近红外光谱法检测小麦粉中水分、灰分含量的优势

郭思思

摘 要：近红外光谱检测手段是一种无损样品、操作简单、检测快速的检测手段，在成品检测和在线检测中都据有优势。水分、灰分是小麦粉重要的检测指标，它们会影响小麦粉的品质，而生产线上每天都会生产大量产品，采用常规方法无法满足实时监测的需求，而近紅外光谱仪可以很好的解决这一问题，快速对瞬时样进行检测，及时了解小麦粉的变化。通过近红外光谱法和常规检测方法的比较表明，近红外光谱检测方法可以快速得出检测结果，从而可以及时对生产进行调整，保证产品质量。

关键词：近红外光谱法;小麦粉;水分;灰分;优势

Abstract：Near infrared spectroscopy （NIRS） is a nondestructive， easy to operate and fast detection method for samples. It has an exclusive advantage in both finished product detection and online detection. Moisture， ash content of wheat flour is important to detect indicators， they influence the quality of wheat flour， and every day there are many different products on production line production at the same time， the conventional method cant satisfy real-time monitoring， and near infrared spectrometer can solve this， good fast to test the instantaneous sample， timely understanding of wheat flour production change. Through the comparison of the two， it can be shown that the near-infrared spectrum detection method can quickly obtain the detection results， so as to timely adjust the production， ensure the product quality and smooth production.

Key words：Near infrared spectroscopy; Wheat flour; Moisture; Ash content; Advantage

中图分类号：TS211.7

小麦粉的色泽是评判面粉品质的重要参数，而小麦粉的含水量高低对于小麦粉的白度存在一定影响，同时，水分含量较低会导致小麦粉出粉率下降。

小麦粉加工精度越高，灰分就越低，而灰分会影响小麦粉的品质质量和产品使用性能。因此，灰分也是我国面粉分等定级的主要指标之一，也可作为面制品使用性能的主要参考依据之一[1]。

近红外光谱技术是一项物理测试技术，此技术不仅操作简单、而且成本低，仪器占地面积小，只需一台仪器即可完成几项指标的同时检测。它是利用有机物中含有的各种含氢基团的倍频与合频谱带在近红外光谱区的特征振动吸收信息，从而快速测定样品中多种化学成分的含量[2-4]。现有的近红外光谱仪可以用于水分、灰分、淀粉和蛋白质等成分的检测，且方法较为成熟。

1 小麦粉中水分检测的意义及常规检测方法

水分测定的意义：保证小麦粉的产品品质;在食品监督管理中，评价食品的品质;在食品生产中，为计划生产的物料平衡提供数据，指导工艺控制。

水分不仅是影响小麦粉储藏性质的一项重要指标，也是面制品加工工艺和技术参数的数据支撑，与最终面制品的产品质量息息相关。小麦粉的水分含量一般在13.5%～14%[5-6]。水分过高，小麦粉不耐储藏易变质，比较容易出现结块成团、吸湿发热霉变等现象，严重时还会酸败变苦，特别是在高温潮湿的环境下容易发生质量问题;水分过低影响粉色和出粉率，影响企业的经济效益。所以面粉中适当的含水量有利于保证面粉的质量和提高出粉率。

小麦粉水分的常规检测方法为GB 5009.3-2016《食品安全国家标准 食品中水分的测定》第一法 直接干燥法，其实验步骤大致为，将称量瓶置于105 ℃干燥箱中加热1 h，取出置于干燥器内冷却0.5 h后称量，并重复干燥称量步骤，直至恒重，即前后两次称量质量差不超过2 mg;再将精确称量的2 个样品置于称量瓶中，置于105 ℃干燥箱中干燥2～4 h后，取出于干燥器中放置0.5 h后称量，然后再放入105 ℃干燥箱中干燥1 h左右，取出再冷却，并重复干燥称量步骤，直至恒重[7]。

2 灰分的检测的意义及常规检测方法

食品的总灰分含量是控制食品成品或半成品质量的重要依据;可用于评定食品是否卫生，是否存在掺假现象。如果小麦粉灰分含量超过了正常范围，则小麦粉可能在加工过程中被小麦麸皮污染;如果原料中有杂质或加工过程中混入了一些泥沙，则灰分测定结果也会超标。。

对于麦粒的不同部位，灰分含量也有明显差异，麦皮、麦胚的灰分含量（5%～10%）比较高，胚乳的灰分含量（0.3%～0.5%）很低。可通过测定小麦粉的灰分值来衡量小麦粉的加工精度，反映小麦粉中的胚乳含量，如果小麦粉灰分含量高，则说明小麦粉中含有的麸星多，即为小麦加工过程中清理效果差，加工精度低。

