卤素快速干燥法与烘箱干燥法检测粮食水分的对比研究

◎ 周连妹，祁正亚，黄敏如

（广东省储备粮管理集团有限公司韶关直属库，广东 韶关 512000）

水分是粮食生产加工、安全储藏、质量评估等各环节的必检项目，是入库计算增扣量的依据[1]，也是储存期间指导通风方式（降水、保水、调质）的依据，其变化大小更是出库检测计算储存期水分减量和自然保管损耗的依据，直接决定企业保管损耗考核结果，因此水分检测的准确性至关重要[2]。烘箱干燥法准确度高，但耗时长、操作烦琐，需多次重复称量，与快检快出的需求不相适应[3]。

卤素快速干燥法检测水分因具有操作简单，检测结果准确、快速，使用成本较低等优点，已被广泛应用于多个行业。蔡瑜等[4]探讨了烘箱法和卤素水分测定仪法检测蔬菜水分含量中的优势与劣势，发现在一定条件下，卤素水分测定仪法可以替代烘箱法，检测蔬菜的水分含量。甄琦等[5]研究了卤素水分仪在药用辅料醋酸钠水分检测中的应用，发现卤素水分仪对药用辅料醋酸钠中水分的测定结果有良好的一致性，可以作为一种高效便捷省时的仪器来替代烘箱。王欢等[6]以中成药制剂九藿和胃颗粒为对象，研究了烘干法与卤素快速水分测定法的相关性，结果发现卤素快速水分测定仪在温度为140 ℃，判别时间为40 s 的条件下，可以代替烘干法进行水分的测定。

本文通过对比卤素快速干燥法与烘箱干燥法检测不同含水量的小麦、稻谷、玉米所得水分值的差异，综合分析卤素快速干燥法检测粮食水分的准确度、精密度及适用性，以期为检测人员和标准化部门制定相应标准提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

1.1.1 材料2022 年吉林产玉米、2022 年河北产小麦、2022 年江西产稻谷。

1.1.2 设备

HX204 卤素水分快速检测仪，梅特勒-托利多仪器有限公司；JSFM-Ⅱ水分测试粉碎磨，杭州大吉光电仪器有限公司；FSJ-ⅡA 锤片式粮食粉碎机，中储粮成都储藏研究院有限公司；JLG-Ⅱ砻谷机，中储粮成都储藏研究院有限公司；MS204TS/02 电子天平(0.1 mg)，梅特勒-托利多仪器有限公司；DHG-9143BS-Ⅲ电热恒温鼓风干燥箱，上海圣科仪器设备有限公司；JFYZ-Ⅱ钟鼎式分样器，上海嘉定粮油仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 烘箱干燥法

按照《食品安全国家标准 食品中水分的测定》（GB/T 5009.3—2016）中第一法直接干燥法进行测量[7]。

1.2.2 卤素快速干燥法

①接通电源，仪器调水平，开机进行预热。②设置主测试参数，干燥温度设置为140 ℃。③升温程序：标准升温程序；关机模式：3 mg/50 s。④打开遮风盖，放上样品盘，去皮。⑤将4 g 左右制备好的样品均匀平铺在样品盘中，点击“开始干燥”，遮风盖关闭，测试开始。⑥干燥过程结束后，记录样品的水分含量及检测时间。

1.3 样品制备方式

分别取小麦、稻谷、玉米各2 kg（中等水分梯度），分别按以下3 种方式处理。

1.3.1 方式1取小麦、稻谷、玉米各约100 g，去除杂质后分别经水分测试粉碎磨粉碎至全部通过2.0 mm 筛孔，混匀后分别装入自封袋，编号麦2、谷2、玉2。

1.3.2 方式2

分别取小麦、稻谷、玉米3 个品种各2 份，每份约200 g，去除杂质后每个品种取一份加适量水混匀，静置48 h 调质成高水分粮，另外一份先用烘箱60 ℃干燥8 h，再用105 ℃干燥1 h，得到低水分粮。每个品种分别取高水分粮和低水分粮各100 g，经水分测试粉碎磨迅速粉碎至颗粒小于2.0 mm，混匀后分别装入自封袋，低水分粮编号麦1、谷1、玉1，高水分粮编号麦3、谷3、玉3。每种样品剩余约100 g 用于方式3处理。

1.3.3 方式3

从2 kg原始样品中取出小麦、稻谷、玉米各约100 g，和方式2 处理得到的高水分粮及低水分粮（即每个品种有低、中、高水分样品各一份约100 g，稻谷需先经砻谷机脱壳去除稻壳制得糙米），分别经锤式旋风磨粉碎制得小麦粉、糙米粉、玉米粉（可通过40 目粉筛），装入自封袋混匀，分别编号麦F1、麦F2、麦F3；谷F1、谷F2、谷F3；玉F1、玉F2、玉F3。

