兩種常見糧食水分快速檢測設備的使用優化方法探討

摘 要：水分含量是影響糧食儲存、加工及品質的關鍵指標。電容式糧食水分檢測儀和近紅外谷物分析儀作為快速檢測設備，廣泛應用于糧食收購、入庫等環節的水分檢測工作中，具有快速、高效、操作簡單等優點，但其準確度受使用條件影響顯著。本文通過研究實驗次數、糧食溫度、開機預熱時間等因素對檢測結果的影響，以確定最佳檢測條件。結果表明，實驗次數為5次、糧食溫度在20～25 ℃、設備預熱20 min條件下的檢測結果準確率高，有效降低了環境和人為因素的干擾。相關研究結果可為兩種儀器的規范化使用提供理論依據，對提升糧食水分檢測效率和保障糧食安全具有重要意義。

關鍵詞：糧食；水分；電容式水分檢測儀；近紅外谷物分析儀

Abstract： Grain moisture content is a key index affecting storage， processing and quality. Capacitive grain moisture detector and near-infrared grain analyzer， as rapid detection equipment， are widely used in grain acquisition， storage and other aspects of moisture detection work， with the advantages of fast， efficient， simple operation， but their accuracy is significantly affected by the use of conditions. In this paper， the influence of experiment times， grain temperature， boot preheating time and other factors on the detection results was studied to determine the best detection conditions. The results show that the accuracy of detection results is high when the grain temperature is 20 ℃ to 25 ℃ and the equipment is preheated for 20 min， and the interference of environment and human factors is effectively reduced. The relevant research results can provide theoretical basis for the standardized use of the two instruments， and have important significance for improving the efficiency of grain moisture detection and ensuring food security.

糧食水分含量檢測在保障儲備糧食安全、防止糧食損失等方面有重要意義，合理的水分含量是確保糧食儲存安全的關鍵，超過安全儲存水分含量的糧食容易霉變，產生有害物質，影響糧食安全，過低的水分含量又會導致糧食容易破損，降低糧食質量。目前，常用的糧食水分檢測方法可以分為直接干燥法和間接法。直接干燥法在101～105 ℃條件下采用揮發方法測定樣品中干燥損失的重量，計算樣品中的含水量，該方法為糧食水分檢測的國家標準方法，需要用到恒溫干燥箱、天平等實驗儀器，適用于實驗室內開展檢測[1]。間接法主要包括電容法、電阻法、近紅外法、中子法、微波法、核磁共振法、水浸懸浮法和聲學法，電容法檢測糧食水分的原理是糧食經過電容傳感器，不同含水量的糧食會使電容傳感器介質的介電常數發生變化，導致電容的變化，電容變化轉變成電信號，從而間接檢測水分含量。其中，電容式水分檢測儀具有便攜、操作簡單、無損檢驗等優點，常用于糧食的收購、糧情檢查等現場快速檢驗。不同的糧食品種、糧食溫度以及下料速度都會對結果準確性有一定影響[2-3]。近紅外光譜（波長在780～2 526 nm）可用于分析糧食樣品中的含氫官能團（如水分）。這些官能團吸收近紅外光并導致能量遷移，通過光譜分析可測定樣品的含水量及其他成分[4]。近紅外谷物分析儀作為一種綜合性檢測糧食品質的分析儀器，具有精確度高、無損檢驗、樣品處理簡單等優點，常用于準確度要求較高的糧食水分檢測以及糧食質量綜合分析檢測。開機預熱時間、面粉的粗細度、糧食含水量等因素都會對檢測結果產生一定的影響[5-6]。此外，這兩種常見的糧食水分快速檢測方法還受環境、操作方法等因素的影響。為提高結果準確度，本文對糧食常見品種玉米進行水分檢測，使用上述兩種常見快速檢測儀器與《食品安全國家標準 食品中水分的測定》（GB 5009.3—2016）中直接干燥法進行比對，分析儀器開機預熱時間、糧食溫度、試驗次數等條件對結果準確度的影響，優化檢驗條件，提高檢測效率。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