灰分的常规检测采用GB 5009.4-2016《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》第一法 食品中总灰分的测定，该方法实验步骤大致为将洗净的坩埚置于高温炉内，在（900±25）℃下灼烧30 min，取出后在干燥器内冷却至室温后称重，将小麦粉置于称量后的坩埚中，将坩埚置于高温炉口或电热板上，半盖坩埚盖，加热使样品在通气情况下完全炭化至无烟，将坩埚放入高温炉内，将温度升高至（900±25）℃，保持此温度灼烧至无碳粒，即为灰化完全，一般1 h可灰化完毕，冷却至200 ℃左右，取出，放入干燥器中冷却

30 min，称量前如发现灼烧残渣有炭粒，应向试样中滴入少许水湿润，使结块松散，蒸干水分再次灼烧至无炭粒即表示灰化完全，方可称量。重复灼烧至前后两次称量相差不超0.5 mg为恒重[8]。根据公式（1）进行计算，即可得每百克小麦粉中灰分含量。

3 近红外光谱法的原理及优势

3.1 近红外光谱法的原理

近红外光是一种介于可见光（VIS）和中红外光（IR）之间的电磁波，波长范围在780～2 526 nm，近红外光又根据波长范围分为近红外短波区（780～1 100 nm）

和近红外长波区（1 100～2 526 nm）虽然近红外光谱区发现的较早，但是由于此谱区的吸收谱带宽，重叠严重，吸收信号能力较弱，信息解析复杂，所以这项技术一直没有得以发展应用。近些年来，计算机应用技术发展迅速，计算机与化学技术的结合给这项技术提供了一个很好的发展平台，从而使这项技术成为发展最快、最引人注目的光谱技术。通过深入的研究，使这项技术变得操作简单、方便快捷，且原料不需要进行预处理即可进行检测化验，使这项原本复杂的光谱技术得以广泛的应用。

有机物上的一些基团，主要是含氢基团的倍频或合频的谱带恰好落在近红外区，因此，大部分有机物的主要结构和组成都可以在近红外光谱中找到特征信号，而且易于获得稳定的图谱。不同化合物分子在近红外区的吸收点不同，其吸收强度与化合物分子总量直接相关。应用计算机技术，可以通过近红外光谱的细微差异，从多组分的反射或透射吸收的重叠和交叉中找到有益于分析的特征波长，再经过计算进行一系列的数学处理，而实现对某种成分的分析测定。

3.2 近红外光谱仪的使用

以inframatic 9140型近红外快速成分分析仪为例，在500～2 400 nm的波长范围下检测样品，分析时间在30 s内，检测范围：面粉、全麦粉、大豆粉、玉米粉、米粉与奶粉等粉状样品中的水分、灰分、蛋白、脂肪、淀粉、纤维和白度等多种参数，有自动样品压紧装置，可避免人为误差，检测结果不受操作者因素影响，样品温度自动补偿，如果温度超出检测范围，就会自动报警。可实现全网路化管理，统一收集分析数据，同时配备防尘装置，可以在生产现场使用，自动记录检测数据和检测过程。

3.3 近红外光谱法的技术优势

与常规化学分析方法相比，近红外光谱分析技术有以下优势。

分析速度快。扫描速度快，测定时间短，大多可在1 min内完成检测，并得出数据结果。

可同时检验检测多组分。建立好方法后，可以同时检测小麦粉的水分含量、灰分含量、蛋白质含量与面筋值等。

样品无需预处理。样品分析过程无需使用任何试剂，根据透射或漫反射可直接检测固态、液态和气态样品，测定过程无需任何化学处理，过程无污染。

操作近红外光谱仪十分简单。可自主完成检测，对操作人员要求不高，也不需要专门的技能培训。

检测成品低。无需任何辅助仪器设备或药剂，只需电即可，大大降低了检测成本。

可在线检测。仪器可以在生产线上安装，对原料、成品、半成品进行在线检测，发现问题及时调控，保证产品的质量和順利生产。

4 结论

相较于常规小麦粉中水分、灰分的检验检测方法，近红外光谱仪操作简单，不仅可以节省时间、节省劳动力，还可以实现对在线产品的实时监控分析，发现异常可以及时调整，提高生产效益。

参考文献：

[1]李树高.面粉灰分含量对面制品的影响[J].粮食与食品工业，2008（5）：11.

[2]赵杰文，孙永海.现代食品检测技术[M].北京：中国轻工业出版社，2007.

[3]陆婉珍，袁洪福，徐广通，等.现代近红外光谱分析技术[M].北京：中国石化出版社，2000.

[4]陈锋，何中虎，崔党群，等.利用近红外透射光谱技术测定小麦品质性状的研究[J].麦类作物学报，2003，23（3）：l4.

[5]郭祯祥.小麦水分调节与搭配[J].小麦加工技术，2003，3（1）：128-129.

[6]李玉忠.水分测量的基本概念[J].物性分析仪器，2005，1（1）：3.

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

[8]中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会.

GB 5009.4-2016食品安全国家标准食品中灰分的测定[S].北京：中国标准出版社，2016.