粮食水分检测技术及发展趋势

管清林 庄荣荣

摘要：全面系统地阐述了国内外现有的各种粮食水分的测量方法、原理及其测量特性，对常用的粮食水分测量仪器及其主要性能指标进行了分析，并对测试误差进行了分析探讨，指出了粮食水分检测技术的发展方向，为从事粮食水分研究和相关人员提供了理论依据。

关键词：农艺学；粮食水分检测；综述；发展趋势

0前言

粮食水分的检测方法概括起来可分为无损检测和有损检测两大类。无损检测是指在不破坏待测物原来的状态和化学性质等前提下，通过粮食本身的物理、光学及化学特性来测其含水量

1.有损检测

则是指在测量的过程中待测物粉碎或发生了化学变化，致使其不能保持原有的形状、结构或组分。在这两类中，无损检测的方法更经济、快捷，发展也最为迅速，是当今世界水分检测的主流。

1粮食水分无损检测的主要方法

1.1直接干燥法与电容法

1.1.1直接干燥法

直接干燥法是指将待测样品置于烘箱中，根据ASAE标准，在130℃的温度下保持19h，测量前后的质量差，即为其水分含量。

1.1.2电容法

电容法是根据水分的介电常数远远大于粮食中其它成分的介电常数，水分含量的变化势必引起电容量变化的原理，通过测量与样品中水分变化相对应的电容变化即可知粮食的水分含量代表仪器为SCY-1A，其测量精度≤0.3%，测量时间为5s，测水范围为10%～20%，主要影响因素为温度、品种和紧实度。该法可进行在线测量。以上两种方法的测量原理非常简单，技术相对来说也比较成熟，但都存在不足之处：直接干燥法测量周期较长，人为干扰因素多，并且不能进行在线测量；电容法的影响因素较多，在精度和重复性等方面难以达到国家规定标准。随着人工智能和数据融合技术的发展，为数据综合处理提供了新的途径，目前也取得了一些可喜的结果。红外线加热干燥法是利用红外线加热样品使其失水，从而达到测量水分含量的目的。代表仪器为FD-600，测量精度为±0.1%，测量时间为1200s，测水范围为0～100%，主要影响因素为温度和加热时间。该法不能进行在线测量。主要影响因素为微波炉的功率、谷物质量、度和介电特性。该法不能进行在线测量。与传统干燥法相比，这两种方法缩短了测量周期、减少了能耗。其中，红外法不需加热介质，提高了热能利用率；微波法操作方便，并可同时测量多种样品，但它存在温层效应和棱角效应，造成微波的不均匀，从而影响测量精度。

1.1.3介电损失角法

研究表明：谷物含水率不同，介电损失角也不同，并且呈单值分段线性关系。该方法经济实用、测量精度高，尤为适合测量高水分谷物。代表仪器为MSA6450，测量时间为0.1s，测水范围为1%～30%，主要影响因素为温度和品种。该法可进行在线测量。

1.1.4核磁共振法、射线法与中子法

核磁共振法是在一定条件下原子核自旋重新取向，从而使粮食在某一确定的频率上吸收电磁场的能量，吸收能量的多少与试样中所含的核子数目成比例该法检测迅速、精度高、测量范围宽，可区分自由水和结合水；其不足之处是仪器昂贵，保养费用大，需精确标定。代表仪器为核磁共振水分测试仪，测量精度≤0.5%，测水范围为0.05%～100%，主要影响因素为物料流量、堆密度和温度，可进行在线测量。

1.1.6射线法

近红外线反射光谱（NIRS）是在1964年应用于粮食水分测定的。由于不同的分子对不同波长的近红外光具有不同特征的吸收，当用近红外光（波长为1940nm）照射样品时，漫反射光的强度与样品的成分含量有关，服从朗伯—比尔定律。该方法测量快速、简单，无需对粮食进行烘干，只需在仪器前流动即可检测，但仅属于表面测量技术，很难反映整个物料的体积水分（内部水分），测量精度受粮食籽粒的大小、形状和密度影响。代表仪器为XY617-B测量精度≤0.2%，测量时间为0.04s，测水范围为0～45%，主要影响因素为籽粒大小、形状和密度。该法可进行在线测量。微波吸收法始于19世纪40年代，它利用粮食中的水分对微波能量的吸收或微波空腔谐振频率和相位等参数随水分的变化来间接地测量水分含量的其优点为灵敏度高、速度快、安全、不损坏物料、可在线连续测量、测量信号易于联机数字化和可视化；缺点是检测下限不够低，易引起驻波干扰，测量值与物料成分有关，不同品种需单独标定。代表仪器为在线微波水分仪，测量精度为±0.1%，测量时间为0.5s，测水范围为0～40%，主要影响因素为品种、物料、形状和密度，并可进行在线测量。

2.粮食水分有损检测的主要方法

2.1烘箱法

2.1.1 105℃恒重法

用比水沸点略高的温度（105°±2℃）使经过粉的定量式样中的水分全部汽化蒸发，根据所失水分的质量来计算水分含量。该方法是水分检测最常用的标准方法之一。

2.1.2定温定时烘干法

该方法又称130°±2℃电烘箱法。其原理为：在一定规格的烘盒内称取经过粉碎的试样，在规定加热温度的烘箱内烘干一定时间，烘干前后质量差即为水分含量。

2.1.3双烘法

双烘法主要用于测量高含水量粮食。测量时，先称取整粒试样20～30g，放入105℃烘箱中烘干30min，取出冷却称质量，然后粉碎，再用105℃恒重法进行烘干测量。

2.1.4隧道式烘箱法

隧道式烘箱法也是定温定时法的一种，它将象限秤与烘箱结合起来，烘干试样后无需冷却可直接用象限秤称量，并可在象限秤上直接读出试样的水分含量。

2.2快速失重法、减压干燥法与直流电阻法

（作者单位：156300黑龙江省农垦建三江管理局七星农场）