近紅外光譜法檢測(cè)小麥粉中水分、灰分含量的優(yōu)勢(shì)

郭思思

摘 要：近紅外光譜檢測(cè)手段是一種無(wú)損樣品、操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)快速的檢測(cè)手段，在成品檢測(cè)和在線檢測(cè)中都據(jù)有優(yōu)勢(shì)。水分、灰分是小麥粉重要的檢測(cè)指標(biāo)，它們會(huì)影響小麥粉的品質(zhì)，而生產(chǎn)線上每天都會(huì)生產(chǎn)大量產(chǎn)品，采用常規(guī)方法無(wú)法滿足實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的需求，而近紅外光譜儀可以很好的解決這一問題，快速對(duì)瞬時(shí)樣進(jìn)行檢測(cè)，及時(shí)了解小麥粉的變化。通過近紅外光譜法和常規(guī)檢測(cè)方法的比較表明，近紅外光譜檢測(cè)方法可以快速得出檢測(cè)結(jié)果，從而可以及時(shí)對(duì)生產(chǎn)進(jìn)行調(diào)整，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：近紅外光譜法;小麥粉;水分;灰分;優(yōu)勢(shì)

Abstract：Near infrared spectroscopy （NIRS） is a nondestructive， easy to operate and fast detection method for samples. It has an exclusive advantage in both finished product detection and online detection. Moisture， ash content of wheat flour is important to detect indicators， they influence the quality of wheat flour， and every day there are many different products on production line production at the same time， the conventional method cant satisfy real-time monitoring， and near infrared spectrometer can solve this， good fast to test the instantaneous sample， timely understanding of wheat flour production change. Through the comparison of the two， it can be shown that the near-infrared spectrum detection method can quickly obtain the detection results， so as to timely adjust the production， ensure the product quality and smooth production.

Key words：Near infrared spectroscopy; Wheat flour; Moisture; Ash content; Advantage

中圖分類號(hào)：TS211.7

小麥粉的色澤是評(píng)判面粉品質(zhì)的重要參數(shù)，而小麥粉的含水量高低對(duì)于小麥粉的白度存在一定影響，同時(shí)，水分含量較低會(huì)導(dǎo)致小麥粉出粉率下降。

小麥粉加工精度越高，灰分就越低，而灰分會(huì)影響小麥粉的品質(zhì)質(zhì)量和產(chǎn)品使用性能。因此，灰分也是我國(guó)面粉分等定級(jí)的主要指標(biāo)之一，也可作為面制品使用性能的主要參考依據(jù)之一[1]。

近紅外光譜技術(shù)是一項(xiàng)物理測(cè)試技術(shù)，此技術(shù)不僅操作簡(jiǎn)單、而且成本低，儀器占地面積小，只需一臺(tái)儀器即可完成幾項(xiàng)指標(biāo)的同時(shí)檢測(cè)。它是利用有機(jī)物中含有的各種含氫基團(tuán)的倍頻與合頻譜帶在近紅外光譜區(qū)的特征振動(dòng)吸收信息，從而快速測(cè)定樣品中多種化學(xué)成分的含量[2-4]?，F(xiàn)有的近紅外光譜儀可以用于水分、灰分、淀粉和蛋白質(zhì)等成分的檢測(cè)，且方法較為成熟。

1 小麥粉中水分檢測(cè)的意義及常規(guī)檢測(cè)方法

水分測(cè)定的意義：保證小麥粉的產(chǎn)品品質(zhì);在食品監(jiān)督管理中，評(píng)價(jià)食品的品質(zhì);在食品生產(chǎn)中，為計(jì)劃生產(chǎn)的物料平衡提供數(shù)據(jù)，指導(dǎo)工藝控制。

水分不僅是影響小麥粉儲(chǔ)藏性質(zhì)的一項(xiàng)重要指標(biāo)，也是面制品加工工藝和技術(shù)參數(shù)的數(shù)據(jù)支撐，與最終面制品的產(chǎn)品質(zhì)量息息相關(guān)。小麥粉的水分含量一般在13.5%～14%[5-6]。水分過高，小麥粉不耐儲(chǔ)藏易變質(zhì)，比較容易出現(xiàn)結(jié)塊成團(tuán)、吸濕發(fā)熱霉變等現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)酸敗變苦，特別是在高溫潮濕的環(huán)境下容易發(fā)生質(zhì)量問題;水分過低影響粉色和出粉率，影響企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。所以面粉中適當(dāng)?shù)暮坑欣诒ＷC面粉的質(zhì)量和提高出粉率。

