兩種常見糧食水分快速檢測設(shè)備的使用優(yōu)化方法探討

摘 要：水分含量是影響糧食儲存、加工及品質(zhì)的關(guān)鍵指標(biāo)。電容式糧食水分檢測儀和近紅外谷物分析儀作為快速檢測設(shè)備，廣泛應(yīng)用于糧食收購、入庫等環(huán)節(jié)的水分檢測工作中，具有快速、高效、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，但其準(zhǔn)確度受使用條件影響顯著。本文通過研究實(shí)驗(yàn)次數(shù)、糧食溫度、開機(jī)預(yù)熱時間等因素對檢測結(jié)果的影響，以確定最佳檢測條件。結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)次數(shù)為5次、糧食溫度在20～25 ℃、設(shè)備預(yù)熱20 min條件下的檢測結(jié)果準(zhǔn)確率高，有效降低了環(huán)境和人為因素的干擾。相關(guān)研究結(jié)果可為兩種儀器的規(guī)范化使用提供理論依據(jù)，對提升糧食水分檢測效率和保障糧食安全具有重要意義。

關(guān)鍵詞：糧食；水分；電容式水分檢測儀；近紅外谷物分析儀

Abstract： Grain moisture content is a key index affecting storage， processing and quality. Capacitive grain moisture detector and near-infrared grain analyzer， as rapid detection equipment， are widely used in grain acquisition， storage and other aspects of moisture detection work， with the advantages of fast， efficient， simple operation， but their accuracy is significantly affected by the use of conditions. In this paper， the influence of experiment times， grain temperature， boot preheating time and other factors on the detection results was studied to determine the best detection conditions. The results show that the accuracy of detection results is high when the grain temperature is 20 ℃ to 25 ℃ and the equipment is preheated for 20 min， and the interference of environment and human factors is effectively reduced. The relevant research results can provide theoretical basis for the standardized use of the two instruments， and have important significance for improving the efficiency of grain moisture detection and ensuring food security.

糧食水分含量檢測在保障儲備糧食安全、防止糧食損失等方面有重要意義，合理的水分含量是確保糧食儲存安全的關(guān)鍵，超過安全儲存水分含量的糧食容易霉變，產(chǎn)生有害物質(zhì)，影響糧食安全，過低的水分含量又會導(dǎo)致糧食容易破損，降低糧食質(zhì)量。目前，常用的糧食水分檢測方法可以分為直接干燥法和間接法。直接干燥法在101～105 ℃條件下采用揮發(fā)方法測定樣品中干燥損失的重量，計算樣品中的含水量，該方法為糧食水分檢測的國家標(biāo)準(zhǔn)方法，需要用到恒溫干燥箱、天平等實(shí)驗(yàn)儀器，適用于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)開展檢測[1]。間接法主要包括電容法、電阻法、近紅外法、中子法、微波法、核磁共振法、水浸懸浮法和聲學(xué)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，從而間接檢測水分含量。其中，電容式水分檢測儀具有便攜、操作簡單、無損檢驗(yàn)等優(yōu)點(diǎn)，常用于糧食的收購、糧情檢查等現(xiàn)場快速檢驗(yàn)。不同的糧食品種、糧食溫度以及下料速度都會對結(jié)果準(zhǔn)確性有一定影響[2-3]。近紅外光譜（波長在780～2 526 nm）可用于分析糧食樣品中的含氫官能團(tuán)（如水分）。這些官能團(tuán)吸收近紅外光并導(dǎo)致能量遷移，通過光譜分析可測定樣品的含水量及其他成分[4]。近紅外谷物分析儀作為一種綜合性檢測糧食品質(zhì)的分析儀器，具有精確度高、無損檢驗(yàn)、樣品處理簡單等優(yōu)點(diǎn)，常用于準(zhǔn)確度要求較高的糧食水分檢測以及糧食質(zhì)量綜合分析檢測。開機(jī)預(yù)熱時間、面粉的粗細(xì)度、糧食含水量等因素都會對檢測結(jié)果產(chǎn)生一定的影響[5-6]。此外，這兩種常見的糧食水分快速檢測方法還受環(huán)境、操作方法等因素的影響。為提高結(jié)果準(zhǔn)確度，本文對糧食常見品種玉米進(jìn)行水分檢測，使用上述兩種常見快速檢測儀器與《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測定》（GB 5009.3—2016）中直接干燥法進(jìn)行比對，分析儀器開機(jī)預(yù)熱時間、糧食溫度、試驗(yàn)次數(shù)等條件對結(jié)果準(zhǔn)確度的影響，優(yōu)化檢驗(yàn)條件，提高檢測效率。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

