食品中水分含量人工检测法和新型自动化设备检测法之比较

李旭+于佳佳

食品中的水分存在形式有两种，一种是结合水—与食品以氢键结合的水；另外一种是自由水—不被细胞内胶体颗粒或大分子所吸附、能自由移动、并起溶剂作用的水。其中，自由水是食品中微生物代谢繁殖的必要条件，其含量越多，微生物越容易滋长，从而引起食物腐败，使产品保质期大大缩短。除此之外，自由水含量也会对食品的色泽、口感、成分、气味产生影响。不同的食品，其自由水含量有很大差别，使自由水含量控制在合适的范围内，对于食品的良好感官、品质、组分的平衡关系和保质期的延长具有积极作用。因此，自由水含量是大部分食品质量控制的必测项目之一，不仅能通过检测食品中含水量的值来预估食品保质期，还能作为判定非法注水食品的一个重要标准。

食品水分含量测试方法—直接干燥法

根据GB 5009.3-2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》中的规定来看，食品中水分的测试方法包括直接干燥法、减压干燥法、蒸馏法与卡尔·费休法。每种方法的适用范围并不相同，以“直接干燥法”为例，其适用于101～105℃下蔬菜、谷物及其制品、水产品、豆制品、乳制品、肉制品、卤菜制品、粮食（水分含量低于18%）、油料（水分含量低于13%）、淀粉及茶叶类等食品中的水分测定。通过比较其他3种方法发现，“直接干燥法”的适用范围最为广泛，其原理是利用食品中水分的物理性质，在101.3kPa（一个大气压），温度为101～105℃的条件下采用挥发方法测定样品中干燥减失的重量，包括吸湿水、部分结晶水和该条件下能挥发的物质，再通过干燥前后的称量数值计算出水分的含量。

直接干燥法的人工测试和自动化设备测试比较

随着检测技术的发展，“直接干燥法”食品含水量测试方式经历了由人工向设备自动化的转变，但目前依旧有一定数量的操作人员仍采用人工测试的方式。以下是利用传统人工检测方法和全自动高效检测仪器测试3种不同水分含量的食品的水分，對比分析测定结果和测试过程，以验证仪器自动化测试方法的可靠性和可行性。

1 设备与样品

1.1 传统人工检测方法

SL101型电热鼓风干燥箱：控温范围室温～250℃，精度为±1℃；BSA423S电子分析天平：量程220g，精度为0.1mg；干燥器：以变色硅胶为干燥剂。

1.2 新型自动化检测方法

济南兰光机电技术有限公司C830迁移量及不挥发物测定仪：测试范围0.3～80000mg，分辨率为0.1mg；测试温度范围为室温～130℃，控温精度为±0.5℃；集蒸发、烘干、称重于一体，能够自动精密称重，测试过程不需人工参与；9个工位设计，测试过程中相互独立，试验效率高。

1.3 样品

面包、饼干、小麦粉。

2 试验过程

2.1 空称量瓶恒重

2.1.1 传统人工检测方法

变色硅胶加热脱水：将干燥箱的温度设置为110℃，达到设置温度后，将变色硅胶置于干燥箱中脱水2h，取出放入干燥器中待用。

恒重：将干燥箱的温度设置为102℃，达到温度后，将空的称量瓶放入烘箱中干燥，1h后取出，尽快置于干燥器中冷却0.5h，取出称重，重复干燥、冷却、称重，直至前后两次质量差不大于2mg。

2.1.2 新型自动化检测方法

将空的称量瓶放置在设备中对应编号的托盘架上，关闭试验腔门，不启用蒸发模块，直接进入试验，选择差值模式，差值设置为2mg，试验温度设置为102℃，称重时间间隔设置为60min，启动试验。设备自动根据设置参数进行干燥、间歇称重，当前后两次称量结果差值不超过2mg时，设备自动停止试验。

2.2 制备试样

将面包、饼干样品磨细，小麦粉样品混合均匀，然后分别用已干燥至称重的称量瓶精确称取一定量的面包、饼干、小麦粉样品。

2.3 装样称量瓶恒重

2.3.1 传统人工检测方法

将装有3种试样的称量瓶放入102℃的干燥箱中，2h后取出，置于干燥器中冷却0.5h，然后称重，再次放入干燥箱中，1h后取出，冷却0.5h，称重，重复干燥1h—冷却0.5h—称重过程，直至前后两次的质量差不超过2mg为止。

2.3.2 新型自动化检测方法

与空称量瓶的恒重操作过程相同，放入装样称量瓶、设置参数、启动试验。

3 结果与讨论

本文采用两类检测方法所测试的3种样品中水分含量的试验结果见表1。

从测试结果来看，3种样品中，面包样品的含水量较多，小麦粉样品的水分居中，饼干样品的水分最低。另外，传统人工检测与新型自动化检测的结果偏差均较小，面包、小麦粉、饼干样品两类检测方法测试结果的差值分别为0.2g/100g、0.3g/100g、0.01g/100g，相对偏差为0.6%、3%、0.3%，符合GB 5009.3-2016中规定测试结果偏差不超过10%的要求，这说明在测试高、中、低不同含水量类食品中的水分时，两种方法的测试结果是一致的。

从相对偏差来看，新型自动化检测所测试的3种样品各单次测试值与平均值间的相对偏差分别为：面包样品0.6%、2.8%、2.5%，小麦粉样品3.7%、0.9%、5.6%，饼干样品1.3%、1.0%、0.7%，均在10%以内，表明测试结果的重复性与稳定性均较好。

从测试用时来看，传统人工检测、新型自动化检测3种样品的用时分别为7.6h、5.1h，传统人工检测试验过程中需要人工进行间隙性挪动称量杯，进行称量操作，新型自动化检测则在启动试验后设备自动进行操作，无需人工干预，这说明新型自动化检测设备在测试食品中水分方面具有试验效率高、操作简单等特点。

从误差产生几率来看，人工操作方式的试验过程需要电热恒温干燥箱、干燥器和分析天平3台设备。盛装测试食品的称量瓶需操作人员手动在3款设备间移动，依次进行干燥、冷却、称量，并重复操作，直至恒重，试验过程繁琐，人工操作对试验结果影响较大，称量瓶在取出烘箱后，稍有不慎就会导致测试食品吸湿而影响试验结果，如干燥器中干燥剂干燥能力减弱、称量操作用时较长等。采用自动化设备测试方式则可在一台设备内自动完成干燥、称重，无需经过冷却过程，避免试验人员进行重复性试验操作，试验效率也有所提高。

4 结论

采用自动化设备检测食品含水量可智能化完成检测全程，测试结果准确可靠，稳定性好，试验效率高，避免了人为操作及试验环境频繁变化对试验的影响。自动化设备可代替烘箱、干燥器、电子分析天平组成的传统试验设备。除了干燥功能外，该自动化设备还配置有蒸发功能及挥发试剂回收功能，可用于食品中脂肪、固形物。食品包装材料中总迁移量等性能的测试，并能够将试验过程中挥发的溶剂进行回收，降低试验对操作人员及环境产生的危害。