基于射频技术的谷物水分快速检测方法与标准方法的比较与分析

◎ 黄 健，李 南

（1.云南省计量测试技术研究院，云南 昆明 650228；2.昆明市粮油饲料产品质量检验中心，云南 昆明 650041）

粮食是关系国计民生的重要战略物资[1]。我国是人口大国，粮食的生产和安全对建设和谐社会以及国家的稳定发展具有十分重要的意义[2-3]。在粮食安全管理的过程中，粮食水分含量的监测是不可或缺的环节。粮食水分含量过低，会导致粮食良种品质下降，且不利于加工；水分含量过高，则易导致粮食霉变、生虫及其他生化变化，影响粮食安全[4]。因此，在粮食的运输、存储、加工过程中，粮食水分含量一直是国家粮食部门严格控制的质量指标[5]。为确保粮食安全，在粮食入库、科学储粮及轮换时，粮食管理部门都会进行水分含量的检测[6]。

粮食水分含量检测常用的国家标准方法是105 ℃恒重法[7]。该方法测量精度高，但仅适用于实验室使用，且检测时间较长，无法满足粮食收购及入库时快速、在线的检测需求。近年来，国内外满足粮食水分快速、在线检测需求的先进检测设备不断涌现，按照测量原理的不同，采用的检测技术有电阻法、烘干法、电容法、微波法、高频阻抗法和声学法等[4,8-15]。

本研究采用基于射频技术原理的检测方法，该方法是利用射频信号具有穿透性的特性，采用150 MHz射频识别技术，根据采集到的信息推算出被测粮食的介电常数，继而得到相应的水分含量。将其检测结果与国家标准105 ℃恒重法的检测结果进行比较，以了解此原理的检测设备在粮食水分含量检测中的应用效果[16-18]。

1 材料与方法

1.1 样品

选用昆明地区安宁市、寻甸县、西山区储备粮库2022 年同批次小麦、稻谷、玉米各5 kg。

1.2 仪器与设备

谷物水分快速检测仪；电子天平（感量：0.1 mg）；精密鼓风干燥箱。

1.3 实验方法

1.3.1 样品制备（1）快速检测方法样品制备。谷物水分快速检测仪无需进行样品制备。

（2）105 ℃恒重法样品制备。取样3 kg，按四分法分别称取小麦、稻谷、玉米样品50 g，除去大样杂质和矿物质，使最终通过1.5 mm 圆孔筛的不少于90%，将混合均匀的试样称取3.0 g（精确至0.000 1 g）均分两组[19-20]。

1.3.2 水分测定

（1）快速检测方法。小麦、稻谷、玉米样品各取700 mL，均分两组，将样品导入喂料器，10 s 内即显示分析结果。

（2）105 ℃恒重法。按照《食品安全国家标准 食品中水分的测定》（GB 5009.3—2016）的要求，将制备好的样品放入烘箱中，在101 ～105 ℃的温度下保持4 h，测量前后的质量差，得到其水分含量。进行平行样测定，在重复性条件下获得的两次独立测定结果的绝对差值不得超过算术平均值的10%[7]。

1.4 数据处理及统计学方法

采用Excel 2003 软件建立数据库，运用t检验方法进行数据分析。

2 结果与分析

2.1 谷物水分检测结果

快速检测方法和国家标准方法对小麦、稻谷、玉米水分含量的检测结果见表1、表2 和表3。方法1 为快速检测方法，方法2 为国家标准方法。

表1 方法1 和方法2 水分含量检测结果（小麦）表

表2 方法1 和方法2 水分含量检测结果（稻谷）表

表3 方法1 和方法2 水分含量检测结果（玉米）表

通过10 次平行测定样品，方法1 和方法2 检测小麦、稻谷、玉米的平均水分含量分别为13.82%和12.72%、11.53%和11.05%、13.54%和13.20%，表明方法1 检测出的样品含量稍高于方法2。经过统计学处理，两种方法检测3 种样品的P值分别为0.29、0.06和0.50，表明方法1 与方法2 检测结果差别无统计学意义（P＞0.05）。方法1 和方法2 测定小麦、稻谷、玉米的RSD 值分别为0.07%和0.14%、0.04%和0.05%、0.07%和0.10%（n=10），方法1 的RSD 值均小于方法2，表明方法1 组内检测结果的离散程度较小，说明该方法具有良好的精密度。

2.2 检测结果配对t 检验分析

本次试验选用的3 种样品，样本量相同，且样品的先后顺序一一对应，运用配对t检验方法进行分析。由图1 可知，两种方法10 次检测样品的配对t检验结果表明两种方法没有显著性差异，且两种方法的t检验值为正，结果显示方法1 所测含量比方法2 略高，表明方法1 整体优于方法2。

图1 两种方法的配对t 检验的检测结果对比图

3 结论

实验过程及结果表明，国家标准方法需要粉碎和干燥样品，程序烦琐，检测时间长、效率低，无法实现现场检测，而基于射频识别技术原理的快速检测方法检测时间不到1 min，无需制备样品，测量穿透性强，检测结果准确度、精密度较好，适用于粮食中水分含量的检测。快速检测方法具有快速、准确、便携、节约成本以及不依赖于操作人员经验的优点，克服了传统检测方法的不足，提高了检测效率，在批量样品的检测方面具有良好的应用前景。