小麦中粗灰分的快速测定方法研究

乔明武，高向阳，2，高遒竹，王长青，宫安晶，4

(1.河南农业大学食品科学技术学院，河南郑州450002;2.郑州科技学院食品科学与工程学院，河南郑州450064;3.江南大学食品学院，江苏无锡214122;4.吉林省长春皓月清真肉业股份有限公司，吉林长春130000)

小麦子粒中的粗灰分简称灰分，是评价面粉等级的重要指标。目前，测定粮食等食品中灰分的国标法要经过碳化、灰化、反复灼烧、恒重称量等步骤，需消耗大量电能，操作繁琐费时，分析速度缓慢、工作效率低下，无法进行大批量样品的快速测定，不能及时评价面粉等级和指导生产［1］。近红外线光谱分析法［2-3］需要贵重的仪器和培训专门技术人员，成本较高，不利于普及推广。电导率测定法具有仪器便携、操作简单、成本低廉、现场在线快速检测、利于普及推广等显著优点，已在土壤、食品、油脂鉴别等领域广泛应用［4-12］。本研究以70种河南产地小麦为样本，用电导率法和国标法对照测定，研究小麦粉超声浸提液电导率测定值与小麦粉灰分间的内在规律，建立了相应的快速测定方程。只要将测得的电导率值代入方程即可快速求得小麦粉灰分的含量，无需进行繁杂操作，省时省力。该法所用仪器有自动校正功能，价格低廉、简便快速，与国标法［1］对照测定没有显著性差异。用于强筋、中筋和弱筋等各类小麦品种，结果令人满意，为小麦粉灰分的现场测定提供了一种准确、价廉、快速、方便、实用的分析技术，有一定的推广应用价值。

1 材料与方法

1.1 材料及主要仪器

河南产地小麦共70个品种，由河南农业大学毛庄试验田、河南省农科院及郑州市种子市场提供，小麦品种及筋型如表1。

DDSJ-308A电导率仪，上海精密科学仪器有限公司;PXSJ-216离子分析仪，上海精密科学仪器有限公司;KQ-250E超声波清洗器，昆山市超声仪器有限公司;WL-100粉碎机，瑞安市威力制药机械厂;TDL-5-A低速台式离心机，上海安亭科学仪器厂。

表1 小麦样品Table 1 The samples of wheat

续表1Continuing table

1.2 方法

1.2.1 水分、灰分的测定 小麦灰分含量测定按国家标准《食品中灰分的测定(GB5009.4—2010)》［1］进行，小麦水分含量测定按《食品中水分的测定(GB5009.3—2010)》［13］进行，每种方法、每个品种各进行5次平行测定，结果取干基平均值。

1.2.2 电导率测定 精确称取 80目全麦粉0.758 0 g精确至0.000 2 g)于50 mL比色管中，沿壁小心加入30 mL去离子水，置于(49±1)℃超声波清洗器中浸提2.5 h后，转入离心管以300 0 r·min-1离心15 min，用校准好的配备有温度传感器的电导率仪直接测定上清液电导率，稳定2 min读数，并扣除空白值。每个样品进行5次平行测定，检验无可疑值后取平均值并换算为干基样品25℃时的电导率值。

1.2.3 数据统计分析 将各测定干基样品换算所得的电导率值与文献［1］测定的灰分含量相对应，数据处理采用Microsoft Excel分析软件，建立各类型小麦灰分含量测定拟合线性方程和相关系数r;统计分析采用 SPSS 9.0［14］分析软件。

2 结果与分析

2.1 温度的影响

温度对电导率的测定有显著影响，试验所用电导率仪均装配有温度传感器，可自动将不同温度待测溶液的测定值校正为25℃时的电导率值，并从仪器上直接读出。

2.2 浸提液的酸度

试验表明:小麦粉的去离子水超声波浸提液为pH缓冲溶液，pH值始终维持在6.400±0.001。

2.3 模型方程的建立

2.3.1 强筋小麦模型方程的建立 将按1.2.2测定的强筋小麦粉浸提液的电导率值和用国标法测定的实际灰分值对应，按1.2.3方法进行统计分析、比较相关系数r，最终得出强筋小麦灰分x与电导率κ的指数方程为 κ=10-4×1600x+592.19(r=0.990 0)，以灰分的变换值A=1 600x为横坐标，以电导率κ为纵坐标作图，见图1。将小麦粉的电导率值带入强筋小麦方程得出灰分含量，并与国标法测出的小麦灰分含量相比较，由表2可知，预测指数方程相对误差为-4.9% ～5.3%。

图1 强筋小麦灰分的变换值(A)和电导率数学模型图Fig.1 The equation with transformed value of ash and conductivity about strong gluten wheat

表2 强筋小麦模型各样品预测误差结果Table 2 The results of relative error with various strong gluten wheat samples

续表2Continuing table

2.3.2 中筋小麦模型方程的建立 将按1.2.2测定的中筋小麦粉浸提液的电导率值和用国标法测定的实际灰分值对应，按1.2.3方法进行统计分析，通过比较相关系数r，最终得出灰分含量x与电导率 κ的拟合方程为 κ=-1 411.5×0.18x+700.02(r=0.877 6)，以灰分的变换值 A=0.18x为横坐标，以电导率κ为纵坐标作图，如图2。灰分的预测相对误差如表3所示。

图2 中筋小麦灰分变换值(A)与电导率数学方程图Fig.2 The equation with transformed value of ash and conductivity about medium-gluten wheat

