糧食水分檢測對糧食的收購、運輸、儲藏、加工貿(mào)易都具有十分重要的意義。水分一直是糧食的一項重要質(zhì)量指標。應(yīng)用現(xiàn)代新的技術(shù)手段與理論方法來檢測糧食的水分,對有效解決糧食水分檢測中存在的問題,保證干燥過程中糧食的品質(zhì)與經(jīng)濟效益,具有非常重要的意義。
1.糧食水分檢測的主要方法
糧食水分檢測方法主要分為直接檢測法和間接檢測法,其中直接檢測法是通過烘干等方式,直接獲得糧食含水量。間接檢測法則利用其自身的物理、化學(xué)或光學(xué)特性與含水率存在的關(guān)系,而獲得其含水量。
1.1 直接法 電烘箱法:電烘箱法是利用電烘箱對被測物進行加熱,使水分蒸發(fā)的物理現(xiàn)象進行水分檢測,通過樣品加熱前后重量的變化檢測樣品水分,檢測時需要較長的烘干時間,其優(yōu)點是精度高,可以作為標準用來檢驗其他方法的檢測精度,一般用于實驗室檢測;減壓法:減壓干燥稱重,不受被測物料形狀影響,無需特殊的預(yù)處理,操作簡便,可靠性高,適用于質(zhì)量管理和分析部門;紅外線加熱干燥法:紅外線加熱干燥法是利用紅外線加熱樣品使其失水,從而達到測量水分含量的目的。主要影響因素為溫度和加熱時間,紅外法不需加熱介質(zhì),提高了熱能利用率,該法不能進行在線測量;微波加熱法:微波加熱法是利用微波爐的磁控管所產(chǎn)生的2450MHz或915MHz的超高頻率微波快速振蕩糧食中的水分子,使分子相互碰撞和摩擦,進而除去糧食中的水分;化學(xué)法:甲苯蒸餾法是一種較常用的化學(xué)測水方法,利用與水分不相溶的溶劑(甲苯、二甲苯)組成沸點較低的二元共沸體系,將試樣中的水分蒸餾出來。
1.2 間接法 電阻法:是利用糧食含水量不同引起電導(dǎo)率不同的原理測量水分的方法;電容法:電容法根據(jù)不同含水量的糧食介電常數(shù)不同的原理,來檢測糧食水分。根據(jù)傳感器結(jié)構(gòu)形式不同分兩種類型,即量筒或量杯取樣傳感器和平板式電容傳感器;紅外射線法:通過測量被發(fā)射的紅外光的密度大小,來間接得出谷物水分含量,常用的光學(xué)結(jié)構(gòu)有反射式、透射式和相位式;微波法:是利用水對微波能量的吸收和反射,引起微波信號的相位和幅值變化的原理進行水分檢測;中子法:測量過程為中子源發(fā)射的快中子和谷物當中的氫原子核進行碰撞,進而散射并損失能量,緩慢后變?yōu)闊嶂凶樱纬梢灾凶釉礊橹行牡臒嶂凶釉魄?,該球半徑和谷物氫原子?shù)量有關(guān)。根據(jù)氫原子核熱中子密度關(guān)系,得出氫原子數(shù)量,而氫原子又是水的組成成分,便可以推算出水分含量;摩擦阻力法:谷物的動態(tài)摩擦阻力和含水率具有一定的函數(shù)關(guān)系,含水率大,摩擦阻力也大。該法干擾因素少,干擾強度低微,傳感技術(shù)穩(wěn)定、可靠,標定方便,調(diào)整靈活,價格低,便于實現(xiàn)自動控制。
2.糧食水分檢測的主要儀器
現(xiàn)在國內(nèi)外開展電容式水分檢測儀器,取得了一定進展。國內(nèi)有關(guān)單位與個人也積極開展了有關(guān)電容式水分檢測方面的研究工作。滕召勝等人研制了一種用于烘干機上的插桿式新型糧食水分傳感器,該傳感器為分機設(shè)計的WSCX-1儲糧溫度、水分自動測試系統(tǒng)填補了倉儲糧食多參數(shù)自動檢測的空白,利于現(xiàn)場快速安裝且使用功耗非常低,目前已經(jīng)獲得一定的應(yīng)用。2007年吉林大學(xué)的張亞秋采用電容法檢測糧食水分,通過對溫度、水分、容重等檢測數(shù)據(jù)的融合,建立了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的水分預(yù)測模型,通過數(shù)據(jù)融合技術(shù)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化,實現(xiàn)了糧食水分測量的溫度、容重補償和非線性校正,提高了水分檢測的精度。2011年張亞秋在上述基礎(chǔ)上進一步將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)溫度補償算法與虛擬儀器技術(shù)相結(jié)合,開發(fā)了虛擬儀器軟件平臺,該軟件平臺具有操作簡便,方便通過對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建模的使用消除溫度對水分檢測精度的影響。2009年八一農(nóng)墾大學(xué)的李愛傳、汪志強等采用了基于電容式的水分傳感器檢測系統(tǒng)的研究,通過信息數(shù)字化采集實現(xiàn)糧食含水率的現(xiàn)場檢測與推廣。沈陽大學(xué)的景勇與丁嵐設(shè)計了基于電容式的水分檢測儀,通過試驗并且經(jīng)過標定分析出了糧食水分檢測的各參數(shù)(糧食水分含量、環(huán)境溫度、緊實度)之間的對應(yīng)關(guān)系,該糧食水分儀能夠滿足不同谷物的水分檢測需要。
除了前面闡述的各種水分檢測儀及水分檢測方法外,日本還利用減壓干燥法研制了VME型微量水分儀。德國伯朗伯公司的連續(xù)水分儀及日本京都電子的MKA-3型水分儀是采用的卡爾費休法??栙M休法是公認的高準確性測量微量水分的經(jīng)典方法。北京先驅(qū)威鋒技術(shù)開發(fā)公司,推出了ZDJ-1S型全自動卡氏微量水分測定儀。2010年吳文福、尹麗妍開展了基于糧食介電特性的水分檢測研究,得出包括含水率、空氣濕度、測試頻率、溫度和容重5個介電特性影響因素中含水率影響最大這一結(jié)論,使其成為糧食水分檢測的新手段。