粮食质量快速检测技术的应用

2024-01-15王婷婷

食品安全导刊·中旬刊 2023年11期

基金项目：张家口市重点研发计划，专项名称“农业领域技术攻关专项”，项目名称“张家口地区储备粮食质量安全技术研究”（2322024C）。

作者简介：王婷婷（1990—），女，河北张家口人，硕士，工程师。研究方向：粮油产品质量检验。

摘要：为保证粮食质量，需要对粮食储存环境进行监控，定期观察粮食品质的变化情况，防止粮食发生腐坏变质现象。本文结合粮库实际情况，介绍常见的粮食水分、质量检验、脂肪酸值的快速检测技术，分析各类快速检测方法的优缺点，结合日常使用经验，总结各种快速检测技术的应用范围，为基层粮库粮食水分、质量检验、脂肪酸值检验提供参考。

关键词：粮食；水分；脂肪酸值；快速检测技术

Application of Rapid Detection Technology for Grain Quality

WANG Tingting

（Zhangjiakou Grain and Oil Quality Inspection Center， Zhangjiakou 075000， China）

Abstract： In order to ensure the quality of grain， it is necessary to monitor the grain storage environment， regularly observe the changes of grain quality， and prevent the deterioration of grain. Based on the actual situation of grain depots， this paper introduces the rapid detection technology of common grain moisture， quality inspection and fatty acid value， analyzes the advantages and disadvantages of various rapid detection methods， and summarizes the application scope of various rapid detection technologies in combination with daily use experience， so as to provide reference for grain moisture， quality inspection and fatty acid value inspection in grassroots grain depots.

Keywords： grain; moisture; fatty acid value; rapid detection technology

储备粮食质量安全是保证粮食安全流通环节的基础，粮食水分检测在粮食收购、储存、出库、销售及加工中具有重要意义。传统的粮食水分检测方法主要是直接干燥法，在101～105 ℃下烘干至恒重测定样品中损失的重量，计算样品中的含水量，执行标准为《食品安全国家标准食品中水分的测定》（GB 5009.3—2016）[1]，需要用到恒温干燥箱、天平等实验仪器，适用于在实验室内开展检测。粮食收购、入库时需现场作业，对于粮食水分的把握有时还停留在经验判断层面，对水分的把控不够严格，急需可以实现现场作业的快速检测技术，同时满足准确度高、检测快、环境适应度强的需求。粮食储存期间会发生质量变化，导致粮食品质下降，造成经济损失。基层粮库普遍存在粮食质量检验项目单一，设备技术更新慢，不能及时掌握储备粮食质量变化的问题。快速检测技术可以缩短检验时间，提升检验效率，将其运用到粮食储存企业的日常检验中，可以更好地监测粮食质量，提高工作效率。本文介绍了常见的粮食水分、质量检验、脂肪酸值的快速检测技术，分析各方法的优缺点和适用情况，为粮食质量安全提供新思路，为基层粮库以及相关人员提供参考。

1 粮食水分快速检测方法

1.1 电容法

电容法检测粮食水分的原理是粮食经过电容传感器，不同含水量的粮食会使电容传感器介质的介电常数发生变化，导致电容的变化，电容变化转变成电信号，间接检测粮食的水分含量。電容法具有便携、性价比高、操作简单以及无损检验等优点，缺点是稳定性差。不同的粮食品种、粮食温度、下料速度都对结果准确性有一定影响。柏禄乾[2]使用PM-8188型谷物水分仪对6个产地的玉米样品中的水分含量进行测定，并与国家标准中的干燥法进行比对，得出在被测样品的温度与水分仪温度保持一致的情况下