表3 中筋小麦样品的相对误差Table 3 The relative error of medium-gluten wheat samples

由表3知，将小麦粉的电导率值带入中筋小麦方程得出灰分含量，并与国标法测出的小麦结果相比较，预测方程的相对误差为-3.2% ～2.3%。

2.3.3 弱筋小麦模型方程的建立 试验表明，对弱筋小麦品种，双对数方程相关系数最好，模型为lglgκ=alglgx+b(其中a、b为常数项)，分别对灰分x和电导率κ求两次对数，作图如图3。灰分含量和电导率的曲线拟合方程为:lglgκ=0.089 lglgx+0.505 3，r为0.969 1。转换后，弱筋小麦灰分含量的预测方程为:

式中:κ为小麦粉的电导率，μs·cm-1·g-1;x为小麦粉的灰分含量，%。预测的相对误差由表4可知为 -1.5% ～2.8%。

图3 弱筋小麦灰分和电导率双对数的数学方程图Fig.3 The equation with ash and conductivity of weak gluten wheat that was taken twice logarithm

2.3.4 河南产地70种品种小麦数学方程的建立

将70种河南产地小麦测试的全部测定结果归纳在一起考虑，按上述方法建立模型方程。最终得出

表4 弱筋小麦样品的相对误差Table 4 The relative error of weak gluten wheat samples

拟合方程为 κ =502.920 463x0.400236(r=0.875 2)。因此，全部小麦品种灰分x的预测方程为:

式中:κ为小麦粉的电导率，μs·cm-1·g-1;x为小麦粉的灰分含量，%。

2.4 对照测定结果

以中筋麦豫农9676为样品，进行5次平行测定，根据2.3.4建立的模型方程，得出电导率值对应的灰分值，与国标法实际测定的灰分值对照，结果见表5。经格鲁布斯法检验均无可疑值。通过F检验和t检验［15］表明:电导率法和国标法之间既不存在显著的偶然误差，也不存在显著的系统误差，结论的置信度为95%。

表5 中筋模型电导率法和国标法对照测定结果Table 5 The result comparison of medium-gluten wheat and regression model on conductivity method and national standard method

3 结论

采用超声波浸提与电导率分析技术联用，研究了河南产地的70种小麦品种，建立了快速测定小麦中灰分的数学模型和新型分析方法。其中强筋小麦灰分含量的预测方程为k=10-4×1 600x+592.19(r=0.990 0)，灰分预测的相对误差为-4.9%～5.3%。中筋小麦的灰分预测方程为k=-1 411.5 ×0.18x+700.02(r=0.877 6)，灰分预测的相对误差为-3.2% ～2.3%。弱筋小麦灰分含量的预测方程为 lglg κ=0.089lglgx+0.505 3(r=0.969 1)，灰分预测的相对误差为-1.5% ～2.8%。河南产地70种小麦品种灰分的预测总方程为 k=502.920 463x0.400236(r=0.875 2)。

电导率法和国标法对照测定中筋小麦样品中的灰分，相对误差为0.18%，经F检验和t检验表明，2种分析方法的测定结果之间没有显著性差异，结论的置信度为95%。

［1］ 中华人民共和国卫生部.GB/T 5009.4—2010食品中灰分的测定［S］.北京:中国标准出版社，2010.

［2］ 张晓萍，孔美玲，王 森.DA7200近红外分析仪在面粉检验中的应用［J］.粮食加工，2013，38(5):19-22，25.

［3］ 刘翠玲，吴胜男，孙晓荣，等.基于红外光谱的面粉灰分含量快速检测方法［J］.农机化研究，2013，35(4):144-147.

［4］ 林义成，丁能飞，傅庆林，等.土壤溶液电导率的测定及其相关因素的分析［J］.浙江农业学报，2005，17(2):83-86.

［5］ 姚永志，左锦静.电导率测定内酯豆腐变质程度的研究［J］.食品研究与开发，2013，34(17):105-107.

［6］ NARPINDER S，HARDEEP S，KULWINDER K，et al.Relationship between the degree of milling，ash distribution pattern and conductivity in brown rice［J］.Food Chemistry，2000，69(2):147-151.

［7］ 付连双，王晓楠，李卓夫，等.土壤水分对冬小麦越冬期间植株电导率的影响［J］.作物杂志，2011(3):38-41.

［8］ HARDEEP S G，NARPINDER S.Relationship between debranning，ash distribution pattern，and conductivity in maize［J］.International Journal of Food Properties，2001，4(2):261-269.

［9］ 李建林，卞 科，李豫洲.影响电导法测定面粉中灰分的因素分析［J］.中国粮油学报，2004，19(1):67-69.

［10］ 严赞开.利用电导率测定咖啡因含量的方法［J］.江苏农业科学，2007(2):195-196.

［11］ 黄 芳，段海宝，张 凤，等.电导率法快速鉴别地沟油的方法研究［J］.粮油食品科技，2013，21(1):43-45.

［12］ 顾尧臣.面粉灰分的争议和一些可选择方法的进展［J］.粮食与饲料工业，2002(10):4-7.

［13］ 中华人民共和国卫生部.GB 5009.3—2010食品中水分的测定［S］.北京:中国标准出版社，2010.

［14］ 洪 楠.SPSS for Windows统计分析教程［M］.北京:电子工业出版社，2000:117-215.

［15］ 高向阳.现代食品分析［M］.北京:科学出版社，2012.