“水浸悬浮法”快速检测粮食含水率的应用

田志和

(公主岭市粮油卫生检验监测站，四平 136100)

“水浸悬浮法”快速检测粮食含水率的应用

田志和

(公主岭市粮油卫生检验监测站，四平 136100)

“水浸悬浮法”快速测定粮食水分是利用“阿基米德定律”的原理，将样品完全浸入水中称量出干物质在水中质量，换算出干物质百分率，从而检测出粮食含水率。测量过程中称取一定量的试样装入恒质测量皿中，注水充分浸泡样品并排净空气，将密闭的测量皿完全浸入水中，称量其质量。根据“阿基米德定律”，样品中的水分质量与其在水中所受的浮力相等，在水中称量时水就失重为“0”，称量所得质量为样品干物质和测量皿的质量。然后通过计算即可得到试样的含水率。“水浸悬浮法”改变了传统以空气为介质的测定模式，填补了水分测定方法的技术空白。根据“水浸悬浮法”开发出JFSK－100A型粮食水分快速测定仪，具有快速、准确、节能、环保等特点，为粮食的收购、销售、调运、存储、加工等各环节提供了科学准确的依据。2010年10月25日该方法及仪器被列入国家粮食行业标准。

水分 干物质 密度

含水率作为粮食的一项重要质量指标，直接影响到粮食的收购、销售、调运、储存、加工等各个环节，测定粮食水分对粮食储藏来说意义十分重大。如何快速、准确、便捷地测定粮食水分，尤其是低温、高水分玉米的快速准确测定，是一个世界性难题，现在美国、日本、法国、英国、瑞典等许多国家都在积极探讨，虽然采用方法很多，但都存有诸多不足。彻底解决这一世界难题，具有很重要的现实意义。本研究依据“水浸悬浮法”基本原理，开发出JFSK－100A型粮食水分快速测定仪，能够快速、准确地测定粮食水分，具有良好的经济效益和社会效益，应用前景广阔。

1 “水浸悬浮法”基本原理

根据“阿基米德定律”——浸在液体或气体里的物体受到向上的浮力作用，浮力的大小等于被该物体排开的液体的重力——将粮食样品完全浸入水中，称量出粮食干物质在水中质量，换算出干物质百分率，从而可检测出粮食含水率。

称取一定量的试样装入恒质测量皿中，注水充分浸泡样品并排净空气，将密闭的测量皿完全浸入水中，称量其质量。根据“阿基米德定律”样品中的水分质量与其在水中所受的浮力相等，在水中称量时水就失重为“0”，称量所得质量为样品干物质和测量皿的质量。然后通过计算即可得到试样的含水率。

假设样品中的水分质量

式中:m1为样品中水分质量/g;V1为样品中水分的体积/mL;d1为样品中水的密度/g/mL。

由于样品是完全浸入水中称量，根据“阿基米德定律”原理，那么样品中的水分在水中所受浮力

式中:F为样品中水分在水中所受的浮力/g;d2为水槽中水的密度/g/mL。

由于盛样皿盒中加的水取于槽中水，再加上皿盒始终放在水槽中操作，因此样品中的水与水槽中的水就达到了温度平衡，即

所以样品浸入水中悬浮称量时，样品中的水分就失重为“0”。

在样品中的水分在水中失重为“0”时，天平上称量出来的就是干物质在水中的质量。利用公式换算可得出干物质百分率，最终确定粮食样品含水率。

水分公式导出如下:

式中:m为样品质量/g;x为样品含水率/%;d3为样品干物质密度/g/mL;V2为样品干物质体积/mL;m2为干物质在水中质量/g。

归纳整理公式(3)和公式(4)可得出:

公式(5)中 d3/(d3－d2)为干物质换算参数(Q)。d2为常数值(取水温为20℃时的密度0.998 g/mL)，d3为本操作规程下的干物质常数(变化量≤0.003，玉米、高梁、小麦是一个常数值，其他品种各有其固定的干物质常数值)。

因此公式可简化为

2 JFSK－100A型粮食水分快速测定仪的工作原理和构造

2.1 工作原理

称取一定量的试样装入恒质测量皿中，注水充分浸泡样品，将密闭的测量皿完全浸入水中，称量其质量。根据浮力法原理，所得质量为样品干物质和测量皿的质量，通过计算即可得到试样的水分含量。

2.2 结构示意图

JFSK－100A型粮食水分快速测定仪结构示意图见图1。

图1 JFSK－100A型粮食水分快速测定仪结构示意图

3 应用分析

为验证JFSK－100A型粮食水分快速测定仪的准确性、台间差、重复性、抗疲劳以及再现性等各项性能，选择吉林省、黑龙江省、辽宁省、内蒙古自治区、河北省5个省级粮油监测站和14个中央储备粮库(包括中国华粮储备库)参加测试。每个试验点用3台仪器对每份样品同时测4次结果与“国标方法”测出的已知结果进行对比，同时试验单位之间互换样品进行测试。测试品种为2008年新收获/入库的当地冻态高水分玉米。5五个省测试样品总计382份，其中水分在18.0% 以 下 的 55 份，18.1% ～23.0% 的 72 份，23.1%～30.0%的128 份，30.1%～35.0%的 100 份，大于35.1%的27份。具体测试情况如表1。

