稻谷水分測(cè)定方法差異比較*

呂榮文 包烏蘭 秦曉亮 卜艷玲

(沈陽(yáng)南方谷物有限公司 110101)

水分與碳水化合物、脂類、蛋白質(zhì)等都是糧食的重要組成部分，但在糧食的收購(gòu)、加工、儲(chǔ)藏、運(yùn)輸過程中，水分具有更重要的意義。一方面水分有助于保持糧食固有的顏色、氣味、滋味，另一方面，儲(chǔ)存過程中水分含量高，則谷物的新陳代謝旺盛，消耗營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)多，產(chǎn)能發(fā)熱，為細(xì)菌、霉菌及昆蟲等提供適宜生存環(huán)境[1]；而制米加工過程中，水分過高或過低都會(huì)使碎米增多，出米率降低，影響經(jīng)濟(jì)效益。可見，水分不但影響糧食的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，也關(guān)系到糧食加工和食用品質(zhì)。因此，水分含量是評(píng)估糧食的安全存儲(chǔ)及貿(mào)易定級(jí)按質(zhì)論價(jià)的重要依據(jù)。

糧油水分測(cè)定是糧食儲(chǔ)藏、加工企業(yè)的一項(xiàng)重要檢測(cè)指標(biāo)，如何快速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)水分檢測(cè)一直受到行業(yè)內(nèi)的多方關(guān)注。近年來隨著科技進(jìn)步，水分測(cè)試方法也發(fā)展迅速。對(duì)于糧油行業(yè)而言，總體上可分為直接法和間接法兩大類。直接法是通過干燥法和化學(xué)方法，直接檢測(cè)糧食中絕對(duì)水分含量，檢測(cè)精度高，但相對(duì)費(fèi)時(shí)。直接法包括：直接干燥法(分為105℃恒重法、定溫定時(shí)烘干法、隧道式烘箱法、兩次烘干法等)、減壓干燥法、紅外線加熱干燥法、微波加熱法等；間接法是通過檢測(cè)與水分有關(guān)的物理量(如物質(zhì)的電導(dǎo)率、介電常數(shù)等)，間接測(cè)定物質(zhì)水分，一般速度較快，易實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)。間接法包括：電容法、射線法、微波吸收法等[2][3]。由于間接法易受籽粒大小、形狀、密度、樣品放置情況、環(huán)境因素等影響，測(cè)量精度不盡如人意。

雖然方法眾多，但行業(yè)內(nèi)認(rèn)可最廣泛、應(yīng)用最普遍的仍然是定溫定時(shí)烘干法。糧食籽粒中水分主要以兩種狀態(tài)存在，即游離水與結(jié)合水。用烘箱按照GB 5009.3-2016中第一法，直接干燥法(本文內(nèi)稱為105℃恒重干燥法)測(cè)得的是二者的總和。其中結(jié)合水是和淀粉、蛋白質(zhì)等親水膠體物質(zhì)通過氫鍵靜電引力結(jié)合在一起，相對(duì)穩(wěn)定，要使其散失出來所耗能量較多。溫度越高烘烤時(shí)間越長(zhǎng)，破壞氫鍵的能量越大，揮發(fā)出的水分也就越多[4][5]。干燥法中不同溫度與時(shí)間的組合都是為了能夠快速、穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)這一目的，進(jìn)而準(zhǔn)確獲得水分測(cè)試結(jié)果。目前，由于105℃恒重法耗時(shí)過長(zhǎng)，各單位除仲裁外一般使用130℃/40 min。然而，面對(duì)快速測(cè)水儀因受環(huán)境影響而檢測(cè)結(jié)果不穩(wěn)定的情況，40 min的等待對(duì)于日常收糧及車間生產(chǎn)來說仍然不能滿足需求。

結(jié)合以上，本試驗(yàn)在定溫定時(shí)烘干法中研究尋找具有準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性，同時(shí)更快捷的溫度與時(shí)間的組合具有實(shí)際意義。雖然這樣的組合并不唯一，但也不可一味追求縮短時(shí)間。一方面需考慮到糧食籽粒中脂類在高溫下的揮發(fā)和氧化作用；另一方面樣品進(jìn)入烘箱升溫至定時(shí)開始這一階段時(shí)間溫度波動(dòng)相對(duì)大，不宜占整個(gè)試驗(yàn)時(shí)間比例過大，以免影響試驗(yàn)的重現(xiàn)性。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗(yàn)樣品 隨機(jī)抽取收購(gòu)的2020年秋季成熟稻谷，每車綜合樣為一份樣品。

1.1.2 儀器設(shè)備 AUY220萬(wàn)分之一天平：日本生產(chǎn)；101A-1ET電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：上海生產(chǎn)儀器有限公司，功率3 kW；JFSD-100-II谷物粉碎機(jī)：上海生產(chǎn)；橫格式分樣器；干燥器(內(nèi)備有深藍(lán)色變色硅膠)；鋁盒(內(nèi)徑4.5 cm,高2.0 cm，帶蓋)。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 樣品處理方法 取稻谷樣品30 g～50 g，去除大樣雜質(zhì)和礦物質(zhì)，用谷物粉碎機(jī)粉碎至90%以上樣品通過1.5 mm圓孔篩，將磨細(xì)樣品混勻，待測(cè)。因有研究表明糧食水分檢測(cè)前處理過程中環(huán)境濕度對(duì)檢測(cè)結(jié)果影響較大[6]，故控制檢測(cè)環(huán)境濕度在60%～75%。

