糧食質(zhì)量快速檢測技術(shù)的應(yīng)用

基金項目：張家口市重點研發(fā)計劃，專項名稱“農(nóng)業(yè)領(lǐng)域技術(shù)攻關(guān)專項”，項目名稱“張家口地區(qū)儲備糧食質(zhì)量安全技術(shù)研究”（2322024C）。

作者簡介：王婷婷（1990—），女，河北張家口人，碩士，工程師。研究方向：糧油產(chǎn)品質(zhì)量檢驗。

摘 要：為保證糧食質(zhì)量，需要對糧食儲存環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，定期觀察糧食品質(zhì)的變化情況，防止糧食發(fā)生腐壞變質(zhì)現(xiàn)象。本文結(jié)合糧庫實際情況，介紹常見的糧食水分、質(zhì)量檢驗、脂肪酸值的快速檢測技術(shù)，分析各類快速檢測方法的優(yōu)缺點，結(jié)合日常使用經(jīng)驗，總結(jié)各種快速檢測技術(shù)的應(yīng)用范圍，為基層糧庫糧食水分、質(zhì)量檢驗、脂肪酸值檢驗提供參考。

關(guān)鍵詞：糧食；水分；脂肪酸值；快速檢測技術(shù)

Application of Rapid Detection Technology for Grain Quality

WANG Tingting

（Zhangjiakou Grain and Oil Quality Inspection Center， Zhangjiakou 075000， China）

Abstract： In order to ensure the quality of grain， it is necessary to monitor the grain storage environment， regularly observe the changes of grain quality， and prevent the deterioration of grain. Based on the actual situation of grain depots， this paper introduces the rapid detection technology of common grain moisture， quality inspection and fatty acid value， analyzes the advantages and disadvantages of various rapid detection methods， and summarizes the application scope of various rapid detection technologies in combination with daily use experience， so as to provide reference for grain moisture， quality inspection and fatty acid value inspection in grassroots grain depots.

Keywords： grain; moisture; fatty acid value; rapid detection technology

儲備糧食質(zhì)量安全是保證糧食安全流通環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)，糧食水分檢測在糧食收購、儲存、出庫、銷售及加工中具有重要意義。傳統(tǒng)的糧食水分檢測方法主要是直接干燥法，在101～105 ℃下烘干至恒重測定樣品中損失的重量，計算樣品中的含水量，執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)為《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測定》（GB 5009.3—2016）[1]，需要用到恒溫干燥箱、天平等實驗儀器，適用于在實驗室內(nèi)開展檢測。糧食收購、入庫時需現(xiàn)場作業(yè)，對于糧食水分的把握有時還停留在經(jīng)驗判斷層面，對水分的把控不夠嚴(yán)格，急需可以實現(xiàn)現(xiàn)場作業(yè)的快速檢測技術(shù)，同時滿足準(zhǔn)確度高、檢測快、環(huán)境適應(yīng)度強(qiáng)的需求。糧食儲存期間會發(fā)生質(zhì)量變化，導(dǎo)致糧食品質(zhì)下降，造成經(jīng)濟(jì)損失。基層糧庫普遍存在糧食質(zhì)量檢驗項目單一，設(shè)備技術(shù)更新慢，不能及時掌握儲備糧食質(zhì)量變化的問題。快速檢測技術(shù)可以縮短檢驗時間，提升檢驗效率，將其運(yùn)用到糧食儲存企業(yè)的日常檢驗中，可以更好地監(jiān)測糧食質(zhì)量，提高工作效率。本文介紹了常見的糧食水分、質(zhì)量檢驗、脂肪酸值的快速檢測技術(shù)，分析各方法的優(yōu)缺點和適用情況，為糧食質(zhì)量安全提供新思路，為基層糧庫以及相關(guān)人員提供參考。

1 糧食水分快速檢測方法

1.1 電容法

電容法檢測糧食水分的原理是糧食經(jīng)過電容傳感器，不同含水量的糧食會使電容傳感器介質(zhì)的介電常數(shù)發(fā)生變化，導(dǎo)致電容的變化，電容變化轉(zhuǎn)變成電信號，間接檢測糧食的水分含量。電容法具有便攜、性價比高、操作簡單以及無損檢驗等優(yōu)點，缺點是穩(wěn)定性差。不同的糧食品種、糧食溫度、下料速度都對結(jié)果準(zhǔn)確性有一定影響。柏祿乾[2]使用PM-8188型谷物水分儀對6個產(chǎn)地的玉米樣品中的水分含量進(jìn)行測定，并與國家標(biāo)準(zhǔn)中的干燥法進(jìn)行比對，得出在被測樣品的溫度與水分儀溫度保持一致的情況下

