微波馬弗爐應用于小麥粉灰分含量的測定

□ 李永發 李 旭 李鳳旭

（1.天津市食品安全檢測技術研究院，天津 300171；2.中國天津糧油批發交易市場，天津 300171）

糧油類食品的灰分含量是一項重要的糧油質量檢測指標，灰分含量和糧油類食品的雜質含量、加工精度、產品等級等指標相關［1］。目前，糧油類食品中灰分含量的檢測方法主要是傳統重量法（《食品安全國家標準食品中灰分的測定》（GB5009.4-2016）中的方法）。傳統重量法作為測定糧油類食品灰分含量的經典方法，所需使用的儀器設備價格較低、操作簡單，被廣泛采用。但是傳統重量法實驗步驟需使用不同設備分別進行炭化、灰化或者干燥、炭化、灰化［2］，操作較繁瑣，且傳統重量法炭化、灰化等步驟使用不同的儀器設備（樣品干燥過程需使用水浴鍋，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），實驗過程需將溫度較高的坩堝從電爐或者電熱板轉移至馬弗爐內，容易出現轉移時掉落等問題，還存在檢測過程耗時較長、能耗較大等缺點。而微波馬弗爐采用微波輻射能量對石英腔體內的碳化硅單元進行加熱，使碳化硅單元本體發熱作為熱源，進而使腔體內環境快速到達設定溫度，并通過排煙通風系統，將炭化過程所產生的煙氣和灰化過程所溢出的高溫氣體及時排出，并能按照程序設定的一段或者多段工作時間和目標溫度進行升溫降溫程序控制，在一個連續的流程中，完成干燥、炭化、灰化三個步驟，降低了勞動強度，減少了操作時間。在微波脫水干燥階段，通過微波加熱技術，完成低溫條件下的物料快速脫水，避免了傳統干燥條件下，冗長時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，繼續受熱發生熱解反應，有機物炭化，通過設定低于燃點的熱解溫度，確保試驗樣品不發生燃燒，減少燃燒導致的揮發損失，炭化時產生的煙氣直接被排風系統排入通風櫥或者廢棄排風系統。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包括小麥粉在內的部分樣品進行直接高溫灰化，無需分階段的炭化、灰化步驟，提高灰化效率，節省灰化時間。本文分別采用了普通馬弗爐和微波馬弗爐測定同一份小麥粉樣品中的灰分含量，并記錄從炭化過程開始到灰化過程結束所需的總時間，對炭化灰化過程總時間和灰分含量測定結果進行比較分析。

一、材料與方法

（一）材料

小麥粉，特制一等，市場采購，使用前充分混勻，以保證樣品在多次稱樣、取樣時的樣品均一性。

（二）儀器與設備

PHOENIX微波馬弗爐（美國CEM公司，使用碳化硅微波加熱單元）；Nabertherm P300馬弗爐（德國Nabertherm公司，使用石英管加熱單元）；Perten 3100旋風磨（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（天津市中環實驗電路有限公司）；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（內有干燥劑（變色硅膠））。

（三）實驗方法

1.使用國標方法檢測小麥粉樣品灰分含量

按《食品安全國家標準食品中灰分的測定》（GB5009.4-2016）中第一法的步驟，取已編號的瓷坩堝，稱重，在瓷坩堝中稱取小麥粉樣品約3g，放在加熱板上炭化，炭化結束后移入已升溫至550℃的常規馬弗爐中進行灰化，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滴水，使灰化物被水濕潤，用電熱板加熱蒸干，再放入常規馬弗爐中在550℃溫度下進行炭化，炭化完全后，取出，冷卻至200℃，放入干燥器中繼續冷卻，記錄炭化、灰化總時間，干燥器內冷卻后稱重，計算灰分含量［2］。

2.使用常規馬弗爐在灰化溫度935℃條件下檢測小麥粉樣品灰分含量

取已編號的瓷坩堝，稱重，在瓷坩堝中稱取小麥粉樣品約3g，放到加熱板上炭化（炭化過程需避免樣品發生燃燒），炭化結束后移入常規馬弗爐（使用和“方法一”實驗中同一常規馬弗爐），設置常規馬弗爐直接升溫至935℃進行灼燒灰化，灰化結束后，記錄炭化、灰化總時間，取出冷卻至200℃左右，放入干燥器中繼續冷卻，干燥器內冷卻后稱重，計算灰分含量［3-8］。

