微波馬弗爐應(yīng)用于小麥粉灰分含量的測(cè)定

□ 李永發(fā) 李 旭 李鳳旭

（1.天津市食品安全檢測(cè)技術(shù)研究院，天津 300171；2.中國(guó)天津糧油批發(fā)交易市場(chǎng)，天津 300171）

糧油類(lèi)食品的灰分含量是一項(xiàng)重要的糧油質(zhì)量檢測(cè)指標(biāo)，灰分含量和糧油類(lèi)食品的雜質(zhì)含量、加工精度、產(chǎn)品等級(jí)等指標(biāo)相關(guān)［1］。目前，糧油類(lèi)食品中灰分含量的檢測(cè)方法主要是傳統(tǒng)重量法（《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中灰分的測(cè)定》（GB5009.4-2016）中的方法）。傳統(tǒng)重量法作為測(cè)定糧油類(lèi)食品灰分含量的經(jīng)典方法，所需使用的儀器設(shè)備價(jià)格較低、操作簡(jiǎn)單，被廣泛采用。但是傳統(tǒng)重量法實(shí)驗(yàn)步驟需使用不同設(shè)備分別進(jìn)行炭化、灰化或者干燥、炭化、灰化［2］，操作較繁瑣，且傳統(tǒng)重量法炭化、灰化等步驟使用不同的儀器設(shè)備（樣品干燥過(guò)程需使用水浴鍋，樣品炭化操作使用電爐或電熱板，樣品灰化步驟使用馬弗爐），實(shí)驗(yàn)過(guò)程需將溫度較高的坩堝從電爐或者電熱板轉(zhuǎn)移至馬弗爐內(nèi)，容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)移時(shí)掉落等問(wèn)題，還存在檢測(cè)過(guò)程耗時(shí)較長(zhǎng)、能耗較大等缺點(diǎn)。而微波馬弗爐采用微波輻射能量對(duì)石英腔體內(nèi)的碳化硅單元進(jìn)行加熱，使碳化硅單元本體發(fā)熱作為熱源，進(jìn)而使腔體內(nèi)環(huán)境快速到達(dá)設(shè)定溫度，并通過(guò)排煙通風(fēng)系統(tǒng)，將炭化過(guò)程所產(chǎn)生的煙氣和灰化過(guò)程所溢出的高溫氣體及時(shí)排出，并能按照程序設(shè)定的一段或者多段工作時(shí)間和目標(biāo)溫度進(jìn)行升溫降溫程序控制，在一個(gè)連續(xù)的流程中，完成干燥、炭化、灰化三個(gè)步驟，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了操作時(shí)間。在微波脫水干燥階段，通過(guò)微波加熱技術(shù)，完成低溫條件下的物料快速脫水，避免了傳統(tǒng)干燥條件下，冗長(zhǎng)時(shí)間和高溫造成成分升華和漂移。微波熱解炭化階段，失水干燥的物料干分，繼續(xù)受熱發(fā)生熱解反應(yīng)，有機(jī)物炭化，通過(guò)設(shè)定低于燃點(diǎn)的熱解溫度，確保試驗(yàn)樣品不發(fā)生燃燒，減少燃燒導(dǎo)致的揮發(fā)損失，炭化時(shí)產(chǎn)生的煙氣直接被排風(fēng)系統(tǒng)排入通風(fēng)櫥或者廢棄排風(fēng)系統(tǒng)。在微波灰化階段，升溫至灰化溫度，炭化物氧化分解，直至全部灰化。另外，微波灰化爐也可以對(duì)包括小麥粉在內(nèi)的部分樣品進(jìn)行直接高溫灰化，無(wú)需分階段的炭化、灰化步驟，提高灰化效率，節(jié)省灰化時(shí)間。本文分別采用了普通馬弗爐和微波馬弗爐測(cè)定同一份小麥粉樣品中的灰分含量，并記錄從炭化過(guò)程開(kāi)始到灰化過(guò)程結(jié)束所需的總時(shí)間，對(duì)炭化灰化過(guò)程總時(shí)間和灰分含量測(cè)定結(jié)果進(jìn)行比較分析。

