两种常见粮食水分快速检测设备的使用优化方法探讨

摘 要：水分含量是影响粮食储存、加工及品质的关键指标。电容式粮食水分检测仪和近红外谷物分析仪作为快速检测设备，广泛应用于粮食收购、入库等环节的水分检测工作中，具有快速、高效、操作简单等优点，但其准确度受使用条件影响显著。本文通过研究实验次数、粮食温度、开机预热时间等因素对检测结果的影响，以确定最佳检测条件。结果表明，实验次数为5次、粮食温度在20～25 ℃、设备预热20 min条件下的检测结果准确率高，有效降低了环境和人为因素的干扰。相关研究结果可为两种仪器的规范化使用提供理论依据，对提升粮食水分检测效率和保障粮食安全具有重要意义。

关键词：粮食；水分；电容式水分检测仪；近红外谷物分析仪

Abstract： Grain moisture content is a key index affecting storage， processing and quality. Capacitive grain moisture detector and near-infrared grain analyzer， as rapid detection equipment， are widely used in grain acquisition， storage and other aspects of moisture detection work， with the advantages of fast， efficient， simple operation， but their accuracy is significantly affected by the use of conditions. In this paper， the influence of experiment times， grain temperature， boot preheating time and other factors on the detection results was studied to determine the best detection conditions. The results show that the accuracy of detection results is high when the grain temperature is 20 ℃ to 25 ℃ and the equipment is preheated for 20 min， and the interference of environment and human factors is effectively reduced. The relevant research results can provide theoretical basis for the standardized use of the two instruments， and have important significance for improving the efficiency of grain moisture detection and ensuring food security.

粮食水分含量检测在保障储备粮食安全、防止粮食损失等方面有重要意义，合理的水分含量是确保粮食储存安全的关键，超过安全储存水分含量的粮食容易霉变，产生有害物质，影响粮食安全，过低的水分含量又会导致粮食容易破损，降低粮食质量。目前，常用的粮食水分检测方法可以分为直接干燥法和间接法。直接干燥法在101～105 ℃条件下采用挥发方法测定样品中干燥损失的重量，计算样品中的含水量，该方法为粮食水分检测的国家标准方法，需要用到恒温干燥箱、天平等实验仪器，适用于实验室内开展检测[1]。间接法主要包括电容法、电阻法、近红外法、中子法、微波法、核磁共振法、水浸悬浮法和声学法，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，从而间接检测水分含量。其中，电容式水分检测仪具有便携、操作简单、无损检验等优点，常用于粮食的收购、粮情检查等现场快速检验。不同的粮食品种、粮食温度以及下料速度都会对结果准确性有一定影响[2-3]。近红外光谱（波长在780～2 526 nm）可用于分析粮食样品中的含氢官能团（如水分）。这些官能团吸收近红外光并导致能量迁移，通过光谱分析可测定样品的含水量及其他成分[4]。近红外谷物分析仪作为一种综合性检测粮食品质的分析仪器，具有精确度高、无损检验、样品处理简单等优点，常用于准确度要求较高的粮食水分检测以及粮食质量综合分析检测。开机预热时间、面粉的粗细度、粮食含水量等因素都会对检测结果产生一定的影响[5-6]。此外，这两种常见的粮食水分快速检测方法还受环境、操作方法等因素的影响。为提高结果准确度，本文对粮食常见品种玉米进行水分检测，使用上述两种常见快速检测仪器与《食品安全国家标准 食品中水分的测定》（GB 5009.3—2016）中直接干燥法进行比对，分析仪器开机预热时间、粮食温度、试验次数等条件对结果准确度的影响，优化检验条件，提高检测效率。

1 材料与方法

1.1 试验材料

玉米样品于2024年收获，颜色为黄色，产地为河北，经过烘干处理，水分含量均匀。

1.2 仪器与设备

101-2AB电热鼓风恒温干燥箱，天津市泰斯特仪器有限公司；MS204S万分之一电子天平，梅特勒-托利多仪器有限公司；BLH-5700粮食水分磨，浙江伯利恒仪器设备有限公司；PM-8188电容式粮食水分测定仪，日本Kett公司；IM9500 Plus近红外谷物分析仪，瑞典波通仪器公司；DH3600B电热恒温培养箱，天津市泰斯特仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 样品处理

将玉米样品充分混匀，去除杂质，并密封保存。

1.3.2 试验次数对结果准确度的影响

多次试验求取平均值作为检验结果可以有效规避误差，使得测定结果更有代表性，但试验次数过多又会造成工作效率下降。近红外谷物分析仪内部设置10次试验平均值作为报告结果。对于试验次数的优化主要针对电容式粮食水分检测仪，使用电容式粮食水分检测仪对玉米样品进行3、5、7、9次重复试验，求取平均值，与直接干燥法结果进行比对，并分析试验次数对结果准确度的影响。

1.3.3 粮食温度对结果准确度的影响

水分快速检测仪的工作环境一般为粮食收购现场，不同季节粮食温度差距较大。为研究温度变化带来的影响，设计以下试验。将密封样品分别置于冰箱和不同温度的电热恒温培养箱内，将玉米样品温度控制为5、10、15、20、25、30 ℃和35 ℃，分别用电容式粮食水分检测仪和近红外谷物分析仪进行分析检测，检测时间控制在5 min内，将检测结果与直接干燥法得到的测量值进行比对，探讨粮食温度对两种快速检测仪器检测结果的影响。

1.3.4 开机预热时间对结果准确度的影响

开机预热可以使仪器达到稳定的工作状态，提高结果稳定性，但是预热时间过长又会降低工作效率。为确定合理的预热时间，调整电容式粮食水分检测仪和近红外谷物分析仪开机预热时间为0、10、20、30、40、50 min和60 min，对玉米样品的水分含量进行测定。通过与直接干燥法测得的水分含量结果进行比对，研究开机预热时间对检测结果的影响。

