糧食水分檢測技術分析

吳偉民 戰雙城

摘 要：闡述國內現有的各種糧食水分的測量方法、原理及其測量特性，對常用的糧食水分測量儀器及其主要性能指標進行了分析，并對測試誤差進行了分析探討，為從事糧食水分研究和相關人員提供了理論依據。

關鍵詞：糧食水分檢測；分析；檢測方法

1 糧食水分無損檢測法

1.1 紅外線加熱法、微波加熱法、介電損失角法和復阻抗分離電容法

1.1.1 介電損失角法

在電壓作用下電介質中產生的一切損耗稱為介質損耗或介質損失。糧食品種不同，其含水率也各不相同，介電損失角也不同，并且呈現分段線性關系。此方法測量精度較高，較為適合測量水分含量高的谷物。

1.1.2 微波加熱法

微波加熱法是利用微波爐具有的波長短（1m～1mm）、頻率高（300MHZ～300GHZ）、量子特性等明顯特征。微波加熱是依靠測量樣品吸收微波，并將其轉換成熱能，使自身整體同時升溫的加熱方式，而完全區別于其他常規加熱方式。此方法具有加熱速度快、熱量損失小等特點。

1.1.3 復阻抗分離電容法

復阻抗分離電容法通過復阻抗分離電路的設計，有效消除電阻參量的影響，而只保留電容參量的變化。電容式水分計具結構簡單、靈敏度高、操作簡便，應用比較普遍。原理主要是根據糧食的水分不同時會引起傳感器電容量的變化，將電容量的變化量轉換成電信號，通過測量儀表將其轉換成水分指示值。

1.1.4 紅外線加熱法

紅外線干燥法又稱輻射干燥，利用輻射元件發射的紅外線向糧食樣品提供熱量的一種干燥方法。通過測量干燥前后樣品的質量，來計算其含水量。紅外線加溫干燥具有升溫快、熱效應高的優點，但照射有盲點，溫度不易均勻。

1.2 直接干燥法與電容法

1.2.1 電容法

將糧食樣品作為電容器中的電介質，糧食中所含水分將影響容器的電容值，在溫度為103℃條件下加熱干燥一段時間，通過測量烘干過程中糧食的電容值，即可測量得到糧食的含水量。

1.2.2 直接干燥法

基于糧食樣品受熱以后，糧食樣品中的水分將蒸發出來，在140℃的溫度下，產生的蒸汽壓高于空氣在干燥箱中氣壓，測量糧食樣品前后的質量差，即為其含水的量。

1.3 高頻阻抗法、摩擦阻力法和聲學法

1.3.1 摩擦阻力法

依據糧食內部的蛋白質和水分含量比率差別，糧食樣品內部蛋白質分子與水分子間的摩擦阻力與含水率呈現出，含水率高，摩擦阻力大的線性關系。通過與對照表系數比較，即可計算出測量糧食樣品的水分含量。

1.3.2 高頻阻抗法

高頻阻抗法是一種利用交流電壓或電流對待測糧食樣品電極擾動，根據電極的模擬電路，計算待測糧食樣品的電極反應參數。將虛數、實數阻抗作曲線圖，隨曲線變化規律計算測量糧食樣品中的水分含量。主要影響因素為溫度、品種、緊實度與電極間距。

1.3.3 聲學法

1986年，Harrenstein和Brusewitz研究了流動谷物碰撞噪聲的測量方法。實驗表明：此方法為對待測糧食樣品施以固定聲壓，使糧食樣品產生振動，通過測量其振動頻率的反射聲壓，來測定糧食樣品中水分含量，水分含量不同其反射聲音回波也不同。此方法易受到外界噪聲干擾，及物體表面凹凸所影響。

1.4 核磁共振法

核磁共振主要是有原子核的自旋運動引起的。不同的原子核，自旋運動的情況不同，它們可以用核的自旋量子數I來表示。在外磁場的作用下，IH傾向于與外磁場取順向的排列，使糧食中所含水分在吸收能量后重新排列量子核，吸收能量的多少與測試樣品中所含的核子數目成比例。該法檢測迅速、精度高、測量范圍寬，可區分自由水和結合水；但此測量方法的儀器昂貴，保養費用大，需精確標定。

2 糧食水分有損檢測法

2.1 烘箱法

2.1.1 定溫定時烘干法

該方法又稱130±2℃電烘箱法。其原理為：用已烘至恒重的烘盒內稱取定量經過粉碎的樣品，待烘箱溫度升至135～145℃時，將樣品放入烘箱內，在5min內將烘箱溫度調到130±2℃，開始計時，烘箱內烘干一定時間后，取出樣品冷卻稱重，烘干前后的質量差即為水分含量。

2.1.2 恒重法

此方法主要用于測量高水分糧食樣品。由于此方法在測量高水分樣品時需要進行兩次烘干，再通過磨輥粉碎待測樣品，由于兩次以上的烘干和粉碎，易造成水分嚴重損失。在粉碎樣品時施以（105°±2℃）左右溫度，即可在粉碎過程中將糧食測樣中的水分蒸發掉，后再次測量樣品質量，即可計算出樣品的水分含量。

2.1.3 隧道式烘箱法

此方法是利用隧道式烘箱的結構特點結合象限秤，對糧食樣品進行定溫加熱烘干，在加溫的同時即可測量出樣品質量，進而讀出水分含量數據。該方法特點為熱能分布均勻，數據讀取速度快，操作簡便等優點。

2.1.4 雙烘法

此方法通常用于高水分玉米的測量。顧名思義該方法為兩次加熱蒸發糧食樣品中的水分，通過兩次測量糧食樣品的質量，計算出樣品中水分的含量。對玉米規定一般單位測量誤差為0.15%。

2.2 快速失重法、減壓干燥法、直流電阻法

2.2.1 減壓干燥稱重法

該方法是在密閉容器中抽真空后進行干燥的方法，采用真空技術、定量測定技術和數據處理技術來測定水分。利用低壓下水的沸點降低的原理，將取樣后的稱量皿置于真空烘箱內，在選定真空度與加熱溫度下干燥到恒重。干燥后的樣品所失去的質量即為水分含量。此方法的特點還有干燥的溫度低，速度快。

2.2.2 快速失重法

快速失重法是使外界條件的作用加大，加速失重，從而減少測量時間。用快速失重法測量物料中水分的含量。該方法是把糧食樣品加熱至一定溫度，使糧食樣品中水分蒸發，同時測量其重量的變化，求出糧食樣品的水分，為了使失重加速，而提高加熱溫度，減少測量時間。它可以測量一切粉體物料，但目前糧食行業主要用此方法來測量玉米的水分。

2.2.3 直流電阻法

利用電流流過不同導體產生所產生的電阻不同的原理，對待測糧食樣品施加定量電壓使電流通過，并根據糧食樣品水分含量不同，分別測量兩端電阻。根據待測樣品中水分含量越高，其電阻越小的原理，即可利用電阻值計算出其含水量。