一、材料與方法

（一）材料

小麥粉，特制一等，市場(chǎng)采購(gòu)，使用前充分混勻，以保證樣品在多次稱(chēng)樣、取樣時(shí)的樣品均一性。

（二）儀器與設(shè)備

PHOENIX微波馬弗爐（美國(guó)CEM公司，使用碳化硅微波加熱單元）；Nabertherm P300馬弗爐（德國(guó)Nabertherm公司，使用石英管加熱單元）；Perten 3100旋風(fēng)磨（瑞典Perten儀器公司）；AB204-S分析天平（感量0.1mg，瑞士METTLER TOLEDO公司）；加熱板（天津市中環(huán)實(shí)驗(yàn)電路有限公司）；瓷坩堝（上口直徑5cm、底部直徑2.5cm、高度4.5cm，沸騰稀鹽酸洗滌后900℃灼燒30min）；干燥器（內(nèi)有干燥劑（變色硅膠））。

（三）實(shí)驗(yàn)方法

1.使用國(guó)標(biāo)方法檢測(cè)小麥粉樣品灰分含量

按《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中灰分的測(cè)定》（GB5009.4-2016）中第一法的步驟，取已編號(hào)的瓷坩堝，稱(chēng)重，在瓷坩堝中稱(chēng)取小麥粉樣品約3g，放在加熱板上炭化，炭化結(jié)束后移入已升溫至550℃的常規(guī)馬弗爐中進(jìn)行灰化，灼燒4h，取出冷卻至200℃左右，放到電熱板上冷卻，至溫度低于80℃左右，向瓷坩堝含有炭粒的灰化物上滴一滴或者數(shù)滴水，使灰化物被水濕潤(rùn)，用電熱板加熱蒸干，再放入常規(guī)馬弗爐中在550℃溫度下進(jìn)行炭化，炭化完全后，取出，冷卻至200℃，放入干燥器中繼續(xù)冷卻，記錄炭化、灰化總時(shí)間，干燥器內(nèi)冷卻后稱(chēng)重，計(jì)算灰分含量［2］。

2.使用常規(guī)馬弗爐在灰化溫度935℃條件下檢測(cè)小麥粉樣品灰分含量

取已編號(hào)的瓷坩堝，稱(chēng)重，在瓷坩堝中稱(chēng)取小麥粉樣品約3g，放到加熱板上炭化（炭化過(guò)程需避免樣品發(fā)生燃燒），炭化結(jié)束后移入常規(guī)馬弗爐（使用和“方法一”實(shí)驗(yàn)中同一常規(guī)馬弗爐），設(shè)置常規(guī)馬弗爐直接升溫至935℃進(jìn)行灼燒灰化，灰化結(jié)束后，記錄炭化、灰化總時(shí)間，取出冷卻至200℃左右，放入干燥器中繼續(xù)冷卻，干燥器內(nèi)冷卻后稱(chēng)重，計(jì)算灰分含量［3-8］。

3.使用微波馬弗爐在灰化溫度935℃條件下檢測(cè)小麥粉樣品灰分含量

取已編號(hào)的瓷坩堝，稱(chēng)重，在瓷坩堝中稱(chēng)樣品約3g，放入微波馬弗爐中，加載并啟動(dòng)升溫程序［9］。升溫程序設(shè)置為從常溫直接升溫至935℃，適時(shí)打開(kāi)爐腔觀察灰化情況，觀察至無(wú)炭粒時(shí)，認(rèn)為灰化完成，記錄炭化、灰化總時(shí)間（樣品放入微波馬弗爐啟動(dòng)升溫程序記為炭化過(guò)程開(kāi)始，觀察瓷坩堝內(nèi)無(wú)炭粒記為灰化結(jié)束），干燥器內(nèi)冷卻后稱(chēng)重，計(jì)算灰分含量。

二、結(jié)果與討論

在同一時(shí)間使用三種不同實(shí)驗(yàn)方法（方法一（國(guó)標(biāo)方法，電熱板炭化，馬弗爐550℃灰化）、方法二（電熱板炭化，馬弗爐935℃灰化）、方法三（微波馬弗爐，直接升溫至935℃灰化））測(cè)定同一份小麥粉樣品的灰分含量，每種方法分別平行測(cè)定7次，共進(jìn)行21次實(shí)驗(yàn)，記錄每個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中炭化、灰化步驟所需的總時(shí)間和灰分含量數(shù)值，再對(duì)實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果做比較和統(tǒng)計(jì)分析。其中三種不同實(shí)驗(yàn)方法所對(duì)應(yīng)的每次實(shí)驗(yàn)測(cè)得的灰分含量結(jié)果數(shù)值、每種方法所得灰分含量結(jié)果算數(shù)平均值及其標(biāo)準(zhǔn)差和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中炭化、灰化所需總時(shí)間及其算數(shù)平均值數(shù)據(jù)如表1所示，并分別對(duì)方法二和方法一（國(guó)標(biāo)方法）、方法三和方法一所測(cè)小麥粉樣品灰分含量結(jié)果數(shù)值（使用SPSS做正態(tài)性檢驗(yàn)和方差齊性檢驗(yàn)，每種方法測(cè)得灰分含量結(jié)果數(shù)值符合近似正態(tài)分布，且三組數(shù)據(jù)間符合方差齊性）的差異性進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果如表2所示，分別對(duì)方法二和方法一、方法三和方法一實(shí)驗(yàn)過(guò)程炭化、灰化總時(shí)間（每種方法7次實(shí)驗(yàn)過(guò)程炭化、灰化總時(shí)間結(jié)果數(shù)值符合近似正態(tài)分布，且三組數(shù)據(jù)間符合方差齊性）的差異性進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表1 三種實(shí)驗(yàn)方法炭化、灰化總時(shí)間和測(cè)得灰分含量結(jié)果

