% o meno. Il principio condiviso dalle fonti tecniche: più lungo è lo stoccaggio, più bassa deve essere l’umidità. A parità di umidità, più alta è la temperatura e più breve è il tempo di conservazione sicuro. I valori che seguono vengono da servizi di extension universitari nordamericani e dall’IRRI e vanno letti come riferimenti tecnici; i limiti contrattuali sono un’altra cosa.

Cereale	Umidità indicata	Durata / condizione	Fonte
Frumento	13%	stoccaggio estivo	University of Minnesota Extension
Orzo	12%	stoccaggio estivo	University of Minnesota Extension
Mais	13-14%	stoccaggio estivo	University of Minnesota Extension
Mais	15%	fino a 6 mesi	Purdue University
Mais	13%	oltre l’estate o oltre un anno	Purdue University
Risone	14% o meno	da settimane a pochi mesi	IRRI Rice Knowledge Bank
Risone	13% o meno	8-12 mesi	IRRI Rice Knowledge Bank

La temperatura pesa quanto l’umidità. Secondo la University of Minnesota, il mais al 17% di umidità si conserva in sicurezza circa 130 giorni a 10 °C. A 16 °C il tempo scende a circa 75 giorni, a 21 °C a circa 45. Per le sementi l’IRRI dà una regola pratica: la vita del seme si dimezza per ogni punto percentuale di umidità in più o per ogni 5 °C in più di temperatura di conservazione.

Qual è l’umidità ideale per la granella di mais?

Per il mais la risposta cambia con la durata. Purdue University consiglia di essiccare al 15% se il mais va venduto entro sei mesi e al 13% se deve superare l’estate o restare in magazzino oltre un anno. La University of Nebraska aggiunge il ruolo del freddo: il mais mantenuto sotto i 10 °C si può conservare al 15%. Con temperature più alte il valore consigliato scende a circa 13,5% (CropWatch, University of Nebraska-Lincoln).

Come si misura l’umidità del grano?

L’umidità del grano si misura con quattro famiglie di metodi: la stufa di laboratorio, che è il riferimento, e tre metodi rapidi (misuratori elettrici, termobilance e NIR). I metodi rapidi danno il risultato in secondi o minuti e devono essere allineati alla stufa.

Il metodo di riferimento: la stufa

La Canadian Grain Commission lo dice in modo netto: il metodo più accurato per determinare l’umidità di un campione di grano è seccarlo in stufa e misurare la perdita di massa. La norma internazionale di riferimento per la maggior parte dei cereali è la ISO 712-1:2024. Nella versione 2009 della norma il campione, macinato quando serve, viene essiccato fra 130 e 133 °C per 120 minuti (90 minuti per le farine). Poi si raffredda in essiccatore e si pesa con una bilancia analitica al milligrammo. La stessa norma si applica a frumento, riso, orzo, miglio, segale, avena, triticale e sorgo, ma non al mais e ai legumi, che hanno norme proprie (ISO 6540 per il mais).

La stufa è lenta e richiede un laboratorio attrezzato: per questo in campo, in accettazione o in linea si usano metodi rapidi.

Misuratori elettrici: conduttivi e capacitivi

Sono gli strumenti più diffusi fra agricoltori e centri di stoccaggio. Secondo la Canadian Grain Commission si basano sul principio che la conducibilità elettrica del grano aumenta con l’umidità, e per dare risultati accurati devono essere tarati sul metodo in stufa. Nella pratica esistono due varianti:

• Conduttivi (a resistenza). Il campione viene macinato o schiacciato fra due elettrodi e lo strumento misura la resistenza elettrica. Un esempio è il Kett PB-1D3 usato da molini e pastifici: la scheda IROM indica misura per resistenza elettrica, intervallo 8-20%, precisione ±0,5% e tempo di misura di circa 3 secondi.
• Capacitivi (dielettrici). Il grano intero viene versato in una cella e lo strumento ne misura le proprietà dielettriche, con correzione di peso e temperatura. Non serve macinare. Dal 2015 la Canadian Grain Commission usa per le misure ufficiali strumenti con algoritmo unificato UGMA a 149 MHz. Secondo la Commissione, questa frequenza riduce l’influenza di tipo di grano, forma del seme e condizioni di coltivazione. Il Kett PM-650, secondo la scheda IROM, lavora con principio dielettrico a 50 MHz e copre un intervallo dell’1-40% a seconda del prodotto. La precisione dichiarata è ±0,5% sotto il 20% di umidità, con 150 curve di prodotto in memoria.