3.使用微波馬弗爐在灰化溫度935℃條件下檢測小麥粉樣品灰分含量

取已編號的瓷坩堝，稱重，在瓷坩堝中稱樣品約3g，放入微波馬弗爐中，加載并啟動升溫程序［9］。升溫程序設置為從常溫直接升溫至935℃，適時打開爐腔觀察灰化情況，觀察至無炭粒時，認為灰化完成，記錄炭化、灰化總時間（樣品放入微波馬弗爐啟動升溫程序記為炭化過程開始，觀察瓷坩堝內無炭粒記為灰化結束），干燥器內冷卻后稱重，計算灰分含量。

二、結果與討論

在同一時間使用三種不同實驗方法（方法一（國標方法，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））測定同一份小麥粉樣品的灰分含量，每種方法分別平行測定7次，共進行21次實驗，記錄每個實驗過程中炭化、灰化步驟所需的總時間和灰分含量數值，再對實驗所得結果做比較和統計分析。其中三種不同實驗方法所對應的每次實驗測得的灰分含量結果數值、每種方法所得灰分含量結果算數平均值及其標準差和實驗過程中炭化、灰化所需總時間及其算數平均值數據如表1所示，并分別對方法二和方法一（國標方法）、方法三和方法一所測小麥粉樣品灰分含量結果數值（使用SPSS做正態性檢驗和方差齊性檢驗，每種方法測得灰分含量結果數值符合近似正態分布，且三組數據間符合方差齊性）的差異性進行配對樣本t檢驗，檢驗結果如表2所示，分別對方法二和方法一、方法三和方法一實驗過程炭化、灰化總時間（每種方法7次實驗過程炭化、灰化總時間結果數值符合近似正態分布，且三組數據間符合方差齊性）的差異性進行配對樣本t檢驗，檢驗結果如表3所示。

表1 三種實驗方法炭化、灰化總時間和測得灰分含量結果

表2 不同實驗方法測得灰分含量結果的配對樣本t檢驗

表3 不同實驗方法所需炭化、灰化總時間的配對樣本t檢驗

由表1可知，三種方法測得的小麥粉灰分含量結果的算術平均值均為0.34g/100g（按照《食品安全國家標準食品中灰分的測定》（GB5009.4-2016）方法要求，保留兩位有效數字），灰分含量結果相同，每種方法7次實驗測得小麥粉灰分含量數字的標準差均接近0.01，說明三種方法測得小麥粉灰分含量結果精密度一致。其中使用方法一（國標方法步驟檢測小麥粉樣品灰分含量）進行的7次實驗過程中每次炭化、灰化所需總時間的算數平均值為5.6小時。使用方法二（馬弗爐在灰化溫度935℃條件下檢測小麥粉樣品灰分含量）進行的7次實驗過程中每次炭化、灰化所需總時間的算數平均值為1.6小時。使用方法三（微波馬弗爐在灰化溫度935℃條件下檢測小麥粉樣品灰分含量）進行的7次實驗過程中每次炭化、灰化所需總時間的算數平均值為2.2小時。三種方法實驗過程中炭化、灰化所需總時間有較大差異，方法二和方法一實驗過程炭化、灰化所需總時間較少。對表1中的三種實驗方法灰分含量結果數值進行統計分析，由表2中的配對樣本t檢驗分析結果可知，采用方法二和方法三測得的灰分含量結果和方法一測得的灰分含量結果平均值經統計分析無顯著性差異（P＞0.05），所以，認為使用方法二、方法三測定小麥粉樣品灰分含量和國標方法測得結果具有一致性，有使用價值。對表1中的三種實驗方法實驗過程炭化、灰化所需總時間進行統計分析，由表3中的配對樣本t檢驗分析結果可知，方法二和方法一、方法三和方法一檢測小麥粉樣品灰分含量實驗過程中炭化、灰化所需要的總時間經統計分析存在顯著性差異（P＜0.05，接近于0），結合平均值的比較，認為方法二、方法三炭化、灰化所需要的總時間均明顯少于方法一對應步驟所需的總時間，具有時間效率優勢。使用方法三還可以省去在電熱板上進行炭化操作和轉移坩堝等操作步驟，可見方法三的優勢性明顯。

三、結語

綜上，本文認為微波馬弗爐適用于小麥粉灰分含量的測定，且使用微波馬弗爐在灰化溫度935℃條件下檢測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方法和應用方面的實際價值。