呂榮文 包烏蘭 秦曉亮 卜艷玲
(沈陽(yáng)南方谷物有限公司 110101)
水分與碳水化合物、脂類、蛋白質(zhì)等都是糧食的重要組成部分,但在糧食的收購(gòu)、加工、儲(chǔ)藏、運(yùn)輸過(guò)程中,水分具有更重要的意義。一方面水分有助于保持糧食固有的顏色、氣味、滋味,另一方面,儲(chǔ)存過(guò)程中水分含量高,則谷物的新陳代謝旺盛,消耗營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)多,產(chǎn)能發(fā)熱,為細(xì)菌、霉菌及昆蟲等提供適宜生存環(huán)境[1];而制米加工過(guò)程中,水分過(guò)高或過(guò)低都會(huì)使碎米增多,出米率降低,影響經(jīng)濟(jì)效益??梢?jiàn),水分不但影響糧食的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值,也關(guān)系到糧食加工和食用品質(zhì)。因此,水分含量是評(píng)估糧食的安全存儲(chǔ)及貿(mào)易定級(jí)按質(zhì)論價(jià)的重要依據(jù)。
糧油水分測(cè)定是糧食儲(chǔ)藏、加工企業(yè)的一項(xiàng)重要檢測(cè)指標(biāo),如何快速準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)水分檢測(cè)一直受到行業(yè)內(nèi)的多方關(guān)注。近年來(lái)隨著科技進(jìn)步,水分測(cè)試方法也發(fā)展迅速。對(duì)于糧油行業(yè)而言,總體上可分為直接法和間接法兩大類。直接法是通過(guò)干燥法和化學(xué)方法,直接檢測(cè)糧食中絕對(duì)水分含量,檢測(cè)精度高,但相對(duì)費(fèi)時(shí)。直接法包括:直接干燥法(分為105℃恒重法、定溫定時(shí)烘干法、隧道式烘箱法、兩次烘干法等)、減壓干燥法、紅外線加熱干燥法、微波加熱法等;間接法是通過(guò)檢測(cè)與水分有關(guān)的物理量(如物質(zhì)的電導(dǎo)率、介電常數(shù)等),間接測(cè)定物質(zhì)水分,一般速度較快,易實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)。間接法包括:電容法、射線法、微波吸收法等[2][3]。由于間接法易受籽粒大小、形狀、密度、樣品放置情況、環(huán)境因素等影響,測(cè)量精度不盡如人意。
雖然方法眾多,但行業(yè)內(nèi)認(rèn)可最廣泛、應(yīng)用最普遍的仍然是定溫定時(shí)烘干法。糧食籽粒中水分主要以兩種狀態(tài)存在,即游離水與結(jié)合水。用烘箱按照GB 5009.3-2016中第一法,直接干燥法(本文內(nèi)稱為105℃恒重干燥法)測(cè)得的是二者的總和。其中結(jié)合水是和淀粉、蛋白質(zhì)等親水膠體物質(zhì)通過(guò)氫鍵靜電引力結(jié)合在一起,相對(duì)穩(wěn)定,要使其散失出來(lái)所耗能量較多。溫度越高烘烤時(shí)間越長(zhǎng),破壞氫鍵的能量越大,揮發(fā)出的水分也就越多[4][5]。干燥法中不同溫度與時(shí)間的組合都是為了能夠快速、穩(wěn)定的實(shí)現(xiàn)這一目的,進(jìn)而準(zhǔn)確獲得水分測(cè)試結(jié)果。目前,由于105℃恒重法耗時(shí)過(guò)長(zhǎng),各單位除仲裁外一般使用130℃/40 min。然而,面對(duì)快速測(cè)水儀因受環(huán)境影響而檢測(cè)結(jié)果不穩(wěn)定的情況,40 min的等待對(duì)于日常收糧及車間生產(chǎn)來(lái)說(shuō)仍然不能滿足需求。
結(jié)合以上,本試驗(yàn)在定溫定時(shí)烘干法中研究尋找具有準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性,同時(shí)更快捷的溫度與時(shí)間的組合具有實(shí)際意義。雖然這樣的組合并不唯一,但也不可一味追求縮短時(shí)間。一方面需考慮到糧食籽粒中脂類在高溫下的揮發(fā)和氧化作用;另一方面樣品進(jìn)入烘箱升溫至定時(shí)開始這一階段時(shí)間溫度波動(dòng)相對(duì)大,不宜占整個(gè)試驗(yàn)時(shí)間比例過(guò)大,以免影響試驗(yàn)的重現(xiàn)性。
1.1.1 試驗(yàn)樣品 隨機(jī)抽取收購(gòu)的2020年秋季成熟稻谷,每車綜合樣為一份樣品。
1.1.2 儀器設(shè)備 AUY220萬(wàn)分之一天平:日本生產(chǎn);101A-1ET電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱:上海生產(chǎn)儀器有限公司,功率3 kW;JFSD-100-II谷物粉碎機(jī):上海生產(chǎn);橫格式分樣器;干燥器(內(nèi)備有深藍(lán)色變色硅膠);鋁盒(內(nèi)徑4.5 cm,高2.0 cm,帶蓋)。