小麥粉水分的常規(guī)檢測(cè)方法為GB 5009.3-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測(cè)定》第一法 直接干燥法，其實(shí)驗(yàn)步驟大致為，將稱量瓶置于105 ℃干燥箱中加熱1 h，取出置于干燥器內(nèi)冷卻0.5 h后稱量，并重復(fù)干燥稱量步驟，直至恒重，即前后兩次稱量質(zhì)量差不超過2 mg;再將精確稱量的2 個(gè)樣品置于稱量瓶中，置于105 ℃干燥箱中干燥2～4 h后，取出于干燥器中放置0.5 h后稱量，然后再放入105 ℃干燥箱中干燥1 h左右，取出再冷卻，并重復(fù)干燥稱量步驟，直至恒重[7]。

2 灰分的檢測(cè)的意義及常規(guī)檢測(cè)方法

食品的總灰分含量是控制食品成品或半成品質(zhì)量的重要依據(jù);可用于評(píng)定食品是否衛(wèi)生，是否存在摻假現(xiàn)象。如果小麥粉灰分含量超過了正常范圍，則小麥粉可能在加工過程中被小麥麩皮污染;如果原料中有雜質(zhì)或加工過程中混入了一些泥沙，則灰分測(cè)定結(jié)果也會(huì)超標(biāo)。。

對(duì)于麥粒的不同部位，灰分含量也有明顯差異，麥皮、麥胚的灰分含量（5%～10%）比較高，胚乳的灰分含量（0.3%～0.5%）很低。可通過測(cè)定小麥粉的灰分值來衡量小麥粉的加工精度，反映小麥粉中的胚乳含量，如果小麥粉灰分含量高，則說明小麥粉中含有的麩星多，即為小麥加工過程中清理效果差，加工精度低。

灰分的常規(guī)檢測(cè)采用GB 5009.4-2016《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中灰分的測(cè)定》第一法 食品中總灰分的測(cè)定，該方法實(shí)驗(yàn)步驟大致為將洗凈的坩堝置于高溫爐內(nèi)，在（900±25）℃下灼燒30 min，取出后在干燥器內(nèi)冷卻至室溫后稱重，將小麥粉置于稱量后的坩堝中，將坩堝置于高溫爐口或電熱板上，半蓋坩堝蓋，加熱使樣品在通氣情況下完全炭化至無(wú)煙，將坩堝放入高溫爐內(nèi)，將溫度升高至（900±25）℃，保持此溫度灼燒至無(wú)碳粒，即為灰化完全，一般1 h可灰化完畢，冷卻至200 ℃左右，取出，放入干燥器中冷卻

30 min，稱量前如發(fā)現(xiàn)灼燒殘?jiān)刑苛?，?yīng)向試樣中滴入少許水濕潤(rùn)，使結(jié)塊松散，蒸干水分再次灼燒至無(wú)炭粒即表示灰化完全，方可稱量。重復(fù)灼燒至前后兩次稱量相差不超0.5 mg為恒重[8]。根據(jù)公式（1）進(jìn)行計(jì)算，即可得每百克小麥粉中灰分含量。

3 近紅外光譜法的原理及優(yōu)勢(shì)

3.1 近紅外光譜法的原理

近紅外光是一種介于可見光（VIS）和中紅外光（IR）之間的電磁波，波長(zhǎng)范圍在780～2 526 nm，近紅外光又根據(jù)波長(zhǎng)范圍分為近紅外短波區(qū)（780～1 100 nm）

和近紅外長(zhǎng)波區(qū)（1 100～2 526 nm）雖然近紅外光譜區(qū)發(fā)現(xiàn)的較早，但是由于此譜區(qū)的吸收譜帶寬，重疊嚴(yán)重，吸收信號(hào)能力較弱，信息解析復(fù)雜，所以這項(xiàng)技術(shù)一直沒有得以發(fā)展應(yīng)用。近些年來，計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)發(fā)展迅速，計(jì)算機(jī)與化學(xué)技術(shù)的結(jié)合給這項(xiàng)技術(shù)提供了一個(gè)很好的發(fā)展平臺(tái)，從而使這項(xiàng)技術(shù)成為發(fā)展最快、最引人注目的光譜技術(shù)。通過深入的研究，使這項(xiàng)技術(shù)變得操作簡(jiǎn)單、方便快捷，且原料不需要進(jìn)行預(yù)處理即可進(jìn)行檢測(cè)化驗(yàn)，使這項(xiàng)原本復(fù)雜的光譜技術(shù)得以廣泛的應(yīng)用。