2 结果与分析

2.1 两种方法测定小麦、稻谷、玉米原始样品的水分分析

将小麦、稻谷、玉米按样品制备方式1 制得样品后，分别用两种干燥方法各做5 个平行检测，结果如表1 所示。两种方法分别检测同一样品所得结果的平均值非常接近，平均值之差的绝对值在0.02%～0.09%，两种方法的检测结果无显著性差异。两种方法分别对同一样品的5 个重复性检测结果的极差在0.11%～0.18%，其中烘箱干燥法极差在0.11%～0.16%，卤素快速干燥法极差在0.13%～0.18%，后者比前者略高，高出0.01 ～0.02 个百分点。从变异系数来看，小麦和稻谷的卤素快速干燥法的变异系数略高于烘箱干燥法，分别高出0.18 个百分点和0.05 个百分点，而玉米的卤素快速干燥法的变异系数比烘箱干燥法小0.03 个百分点，两种检测方法的精密度均满足GB 5009.3—2016要求[7]。烘箱干燥总耗时8 h（不包括制样和称量环节），每次烘干共15 个样品计算，平均单个耗时32 min，而卤素快速干燥法单个检测时长最长为14′43″，不到烘箱单个检测时长的一半。说明卤素快速干燥法检测效率较高，适合样品量不多时或粮库入库筛查检测使用。

2.2 两种方法测定3 个水分梯度的小麦、稻谷、玉米样品结果对比分析

按样品处理方式2 制得样品后，每个样品用烘箱干燥法和卤素快速干燥法分别做两个平行试验，其中中等梯度的水分值为2 kg 原始样品的检测结果，同一品种的同一检测方法分别对应取表1 中的极大值和极小值，结果见表2。

表2 3 个水分梯度的小麦、稻谷、玉米原粮水分结果对比表

由表2 可知，从检测准确度看，两种方法分别检测不同水分梯度的样品，检测平均值差值在-0.10%～0.08%，以烘箱干燥法所得结果为基准，卤素快速干燥法的正确率在99.3%～101.6%。经配对T检验方差分析，T=0.679，远小于临界值T0.05,8=2.31，说明在检测水分含量为5.3%～14.4%的小麦、5.0%～18.0%的稻谷、6.4%～16.9%的玉米时，卤素快速干燥法与烘箱干燥法的检测结果无显著性差异。从检测时长看，烘箱总体耗时较长，平均单个检测时长32 min（不包括制样和称量环节），不同水分含量的样品检测时长相对固定；相比之下，卤素快速干燥法总体耗时较短，单个检测时长最长15′25″，最短9′21″。且不同品种及不同水分含量的样品检测时长不同，小麦平均单个检测时长最长，稻谷的平均单个检测时长最短；同一品种高含水量的样品比低含水量的检测时长更长。同时，卤素快速干燥法也适用于检测高水分粮，检测时可实时显示检测水分值，特别适合在收粮时快速排查水分超标样品，提高入库效率。

2.3 两种方法测定不同水分梯度小麦粉、糙米粉、玉米粉样品水分结果对比分析

由表3 可知，两种检测方法得到的部分检测值存在差异，其中，低含水量的3 个样品检测值相差较明显，相差0.44%～0.50%。出现这种现象的原因可能是低含水量的粉状样品吸湿性较强导致，小麦粉颗粒细、比表面积大、极易吸湿[8]。由于烘箱干燥需要在干燥器中静置0.5 h 冷却至室温后称量，粉状样品在干燥器静置和称量过程均有可能吸湿，导致检测结果偏低。

表3 两种方法分别测定小麦粉、糙米粉、玉米粉水分结果表

因此，在使用烘箱干燥法检测小麦粉等粉状样品时，需要特别注意样品的吸湿问题。除3 个低含水量样品外，其他样品的检测值差值均比较小，差值的绝对值在0%～0.11%。通过配对T检验方差分析，T=2.264 ＜T0.05,8=2.31，说明两种方法的检测结果不存在显著性差异。

在检测粉状样品时，卤素快速干燥法耗时显著小于烘箱干燥法，由于脂肪酸值是稻谷、玉米入库必检指标，且脂肪酸值测定均需要检测糙米粉和玉米粉的含水量，而烘箱干燥法耗时太长，因此卤素快速干燥法特别适用于脂肪酸值测定中粉状样品含水量的快速检测，可以有效提高入库脂肪酸值检测速度，从而提高入库效率。

2.4 两种检测方法的相关性分析

以烘箱干燥法检测值为横坐标，卤素快速干燥法检测值为纵坐标，通过一般线性模型拟合，发现两种方法的检测值呈显著正相关。其中，小麦、稻谷、玉米两种方法检测值的相关系数高达0.999 9；小麦粉、糙米粉、玉米粉两种方法检测值的相关系数高达0.998 2，如图1 和图2 所示。说明两种方法在检测不同品种（小麦、稻谷、玉米）、不同水分梯度（低、中、高）、不同粉碎颗粒大小的粮食的水分值均有很高的一致性。说明在小麦、稻谷、玉米水分检测中，卤素快速干燥法检测准确度可与烘箱干燥法媲美。