Secondo la stessa Commissione, anche due strumenti tarati sullo stesso riferimento possono dare letture leggermente diverse per effetto di densità del grano, peso del campione e temperatura.

Termobilance

La termobilancia applica in piccolo lo stesso principio della stufa: pesa il campione, lo scalda con una lampada a infrarossi o alogena e calcola l’umidità dalla perdita di peso. La scheda della Kett FD-720 descrive proprio questo ciclo: pesata automatica, essiccazione, misura della perdita di peso e calcolo dell’umidità. Rispetto alla stufa dà il risultato in una frazione del tempo. Il punto critico, come ricorda una guida tecnica di confronto fra i due metodi, è dimostrare che i risultati siano comparabili a quelli della stufa. Temperatura, programma di essiccazione e peso del campione vanno quindi definiti per ogni prodotto confrontandosi con il metodo di riferimento.

Un dettaglio pratico: i campioni interi e grossi si scaldano male. La scheda della macina Kett TQ-100 spiega che un campione di grandi dimensioni richiede molto tempo per scaldarsi al cuore e rischia di bruciare in superficie. Per questo i cereali si macinano prima di passare in termobilancia.

NIR (vicino infrarosso)

Il NIR misura l’umidità insieme ad altri parametri, come le proteine, leggendo come il campione assorbe la luce nel vicino infrarosso. È trattato in dettaglio più avanti.

Confronto dei metodi

Metodo	Principio	Tempo	Precisione indicativa	Uso tipico
Stufa di riferimento	Perdita di massa dopo essiccazione a 130-133 °C (ISO 712)	90-120 minuti di essiccazione più raffreddamento (ISO 712:2009)	È il riferimento su cui si tarano gli altri metodi	Laboratori, arbitrati, taratura degli strumenti
Conduttivo (resistenza)	Resistenza elettrica del campione macinato	Circa 3 s (Kett PB-1D3, scheda IROM)	±0,5% (Kett PB-1D3, scheda IROM)	Molini, pastifici, accettazione
Capacitivo (dielettrico)	Proprietà dielettriche del grano intero, con correzione di peso e temperatura	Secondi	±0,5% sotto il 20% di umidità (Kett PM-650, scheda IROM)	Campo, centri di stoccaggio, accettazione
Termobilancia	Perdita di peso per essiccazione con lampada IR o alogena	Una frazione del tempo della stufa (guida di confronto)	Dipende dal metodo impostato; va validata sulla stufa	Laboratori, controllo qualità di farine e prodotti finiti
NIR	Assorbimento della luce nel vicino infrarosso, con calibrazione	Circa 30-40 s (GrainSense Go, scheda IROM; Kett AN-920, Kett)	Dipende dalla calibrazione rispetto al metodo di riferimento	Umidità e proteine insieme, in campo, in silo, in laboratorio

I valori di precisione riportati sono quelli dichiarati dai produttori per i singoli modelli citati, non valori generali della tecnologia.

Qual è lo strumento migliore per misurare l’umidità?

Lo strumento migliore dipende dal punto della filiera in cui si misura: in campo un capacitivo portatile o un NIR portatile, in molino un misuratore a resistenza o una termobilancia, in laboratorio la stufa di riferimento. Contano anche il numero di misure al giorno e la decisione che dipende da quel numero.

Strumento da campo o da laboratorio?

In campo e alla trebbiatura servono strumenti portatili, a batteria, che misurano il chicco intero senza preparazione. Vanno bene capacitivi come il Kett PM-650, tascabili come il Kett Riceter F501 per il riso, oppure un NIR portatile se oltre all’umidità interessano le proteine. Qui conta la rapidità più del decimale.

In accettazione e nei centri di stoccaggio il dato decide prezzo, essiccazione e destinazione del lotto: servono strumenti robusti, rapidi, tarati con regolarità e possibilmente con stampa per la tracciabilità. Negli essiccatoi si aggiungono i misuratori in continuo, come il Kett PT-2700 che secondo la scheda IROM legge l’umidità del risone durante l’essiccazione e in modalità automatica spegne l’essiccatore al raggiungimento del valore impostato.