玉米樣品于2024年收獲，顏色為黃色，產(chǎn)地為河北，經(jīng)過烘干處理，水分含量均勻。

1.2 儀器與設(shè)備

101-2AB電熱鼓風(fēng)恒溫干燥箱，天津市泰斯特儀器有限公司；MS204S萬分之一電子天平，梅特勒-托利多儀器有限公司；BLH-5700糧食水分磨，浙江伯利恒儀器設(shè)備有限公司；PM-8188電容式糧食水分測定儀，日本Kett公司；IM9500 Plus近紅外谷物分析儀，瑞典波通儀器公司；DH3600B電熱恒溫培養(yǎng)箱，天津市泰斯特儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品處理

將玉米樣品充分混勻，去除雜質(zhì)，并密封保存。

1.3.2 試驗(yàn)次數(shù)對結(jié)果準(zhǔn)確度的影響

多次試驗(yàn)求取平均值作為檢驗(yàn)結(jié)果可以有效規(guī)避誤差，使得測定結(jié)果更有代表性，但試驗(yàn)次數(shù)過多又會造成工作效率下降。近紅外谷物分析儀內(nèi)部設(shè)置10次試驗(yàn)平均值作為報告結(jié)果。對于試驗(yàn)次數(shù)的優(yōu)化主要針對電容式糧食水分檢測儀，使用電容式糧食水分檢測儀對玉米樣品進(jìn)行3、5、7、9次重復(fù)試驗(yàn)，求取平均值，與直接干燥法結(jié)果進(jìn)行比對，并分析試驗(yàn)次數(shù)對結(jié)果準(zhǔn)確度的影響。

1.3.3 糧食溫度對結(jié)果準(zhǔn)確度的影響

水分快速檢測儀的工作環(huán)境一般為糧食收購現(xiàn)場，不同季節(jié)糧食溫度差距較大。為研究溫度變化帶來的影響，設(shè)計以下試驗(yàn)。將密封樣品分別置于冰箱和不同溫度的電熱恒溫培養(yǎng)箱內(nèi)，將玉米樣品溫度控制為5、10、15、20、25、30 ℃和35 ℃，分別用電容式糧食水分檢測儀和近紅外谷物分析儀進(jìn)行分析檢測，檢測時間控制在5 min內(nèi)，將檢測結(jié)果與直接干燥法得到的測量值進(jìn)行比對，探討糧食溫度對兩種快速檢測儀器檢測結(jié)果的影響。

1.3.4 開機(jī)預(yù)熱時間對結(jié)果準(zhǔn)確度的影響

開機(jī)預(yù)熱可以使儀器達(dá)到穩(wěn)定的工作狀態(tài)，提高結(jié)果穩(wěn)定性，但是預(yù)熱時間過長又會降低工作效率。為確定合理的預(yù)熱時間，調(diào)整電容式糧食水分檢測儀和近紅外谷物分析儀開機(jī)預(yù)熱時間為0、10、20、30、40、50 min和60 min，對玉米樣品的水分含量進(jìn)行測定。通過與直接干燥法測得的水分含量結(jié)果進(jìn)行比對，研究開機(jī)預(yù)熱時間對檢測結(jié)果的影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)次數(shù)對結(jié)果準(zhǔn)確度的影響

使用GB 5009.3—2016中直接干燥法測定玉米樣品水分含量，測得水分含量為13.5%，試驗(yàn)次數(shù)對結(jié)果準(zhǔn)確度的影響見表1。試驗(yàn)次數(shù)為3次時，與直接干燥法的差值最大，試驗(yàn)次數(shù)在9次時，差值最小，試驗(yàn)次數(shù)在5次和7次時差值較為接近。試驗(yàn)次數(shù)為3次時標(biāo)準(zhǔn)偏差最大，表示測量值較為分散，試驗(yàn)次數(shù)為5、7、9次時標(biāo)準(zhǔn)偏差較小，都在可接受范圍，表明測量值較為集中，試驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性好，數(shù)據(jù)更有可靠性。結(jié)果表明，隨著試驗(yàn)次數(shù)的增加，可以有效控制誤差帶來的數(shù)據(jù)偏離，更接近期望真值，準(zhǔn)確度更好。但結(jié)合實(shí)際操作場景，電容式糧食水分檢測儀多應(yīng)用在糧食收購的現(xiàn)場環(huán)節(jié)，為提高工作效率，建議試驗(yàn)次數(shù)為5次，取得平均值作為檢測結(jié)果。

2.2 糧食溫度對結(jié)果準(zhǔn)確度的影響

電容式糧食水分檢測儀試驗(yàn)次數(shù)為5次，將平均值作為檢測結(jié)果，玉米樣品溫度對其水分含量的影響見圖1。電容式水分檢測儀在糧溫5、10、35 ℃時檢測結(jié)果偏差較大，在15、25、30 ℃時檢測結(jié)果偏差較小，在20 ℃時檢測結(jié)果偏差最小。結(jié)果表明，糧溫過高或過低都會影響結(jié)果的準(zhǔn)確性，如需要使用電容式糧食水分檢測儀測量糧溫過高或過低的玉米樣品時，應(yīng)先將樣品置于15～25 ℃的環(huán)境內(nèi)，平鋪避光放置一段時間再進(jìn)行測量，以降低溫度變化帶來的誤差。近紅外谷物分析儀在糧溫5、10、30、35 ℃時檢測結(jié)果偏差較大，在15、25 ℃時檢測結(jié)果偏差較小，在20 ℃時檢測結(jié)果偏差最小。結(jié)果表明，使用近紅外谷物分析儀測量玉米水分含量時，應(yīng)避免糧溫過低，可將樣品放置室內(nèi)恢復(fù)至室溫后一段時間再進(jìn)行檢測，以提高結(jié)果準(zhǔn)確性。