玉米樣品于2024年收獲，顏色為黃色，產地為河北，經過烘干處理，水分含量均勻。

1.2 儀器與設備

101-2AB電熱鼓風恒溫干燥箱，天津市泰斯特儀器有限公司；MS204S萬分之一電子天平，梅特勒-托利多儀器有限公司；BLH-5700糧食水分磨，浙江伯利恒儀器設備有限公司；PM-8188電容式糧食水分測定儀，日本Kett公司；IM9500 Plus近紅外谷物分析儀，瑞典波通儀器公司；DH3600B電熱恒溫培養箱，天津市泰斯特儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品處理

將玉米樣品充分混勻，去除雜質，并密封保存。

1.3.2 試驗次數對結果準確度的影響

多次試驗求取平均值作為檢驗結果可以有效規避誤差，使得測定結果更有代表性，但試驗次數過多又會造成工作效率下降。近紅外谷物分析儀內部設置10次試驗平均值作為報告結果。對于試驗次數的優化主要針對電容式糧食水分檢測儀，使用電容式糧食水分檢測儀對玉米樣品進行3、5、7、9次重復試驗，求取平均值，與直接干燥法結果進行比對，并分析試驗次數對結果準確度的影響。

1.3.3 糧食溫度對結果準確度的影響

水分快速檢測儀的工作環境一般為糧食收購現場，不同季節糧食溫度差距較大。為研究溫度變化帶來的影響，設計以下試驗。將密封樣品分別置于冰箱和不同溫度的電熱恒溫培養箱內，將玉米樣品溫度控制為5、10、15、20、25、30 ℃和35 ℃，分別用電容式糧食水分檢測儀和近紅外谷物分析儀進行分析檢測，檢測時間控制在5 min內，將檢測結果與直接干燥法得到的測量值進行比對，探討糧食溫度對兩種快速檢測儀器檢測結果的影響。

1.3.4 開機預熱時間對結果準確度的影響

開機預熱可以使儀器達到穩定的工作狀態，提高結果穩定性，但是預熱時間過長又會降低工作效率。為確定合理的預熱時間，調整電容式糧食水分檢測儀和近紅外谷物分析儀開機預熱時間為0、10、20、30、40、50 min和60 min，對玉米樣品的水分含量進行測定。通過與直接干燥法測得的水分含量結果進行比對，研究開機預熱時間對檢測結果的影響。

2 結果與分析

2.1 試驗次數對結果準確度的影響

使用GB 5009.3—2016中直接干燥法測定玉米樣品水分含量，測得水分含量為13.5%，試驗次數對結果準確度的影響見表1。試驗次數為3次時，與直接干燥法的差值最大，試驗次數在9次時，差值最小，試驗次數在5次和7次時差值較為接近。試驗次數為3次時標準偏差最大，表示測量值較為分散，試驗次數為5、7、9次時標準偏差較小，都在可接受范圍，表明測量值較為集中，試驗結果重復性好，數據更有可靠性。結果表明，隨著試驗次數的增加，可以有效控制誤差帶來的數據偏離，更接近期望真值，準確度更好。但結合實際操作場景，電容式糧食水分檢測儀多應用在糧食收購的現場環節，為提高工作效率，建議試驗次數為5次，取得平均值作為檢測結果。

2.2 糧食溫度對結果準確度的影響

電容式糧食水分檢測儀試驗次數為5次，將平均值作為檢測結果，玉米樣品溫度對其水分含量的影響見圖1。電容式水分檢測儀在糧溫5、10、35 ℃時檢測結果偏差較大，在15、25、30 ℃時檢測結果偏差較小，在20 ℃時檢測結果偏差最小。結果表明，糧溫過高或過低都會影響結果的準確性，如需要使用電容式糧食水分檢測儀測量糧溫過高或過低的玉米樣品時，應先將樣品置于15～25 ℃的環境內，平鋪避光放置一段時間再進行測量，以降低溫度變化帶來的誤差。近紅外谷物分析儀在糧溫5、10、30、35 ℃時檢測結果偏差較大，在15、25 ℃時檢測結果偏差較小，在20 ℃時檢測結果偏差最小。結果表明，使用近紅外谷物分析儀測量玉米水分含量時，應避免糧溫過低，可將樣品放置室內恢復至室溫后一段時間再進行檢測，以提高結果準確性。

