粮食水分检测技术分析

吴伟民 战双城

摘 要：阐述国内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，为从事粮食水分研究和相关人员提供了理论依据。

关键词：粮食水分检测；分析；检测方法

1 粮食水分无损检测法

1.1 红外线加热法、微波加热法、介电损失角法和复阻抗分离电容法

1.1.1 介电损失角法

在电压作用下电介质中产生的一切损耗称为介质损耗或介质损失。粮食品种不同，其含水率也各不相同，介电损失角也不同，并且呈现分段线性关系。此方法测量精度较高，较为适合测量水分含量高的谷物。

1.1.2 微波加热法

微波加热法是利用微波炉具有的波长短（1m～1mm）、频率高（300MHZ～300GHZ）、量子特性等明显特征。微波加热是依靠测量样品吸收微波，并将其转换成热能，使自身整体同时升温的加热方式，而完全区别于其他常规加热方式。此方法具有加热速度快、热量损失小等特点。

1.1.3 复阻抗分离电容法

复阻抗分离电容法通过复阻抗分离电路的设计，有效消除电阻参量的影响，而只保留电容参量的变化。电容式水分计具结构简单、灵敏度高、操作简便，应用比较普遍。原理主要是根据粮食的水分不同时会引起传感器电容量的变化，将电容量的变化量转换成电信号，通过测量仪表将其转换成水分指示值。

1.1.4 红外线加热法

红外线干燥法又称辐射干燥，利用辐射元件发射的红外线向粮食样品提供热量的一种干燥方法。通过测量干燥前后样品的质量，来计算其含水量。红外线加温干燥具有升温快、热效应高的优点，但照射有盲点，温度不易均匀。

1.2 直接干燥法与电容法

1.2.1 电容法

将粮食样品作为电容器中的电介质，粮食中所含水分将影响容器的电容值，在温度为103℃条件下加热干燥一段时间，通过测量烘干过程中粮食的电容值，即可测量得到粮食的含水量。

1.2.2 直接干燥法

基于粮食样品受热以后，粮食样品中的水分将蒸发出来，在140℃的温度下，产生的蒸汽压高于空气在干燥箱中气压，测量粮食样品前后的质量差，即为其含水的量。

1.3 高频阻抗法、摩擦阻力法和声学法

1.3.1 摩擦阻力法

依据粮食内部的蛋白质和水分含量比率差别，粮食样品内部蛋白质分子与水分子间的摩擦阻力与含水率呈现出，含水率高，摩擦阻力大的线性关系。通过与对照表系数比较，即可计算出测量粮食样品的水分含量。

1.3.2 高频阻抗法

高频阻抗法是一种利用交流电压或电流对待测粮食样品电极扰动，根据电极的模拟电路，计算待测粮食样品的电极反应参数。将虚数、实数阻抗作曲线图，随曲线变化规律计算测量粮食样品中的水分含量。主要影响因素为温度、品种、紧实度与电极间距。

1.3.3 声学法

1986年，Harrenstein和Brusewitz研究了流动谷物碰撞噪声的测量方法。实验表明：此方法为对待测粮食样品施以固定声压，使粮食样品产生振动，通过测量其振动频率的反射声压，来测定粮食样品中水分含量，水分含量不同其反射声音回波也不同。此方法易受到外界噪声干扰，及物体表面凹凸所影响。

1.4 核磁共振法

核磁共振主要是有原子核的自旋运动引起的。不同的原子核，自旋运动的情况不同，它们可以用核的自旋量子数I来表示。在外磁场的作用下，IH倾向于与外磁场取顺向的排列，使粮食中所含水分在吸收能量后重新排列量子核，吸收能量的多少与测试样品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；但此测量方法的仪器昂贵，保养费用大，需精确标定。

2 粮食水分有损检测法

2.1 烘箱法

2.1.1 定温定时烘干法

该方法又称130±2℃电烘箱法。其原理为：用已烘至恒重的烘盒内称取定量经过粉碎的样品，待烘箱温度升至135～145℃时，将样品放入烘箱内，在5min内将烘箱温度调到130±2℃，开始计时，烘箱内烘干一定时间后，取出样品冷却称重，烘干前后的质量差即为水分含量。

2.1.2 恒重法

此方法主要用于测量高水分粮食样品。由于此方法在测量高水分样品时需要进行两次烘干，再通过磨辊粉碎待测样品，由于两次以上的烘干和粉碎，易造成水分严重损失。在粉碎样品时施以（105°±2℃）左右温度，即可在粉碎过程中将粮食测样中的水分蒸发掉，后再次测量样品质量，即可计算出样品的水分含量。

2.1.3 隧道式烘箱法

此方法是利用隧道式烘箱的结构特点结合象限秤，对粮食样品进行定温加热烘干，在加温的同时即可测量出样品质量，进而读出水分含量数据。该方法特点为热能分布均匀，数据读取速度快，操作简便等优点。

2.1.4 双烘法

此方法通常用于高水分玉米的测量。顾名思义该方法为两次加热蒸发粮食样品中的水分，通过两次测量粮食样品的质量，计算出样品中水分的含量。对玉米规定一般单位测量误差为0.15%。

2.2 快速失重法、减压干燥法、直流电阻法

2.2.1 减压干燥称重法

该方法是在密闭容器中抽真空后进行干燥的方法，采用真空技术、定量测定技术和数据处理技术来测定水分。利用低压下水的沸点降低的原理，将取样后的称量皿置于真空烘箱内，在选定真空度与加热温度下干燥到恒重。干燥后的样品所失去的质量即为水分含量。此方法的特点还有干燥的温度低，速度快。

2.2.2 快速失重法

快速失重法是使外界条件的作用加大，加速失重，从而减少测量时间。用快速失重法测量物料中水分的含量。该方法是把粮食样品加热至一定温度，使粮食样品中水分蒸发，同时测量其重量的变化，求出粮食样品的水分，为了使失重加速，而提高加热温度，减少测量时间。它可以测量一切粉体物料，但目前粮食行业主要用此方法来测量玉米的水分。

2.2.3 直流电阻法

利用电流流过不同导体产生所产生的电阻不同的原理，对待测粮食样品施加定量电压使电流通过，并根据粮食样品水分含量不同，分别测量两端电阻。根据待测样品中水分含量越高，其电阻越小的原理，即可利用电阻值计算出其含水量。