（±2 ℃），测定值与实际值误差在0.2%以内。电容水分检测仪是一种研究和应用相对广泛的粮食水分快速检测技术，适用于水分连续快速检测，如粮食入库时的卸车检验。在检测粮食水分前应提前校准仪器，统一检测环境温湿度条件，对于结果偏差较大的样品还应参照国家标准方法进行复检，确保结果准确。不定期通过干燥法对电容水分检测仪进行校准，可以缩小检测误差，使检测结果更为准确。电容法粮食快速检测仪种类繁多，常用的电容式水分检测设备有PM-8188-A型谷物水分测定仪（日本kett）、GAC2100、GAC2500高精度谷物快速水分测定仪（美国帝强）、Aqua-TR高精度水分容重仪（法国肖邦）以及AM5200快速谷物水分分析仪（瑞典波通），仪器的测量误差范围为±（0.1%～0.5%），可根据实际预算及对检测结果准确度的要求挑选应用。

1.2 电阻法

电阻法检测粮食水分的原理是粮食在通电情况下，含水量越高的样品电阻越小，含水量与电导率呈线性关系，通过检测电导率的变化测量粮食的含水量[3]。常见的电阻式水分检测设备有国产的TK-100S数显粮食水分仪、LSK-1型数显插杆式水分快速测定仪、Riceter-f粮食水分测定仪（日本kett），设备在适宜环境条件下与国家标准中的干燥法的测量误差在±0.5%以内，电阻法水分测定仪结构简单、便于操作、价格优惠，但信号强度小，测量精确度取决于被测粮食的内部水分分布情况，粮食内部水分分布不均匀可能会对测量结果产生一定影响。

1.3 近红外法

近红外光谱是指波长范围为780～2 526 nm的电磁波，粮食样品中的含氢官能基团能吸收近红外光波，产生能量迁移，可通过分析近红外光谱测定样品的含水量及多种成分[4]。近红外光谱法具有分析快、操作简单、准确度高、适用范围广、便于连续检验及无损检验等优点，可以添加其他检测模块对样品进行全面分析，国家标准已将近红外光谱法列为谷物品质检验方法。但近红外水分检测设备价格普遍较高、对于检测环境的温湿度有一定要求。常见的近红外水分检测设备有9500plus型多功能谷物近红外分析仪（瑞典波通）、ZX880近红外检测仪（Zeltex公司）、Infratec近红外谷物分析仪（福斯）。目前，关于近红外在谷物成分分析方面的研究较多，近红外检测设备可同时分析谷物样品中的多种成分，如水分、蛋白质、脂肪、灰分及淀粉等，还可同时添加容重模块检测样品容重，是一种综合分析样品成分的快速检测仪器。

1.4 中子法

中子法利用中子源发出的高速中子与被测样品水分中的原子碰撞而发生减速，通过监测器检出的减速中子数测量样品中的含水量，具有准确度高、无损检验、连续检验及适用温度较低的样品等优点[5]。常见的仪器有ZSY-5型智能中子水分仪（北京首仪华强公司）、MOLA在线中子水分仪（Thermo），中子法水分检测仪多用于对土壤水分的检测。

1.5 微波法

微波是指频率为300～300 000 MHz的电磁波。微波法检测粮食水分的原理是粮食干物质与水分的介电常数不同，微波与粮食中水分相互作用产生参数变化，间接检测水分含量[6]。不同的微波水分检测仪的原理略有不同，微波法水分检测仪的优点为灵敏度高、无损检验、连续检验、操作简单及可同时检测粮食其他成分，缺点为价格普遍偏高、不适用于室外检测环境。常见的微波法水分检测设备有RH2010SF-1型微波水分测定仪（湖南赫西）、粮食在线微波水分测定仪（德国MOSYE）、Aquamatic5100型快速水分分析仪（瑞典）以及微波粮食水分测定仪（Aquar-System Ltd.）。

1.6 核磁共振法

核磁共振法是利用一定条件下原子核自旋重新取向，样品在特定频率下吸收电磁场的能量，吸收能量的多少与样品中水分含量高低相关。核磁共振法还可以区分自由水和结合水，可以检测含水量为0.05%～100.00%的样品，精确度较高，但相关检测设备价格偏高，不适宜基层企业使用。