有機(jī)物上的一些基團(tuán)，主要是含氫基團(tuán)的倍頻或合頻的譜帶恰好落在近紅外區(qū)，因此，大部分有機(jī)物的主要結(jié)構(gòu)和組成都可以在近紅外光譜中找到特征信號(hào)，而且易于獲得穩(wěn)定的圖譜。不同化合物分子在近紅外區(qū)的吸收點(diǎn)不同，其吸收強(qiáng)度與化合物分子總量直接相關(guān)。應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，可以通過近紅外光譜的細(xì)微差異，從多組分的反射或透射吸收的重疊和交叉中找到有益于分析的特征波長(zhǎng)，再經(jīng)過計(jì)算進(jìn)行一系列的數(shù)學(xué)處理，而實(shí)現(xiàn)對(duì)某種成分的分析測(cè)定。

3.2 近紅外光譜儀的使用

以inframatic 9140型近紅外快速成分分析儀為例，在500～2 400 nm的波長(zhǎng)范圍下檢測(cè)樣品，分析時(shí)間在30 s內(nèi)，檢測(cè)范圍：面粉、全麥粉、大豆粉、玉米粉、米粉與奶粉等粉狀樣品中的水分、灰分、蛋白、脂肪、淀粉、纖維和白度等多種參數(shù)，有自動(dòng)樣品壓緊裝置，可避免人為誤差，檢測(cè)結(jié)果不受操作者因素影響，樣品溫度自動(dòng)補(bǔ)償，如果溫度超出檢測(cè)范圍，就會(huì)自動(dòng)報(bào)警。可實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)路化管理，統(tǒng)一收集分析數(shù)據(jù)，同時(shí)配備防塵裝置，可以在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)使用，自動(dòng)記錄檢測(cè)數(shù)據(jù)和檢測(cè)過程。

3.3 近紅外光譜法的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

與常規(guī)化學(xué)分析方法相比，近紅外光譜分析技術(shù)有以下優(yōu)勢(shì)。

分析速度快。掃描速度快，測(cè)定時(shí)間短，大多可在1 min內(nèi)完成檢測(cè)，并得出數(shù)據(jù)結(jié)果。

可同時(shí)檢驗(yàn)檢測(cè)多組分。建立好方法后，可以同時(shí)檢測(cè)小麥粉的水分含量、灰分含量、蛋白質(zhì)含量與面筋值等。

樣品無(wú)需預(yù)處理。樣品分析過程無(wú)需使用任何試劑，根據(jù)透射或漫反射可直接檢測(cè)固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)樣品，測(cè)定過程無(wú)需任何化學(xué)處理，過程無(wú)污染。

操作近紅外光譜儀十分簡(jiǎn)單?？勺灾魍瓿蓹z測(cè)，對(duì)操作人員要求不高，也不需要專門的技能培訓(xùn)。

檢測(cè)成品低。無(wú)需任何輔助儀器設(shè)備或藥劑，只需電即可，大大降低了檢測(cè)成本。

可在線檢測(cè)。儀器可以在生產(chǎn)線上安裝，對(duì)原料、成品、半成品進(jìn)行在線檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)調(diào)控，保證產(chǎn)品的質(zhì)量和順利生產(chǎn)。

4 結(jié)論

相較于常規(guī)小麥粉中水分、灰分的檢驗(yàn)檢測(cè)方法，近紅外光譜儀操作簡(jiǎn)單，不僅可以節(jié)省時(shí)間、節(jié)省勞動(dòng)力，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)在線產(chǎn)品的實(shí)時(shí)監(jiān)控分析，發(fā)現(xiàn)異?？梢约皶r(shí)調(diào)整，提高生產(chǎn)效益。

參考文獻(xiàn)：

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[8]中華人民共和國(guó)國(guó)家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì).

GB 5009.4-2016食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中灰分的測(cè)定[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2016.