在5个省针对玉米品种测试的数据表明，应用“水浸悬浮法”测定玉米水分准确性、精密度符合GB/T 5497—1985［1］的要求，仪器的台间差、抗疲劳等主要技术性能较好。

为验证方法与仪器适用的普遍性，又先后在安徽、湖北、山东、辽宁省对本省所产的小麦、稻谷、大米的水分进行测试，共测试样品140份，其中稻谷50份，小麦50份，大米40份。具体具体测试情况如表2。

根据各省测试数据(表1和表2)分析，“水浸悬浮法”利用“阿基米德定律”原理测定粮食水分含量，原理正确、方法可靠，可以作为粮食水分测定的一种标准方法。JFSK－100A型粮食水分快速测定仪在准确性、台间差、重复性、抗疲劳以及再现性等方面表现良好。

4 水浸悬浮法与定温定时烘干法比较

水浸悬浮法与定温定时烘干法被测样品的成分均为干物质、水和空气，其检测原理都是将样品中的水分和空气排至“0”，称量得到的干物质质量再计算出试样的含水率，所不同的就是将水分排至“0”的方式不同，定温定时烘干法是通过慢长的烘干过程将水分蒸发净排至“0”，水浸悬浮法是将样品浸入水中称量瞬间样品中的水分就失重为“0”。他们的主要操作步骤也极其相似，相关比较见表3。

水浸悬浮法与定温定时烘干法在实际应用中也存在一定的差别，相关比较见表4。

由表4可以看出，JFSK－100A型粮食水分快速测定仪可提高工作效率12～40倍，且具有低耗节能的优点。在样品用量和测量范围方面，具有用量大，涵盖范围广的特点。

表1 5省区玉米含水率测试数据

表2 其他粮食品种含水率测试数据

表3 水浸悬浮法与定温定时烘干法主要操作步骤比较

表4 水浸悬浮法与定温定时烘干法应用比较

5 讨论与结论

“水浸悬浮法”改变了传统以空气为介质的测定模式，填补了国际上水分测定方法的技术空白。JFSK－100A型粮食水分快速测定仪原理可靠、方法独特，具有快速准确又节能环保等特点。2010年10月25日该方法及仪器被列入国家粮食行业标准。标准号:LS/T 6103—2010《粮油检验 粮食水分测定

水浸悬浮法》、LS/T 3705—2010《水浸悬浮法水分快速测定仪技术条件与试验方法》。现在，该仪器已被百余家粮食部门使用，其高、精、准的测定结果是任何快速水分测定仪无法媲美的，得到了充分肯定。

对粮食企业来说，JFSK－100A型粮食水分快速测定仪的推广使用，不仅有着良好的经济效益，更具有深远的社会效益。经济效益方面，使用该仪器可降低检验运行成本、收购环节因感官检验误差造成的损失和烘干环节因指导不及时造成的损失。而社会效益方面，一是还可以实现粮食流通领域公平、公正、公开交易，杜绝人情粮的不正之风，保护农民的利益，保证国家粮食安全。二是有利于提高粮食部门科技含量，将为我国粮油检验规范化管理水平的评价提供科学依据，也将为我国快速检验方法仪器化提供重要的技术支持。

［1］GB/T 5497—1985 粮食、油料检验水分测定法［S］.

Application of“Waterlog Suspend Method”for Fast Detecting and Analyzing Grain Moisture Content

Tian Zhihe
(Cereal and Oil Hygiene Inspection Station in Gongzhuling，Siping 136100)

“Waterlog Suspension Method”for fast detecting grain moisture is a method based on the“Achimedes Law Principle”.During the experiment，dry samples were drown into water thoroughly for measuring the，mass of the dry samples in water rapidly and figuring out the percentage of the same，and at last the detection results of moisture of the grain was obtained.During the measuring process，firstly a certain amount of tested sample were weighed and put into a constant－ mass measuring container.Secondly，the sample was totally immersed into water and the air in the container was cleared away thoroughly.Thirdly，the sealed container was put completely into water for measure its mass.According to the“Achimedes Law Principle”，the water mass in the sample equals to the buoyancy it was subjected to in water.So the resulting mass is the dry matter and the weight of container due to the weightlessness(hitting zero)of the water.Then the moisture content of the sample can be figured out.“Waterlog Suspension Method”has changed the traditional determination mode which uses air as the medium，and filled the technology gap of water moisture measurement in the world.According to this method，a JFSK －100A meter for measuring the moisture content in the grain has been invented.This meter is characterized by:quickness，accuracy，energy saving，environmental protection，etc.It provides a scientific and accurate basis for the purchase，transaction，transportation，storage and processing of grain.The“Waterlog Suspension Method”and the JFSK －100A meter were included in the standards of national grain industry.

moisture content，dry matter，density

TS210.1

A

1003－0174(2011)12－0100－04

2011－02－11

田志和，男，1965年出生，工程师，粮食储藏与检验