糧食水分檢測(cè)技術(shù)分析

吳偉民 戰(zhàn)雙城

摘 要：闡述國(guó)內(nèi)現(xiàn)有的各種糧食水分的測(cè)量方法、原理及其測(cè)量特性，對(duì)常用的糧食水分測(cè)量?jī)x器及其主要性能指標(biāo)進(jìn)行了分析，并對(duì)測(cè)試誤差進(jìn)行了分析探討，為從事糧食水分研究和相關(guān)人員提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：糧食水分檢測(cè)；分析；檢測(cè)方法

1 糧食水分無(wú)損檢測(cè)法

1.1 紅外線加熱法、微波加熱法、介電損失角法和復(fù)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(zhì)中產(chǎn)生的一切損耗稱為介質(zhì)損耗或介質(zhì)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(xiàn)分段線性關(guān)系。此方法測(cè)量精度較高，較為適合測(cè)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(zhǎng)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(cè)量樣品吸收微波，并將其轉(zhuǎn)換成熱能，使自身整體同時(shí)升溫的加熱方式，而完全區(qū)別于其他常規(guī)加熱方式。此方法具有加熱速度快、熱量損失小等特點(diǎn)。

1.1.3 復(fù)阻抗分離電容法

復(fù)阻抗分離電容法通過(guò)復(fù)阻抗分離電路的設(shè)計(jì)，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(jì)具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈敏度高、操作簡(jiǎn)便，應(yīng)用比較普遍。原理主要是根據(jù)糧食的水分不同時(shí)會(huì)引起傳感器電容量的變化，將電容量的變化量轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，通過(guò)測(cè)量?jī)x表將其轉(zhuǎn)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(fā)射的紅外線向糧食樣品提供熱量的一種干燥方法。通過(guò)測(cè)量干燥前后樣品的質(zhì)量，來(lái)計(jì)算其含水量。紅外線加溫干燥具有升溫快、熱效應(yīng)高的優(yōu)點(diǎn)，但照射有盲點(diǎn)，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(zhì)，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(shí)間，通過(guò)測(cè)量烘干過(guò)程中糧食的電容值，即可測(cè)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(fā)出來(lái)，在140℃的溫度下，產(chǎn)生的蒸汽壓高于空氣在干燥箱中氣壓，測(cè)量糧食樣品前后的質(zhì)量差，即為其含水的量。

1.3 高頻阻抗法、摩擦阻力法和聲學(xué)法

1.3.1 摩擦阻力法

依據(jù)糧食內(nèi)部的蛋白質(zhì)和水分含量比率差別，糧食樣品內(nèi)部蛋白質(zhì)分子與水分子間的摩擦阻力與含水率呈現(xiàn)出，含水率高，摩擦阻力大的線性關(guān)系。通過(guò)與對(duì)照表系數(shù)比較，即可計(jì)算出測(cè)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(duì)待測(cè)糧食樣品電極擾動(dòng)，根據(jù)電極的模擬電路，計(jì)算待測(cè)糧食樣品的電極反應(yīng)參數(shù)。將虛數(shù)、實(shí)數(shù)阻抗作曲線圖，隨曲線變化規(guī)律計(jì)算測(cè)量糧食樣品中的水分含量。主要影響因素為溫度、品種、緊實(shí)度與電極間距。

1.3.3 聲學(xué)法

1986年，Harrenstein和Brusewitz研究了流動(dòng)谷物碰撞噪聲的測(cè)量方法。實(shí)驗(yàn)表明：此方法為對(duì)待測(cè)糧食樣品施以固定聲壓，使糧食樣品產(chǎn)生振動(dòng)，通過(guò)測(cè)量其振動(dòng)頻率的反射聲壓，來(lái)測(cè)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(yùn)動(dòng)引起的。不同的原子核，自旋運(yùn)動(dòng)的情況不同，它們可以用核的自旋量子數(shù)I來(lái)表示。在外磁場(chǎng)的作用下，IH傾向于與外磁場(chǎng)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(cè)試樣品中所含的核子數(shù)目成比例。該法檢測(cè)迅速、精度高、測(cè)量范圍寬，可區(qū)分自由水和結(jié)合水；但此測(cè)量方法的儀器昂貴，保養(yǎng)費(fèi)用大，需精確標(biāo)定。

2 糧食水分有損檢測(cè)法

2.1 烘箱法

2.1.1 定溫定時(shí)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(nèi)稱取定量經(jīng)過(guò)粉碎的樣品，待烘箱溫度升至135～145℃時(shí)，將樣品放入烘箱內(nèi)，在5min內(nèi)將烘箱溫度調(diào)到130±2℃，開(kāi)始計(jì)時(shí)，烘箱內(nèi)烘干一定時(shí)間后，取出樣品冷卻稱重，烘干前后的質(zhì)量差即為水分含量。

2.1.2 恒重法

此方法主要用于測(cè)量高水分糧食樣品。由于此方法在測(cè)量高水分樣品時(shí)需要進(jìn)行兩次烘干，再通過(guò)磨輥粉碎待測(cè)樣品，由于兩次以上的烘干和粉碎，易造成水分嚴(yán)重?fù)p失。在粉碎樣品時(shí)施以（105°±2℃）左右溫度，即可在粉碎過(guò)程中將糧食測(cè)樣中的水分蒸發(fā)掉，后再次測(cè)量樣品質(zhì)量，即可計(jì)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(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)合象限秤，對(duì)糧食樣品進(jìn)行定溫加熱烘干，在加溫的同時(shí)即可測(cè)量出樣品質(zhì)量，進(jìn)而讀出水分含量數(shù)據(jù)。該方法特點(diǎn)為熱能分布均勻，數(shù)據(jù)讀取速度快，操作簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。

2.1.4 雙烘法

此方法通常用于高水分玉米的測(cè)量。顧名思義該方法為兩次加熱蒸發(fā)糧食樣品中的水分，通過(guò)兩次測(cè)量糧食樣品的質(zhì)量，計(jì)算出樣品中水分的含量。對(duì)玉米規(guī)定一般單位測(cè)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(jìn)行干燥的方法，采用真空技術(shù)、定量測(cè)定技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技術(shù)來(lái)測(cè)定水分。利用低壓下水的沸點(diǎn)降低的原理，將取樣后的稱量皿置于真空烘箱內(nèi)，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(zhì)量即為水分含量。此方法的特點(diǎn)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(cè)量時(shí)間。用快速失重法測(cè)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(fā)，同時(shí)測(cè)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(cè)量時(shí)間。它可以測(cè)量一切粉體物料，但目前糧食行業(yè)主要用此方法來(lái)測(cè)量玉米的水分。

2.2.3 直流電阻法

利用電流流過(guò)不同導(dǎo)體產(chǎn)生所產(chǎn)生的電阻不同的原理，對(duì)待測(cè)糧食樣品施加定量電壓使電流通過(guò)，并根據(jù)糧食樣品水分含量不同，分別測(cè)量?jī)啥穗娮?。根?jù)待測(cè)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(jì)算出其含水量。