小麥與面粉中水分的測定方法

豆康寧

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小麥與面粉中水分的測定方法

豆康寧

漯河醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校河南漯河462002

水分是小麥與面粉的重要物理指標之一，在加工、儲藏、收購、食用等方面具有重要的作用。本文對小麥與面粉中水分測定所常用及可借鑒利用的測定方法進行了綜述，主要介紹和比較了電烘箱法、真空干燥法、遠紅外加熱干燥法、微波干燥法、近紅外線光譜測定法、電阻法、電容法、核磁共振法、卡爾費林法、聲學(xué)法、摩擦阻力法、蒸餾法這些檢測方法的原理及特點。

小麥面粉水分測定

水分是小麥與面粉的重要物理指標之一，研究水分的檢測方法可以保證生產(chǎn)的食品質(zhì)量，可以評價食品的品質(zhì)，指導(dǎo)工藝質(zhì)量控制，這對評價小麥的加工、儲藏、收購等工作具有重要意義。本文綜述了小麥與面粉中水分的測定方法，并做一總結(jié)，為面粉工業(yè)質(zhì)量控制提供參考。

1）電烘箱法

電烘箱法又名電烘箱恒重法，電烘箱法又分為：低溫恒重法（即105℃恒重法）、高溫定時法。其原理主要是采用電熱烘烤使樣品中的水分揮發(fā)，達到恒重時計算水分的含量。低溫恒重法采用稍高于水的沸點溫度烘干，其他物質(zhì)丟失非常微小，測定結(jié)果較準確，故稱為標準法，但該法需較長的時間，手續(xù)麻煩。高溫定時法采用的溫度和時間是與標準方法校準出來的，在此溫度和時間下，留在樣品中水分的重量基本上與樣品中其他物質(zhì)的損失重量相等。因此，在測定時要嚴格控制烘干的溫度和時間，否則測定結(jié)果就會失去準確性。

2）真空干燥法

真空干燥法是利用真空干燥箱代替普通電熱干燥箱，比較適合高水分樣品的水分測定。其方法原理是，樣品在真空條件下，水分揮發(fā)迅速，使樣品干燥到恒重，最后計算樣品中的水分。該法測定時間比普通電烘箱法要短，不會使樣品中其他成分發(fā)生分解而產(chǎn)生非水分物質(zhì)的損耗，結(jié)果準確。真空干燥法除適合高水分樣品的水分測定外，還可用于在高溫下易分解或易揮發(fā)樣品的水分檢測。

3）遠紅外加熱干燥法

遠紅外加熱干燥法，其原理是利用許多物質(zhì)易于吸收遠紅外線的特點，通過遠紅外輻射器熱能轉(zhuǎn)變?yōu)榧t外輻射能，當(dāng)遠紅外線與被加熱物質(zhì)的基本質(zhì)點的固有運動頻率相匹配時，就會很好地吸收輻射能并產(chǎn)生強烈的共振，物質(zhì)迅速升溫，使物體達到快速均勻加熱干燥的目的，水分計算仍然應(yīng)用恒重法。實踐證明，遠紅外加熱與一般近紅外加熱相比，可節(jié)約能耗50%左右，減少約一半加熱時間，因此，遠紅外加熱干燥法的效率明顯較高。

4）微波干燥法

微波加熱干燥原理是，樣品內(nèi)部的水分吸收微波，溫度上升水分蒸發(fā)，從而測定樣品中水分含量。在微波干燥過程中，被干燥物料的升溫和蒸發(fā)是在整個物料中進行的。微波干燥中的溫度梯度、傳熱和蒸汽壓力遷移方向是一致的，都由物料內(nèi)部向著外層的方向，這就使得微波干燥具有由內(nèi)向外的干燥特性，對物料整體而言，將是物料內(nèi)層首先干燥，這就避免了常規(guī)干燥中因物料外層首先干燥而形成硬殼，從而阻礙內(nèi)部水分向外遷移的缺陷。因此，微波加熱干燥法大大改善了干燥過程中水分的遷移條件，加快了干燥速度，從而提高水分測定的速度。

5）近紅外線光譜測定法

近紅外線反射光譜是在1964年應(yīng)用于糧食水分測定的。由于不同的分子對不同波長的近紅外光具有不同特征的吸收，當(dāng)用近紅外光（波長為1980 nm左右）照射樣品時，漫反射光的強度與樣品的成分含量有關(guān)，服從朗伯—比爾定律，據(jù)此可以測定小麥和面粉中的水分含量。該方法測量快速、簡單，無需對小麥進行烘干，只需在儀器前流動即可檢測。其缺點是，該法僅屬于表面測量技術(shù)，很難反映整個物料的體積水分（內(nèi)部水分），測量精度受小麥籽粒的大小、形狀和密度影響。

6）電阻法

小麥與面粉是有機物質(zhì)，導(dǎo)電能力都很低，而水分對小麥與面粉的導(dǎo)電性及電阻的影響卻較大，這一特性可用來測定小麥與面粉的含水量。在一定范圍內(nèi)，小麥與面粉中的水分與電阻的對數(shù)呈線性關(guān)系。當(dāng)含水量增加時，電阻減小，這就是電阻法的測量原理。電阻法測定速度很快，其缺陷是，糧食及其加工品水分較高（大于20%）或較低（小于10%）時，其測量精度和可靠性就不太理想，另外，糧食及其加工品的品種較多，其電解質(zhì)含量、充填密度、厚度、溫度等因素對測量結(jié)果也有一定的影響。因此，在實際生產(chǎn)中必須采取一定的措施來消除這些不利影響，才有可能滿足糧食及其加工品在收購、生產(chǎn)過程對水分的精度要求。