2 结果与分析

2.1 试验次数对结果准确度的影响

使用GB 5009.3—2016中直接干燥法测定玉米样品水分含量，测得水分含量为13.5%，试验次数对结果准确度的影响见表1。试验次数为3次时，与直接干燥法的差值最大，试验次数在9次时，差值最小，试验次数在5次和7次时差值较为接近。试验次数为3次时标准偏差最大，表示测量值较为分散，试验次数为5、7、9次时标准偏差较小，都在可接受范围，表明测量值较为集中，试验结果重复性好，数据更有可靠性。结果表明，随着试验次数的增加，可以有效控制误差带来的数据偏离，更接近期望真值，准确度更好。但结合实际操作场景，电容式粮食水分检测仪多应用在粮食收购的现场环节，为提高工作效率，建议试验次数为5次，取得平均值作为检测结果。

2.2 粮食温度对结果准确度的影响

电容式粮食水分检测仪试验次数为5次，将平均值作为检测结果，玉米样品温度对其水分含量的影响见图1。电容式水分检测仪在粮温5、10、35 ℃时检测结果偏差较大，在15、25、30 ℃时检测结果偏差较小，在20 ℃时检测结果偏差最小。结果表明，粮温过高或过低都会影响结果的准确性，如需要使用电容式粮食水分检测仪测量粮温过高或过低的玉米样品时，应先将样品置于15～25 ℃的环境内，平铺避光放置一段时间再进行测量，以降低温度变化带来的误差。近红外谷物分析仪在粮温5、10、30、35 ℃时检测结果偏差较大，在15、25 ℃时检测结果偏差较小，在20 ℃时检测结果偏差最小。结果表明，使用近红外谷物分析仪测量玉米水分含量时，应避免粮温过低，可将样品放置室内恢复至室温后一段时间再进行检测，以提高结果准确性。

2.3 开机预热时间对结果准确度的影响

使用GB 5009.3—2016中直接干燥法测定玉米样品水分含量，测得水分含量为13.5%。在室温处在仪器要求的适宜温度下，开机预热时间对检测结果的影响见表2。预热时间超过20 min后，检测结果基本稳定。因此，使用电容式水分检测仪和近红外谷物分析仪测定玉米样品水分含量时，应开机预热20 min。

3 讨论

除本实验中探究的粮温、实验次数、开机预热时间这3个影响因素对检测结果的影响外，为提高结果准确性，还需要考虑以下条件。

3.1 仪器校验

校验是保证检测结果准确性的关键步骤，需要综合考虑环境条件、样品的种类、样品状态、仪器状态的影响。电容式谷物水分检测仪一般都在粮食收购、入库现场使用，入库季节多变，环境的温湿度，粉尘情况都会导致检测结果偏差较大。近红外谷物分析仪的校验主要包括两方面内容，分别为仪器性能的校验和仪器检测准确度的校验，定期的校验可以提高检测结果的准确性和稳定性，详细记录校验数据，包括环境条件、标准样品信息、检测结果以及误差分析等，可以有效评估仪器性能，并及时发现和解决问题，为粮食水分检测提供可靠的保障。

3.2 样品处理

①样品要具有代表性，样品数量要满足实验要求，充分混匀并去除杂质，可以降低粮食水分不均匀导致的结果偏差较大问题。②样品水分含量应在仪器检测的线性范围内，过高或者过低的水分含量会造成检测结果不准确。③样品应处于密封避光的环境下进行保存，减少水分流失。④样品按照要求处理后，应立即进行水分检测，确保检测结果准确。

3.3 人员培训

在检测样品时，人员操作不当会对检测结果产生影响，因此对人员进行仪器操作培训十分必要，可以帮助检验人员正确掌握仪器使用方法，减少人为误差，保证检验结果准确。同时，检测人员还应了解仪器的日常维护和校准方法，保证设备长期稳定运行。培训还可以帮助检验人员提高校验效率，避免操作不当引起的仪器损耗，并解决常见问题，延长仪器使用寿命。

4 结论

本实验分析了试验次数、粮食温度和开机预热时间对电容式水分检测仪测量结果的影响。测量次数为5次，玉米粮温接近20 ℃，开机预热时间在20 min以上时，检测结果准确性更高。此外，影响水分快速检测结果准确性的因素有很多，合理的实验条件可以提高检测结果的准确性和稳定性，降低系统误差，必要的人员培训可以减低人为误差。在实际应用过程中，可以结合实际环境条件，分析潜在影响因素，优化检验条件，合理安排检验工作。

参考文献

[1]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]王润.粮食温度对谷物水分测定仪结果的影响[J].粮油仓储科技通讯，2023，39（1）：45-47.

[3]翟宝峰，王昊.电容式粮食水分检测中的影响因素分析[J].辽宁工学院学报（自然科学版），2002，22（5）：1-3.

[4]陆婉珍.近红外光谱技术进展[C]//第三届科学仪器前沿技术及应用学术研讨会论文集.北京：《现代科学仪器》编辑部，2006：19.

[5]胡新中，魏益民，张国权，等.近红外谷物品质分析仪工作稳定性研究[J].粮食与饲料工业，2001（6）：46-47.

[6]寸焕廷，陈文，何华，等.水分、温度和检测光程对在线近红外光谱法测定结果的影响[J].烟草科技，2011，44（6）：43-47.

基金项目：张家口市重点研发计划农业领域技术攻关专项“粮食水分、真菌毒素快速检测设备使用优化的研究”（2421016C）。

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。