（±2 ℃），測定值與實際值誤差在0.2%以內(nèi)。電容水分檢測儀是一種研究和應(yīng)用相對廣泛的糧食水分快速檢測技術(shù)，適用于水分連續(xù)快速檢測，如糧食入庫時的卸車檢驗。在檢測糧食水分前應(yīng)提前校準(zhǔn)儀器，統(tǒng)一檢測環(huán)境溫濕度條件，對于結(jié)果偏差較大的樣品還應(yīng)參照國家標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行復(fù)檢，確保結(jié)果準(zhǔn)確。不定期通過干燥法對電容水分檢測儀進(jìn)行校準(zhǔn)，可以縮小檢測誤差，使檢測結(jié)果更為準(zhǔn)確。電容法糧食快速檢測儀種類繁多，常用的電容式水分檢測設(shè)備有PM-8188-A型谷物水分測定儀（日本kett）、GAC2100、GAC2500高精度谷物快速水分測定儀（美國帝強(qiáng)）、Aqua-TR高精度水分容重儀（法國肖邦）以及AM5200快速谷物水分分析儀（瑞典波通），儀器的測量誤差范圍為±（0.1%～0.5%），可根據(jù)實際預(yù)算及對檢測結(jié)果準(zhǔn)確度的要求挑選應(yīng)用。

1.2 電阻法

電阻法檢測糧食水分的原理是糧食在通電情況下，含水量越高的樣品電阻越小，含水量與電導(dǎo)率呈線性關(guān)系，通過檢測電導(dǎo)率的變化測量糧食的含水量[3]。常見的電阻式水分檢測設(shè)備有國產(chǎn)的TK-100S數(shù)顯糧食水分儀、LSK-1型數(shù)顯插桿式水分快速測定儀、Riceter-f糧食水分測定儀（日本kett），設(shè)備在適宜環(huán)境條件下與國家標(biāo)準(zhǔn)中的干燥法的測量誤差在±0.5%以內(nèi)，電阻法水分測定儀結(jié)構(gòu)簡單、便于操作、價格優(yōu)惠，但信號強(qiáng)度小，測量精確度取決于被測糧食的內(nèi)部水分分布情況，糧食內(nèi)部水分分布不均勻可能會對測量結(jié)果產(chǎn)生一定影響。

1.3 近紅外法

近紅外光譜是指波長范圍為780～2 526 nm的電磁波，糧食樣品中的含氫官能基團(tuán)能吸收近紅外光波，產(chǎn)生能量遷移，可通過分析近紅外光譜測定樣品的含水量及多種成分[4]。近紅外光譜法具有分析快、操作簡單、準(zhǔn)確度高、適用范圍廣、便于連續(xù)檢驗及無損檢驗等優(yōu)點，可以添加其他檢測模塊對樣品進(jìn)行全面分析，國家標(biāo)準(zhǔn)已將近紅外光譜法列為谷物品質(zhì)檢驗方法。但近紅外水分檢測設(shè)備價格普遍較高、對于檢測環(huán)境的溫濕度有一定要求。常見的近紅外水分檢測設(shè)備有9500plus型多功能谷物近紅外分析儀（瑞典波通）、ZX880近紅外檢測儀（Zeltex公司）、Infratec近紅外谷物分析儀（福斯）。目前，關(guān)于近紅外在谷物成分分析方面的研究較多，近紅外檢測設(shè)備可同時分析谷物樣品中的多種成分，如水分、蛋白質(zhì)、脂肪、灰分及淀粉等，還可同時添加容重模塊檢測樣品容重，是一種綜合分析樣品成分的快速檢測儀器。

1.4 中子法

中子法利用中子源發(fā)出的高速中子與被測樣品水分中的原子碰撞而發(fā)生減速，通過監(jiān)測器檢出的減速中子數(shù)測量樣品中的含水量，具有準(zhǔn)確度高、無損檢驗、連續(xù)檢驗及適用溫度較低的樣品等優(yōu)點[5]。常見的儀器有ZSY-5型智能中子水分儀（北京首儀華強(qiáng)公司）、MOLA在線中子水分儀（Thermo），中子法水分檢測儀多用于對土壤水分的檢測。

1.5 微波法

微波是指頻率為300～300 000 MHz的電磁波。微波法檢測糧食水分的原理是糧食干物質(zhì)與水分的介電常數(shù)不同，微波與糧食中水分相互作用產(chǎn)生參數(shù)變化，間接檢測水分含量[6]。不同的微波水分檢測儀的原理略有不同，微波法水分檢測儀的優(yōu)點為靈敏度高、無損檢驗、連續(xù)檢驗、操作簡單及可同時檢測糧食其他成分，缺點為價格普遍偏高、不適用于室外檢測環(huán)境。常見的微波法水分檢測設(shè)備有RH2010SF-1型微波水分測定儀（湖南赫西）、糧食在線微波水分測定儀（德國MOSYE）、Aquamatic5100型快速水分分析儀（瑞典）以及微波糧食水分測定儀（Aquar-System Ltd.）。