1.7 水浸悬浮法

《粮油检验粮食水分测定水浸悬浮法》

（LS/T 6103—2010）需搭配电动粉碎机使用，操作较为简单，结果精确度高，不适用于无损检验和室外检测[7]。在行业标准的支撑下，水浸悬浮法可作为基层单位实验室快速检测粮食水分的备选方法。

1.8 声学法

物体碰撞时产生振动，发出声波，样品碰撞产生的声波和频率与水分含量存在函数关系，可通过检测撞击声的声压级确定样品的含水量[8]。声学法测量结果的准确度取决于样品的下落高度。声学法是通过收集声波来确定样品中的含水量。然而，在收集声波的过程中分区是否为噪声信号是研究难点，需进一步研究。

2 粮食质量检验

粮食的质量检验主要是对粮食外观的分析检测，粮食破损和病变都会引起粮食品质下降，国家标准对不同品种粮食有不同质量要求，质量检验通常是人工检验，主观性强、检验时间长、效率低。将视觉分析技术和图像处理技术应用到粮食质量检验中，可有效提高检测效率、减少人为误差。

图像处理方法是利用机器视觉对粮食进行准确识别，采用图像处理的方法对粮食样品的外形进行分析，常用处理方法有中值滤波、形态学运算、图像分割等。对特征参数进行筛选，建立线性参数统计分类器和BP神经网络模型实现对粮食样品的质量分析，可以检测容重、不完善粒、黄粒米等质量指标。已有相关研究将该方法应用于马铃薯的外部缺陷[9]、花生仁的霉变[10]、花生品质分级[11]、小麦容重[12]以及玉米不完善粒[13]等的检测。该方法在大米、玉米、小麦及稻谷等农产品质量和品质检测方面已经取得了较大进展，综合分析粮食质量品质的商业化产品也已经研发应用，是一种无损、高效、准确的快速检测方法。常见的图像处理式粮食质量分析仪器有小麦品质檢测仪器（东方孚德）、大米外观检测系统（东方孚德）、GK9800型粮食不完善粒分析仪（GMVC）。

3 脂肪酸值

脂肪酸值是判定玉米、稻谷储存品质的重要指标，对于脂肪酸值的检验贯穿粮食储存全过程，目前测定脂肪酸值的方法主要有手动滴定法和仪器法。国标方法中滴定法对于人员操作水平、光线条件要求较高，尤其是玉米脂肪酸值检验，玉米颜色的干扰导致滴定终点的判断更为困难，专业技术人员在长期的检验工作中总结经验才能使结果重复性高、准确度好。相对于人工滴定法，仪器法对操作人员、工作环境的要求较低，能够连续操作，可有效提高工作效率，适用于基层粮库的日常检验，仪器法又分为滴定仪法和近红外法。

3.1 光度滴定仪

光度滴定仪是通过光学传感器检测透过滴定体系溶液的光能量变化，反应滴定溶液的颜色变化，分辨滴定终点，利用内置识别系统控制滴定过程，实现自动控制[14]。相较于国标方法，光度滴定仪具有良好的准确度、精密度、回收率，可满足实验室连续检测样品的需求[15]。常见的光度法滴定仪有JDDY自动滴定分析仪、JZSZ-I、JZSZ-II全自动脂肪酸值测定仪，BLH-840K全自动粮食脂肪酸值检测一体化平台（伯利恒）。

3.2 电位滴定仪

电位法通过检测滴定溶液的pH值判断滴定终点。全自动电位滴定仪可通过自动进样盘将待测样品按顺序自动进样，通过检测pH值终点进行滴定测定，实现自动化检测，可进行连续检测。电位法检测结果的准确性和重复性与国标方法中人工滴定法无显著性差异，可以满足检验需求。电位法样品提取液在敞口条件下放置98 min内不会影响检测结果的准确性和稳定性[16]。常见的电位法滴定仪有855 Robotic Titrosampler型电位滴定仪、ET-18型电位滴定仪。