表2 不同實(shí)驗(yàn)方法測(cè)得灰分含量結(jié)果的配對(duì)樣本t檢驗(yàn)

表3 不同實(shí)驗(yàn)方法所需炭化、灰化總時(shí)間的配對(duì)樣本t檢驗(yàn)

由表1可知，三種方法測(cè)得的小麥粉灰分含量結(jié)果的算術(shù)平均值均為0.34g/100g（按照《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中灰分的測(cè)定》（GB5009.4-2016）方法要求，保留兩位有效數(shù)字），灰分含量結(jié)果相同，每種方法7次實(shí)驗(yàn)測(cè)得小麥粉灰分含量數(shù)字的標(biāo)準(zhǔn)差均接近0.01，說(shuō)明三種方法測(cè)得小麥粉灰分含量結(jié)果精密度一致。其中使用方法一（國(guó)標(biāo)方法步驟檢測(cè)小麥粉樣品灰分含量）進(jìn)行的7次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每次炭化、灰化所需總時(shí)間的算數(shù)平均值為5.6小時(shí)。使用方法二（馬弗爐在灰化溫度935℃條件下檢測(cè)小麥粉樣品灰分含量）進(jìn)行的7次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每次炭化、灰化所需總時(shí)間的算數(shù)平均值為1.6小時(shí)。使用方法三（微波馬弗爐在灰化溫度935℃條件下檢測(cè)小麥粉樣品灰分含量）進(jìn)行的7次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中每次炭化、灰化所需總時(shí)間的算數(shù)平均值為2.2小時(shí)。三種方法實(shí)驗(yàn)過(guò)程中炭化、灰化所需總時(shí)間有較大差異，方法二和方法一實(shí)驗(yàn)過(guò)程炭化、灰化所需總時(shí)間較少。對(duì)表1中的三種實(shí)驗(yàn)方法灰分含量結(jié)果數(shù)值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，由表2中的配對(duì)樣本t檢驗(yàn)分析結(jié)果可知，采用方法二和方法三測(cè)得的灰分含量結(jié)果和方法一測(cè)得的灰分含量結(jié)果平均值經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析無(wú)顯著性差異（P＞0.05），所以，認(rèn)為使用方法二、方法三測(cè)定小麥粉樣品灰分含量和國(guó)標(biāo)方法測(cè)得結(jié)果具有一致性，有使用價(jià)值。對(duì)表1中的三種實(shí)驗(yàn)方法實(shí)驗(yàn)過(guò)程炭化、灰化所需總時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，由表3中的配對(duì)樣本t檢驗(yàn)分析結(jié)果可知，方法二和方法一、方法三和方法一檢測(cè)小麥粉樣品灰分含量實(shí)驗(yàn)過(guò)程中炭化、灰化所需要的總時(shí)間經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析存在顯著性差異（P＜0.05，接近于0），結(jié)合平均值的比較，認(rèn)為方法二、方法三炭化、灰化所需要的總時(shí)間均明顯少于方法一對(duì)應(yīng)步驟所需的總時(shí)間，具有時(shí)間效率優(yōu)勢(shì)。使用方法三還可以省去在電熱板上進(jìn)行炭化操作和轉(zhuǎn)移坩堝等操作步驟，可見(jiàn)方法三的優(yōu)勢(shì)性明顯。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上，本文認(rèn)為微波馬弗爐適用于小麥粉灰分含量的測(cè)定，且使用微波馬弗爐在灰化溫度935℃條件下檢測(cè)小麥粉樣品灰分含量的方法具有作為小麥粉灰分含量快速檢測(cè)方法和應(yīng)用方面的實(shí)際價(jià)值。