Nel molino e nel pastificio si misura su grano, semola, farina e pasta, spesso già macinati: qui trovano posto i misuratori a resistenza come il Kett PB-1D3 e le termobilance.

In laboratorio servono la stufa di riferimento, le termobilance per la routine e, per le proteine, un NIR da banco o i metodi chimici.

La regola pratica: lo strumento da campo serve a decidere in fretta, quello da laboratorio a dare il numero che fa fede e a controllare periodicamente il primo.

Come funziona il NIR?

Un analizzatore NIR (Near InfraRed, vicino infrarosso) illumina il campione, misura quanta luce viene assorbita a ogni lunghezza d’onda e converte lo spettro in valori di umidità, proteine e altri componenti grazie a un modello di calibrazione. Acqua, proteine, amido e grassi assorbono infatti la luce del vicino infrarosso a lunghezze d’onda caratteristiche.

La norma ISO 12099:2017 dà le linee guida per l’uso della spettroscopia NIR su mangimi, cereali e prodotti della macinazione. Copre strumenti a riflettanza diffusa o a trasmittanza nella regione fra 770 e 2.500 nanometri.

Lo strumento registra quanta luce viene riflessa dal campione o lo attraversa e ne ricava uno spettro. Per trasformarlo in “13,2% di proteine” serve un modello di calibrazione, costruito misurando molti campioni sia con il NIR sia con il metodo chimico di riferimento.

Esistono due configurazioni principali:

• Riflettanza: la luce rimbalza sulla superficie del campione. La scheda IROM dei misuratori NIR Kett descrive analizzatori di umidità da tavolo a luce riflessa che danno il risultato in pochi secondi e permettono di misurare anche attraverso un sacchetto di plastica.
• Trasmittanza: la luce attraversa lo strato di chicchi. È la tecnica che il servizio federale di ispezione dei cereali degli Stati Uniti (USDA FGIS) usa per le determinazioni ufficiali delle proteine del frumento. Kett indica la trasmittanza NIR anche per il suo analizzatore AN-920 dedicato al riso.

I misuratori GrainSense usano una variante con sfera integrante: il grano sta dentro una sfera che raccoglie la luce da tutte le direzioni. Secondo la scheda IROM del GrainSense Go, questa soluzione brevettata porta al rivelatore una luce diverse centinaia di volte più intensa e permette di costruire un analizzatore portatile a batterie.

Quali parametri dei cereali misura un analizzatore NIR?

I parametri più comuni sono umidità e proteine, a cui si aggiungono, secondo lo strumento, amido o carboidrati, olio o grassi e fibra. La ISO 12099 cita come costituenti tipici umidità, grassi, proteine, amido e fibra grezza. Alcuni esempi concreti:

• GrainSense Go e Lab: proteine, umidità, carboidrati e olio (schede IROM di GrainSense Go e GrainSense Lab).
• Kett AN-920: umidità, proteine e amilosio (valore di riferimento) su riso integrale e lavorato, secondo la scheda del produttore.

Un NIR misura solo le specie e i parametri per cui ha una calibrazione. La scheda IROM del GrainSense Go elenca frumento, orzo, avena, segale, colza e girasole su chicco intero, più mais e soia con un vassoio dedicato; il GrainSense Lab elenca frumento, orzo, mais, soia, colza, avena e segale. Prima dell’acquisto va chiesto l’elenco delle calibrazioni disponibili.

Il NIR può analizzare cereali integri senza macinarli?

Sì, molti analizzatori sono progettati proprio per il chicco intero. Kett presenta l’AN-920 come strumento a misura non distruttiva per riso integrale e lavorato, su un campione di circa 60 mL. I GrainSense lavorano su chicchi interi: circa 3 grammi di campione nel modello portatile, un flusso continuo di circa 100 grammi al secondo nei modelli Lab e Silo (schede IROM). È ciò che rende il NIR adatto al campo e alla linea.

Quanto è precisa l’analisi NIR rispetto ai metodi di laboratorio?

Con una buona calibrazione il NIR è abbastanza preciso da essere usato per misure ufficiali, ma resta un metodo secondario. La sua accuratezza dipende dalla qualità della calibrazione rispetto al metodo di riferimento (stufa per l’umidità, Kjeldahl o Dumas per le proteine). Dipende anche da quanto i campioni analizzati somigliano a quelli usati per costruirla.

