□ 李永發(fā) 李 旭 李鳳旭

（1.天津市食品安全檢測技術(shù)研究院，天津 300171；2.中國天津糧油批發(fā)交易市場，天津 300171）

糧油類食品的灰分含量是一項重要的糧油質(zhì)量檢測指標(biāo)，灰分含量和糧油類食品的雜質(zhì)含量、加工精度、產(chǎn)品等級等指標(biāo)相關(guān)［1］。目前，糧油類食品中灰分含量的檢測方法主要是傳統(tǒng)重量法（《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中灰分的測定》（GB5009.4-2016）中的方法）。傳統(tǒng)重量法作為測定糧油類食品灰分含量的經(jīng)典方法，所需使用的儀器設(shè)備價格較低、操作簡單，被廣泛采用。但是傳統(tǒng)重量法實驗步驟需使用不同設(shè)備分別進(jìn)行炭化、灰化或者干燥、炭化、灰化［2］，操作較繁瑣，且傳統(tǒng)重量法炭化、灰化等步驟使用不同的儀器設(shè)備（樣品干燥過程需使用水浴鍋，樣品炭化操作使用電爐或電熱板，樣品灰化步驟使用馬弗爐），實驗過程需將溫度較高的坩堝從電爐或者電熱板轉(zhuǎn)移至馬弗爐內(nèi)，容易出現(xiàn)轉(zhuǎn)移時掉落等問題，還存在檢測過程耗時較長、能耗較大等缺點。而微波馬弗爐采用微波輻射能量對石英腔體內(nèi)的碳化硅單元進(jìn)行加熱，使碳化硅單元本體發(fā)熱作為熱源，進(jìn)而使腔體內(nèi)環(huán)境快速到達(dá)設(shè)定溫度，并通過排煙通風(fēng)系統(tǒng)，將炭化過程所產(chǎn)生的煙氣和灰化過程所溢出的高溫氣體及時排出，并能按照程序設(shè)定的一段或者多段工作時間和目標(biāo)溫度進(jìn)行升溫降溫程序控制，在一個連續(xù)的流程中，完成干燥、炭化、灰化三個步驟，降低了勞動強(qiáng)度，減少了操作時間。在微波脫水干燥階段，通過微波加熱技術(shù)，完成低溫條件下的物料快速脫水，避免了傳統(tǒng)干燥條件下，冗長時間和高溫造成成分升華和漂移。微波熱解炭化階段，失水干燥的物料干分，繼續(xù)受熱發(fā)生熱解反應(yīng)，有機(jī)物炭化，通過設(shè)定低于燃點的熱解溫度，確保試驗樣品不發(fā)生燃燒，減少燃燒導(dǎo)致的揮發(fā)損失，炭化時產(chǎn)生的煙氣直接被排風(fēng)系統(tǒng)排入通風(fēng)櫥或者廢棄排風(fēng)系統(tǒng)。在微波灰化階段，升溫至灰化溫度，炭化物氧化分解，直至全部灰化。另外，微波灰化爐也可以對包括小麥粉在內(nèi)的部分樣品進(jìn)行直接高溫灰化，無需分階段的炭化、灰化步驟，提高灰化效率，節(jié)省灰化時間。本文分別采用了普通馬弗爐和微波馬弗爐測定同一份小麥粉樣品中的灰分含量，并記錄從炭化過程開始到灰化過程結(jié)束所需的總時間，對炭化灰化過程總時間和灰分含量測定結(jié)果進(jìn)行比較分析。