7）電容法

任何物質(zhì)都有一定的介電常數(shù)，糧食中水的介電常數(shù)很大，而淀粉的介電常數(shù)較小，小麥與面粉的水分含量常在10%～20%之間變化。水分越高，介電常數(shù)越大，電容值越高。電容式糧食水分測定儀就是通過測定小麥與面粉樣品中水分變化相對應(yīng)的電容的變化來測定水分的。電容式糧食水分測定儀的優(yōu)點是：樣品無需粉碎，操作簡單，方便快捷；準確度高，實用性強；可以有效的節(jié)省時間，提高效益；體積小，易攜帶，價格便宜，適用于糧食收購、流通、加工等各個環(huán)節(jié)。其缺點是：同一種糧食不同品種測量誤差大，如將品種設(shè)定得更細一些，將大大提高其準確度。例如將小麥按照品種分為硬麥、軟麥、紅麥、白麥、清理的出癟麥、著水麥等樣品，針對各類別的樣品分別找出校對值，并調(diào)整到儀器上，這將會比籠統(tǒng)地測定更精準。

8）核磁共振法

核磁共振主要是由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。小麥與面粉所受交變磁場的頻率與水分子中的氫原子核的拉莫爾頻率相同時，全部氫原子核產(chǎn)生一合成磁矩，從而在線圈中產(chǎn)生一交變電流，該電流與水分成正比，據(jù)此可測出小麥與面粉中的水分含量。該法檢測迅速、精度高、測量范圍寬，可區(qū)分自由水和結(jié)合水。其不足之處是儀器昂貴，保養(yǎng)費用大，需精確標定。代表儀器為核磁共振水分測試儀，測量精度≤0.5%，測水范圍為0.05%～100%，主要影響因素為物料流量、堆密度和溫度，可進行在線測量。

9）卡爾費林法

卡爾費林法原理是，在甲醇和吡啶存在的情況下，水與碘、亞硫酸發(fā)生定量化學(xué)反應(yīng)，根據(jù)碘的消耗量測出水分含量?？栙M林法主要用于微量水分測量，檢測精度很高，但試劑的成本也很昂貴，儀器安裝麻煩，電路復(fù)雜?？栙M林水分測定儀器測量精度為±0.015%，測水分含量范圍為10%～100%，主要影響因素為試劑測量誤差，卡爾費林法不能進行在線生產(chǎn)測量。

10）聲學(xué)法

糧食籽粒的彈性和振動特性取決于糧食水分，不同水分的糧食在流動過程中碰撞物體表面時所產(chǎn)生的聲壓不同，據(jù)此可以測定出糧食中水分的含量。陳冠男研究了聲學(xué)法倉儲糧食溫度檢測關(guān)鍵技術(shù)，研究建立了糧食中實測聲速與糧溫等參數(shù)之間的函數(shù)模型，具有較好的測定效果。聲學(xué)法測量重復(fù)性好，方便快捷，其缺點是，噪聲信號的屏蔽是一個難題。聲學(xué)法的代表儀器為聲學(xué)法水分測試儀，該儀器測量精度≤0.25%，測量時間為0.007 s，主要影響因素為噪聲、籽粒大小與形狀。目前聲學(xué)法在小麥或面粉倉儲中測定水分含量應(yīng)用較廣泛。

11）摩擦阻力法

阻礙物體相對運動（或相對運動趨勢）的力叫做摩擦力。摩擦力的方向與物體相對運動（或相對運動趨勢）的方向相反。一個物體在另一個物體表面發(fā)生滑動時，接觸面間產(chǎn)生阻礙它們相對運動的摩擦，稱為滑動摩擦。滑動摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度的大小和壓力大小有關(guān)。壓力越大，物體接觸面越粗糙，產(chǎn)生的滑動摩擦力就越大。糧食的動態(tài)摩擦阻力與含水率成線性關(guān)系，含水率高，摩擦阻力大，據(jù)此可以測量糧食的水分含量。根據(jù)該原理開發(fā)的水分測定儀，干擾因素少，干擾強度低微，傳感技術(shù)穩(wěn)定、可靠，標定方便，調(diào)整靈活，壽命長，價格低，便于實現(xiàn)自動控制。

12）蒸餾法

蒸餾法的原理是，把不溶于水的有機溶劑和樣品放入蒸餾式水分測定裝置中加熱，試樣中的水分與溶劑蒸汽一起蒸發(fā)，把這樣的蒸汽在冷凝管中冷凝，由水分的容量而得到樣品的水分含量。蒸餾法的優(yōu)點是：熱交換充分，受熱后發(fā)生化學(xué)反應(yīng)比重量法少，設(shè)備簡單，管理方便；缺點是：水與有機溶劑易發(fā)生乳化現(xiàn)象，樣品中水分可能完全沒有揮發(fā)出來，水分有時附在冷凝管壁上，造成讀數(shù)誤差。

對于電烘箱法、真空干燥法、遠紅外加熱干燥法、微波干燥法、近紅外線光譜測定法、電阻法、電容法、核磁共振法、卡爾費林法、聲學(xué)法、摩擦阻力法、蒸餾法這十二種水分檢測方法，小麥與面粉最常用的檢測方法是電烘箱法和近紅外線光譜測定法，其它方法盡管都有一定的研究和應(yīng)用，但是在市場上推廣應(yīng)用的較少，這主要在準確度、成本、便捷性等方面還不成熟。隨著各種技術(shù)的深入研究和推廣，各種水分檢測方法將會實現(xiàn)儀器化，這對小麥及面粉在不同場合下水分的檢測起到推動作用。

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TS 211.7

C

1674-5280（2016）01-0030-03

河南省高等學(xué)校重點科研項目計劃（15B550005）

2015-06-05

豆康寧（1981—），男，甘肅人，講師，碩士研究生，研究方向：糧油加工技術(shù)。