Un caso che mostra il livello raggiunto dalla tecnologia: l’USDA FGIS usa strumenti NIR a trasmittanza per le determinazioni ufficiali delle proteine del frumento, espresse su base umidità 12%. Il modello di calibrazione adottato si basa su oltre 30.000 campioni ed è stato sviluppato da Foss con FGIS, la Canadian Grain Commission, l’australiana Cooperative Bulk Handling e diverse reti NIR europee (USDA AMS).

Per fidarsi del risultato servono tre controlli:

• verificare su quale base di umidità sono espresse le proteine (sostanza secca, tal quale o umidità standard come il 12% dell’USDA);
• confrontare periodicamente lo strumento con campioni analizzati in laboratorio;
• non uscire dal campo della calibrazione, dove il NIR può dare un numero plausibile ma sbagliato.

Qual è la differenza tra il metodo Kjeldahl e il metodo Dumas?

Kjeldahl e Dumas sono i due metodi chimici di riferimento per le proteine dei cereali, e hanno una cosa in comune: nessuno dei due misura direttamente le proteine, entrambi misurano l’azoto.

• Kjeldahl (norma ISO 20483:2013 per cereali e legumi): il campione viene digerito per via chimica e l’azoto viene poi determinato. È il metodo storico, quasi universalmente usato secondo la FAO.
• Dumas (norma ISO 16634-2:2016 per cereali, legumi e prodotti della macinazione): il campione viene bruciato e l’azoto liberato nei gas di combustione viene misurato.

Sul piano pratico il Dumas, basato sulla combustione, evita la fase di digestione chimica tipica del Kjeldahl. Entrambi, come ricorda la FAO, contano anche l’azoto non proteico (aminoacidi liberi, nucleotidi e altri composti): per questo il risultato si chiama proteina grezza.

Come si converte il contenuto di azoto in percentuale di proteine?

Si moltiplica l’azoto per un fattore di conversione. Il fattore generale è 6,25, da usare, secondo la FAO, quando il fattore specifico non è noto. Per i cereali esistono fattori specifici. Le norme ISO sui cereali indicano 5,7 per frumento, segale e loro prodotti di macinazione e 6,25 per gli altri prodotti del loro campo di applicazione (ISO 20483 e ISO 16634-2). La tabella dei fattori di Jones pubblicata dalla FAO riporta per esempio 5,83 per il frumento intero, 5,70 per l’endosperma, 5,95 per il riso, 5,83 per l’orzo e 6,25 per il mais.

Stesso azoto, fattori diversi, proteine diverse: quando si confrontano analisi o si calibra un NIR sui dati di laboratorio, il fattore usato va dichiarato.

Come si calibra correttamente un misuratore di umidità per cereali?

Un misuratore di umidità si calibra confrontando la sua lettura con il valore della stufa di riferimento sugli stessi campioni, a più livelli di umidità, e correggendo la curva se lo scarto è costante. In linguaggio tecnico si parla di taratura sul riferimento. La Canadian Grain Commission monitora ogni anno le calibrazioni dei misuratori ufficiali confrontandole con la stufa. Le modifica solo quando emerge una differenza costante e fuori tolleranza per almeno tre anni, su campioni che coprono tutto l’intervallo di umidità. La stessa Commissione offre agli operatori un servizio di verifica mensile con campioni di frumento preparati in laboratorio.

Per un’azienda il percorso ragionevole è questo:

1. Usare la curva di prodotto giusta. Ogni cereale ha la sua curva; misurare orzo sulla curva del frumento dà un errore sistematico. Il Kett PM-650, per esempio, ha 150 curve di prodotto in memoria (scheda IROM).
2. Confrontare con la stufa su più campioni, a umidità diverse, prima della campagna. Uno scarto costante si corregge con una compensazione, uno scarto che varia con l’umidità richiede di rivedere la curva.
3. Ripetere la verifica con regolarità e dopo urti o riparazioni, rispettando le condizioni d’uso indicate dal produttore.

Per i NIR vale lo stesso principio, con un passo in più: le calibrazioni vengono spesso fornite o aggiornate dal produttore. Per i GrainSense Lab e Silo la scheda IROM indica aggiornamenti annuali delle calibrazioni via software da remoto.

Come si prepara il campione di grano prima dell’analisi?