1.2.1 樣品處理方法 取稻谷樣品30 g~50 g,去除大樣雜質(zhì)和礦物質(zhì),用谷物粉碎機(jī)粉碎至90%以上樣品通過(guò)1.5 mm圓孔篩,將磨細(xì)樣品混勻,待測(cè)。因有研究表明糧食水分檢測(cè)前處理過(guò)程中環(huán)境濕度對(duì)檢測(cè)結(jié)果影響較大[6],故控制檢測(cè)環(huán)境濕度在60%~75%。
1.2.2 水分測(cè)定方法 采用定溫定時(shí)烘干法:用已烘至恒重的鋁盒(直徑4.5 cm)稱取定量試樣2 g(精確至0.0001 g),放人烘箱內(nèi)溫度計(jì)周圍的烘網(wǎng)上。計(jì)時(shí)結(jié)束后,蓋好鋁盒蓋,取出放在干燥器內(nèi)冷卻后稱量。處理A:在130±2℃烘箱中干燥40 min[7];處理B:在150±2℃烘箱中干燥20 min;處理C:在105±2℃烘箱中干燥3 h,干燥冷卻稱量,復(fù)烘1 h,干燥冷卻稱重,重復(fù)以上操作直至前后兩次質(zhì)量差不超過(guò)2 mg,取其中質(zhì)量較小的一次計(jì)算[8];
①
由表1可見(jiàn),同一稻谷樣品150℃/20 min檢測(cè)所得水分值比130℃/40 min檢測(cè)所得水分值多數(shù)偏高或相等。其中,偏高的0.1%占52.78%,相等的占34.72%。由表2可見(jiàn),綜合72個(gè)樣本,150℃/20min檢測(cè)所得水分值平均偏高0.07%。獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)中計(jì)算結(jié)果F=0.001,符合方差相等假設(shè),即測(cè)定精密度上兩種方法一致,可進(jìn)行下一步T檢驗(yàn)。表2中可見(jiàn)∣t∣=0.4376,查t分布表可得t0.05,142=1.9768,∣t∣
表1 130℃/40 min與150℃/20 min水分測(cè)試結(jié)果 (單位:%)
表2 130℃/40 min與150℃/20 min水分測(cè)試數(shù)據(jù)獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)(SPSS軟件)
由表3可見(jiàn),同一稻谷樣品150℃/20 min檢測(cè)所得水分值比105℃恒重法檢測(cè)所得數(shù)據(jù)多數(shù)偏低或相等。其中,偏低0.1%占53.12%,相等的占28.12%,偏低0.2%占15.62%。由表4可見(jiàn)綜合32個(gè)樣本,150℃/20min檢測(cè)所得水分值平均偏低0.08%。獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)中計(jì)算結(jié)果F=0.007,符合方差相等假設(shè),即測(cè)定精密度上兩種方法一致,可進(jìn)行下一步T檢驗(yàn)。表4中可見(jiàn)|t|=0.300,查t分布表可得t0.05,62=2.658,|t|< t0.05,兩組數(shù)據(jù)差異不顯著,同時(shí)伴隨概率P=Sig.=0.765,P>0.05,這表明在95%置信區(qū)間內(nèi)兩種方法無(wú)顯著差異,即準(zhǔn)確度上兩種方法一致。
表3 105℃恒重法與150℃/20 min水分測(cè)試結(jié)果 (單位:%)
表4 105℃恒重法與150℃/20 min水分測(cè)試數(shù)據(jù)獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)(SPSS軟件)
本試驗(yàn)研究表明:在稻谷常規(guī)水分范圍內(nèi)(12%~17%),150℃/20 min定溫定時(shí)干燥法與130℃/40 min和105℃恒重法在稻谷水分檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)在精密度與準(zhǔn)確度上均無(wú)顯著差異,且平均值介于兩者之間,高于130℃/40 min測(cè)試結(jié)果0.07%,低于105℃恒重法測(cè)試結(jié)果0.08%。所以在大批次或多樣品的糧食質(zhì)量普查、稻谷收購(gòu)、大米車間生產(chǎn)等過(guò)程中可以采用150℃/20 min干燥法,用以節(jié)約時(shí)間、能源、人力,提高工作效率和服務(wù)水平。
關(guān)于選取150℃為試驗(yàn)溫度,稻谷在空氣氣氛中的熱重曲線可見(jiàn),其最大失重峰出現(xiàn)在300℃左右,且峰形高而窄,意味著在該溫度下釋放出大量的可燃揮發(fā)性物質(zhì),單粒稻谷已經(jīng)開始第一階段的氧化熱解。此外有研究表明當(dāng)環(huán)境溫度低于250℃時(shí),單粒稻谷主要處于脫水階段[9],150℃遠(yuǎn)低于250℃,所以選取150℃作為稻谷水分的檢測(cè)溫度可行、可靠。
由于設(shè)備、材料、時(shí)間及其他因素所限,試驗(yàn)將150℃/20 min檢測(cè)結(jié)果,分別與105℃恒重法、130℃/40 min檢測(cè)結(jié)果兩兩對(duì)比,未能將三種方法一同比較。此外,試驗(yàn)以稻谷為樣品,結(jié)論可以推及糙米和大米。至于能否推及其他糧食作物有待進(jìn)一步研究。