2.3 開機(jī)預(yù)熱時間對結(jié)果準(zhǔn)確度的影響

使用GB 5009.3—2016中直接干燥法測定玉米樣品水分含量，測得水分含量為13.5%。在室溫處在儀器要求的適宜溫度下，開機(jī)預(yù)熱時間對檢測結(jié)果的影響見表2。預(yù)熱時間超過20 min后，檢測結(jié)果基本穩(wěn)定。因此，使用電容式水分檢測儀和近紅外谷物分析儀測定玉米樣品水分含量時，應(yīng)開機(jī)預(yù)熱20 min。

3 討論

除本實(shí)驗(yàn)中探究的糧溫、實(shí)驗(yàn)次數(shù)、開機(jī)預(yù)熱時間這3個影響因素對檢測結(jié)果的影響外，為提高結(jié)果準(zhǔn)確性，還需要考慮以下條件。

3.1 儀器校驗(yàn)

校驗(yàn)是保證檢測結(jié)果準(zhǔn)確性的關(guān)鍵步驟，需要綜合考慮環(huán)境條件、樣品的種類、樣品狀態(tài)、儀器狀態(tài)的影響。電容式谷物水分檢測儀一般都在糧食收購、入庫現(xiàn)場使用，入庫季節(jié)多變，環(huán)境的溫濕度，粉塵情況都會導(dǎo)致檢測結(jié)果偏差較大。近紅外谷物分析儀的校驗(yàn)主要包括兩方面內(nèi)容，分別為儀器性能的校驗(yàn)和儀器檢測準(zhǔn)確度的校驗(yàn)，定期的校驗(yàn)可以提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，詳細(xì)記錄校驗(yàn)數(shù)據(jù)，包括環(huán)境條件、標(biāo)準(zhǔn)樣品信息、檢測結(jié)果以及誤差分析等，可以有效評估儀器性能，并及時發(fā)現(xiàn)和解決問題，為糧食水分檢測提供可靠的保障。

3.2 樣品處理

①樣品要具有代表性，樣品數(shù)量要滿足實(shí)驗(yàn)要求，充分混勻并去除雜質(zhì)，可以降低糧食水分不均勻?qū)е碌慕Y(jié)果偏差較大問題。②樣品水分含量應(yīng)在儀器檢測的線性范圍內(nèi)，過高或者過低的水分含量會造成檢測結(jié)果不準(zhǔn)確。③樣品應(yīng)處于密封避光的環(huán)境下進(jìn)行保存，減少水分流失。④樣品按照要求處理后，應(yīng)立即進(jìn)行水分檢測，確保檢測結(jié)果準(zhǔn)確。

3.3 人員培訓(xùn)

在檢測樣品時，人員操作不當(dāng)會對檢測結(jié)果產(chǎn)生影響，因此對人員進(jìn)行儀器操作培訓(xùn)十分必要，可以幫助檢驗(yàn)人員正確掌握儀器使用方法，減少人為誤差，保證檢驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確。同時，檢測人員還應(yīng)了解儀器的日常維護(hù)和校準(zhǔn)方法，保證設(shè)備長期穩(wěn)定運(yùn)行。培訓(xùn)還可以幫助檢驗(yàn)人員提高校驗(yàn)效率，避免操作不當(dāng)引起的儀器損耗，并解決常見問題，延長儀器使用壽命。

4 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)分析了試驗(yàn)次數(shù)、糧食溫度和開機(jī)預(yù)熱時間對電容式水分檢測儀測量結(jié)果的影響。測量次數(shù)為5次，玉米糧溫接近20 ℃，開機(jī)預(yù)熱時間在20 min以上時，檢測結(jié)果準(zhǔn)確性更高。此外，影響水分快速檢測結(jié)果準(zhǔn)確性的因素有很多，合理的實(shí)驗(yàn)條件可以提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，降低系統(tǒng)誤差，必要的人員培訓(xùn)可以減低人為誤差。在實(shí)際應(yīng)用過程中，可以結(jié)合實(shí)際環(huán)境條件，分析潛在影響因素，優(yōu)化檢驗(yàn)條件，合理安排檢驗(yàn)工作。

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基金項(xiàng)目：張家口市重點(diǎn)研發(fā)計劃農(nóng)業(yè)領(lǐng)域技術(shù)攻關(guān)專項(xiàng)“糧食水分、真菌毒素快速檢測設(shè)備使用優(yōu)化的研究”（2421016C）。

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(yàn)。