1.2.2 水分測(cè)定方法 采用定溫定時(shí)烘干法：用已烘至恒重的鋁盒(直徑4.5 cm)稱取定量試樣2 g(精確至0.0001 g)，放人烘箱內(nèi)溫度計(jì)周圍的烘網(wǎng)上。計(jì)時(shí)結(jié)束后，蓋好鋁盒蓋，取出放在干燥器內(nèi)冷卻后稱量。處理A：在130±2℃烘箱中干燥40 min[7]；處理B：在150±2℃烘箱中干燥20 min；處理C:在105±2℃烘箱中干燥3 h，干燥冷卻稱量，復(fù)烘1 h，干燥冷卻稱重，重復(fù)以上操作直至前后兩次質(zhì)量差不超過2 mg，取其中質(zhì)量較小的一次計(jì)算[8]；

①

2 結(jié)果與分析

3.1 130℃/40 min與150℃/20 min水分測(cè)試方法

由表1可見，同一稻谷樣品150℃/20 min檢測(cè)所得水分值比130℃/40 min檢測(cè)所得水分值多數(shù)偏高或相等。其中，偏高的0.1%占52.78%，相等的占34.72%。由表2可見，綜合72個(gè)樣本，150℃/20min檢測(cè)所得水分值平均偏高0.07%。獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)中計(jì)算結(jié)果F=0.001，符合方差相等假設(shè)，即測(cè)定精密度上兩種方法一致，可進(jìn)行下一步T檢驗(yàn)。表2中可見∣t∣=0.4376，查t分布表可得t0.05，142=1.9768，∣t∣0.05,這表明在95%置信區(qū)間內(nèi)兩種方法無顯著差異，即準(zhǔn)確度上兩種方法一致。

表1 130℃/40 min與150℃/20 min水分測(cè)試結(jié)果 (單位：%)

表2 130℃/40 min與150℃/20 min水分測(cè)試數(shù)據(jù)獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)(SPSS軟件)

2.2 150℃/20 min與105℃恒重法水分測(cè)試方法對(duì)比試驗(yàn)

由表3可見，同一稻谷樣品150℃/20 min檢測(cè)所得水分值比105℃恒重法檢測(cè)所得數(shù)據(jù)多數(shù)偏低或相等。其中，偏低0.1%占53.12%，相等的占28.12%，偏低0.2%占15.62%。由表4可見綜合32個(gè)樣本，150℃/20min檢測(cè)所得水分值平均偏低0.08%。獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)中計(jì)算結(jié)果F=0.007，符合方差相等假設(shè)，即測(cè)定精密度上兩種方法一致，可進(jìn)行下一步T檢驗(yàn)。表4中可見|t|=0.300，查t分布表可得t0.05，62=2.658，|t|< t0.05，兩組數(shù)據(jù)差異不顯著，同時(shí)伴隨概率P=Sig.=0.765，P>0.05,這表明在95%置信區(qū)間內(nèi)兩種方法無顯著差異，即準(zhǔn)確度上兩種方法一致。

表3 105℃恒重法與150℃/20 min水分測(cè)試結(jié)果 (單位：%)

表4 105℃恒重法與150℃/20 min水分測(cè)試數(shù)據(jù)獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)(SPSS軟件)

3 結(jié)論與討論

本試驗(yàn)研究表明：在稻谷常規(guī)水分范圍內(nèi)(12%～17%),150℃/20 min定溫定時(shí)干燥法與130℃/40 min和105℃恒重法在稻谷水分檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)在精密度與準(zhǔn)確度上均無顯著差異，且平均值介于兩者之間，高于130℃/40 min測(cè)試結(jié)果0.07%，低于105℃恒重法測(cè)試結(jié)果0.08%。所以在大批次或多樣品的糧食質(zhì)量普查、稻谷收購(gòu)、大米車間生產(chǎn)等過程中可以采用150℃/20 min干燥法，用以節(jié)約時(shí)間、能源、人力，提高工作效率和服務(wù)水平。

關(guān)于選取150℃為試驗(yàn)溫度，稻谷在空氣氣氛中的熱重曲線可見，其最大失重峰出現(xiàn)在300℃左右，且峰形高而窄，意味著在該溫度下釋放出大量的可燃揮發(fā)性物質(zhì)，單粒稻谷已經(jīng)開始第一階段的氧化熱解。此外有研究表明當(dāng)環(huán)境溫度低于250℃時(shí)，單粒稻谷主要處于脫水階段[9]，150℃遠(yuǎn)低于250℃，所以選取150℃作為稻谷水分的檢測(cè)溫度可行、可靠。

由于設(shè)備、材料、時(shí)間及其他因素所限，試驗(yàn)將150℃/20 min檢測(cè)結(jié)果，分別與105℃恒重法、130℃/40 min檢測(cè)結(jié)果兩兩對(duì)比，未能將三種方法一同比較。此外，試驗(yàn)以稻谷為樣品，結(jié)論可以推及糙米和大米。至于能否推及其他糧食作物有待進(jìn)一步研究。