图1 小麦、稻谷、玉米（粗颗粒）检测值的线性拟合图

图2 小麦粉、糙米粉、玉米粉（细颗粒）检测值的线性拟合图

2.5 两种方法测得同一品种不同颗粒度的样品水分之间的关系对比分析

分别以两种方法测得小麦、稻谷、玉米的水分值为横坐标，小麦粉、糙米粉和玉米粉的水分值为纵坐标，通过一般线性模型拟合（如图3），发现同一方法检测相同品种的不同颗粒度的样品水分之间均具有良好的线性关系。其中，小麦和小麦粉的水分值相关系数最高（烘箱干燥法高达0.999 6，卤素快速干燥法高达0.999 8）；稻谷和糙米粉的次之；玉米和玉米粉的相关系数最小。分析导致相关系数差异的可能原因是不同粉碎细度对粮食水分的影响[9]；组成结构差异，小麦和玉米的两种颗粒度样品在粉碎前其组成和结构完全一致，而糙米粉是去除了含水量较低的稻壳后剩余部分；原粮颗粒大小不同，小麦稻谷颗粒较小，而玉米颗粒较大，两种颗粒度的小麦和稻谷检测值最大相差1.3 个百分点，而玉米最大相差了1.9 个百分点，高含水量玉米经锤式旋风磨粉碎后水分损失较大。同一品种两种方法测得值的相关系数相差较小，相差值在0.000 2 ～0.002 9，间接说明了两种检测方法所得检测值之间具有很高的一致性。

图3 两种方法检测小麦和小麦粉、稻谷和糙米粉、玉米和玉米粉测得值的线性拟合图

3 结论与讨论

卤素快速干燥法与烘箱干燥法均满足GB 5009.3—2016 的精密度要求，在玉米样品的重复性检测值中，卤素快速干燥法的变异系数甚至小于烘箱干燥法的。两种方法分别检测低、中、高3 个水分梯度的小麦、稻谷、玉米所得检测值，以烘箱干燥法检测值为基准，卤素快速干燥法的正确率在99.3%～101.6%。经配对T检验方差分析，T=0.679，远小于临界值T0.05,8=2.31，说明在检测水分含量在5.3%～14.4%的小麦、5.0%～18.0%的稻谷、6.4%～16.9%的玉米时，两种方法的检测结果无显著性差异。通过一般线性模型拟合，发现两种方法的检测值之间呈显著正相关，相关系数高达0.999 9；小麦粉、糙米粉和玉米粉的相关系数高达0.998 2。

同种方法检测同一品种的两种颗粒度的样品水分之间也存在良好的一般线性关系，其中小麦和小麦粉的水分值相关系数最高，其中烘箱干燥法高达0.999 6，卤素快速干燥法高达0.999 8，稻谷和糙米粉的次之，玉米和玉米粉的相关系数最小。同一品种的两种检测方法测得值的相关系数相差较小，相差值在0.000 2 ～0.002 9，间接说明了两种检测方法所得检测值之间具有很高的一致性。

在检测粉状样品时，低含水量样品的检测值相差0.44%～0.50%，这可能是粉状样品在干燥器静置和冷却后的称量过程中吸湿导致，因此在使用烘箱干燥法需特别注意。除3 个低含水量样品外，其他样品的检测值差值均比较小，差值的绝对值在0%～0.11%。通过配对T检验方差分析，T=2.264 ＜T0.05,8=2.31，说明两种方法的检测结果不存在显著性差异。

在小麦、稻谷、玉米水分检测中，卤素快速干燥法检测准确度和精密度均可与烘箱干燥法媲美。且卤素快速干燥法在单个检测耗时方面显著小于烘箱干燥法，可以大大提高检测效率。特别是在样品量较少，需要快速得知检测结果时，其优势更加凸显。且卤素快速干燥法具有准确度高、精密度好、适用性强、检测速度快、操作简单和使用成本较低等优点。

由于条件有限，本文没有进行需二次干燥的超高水分粮的对比研究，后续准备专题研究卤素快速干燥法检测超高水分粮含水量的准确性和适用性等。烘箱干燥法在检测低含水量的粉状样品时，可能有明显的吸湿现象，需要进一步研究分析确证。

有关文献记载卤素快速干燥法在碳酸钙水分[10]、橡胶挥发分[11]、污泥含水率[12]等的测定中表现突出，结合本文的实验结果，发现卤素快速干燥法在水分检测方面的适用性较广，且卤素快速干燥法在检测准确度、精密度均可与烘箱媲美，同时其检测效率也具有明显的优势，但目前还没有形成相应的标准规范，建议进一步深入研究，考虑将卤素快速干燥法纳入行业标准范围，使之能更好地服务于粮食水分检测，保障国家粮食安全。