基于射頻技術(shù)的谷物水分快速檢測方法與標(biāo)準(zhǔn)方法的比較與分析

◎ 黃 健，李 南

（1.云南省計量測試技術(shù)研究院，云南 昆明 650228；2.昆明市糧油飼料產(chǎn)品質(zhì)量檢驗中心，云南 昆明 650041）

糧食是關(guān)系國計民生的重要戰(zhàn)略物資[1]。我國是人口大國，糧食的生產(chǎn)和安全對建設(shè)和諧社會以及國家的穩(wěn)定發(fā)展具有十分重要的意義[2-3]。在糧食安全管理的過程中，糧食水分含量的監(jiān)測是不可或缺的環(huán)節(jié)。糧食水分含量過低，會導(dǎo)致糧食良種品質(zhì)下降，且不利于加工；水分含量過高，則易導(dǎo)致糧食霉變、生蟲及其他生化變化，影響糧食安全[4]。因此，在糧食的運輸、存儲、加工過程中，糧食水分含量一直是國家糧食部門嚴格控制的質(zhì)量指標(biāo)[5]。為確保糧食安全，在糧食入庫、科學(xué)儲糧及輪換時，糧食管理部門都會進行水分含量的檢測[6]。

糧食水分含量檢測常用的國家標(biāo)準(zhǔn)方法是105 ℃恒重法[7]。該方法測量精度高，但僅適用于實驗室使用，且檢測時間較長，無法滿足糧食收購及入庫時快速、在線的檢測需求。近年來，國內(nèi)外滿足糧食水分快速、在線檢測需求的先進檢測設(shè)備不斷涌現(xiàn)，按照測量原理的不同，采用的檢測技術(shù)有電阻法、烘干法、電容法、微波法、高頻阻抗法和聲學(xué)法等[4,8-15]。

本研究采用基于射頻技術(shù)原理的檢測方法，該方法是利用射頻信號具有穿透性的特性，采用150 MHz射頻識別技術(shù)，根據(jù)采集到的信息推算出被測糧食的介電常數(shù)，繼而得到相應(yīng)的水分含量。將其檢測結(jié)果與國家標(biāo)準(zhǔn)105 ℃恒重法的檢測結(jié)果進行比較，以了解此原理的檢測設(shè)備在糧食水分含量檢測中的應(yīng)用效果[16-18]。

1 材料與方法

1.1 樣品

選用昆明地區(qū)安寧市、尋甸縣、西山區(qū)儲備糧庫2022 年同批次小麥、稻谷、玉米各5 kg。

1.2 儀器與設(shè)備

谷物水分快速檢測儀；電子天平（感量：0.1 mg）；精密鼓風(fēng)干燥箱。

1.3 實驗方法

1.3.1 樣品制備（1）快速檢測方法樣品制備。谷物水分快速檢測儀無需進行樣品制備。

（2）105 ℃恒重法樣品制備。取樣3 kg，按四分法分別稱取小麥、稻谷、玉米樣品50 g，除去大樣雜質(zhì)和礦物質(zhì)，使最終通過1.5 mm 圓孔篩的不少于90%，將混合均勻的試樣稱取3.0 g（精確至0.000 1 g）均分兩組[19-20]。

1.3.2 水分測定

（1）快速檢測方法。小麥、稻谷、玉米樣品各取700 mL，均分兩組，將樣品導(dǎo)入喂料器，10 s 內(nèi)即顯示分析結(jié)果。

（2）105 ℃恒重法。按照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測定》（GB 5009.3—2016）的要求，將制備好的樣品放入烘箱中，在101 ～105 ℃的溫度下保持4 h，測量前后的質(zhì)量差，得到其水分含量。進行平行樣測定，在重復(fù)性條件下獲得的兩次獨立測定結(jié)果的絕對差值不得超過算術(shù)平均值的10%[7]。

1.4 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計學(xué)方法

采用Excel 2003 軟件建立數(shù)據(jù)庫，運用t檢驗方法進行數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 谷物水分檢測結(jié)果

快速檢測方法和國家標(biāo)準(zhǔn)方法對小麥、稻谷、玉米水分含量的檢測結(jié)果見表1、表2 和表3。方法1 為快速檢測方法，方法2 為國家標(biāo)準(zhǔn)方法。

表1 方法1 和方法2 水分含量檢測結(jié)果（小麥）表

表2 方法1 和方法2 水分含量檢測結(jié)果（稻谷）表

表3 方法1 和方法2 水分含量檢測結(jié)果（玉米）表

通過10 次平行測定樣品，方法1 和方法2 檢測小麥、稻谷、玉米的平均水分含量分別為13.82%和12.72%、11.53%和11.05%、13.54%和13.20%，表明方法1 檢測出的樣品含量稍高于方法2。經(jīng)過統(tǒng)計學(xué)處理，兩種方法檢測3 種樣品的P值分別為0.29、0.06和0.50，表明方法1 與方法2 檢測結(jié)果差別無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。方法1 和方法2 測定小麥、稻谷、玉米的RSD 值分別為0.07%和0.14%、0.04%和0.05%、0.07%和0.10%（n=10），方法1 的RSD 值均小于方法2，表明方法1 組內(nèi)檢測結(jié)果的離散程度較小，說明該方法具有良好的精密度。

2.2 檢測結(jié)果配對t 檢驗分析

本次試驗選用的3 種樣品，樣本量相同，且樣品的先后順序一一對應(yīng)，運用配對t檢驗方法進行分析。由圖1 可知，兩種方法10 次檢測樣品的配對t檢驗結(jié)果表明兩種方法沒有顯著性差異，且兩種方法的t檢驗值為正，結(jié)果顯示方法1 所測含量比方法2 略高，表明方法1 整體優(yōu)于方法2。

圖1 兩種方法的配對t 檢驗的檢測結(jié)果對比圖

3 結(jié)論

實驗過程及結(jié)果表明，國家標(biāo)準(zhǔn)方法需要粉碎和干燥樣品，程序煩瑣，檢測時間長、效率低，無法實現(xiàn)現(xiàn)場檢測，而基于射頻識別技術(shù)原理的快速檢測方法檢測時間不到1 min，無需制備樣品，測量穿透性強，檢測結(jié)果準(zhǔn)確度、精密度較好，適用于糧食中水分含量的檢測。快速檢測方法具有快速、準(zhǔn)確、便攜、節(jié)約成本以及不依賴于操作人員經(jīng)驗的優(yōu)點，克服了傳統(tǒng)檢測方法的不足，提高了檢測效率，在批量樣品的檢測方面具有良好的應(yīng)用前景。