1.6 核磁共振法

核磁共振法是利用一定條件下原子核自旋重新取向，樣品在特定頻率下吸收電磁場的能量，吸收能量的多少與樣品中水分含量高低相關(guān)。核磁共振法還可以區(qū)分自由水和結(jié)合水，可以檢測含水量為0.05%～100.00%的樣品，精確度較高，但相關(guān)檢測設(shè)備價格偏高，不適宜基層企業(yè)使用。

1.7 水浸懸浮法

《糧油檢驗 糧食水分測定 水浸懸浮法》

（LS/T 6103—2010）需搭配電動粉碎機(jī)使用，操作較為簡單，結(jié)果精確度高，不適用于無損檢驗和室外檢測[7]。在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的支撐下，水浸懸浮法可作為基層單位實驗室快速檢測糧食水分的備選方法。

1.8 聲學(xué)法

物體碰撞時產(chǎn)生振動，發(fā)出聲波，樣品碰撞產(chǎn)生的聲波和頻率與水分含量存在函數(shù)關(guān)系，可通過檢測撞擊聲的聲壓級確定樣品的含水量[8]。聲學(xué)法測量結(jié)果的準(zhǔn)確度取決于樣品的下落高度。聲學(xué)法是通過收集聲波來確定樣品中的含水量。然而，在收集聲波的過程中分區(qū)是否為噪聲信號是研究難點，需進(jìn)一步研究。

2 糧食質(zhì)量檢驗

糧食的質(zhì)量檢驗主要是對糧食外觀的分析檢測，糧食破損和病變都會引起糧食品質(zhì)下降，國家標(biāo)準(zhǔn)對不同品種糧食有不同質(zhì)量要求，質(zhì)量檢驗通常是人工檢驗，主觀性強(qiáng)、檢驗時間長、效率低。將視覺分析技術(shù)和圖像處理技術(shù)應(yīng)用到糧食質(zhì)量檢驗中，可有效提高檢測效率、減少人為誤差。

圖像處理方法是利用機(jī)器視覺對糧食進(jìn)行準(zhǔn)確識別，采用圖像處理的方法對糧食樣品的外形進(jìn)行分析，常用處理方法有中值濾波、形態(tài)學(xué)運(yùn)算、圖像分割等。對特征參數(shù)進(jìn)行篩選，建立線性參數(shù)統(tǒng)計分類器和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型實現(xiàn)對糧食樣品的質(zhì)量分析，可以檢測容重、不完善粒、黃粒米等質(zhì)量指標(biāo)。已有相關(guān)研究將該方法應(yīng)用于馬鈴薯的外部缺陷[9]、花生仁的霉變[10]、花生品質(zhì)分級[11]、小麥容重[12]以及玉米不完善粒[13]等的檢測。該方法在大米、玉米、小麥及稻谷等農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量和品質(zhì)檢測方面已經(jīng)取得了較大進(jìn)展，綜合分析糧食質(zhì)量品質(zhì)的商業(yè)化產(chǎn)品也已經(jīng)研發(fā)應(yīng)用，是一種無損、高效、準(zhǔn)確的快速檢測方法。常見的圖像處理式糧食質(zhì)量分析儀器有小麥品質(zhì)檢測儀器（東方孚德）、大米外觀檢測系統(tǒng)（東方孚德）、GK9800型糧食不完善粒分析儀（GMVC）。

3 脂肪酸值

脂肪酸值是判定玉米、稻谷儲存品質(zhì)的重要指標(biāo)，對于脂肪酸值的檢驗貫穿糧食儲存全過程，目前測定脂肪酸值的方法主要有手動滴定法和儀器法。國標(biāo)方法中滴定法對于人員操作水平、光線條件要求較高，尤其是玉米脂肪酸值檢驗，玉米顏色的干擾導(dǎo)致滴定終點的判斷更為困難，專業(yè)技術(shù)人員在長期的檢驗工作中總結(jié)經(jīng)驗才能使結(jié)果重復(fù)性高、準(zhǔn)確度好。相對于人工滴定法，儀器法對操作人員、工作環(huán)境的要求較低，能夠連續(xù)操作，可有效提高工作效率，適用于基層糧庫的日常檢驗，儀器法又分為滴定儀法和近紅外法。