一、材料與方法

（一）材料

小麥粉，特制一等，市場采購，使用前充分混勻，以保證樣品在多次稱樣、取樣時的樣品均一性。

（二）儀器與設(shè)備

PHOENIX微波馬弗爐（美國CEM公司，使用碳化硅微波加熱單元）；Nabertherm P300馬弗爐（德國Nabertherm公司，使用石英管加熱單元）；Perten 3100旋風(fēng)磨（瑞典Perten儀器公司）；AB204-S分析天平（感量0.1mg，瑞士METTLER TOLEDO公司）；加熱板（天津市中環(huán)實驗電路有限公司）；瓷坩堝（上口直徑5cm、底部直徑2.5cm、高度4.5cm，沸騰稀鹽酸洗滌后900℃灼燒30min）；干燥器（內(nèi)有干燥劑（變色硅膠））。

（三）實驗方法

1.使用國標(biāo)方法檢測小麥粉樣品灰分含量

按《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中灰分的測定》（GB5009.4-2016）中第一法的步驟，取已編號的瓷坩堝，稱重，在瓷坩堝中稱取小麥粉樣品約3g，放在加熱板上炭化，炭化結(jié)束后移入已升溫至550℃的常規(guī)馬弗爐中進(jìn)行灰化，灼燒4h，取出冷卻至200℃左右，放到電熱板上冷卻，至溫度低于80℃左右，向瓷坩堝含有炭粒的灰化物上滴一滴或者數(shù)滴水，使灰化物被水濕潤，用電熱板加熱蒸干，再放入常規(guī)馬弗爐中在550℃溫度下進(jìn)行炭化，炭化完全后，取出，冷卻至200℃，放入干燥器中繼續(xù)冷卻，記錄炭化、灰化總時間，干燥器內(nèi)冷卻后稱重，計算灰分含量［2］。

2.使用常規(guī)馬弗爐在灰化溫度935℃條件下檢測小麥粉樣品灰分含量

取已編號的瓷坩堝，稱重，在瓷坩堝中稱取小麥粉樣品約3g，放到加熱板上炭化（炭化過程需避免樣品發(fā)生燃燒），炭化結(jié)束后移入常規(guī)馬弗爐（使用和“方法一”實驗中同一常規(guī)馬弗爐），設(shè)置常規(guī)馬弗爐直接升溫至935℃進(jìn)行灼燒灰化，灰化結(jié)束后，記錄炭化、灰化總時間，取出冷卻至200℃左右，放入干燥器中繼續(xù)冷卻，干燥器內(nèi)冷卻后稱重，計算灰分含量［3-8］。

3.使用微波馬弗爐在灰化溫度935℃條件下檢測小麥粉樣品灰分含量

取已編號的瓷坩堝，稱重，在瓷坩堝中稱樣品約3g，放入微波馬弗爐中，加載并啟動升溫程序［9］。升溫程序設(shè)置為從常溫直接升溫至935℃，適時打開爐腔觀察灰化情況，觀察至無炭粒時，認(rèn)為灰化完成，記錄炭化、灰化總時間（樣品放入微波馬弗爐啟動升溫程序記為炭化過程開始，觀察瓷坩堝內(nèi)無炭粒記為灰化結(jié)束），干燥器內(nèi)冷卻后稱重，計算灰分含量。

二、結(jié)果與討論

在同一時間使用三種不同實驗方法（方法一（國標(biāo)方法，電熱板炭化，馬弗爐550℃灰化）、方法二（電熱板炭化，馬弗爐935℃灰化）、方法三（微波馬弗爐，直接升溫至935℃灰化））測定同一份小麥粉樣品的灰分含量，每種方法分別平行測定7次，共進(jìn)行21次實驗，記錄每個實驗過程中炭化、灰化步驟所需的總時間和灰分含量數(shù)值，再對實驗所得結(jié)果做比較和統(tǒng)計分析。其中三種不同實驗方法所對應(yīng)的每次實驗測得的灰分含量結(jié)果數(shù)值、每種方法所得灰分含量結(jié)果算數(shù)平均值及其標(biāo)準(zhǔn)差和實驗過程中炭化、灰化所需總時間及其算數(shù)平均值數(shù)據(jù)如表1所示，并分別對方法二和方法一（國標(biāo)方法）、方法三和方法一所測小麥粉樣品灰分含量結(jié)果數(shù)值（使用SPSS做正態(tài)性檢驗和方差齊性檢驗，每種方法測得灰分含量結(jié)果數(shù)值符合近似正態(tài)分布，且三組數(shù)據(jù)間符合方差齊性）的差異性進(jìn)行配對樣本t檢驗，檢驗結(jié)果如表2所示，分別對方法二和方法一、方法三和方法一實驗過程炭化、灰化總時間（每種方法7次實驗過程炭化、灰化總時間結(jié)果數(shù)值符合近似正態(tài)分布，且三組數(shù)據(jù)間符合方差齊性）的差異性進(jìn)行配對樣本t檢驗，檢驗結(jié)果如表3所示。