Il campione di grano si preleva in più punti e a più profondità con una sonda, si chiude subito in un contenitore ermetico e si macina solo se il metodo lo richiede. Una misura è rappresentativa solo quanto il campione. Un cumulo, un camion o un silo non sono omogenei: l’umidità e la qualità variano fra superficie e fondo, fra centro e bordi. La norma ISO 24333 definisce i requisiti per il campionamento statico e dinamico, manuale o meccanico, di cereali e prodotti derivati.

In pratica:

• Prelevare in più punti e a più profondità con una sonda. Le sonde a tasche, come la sonda GSS, si infilano chiuse nella massa e si aprono solo in profondità. Secondo la scheda IROM l’apertura a spirale delle tasche serve a campionare in modo uniforme lungo tutta l’asta.
• Chiudere subito il campione in un contenitore ermetico: un campione lasciato all’aria perde o assorbe umidità e la misura non descrive più il lotto.
• Macinare solo quando il metodo lo richiede. La stufa ISO 712 prevede la macinazione con un molino che non scaldi il campione oltre 5 °C. Le termobilance lavorano meglio su campione macinato, i capacitivi e molti NIR sul chicco intero.

L’IRRI suggerisce inoltre di ripetere la misura su almeno tre campioni e ragionare sulla media, invece di fidarsi di una lettura singola.

Quali sono i costi di un analizzatore NIR portatile o da linea?

Il prezzo di un NIR dipende soprattutto dal formato (portatile, da banco, in mietitrebbia o in silo), dalle calibrazioni incluse e dai servizi. Oggi non esiste una fonte pubblica affidabile che dia fasce di prezzo generali. Quello che si può dire con certezza è quali fattori lo determinano:

• Formato: portatile a batteria, da banco, installato in mietitrebbia (come il GrainSense Combine, che misura proteine e umidità nell’elevatore durante la raccolta) o in silo ed essiccatoio (come il GrainSense Silo).
• Calibrazioni: numero di specie e parametri inclusi, costo degli aggiornamenti annuali.
• Software e dati: app, cloud, collegamento al gestionale per la tracciabilità.
• Assistenza: verifica periodica, riparazioni, disponibilità di un tecnico in Italia.

Per chi oggi paga analisi esterne o vende con premi legati alle proteine, il confronto va fatto sul numero di analisi all’anno e sul valore delle decisioni anticipate.

Cosa offre IROM

IROM Italia distribuisce strumenti Kett per l’umidità e la qualità dei cereali, analizzatori NIR per proteine e umidità e accessori per il campionamento. Per famiglia:

Umidità in campo e in accettazione

• Kett PM-650: capacitivo su chicco intero, 150 curve di prodotto, misura anche il peso specifico.
• Kett PM-450: misuratore di umidità per granaglie.
• Kett Riceter F501: tascabile, con macinazione a manovella, correzione automatica della temperatura.

Umidità in molino e pastificio

• Kett PB-1D3: a resistenza, per grano, semola, farine e pasta.

Umidità in essiccatoio

• Kett PT-2700: in continuo per essiccatoi di risone, con arresto automatico dell’essiccazione.

Termobilance da laboratorio

• Kett FD-660, Kett FD-720 e Kett FD-800, più la macina Kett TQ-100 per preparare il campione.

NIR per proteine e umidità

• GrainSense Go (portatile), GrainSense Lab (da banco, a flusso), GrainSense Combine (in mietitrebbia), GrainSense Silo (in silo ed essiccatoio).
• Kett KB-230, KB-270, AN-820, AN-920: analizzatori NIR da banco.

Campionamento e servizi

• Sonda preleva campioni GSS per cereali e sementi.
• Calibratura e assistenza tecnica sugli strumenti.

L’elenco completo dei misuratori a catalogo è nella categoria misuratori di umidità di IROM.

Per scegliere lo strumento giusto per il proprio punto della filiera, contatta IROM per un preventivo.

Domande frequenti

In sintesi

Per l’umidità il riferimento è la stufa (ISO 712), su cui si tarano misuratori capacitivi e conduttivi, termobilance e NIR. Per le proteine i riferimenti sono Kjeldahl e Dumas; il NIR dà risultati in secondi, a patto di una calibrazione solida. Oltre allo strumento contano tre cose: un campione rappresentativo, la curva giusta per il prodotto e una verifica periodica sul metodo di riferimento.