2.3 開機預熱時間對結果準確度的影響

使用GB 5009.3—2016中直接干燥法測定玉米樣品水分含量，測得水分含量為13.5%。在室溫處在儀器要求的適宜溫度下，開機預熱時間對檢測結果的影響見表2。預熱時間超過20 min后，檢測結果基本穩定。因此，使用電容式水分檢測儀和近紅外谷物分析儀測定玉米樣品水分含量時，應開機預熱20 min。

3 討論

除本實驗中探究的糧溫、實驗次數、開機預熱時間這3個影響因素對檢測結果的影響外，為提高結果準確性，還需要考慮以下條件。

3.1 儀器校驗

校驗是保證檢測結果準確性的關鍵步驟，需要綜合考慮環境條件、樣品的種類、樣品狀態、儀器狀態的影響。電容式谷物水分檢測儀一般都在糧食收購、入庫現場使用，入庫季節多變，環境的溫濕度，粉塵情況都會導致檢測結果偏差較大。近紅外谷物分析儀的校驗主要包括兩方面內容，分別為儀器性能的校驗和儀器檢測準確度的校驗，定期的校驗可以提高檢測結果的準確性和穩定性，詳細記錄校驗數據，包括環境條件、標準樣品信息、檢測結果以及誤差分析等，可以有效評估儀器性能，并及時發現和解決問題，為糧食水分檢測提供可靠的保障。

3.2 樣品處理

①樣品要具有代表性，樣品數量要滿足實驗要求，充分混勻并去除雜質，可以降低糧食水分不均勻導致的結果偏差較大問題。②樣品水分含量應在儀器檢測的線性范圍內，過高或者過低的水分含量會造成檢測結果不準確。③樣品應處于密封避光的環境下進行保存，減少水分流失。④樣品按照要求處理后，應立即進行水分檢測，確保檢測結果準確。

3.3 人員培訓

在檢測樣品時，人員操作不當會對檢測結果產生影響，因此對人員進行儀器操作培訓十分必要，可以幫助檢驗人員正確掌握儀器使用方法，減少人為誤差，保證檢驗結果準確。同時，檢測人員還應了解儀器的日常維護和校準方法，保證設備長期穩定運行。培訓還可以幫助檢驗人員提高校驗效率，避免操作不當引起的儀器損耗，并解決常見問題，延長儀器使用壽命。

4 結論

本實驗分析了試驗次數、糧食溫度和開機預熱時間對電容式水分檢測儀測量結果的影響。測量次數為5次，玉米糧溫接近20 ℃，開機預熱時間在20 min以上時，檢測結果準確性更高。此外，影響水分快速檢測結果準確性的因素有很多，合理的實驗條件可以提高檢測結果的準確性和穩定性，降低系統誤差，必要的人員培訓可以減低人為誤差。在實際應用過程中，可以結合實際環境條件，分析潛在影響因素，優化檢驗條件，合理安排檢驗工作。

參考文獻

[1]國家衛生和計劃生育委員會.食品安全國家標準 食品中水分的測定：GB 5009.3—2016[S].北京：中國標準出版社，2016.

[2]王潤.糧食溫度對谷物水分測定儀結果的影響[J].糧油倉儲科技通訊，2023，39（1）：45-47.

[3]翟寶峰，王昊.電容式糧食水分檢測中的影響因素分析[J].遼寧工學院學報（自然科學版），2002，22（5）：1-3.

[4]陸婉珍.近紅外光譜技術進展[C]//第三屆科學儀器前沿技術及應用學術研討會論文集.北京：《現代科學儀器》編輯部，2006：19.

[5]胡新中，魏益民，張國權，等.近紅外谷物品質分析儀工作穩定性研究[J].糧食與飼料工業，2001（6）：46-47.

[6]寸煥廷，陳文，何華，等.水分、溫度和檢測光程對在線近紅外光譜法測定結果的影響[J].煙草科技，2011，44（6）：43-47.

基金項目：張家口市重點研發計劃農業領域技術攻關專項“糧食水分、真菌毒素快速檢測設備使用優化的研究”（2421016C）。

作者簡介：王婷婷（1990—），女，河北張家口人，碩士，工程師。研究方向：糧油產品質量檢驗。