表1 三種實驗方法炭化、灰化總時間和測得灰分含量結(jié)果

表2 不同實驗方法測得灰分含量結(jié)果的配對樣本t檢驗

表3 不同實驗方法所需炭化、灰化總時間的配對樣本t檢驗

由表1可知，三種方法測得的小麥粉灰分含量結(jié)果的算術(shù)平均值均為0.34g/100g（按照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中灰分的測定》（GB5009.4-2016）方法要求，保留兩位有效數(shù)字），灰分含量結(jié)果相同，每種方法7次實驗測得小麥粉灰分含量數(shù)字的標(biāo)準(zhǔn)差均接近0.01，說明三種方法測得小麥粉灰分含量結(jié)果精密度一致。其中使用方法一（國標(biāo)方法步驟檢測小麥粉樣品灰分含量）進(jìn)行的7次實驗過程中每次炭化、灰化所需總時間的算數(shù)平均值為5.6小時。使用方法二（馬弗爐在灰化溫度935℃條件下檢測小麥粉樣品灰分含量）進(jìn)行的7次實驗過程中每次炭化、灰化所需總時間的算數(shù)平均值為1.6小時。使用方法三（微波馬弗爐在灰化溫度935℃條件下檢測小麥粉樣品灰分含量）進(jìn)行的7次實驗過程中每次炭化、灰化所需總時間的算數(shù)平均值為2.2小時。三種方法實驗過程中炭化、灰化所需總時間有較大差異，方法二和方法一實驗過程炭化、灰化所需總時間較少。對表1中的三種實驗方法灰分含量結(jié)果數(shù)值進(jìn)行統(tǒng)計分析，由表2中的配對樣本t檢驗分析結(jié)果可知，采用方法二和方法三測得的灰分含量結(jié)果和方法一測得的灰分含量結(jié)果平均值經(jīng)統(tǒng)計分析無顯著性差異（P＞0.05），所以，認(rèn)為使用方法二、方法三測定小麥粉樣品灰分含量和國標(biāo)方法測得結(jié)果具有一致性，有使用價值。對表1中的三種實驗方法實驗過程炭化、灰化所需總時間進(jìn)行統(tǒng)計分析，由表3中的配對樣本t檢驗分析結(jié)果可知，方法二和方法一、方法三和方法一檢測小麥粉樣品灰分含量實驗過程中炭化、灰化所需要的總時間經(jīng)統(tǒng)計分析存在顯著性差異（P＜0.05，接近于0），結(jié)合平均值的比較，認(rèn)為方法二、方法三炭化、灰化所需要的總時間均明顯少于方法一對應(yīng)步驟所需的總時間，具有時間效率優(yōu)勢。使用方法三還可以省去在電熱板上進(jìn)行炭化操作和轉(zhuǎn)移坩堝等操作步驟，可見方法三的優(yōu)勢性明顯。

三、結(jié)語

綜上，本文認(rèn)為微波馬弗爐適用于小麥粉灰分含量的測定，且使用微波馬弗爐在灰化溫度935℃條件下檢測小麥粉樣品灰分含量的方法具有作為小麥粉灰分含量快速檢測方法和應(yīng)用方面的實際價值。