3.3 近红外法

近红外法使用近红外谷物分析仪采集大量样品的光谱数据，通过国标方法检测样品的脂肪酸值，利用仪器软件进行数据拟合，建立近红外光谱模型，再通过该模型对同类型样品进行脂肪酸值测定。黄冬等[17]在近红外法快速测定广西早籼稻谷脂肪酸值的试验中证明该方法重复性误差在2 mg/100g以内，90%的样品准确性误差在3 mg/100 g以内。黄亚伟等[18]对118份玉米样品进行定标建模，通过内部交叉验证优化定标方程，通过外部验证表明近红外光谱法可以作为检测玉米脂肪酸值的方法。范维燕等[19]在近红外光谱快速测定稻谷脂肪酸值研究中收集了不同地区、不同品种的稻谷样品进行建模分析，再进行外部检验，测量结果准确性较好，可以用于稻谷脂肪酸值的测定。

3.4 优缺点对比

仪器法可实现检验过程的自动化，降低对检验人员的技术要求，不受环境变化的影响，可实现连续操作，提高滴定的精密度，减少对人员操作经验和技术的依赖。光度法滴定仪、电位法滴定仪有国家标准《粮油检验谷物及制品脂肪酸值测定仪器法》（GB/T 29405—2012）[20]和行业标准《粮油检验谷物及制品脂肪酸值测定自动滴定分析仪法》

（LS/T 6105—2012）[21]支持，但仪器普遍价格较高，结果稳定性和准确性需与人工滴定法进行比对校准，仪器需定期维护，仪器耗材也需及时更换，适用于有大量检验工作的基层单位，可以提高单位的检测效率。近红外光谱法可极大地缩短检验时间，进行无损检验，近红外谷物分析仪还可以分析样品中的其他成分和质量指标，但需大量样品进行建模分析，通过外部验证后才可使用，基层单位操作困难，需要专业人员提供技术支持。

4 结语

粮食水分快速检测技术的快速发展可满足不同的检验工作需要，不同技术方法的适用范围和局限性不同。例如，粮库现场收购粮食进行入库水分检验时，需要把握粮食安全水分，可选择便携、检测时间短、无损检验的快速检测设备；粮食储存期间的水分检测，需要掌握粮食水分的准确数据，保证储备粮食质量安全，可以选择精确度高、重复性好的快速检测设备；资金充裕的基层单位可使用能综合分析粮食成分的快速检测设备，对粮食品质进行综合分析评价。随着快速检测技术的研究应用，粮食质量检验向更全面、更高效的方向发展，为基层单位检验工作提供了更多选择，规范快速检测技术标准、研发便携快速检测设备、实现多项目综合分析检验是未来快速检测技术的发展方向。

参考文献

[1]中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会.食品安全国家标准食品中水分的测定：GB 5009.3—2016[S].北京：中国标准出版社，2016.

[2]柏禄乾.谷物水分测定仪在实际玉米水分测定中的应用[J].粮油仓储科技通讯，2020，36（2）：48-49.

[3]孙健，周展明，唐怀建.国内外粮食水分快速检测方法的研究[J].粮食储藏，2007（3）：46-49.

[4]陆婉珍.近红外光谱技术进展[J].现代科学仪器，2006（5）：5.

[5]杨悦乾，王剑平，王成芝.谷物含水率中子法在线测量的可行性研究[J].农业工程学报，2000（5）：99-101.

[6]张永林，李诗龙，许晓云.微波水分检测及其在小麦着水装置中的应用[J].粮食与饲料工业，2003（11）：7-8.

[7]國家粮食局.粮油检验粮食水分测定水浸悬浮法：LS/T 6103—2010[S/OL].（2010-10-20）[2023-10-12].http：//down.foodmate.net/standard/yulan.php？itemid=32190.

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[10]陈红，熊利荣，胡筱波，等.基于神经网络与图像处理的花生仁霉变识别方法[J].农业工程学报，2007（4）：