3.1 光度滴定儀

光度滴定儀是通過光學(xué)傳感器檢測透過滴定體系溶液的光能量變化，反應(yīng)滴定溶液的顏色變化，分辨滴定終點，利用內(nèi)置識別系統(tǒng)控制滴定過程，實現(xiàn)自動控制[14]。相較于國標(biāo)方法，光度滴定儀具有良好的準(zhǔn)確度、精密度、回收率，可滿足實驗室連續(xù)檢測樣品的需求[15]。常見的光度法滴定儀有JDDY自動滴定分析儀、JZSZ-I、JZSZ-II全自動脂肪酸值測定儀，BLH-840K全自動糧食脂肪酸值檢測一體化平臺（伯利恒）。

3.2 電位滴定儀

電位法通過檢測滴定溶液的pH值判斷滴定終點。全自動電位滴定儀可通過自動進(jìn)樣盤將待測樣品按順序自動進(jìn)樣，通過檢測pH值終點進(jìn)行滴定測定，實現(xiàn)自動化檢測，可進(jìn)行連續(xù)檢測。電位法檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和重復(fù)性與國標(biāo)方法中人工滴定法無顯著性差異，可以滿足檢驗需求。電位法樣品提取液在敞口條件下放置98 min內(nèi)不會影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性[16]。常見的電位法滴定儀有855 Robotic Titrosampler型電位滴定儀、ET-18型電位滴定儀。

3.3 近紅外法

近紅外法使用近紅外谷物分析儀采集大量樣品的光譜數(shù)據(jù)，通過國標(biāo)方法檢測樣品的脂肪酸值，利用儀器軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合，建立近紅外光譜模型，再通過該模型對同類型樣品進(jìn)行脂肪酸值測定。黃冬等[17]在近紅外法快速測定廣西早秈稻谷脂肪酸值的試驗中證明該方法重復(fù)性誤差在2 mg/100g以內(nèi)，90%的樣品準(zhǔn)確性誤差在3 mg/100 g以內(nèi)。黃亞偉等[18]對118份玉米樣品進(jìn)行定標(biāo)建模，通過內(nèi)部交叉驗證優(yōu)化定標(biāo)方程，通過外部驗證表明近紅外光譜法可以作為檢測玉米脂肪酸值的方法。范維燕等[19]在近紅外光譜快速測定稻谷脂肪酸值研究中收集了不同地區(qū)、不同品種的稻谷樣品進(jìn)行建模分析，再進(jìn)行外部檢驗，測量結(jié)果準(zhǔn)確性較好，可以用于稻谷脂肪酸值的測定。

3.4 優(yōu)缺點對比

儀器法可實現(xiàn)檢驗過程的自動化，降低對檢驗人員的技術(shù)要求，不受環(huán)境變化的影響，可實現(xiàn)連續(xù)操作，提高滴定的精密度，減少對人員操作經(jīng)驗和技術(shù)的依賴。光度法滴定儀、電位法滴定儀有國家標(biāo)準(zhǔn)《糧油檢驗 谷物及制品脂肪酸值測定 儀器法》（GB/T 29405—2012）[20]和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《糧油檢驗谷物及制品脂肪酸值測定 自動滴定分析儀法》

（LS/T 6105—2012）[21]支持，但儀器普遍價格較高，結(jié)果穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性需與人工滴定法進(jìn)行比對校準(zhǔn)，儀器需定期維護(hù)，儀器耗材也需及時更換，適用于有大量檢驗工作的基層單位，可以提高單位的檢測效率。近紅外光譜法可極大地縮短檢驗時間，進(jìn)行無損檢驗，近紅外谷物分析儀還可以分析樣品中的其他成分和質(zhì)量指標(biāo)，但需大量樣品進(jìn)行建模分析，通過外部驗證后才可使用，基層單位操作困難，需要專業(yè)人員提供技術(shù)支持。

4 結(jié)語

糧食水分快速檢測技術(shù)的快速發(fā)展可滿足不同的檢驗工作需要，不同技術(shù)方法的適用范圍和局限性不同。例如，糧庫現(xiàn)場收購糧食進(jìn)行入庫水分檢驗時，需要把握糧食安全水分，可選擇便攜、檢測時間短、無損檢驗的快速檢測設(shè)備；糧食儲存期間的水分檢測，需要掌握糧食水分的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，保證儲備糧食質(zhì)量安全，可以選擇精確度高、重復(fù)性好的快速檢測設(shè)備；資金充裕的基層單位可使用能綜合分析糧食成分的快速檢測設(shè)備，對糧食品質(zhì)進(jìn)行綜合分析評價。隨著快速檢測技術(shù)的研究應(yīng)用，糧食質(zhì)量檢驗向更全面、更高效的方向發(fā)展，為基層單位檢驗工作提供了更多選擇，規(guī)范快速檢測技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、研發(fā)便攜快速檢測設(shè)備、實現(xiàn)多項目綜合分析檢驗是未來快速檢測技術(shù)的發(fā)展方向。

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