应用研究 | 在线近红外法快速测定小麦粉中的水分含量

📖 前言

水分含量是评价小麦粉品质、加工适用性及仓储稳定性的核心指标，小麦粉作为粮油加工核心原料，广泛应用于烘焙、面食制作等食品生产领域，其水分含量直接影响小麦粉的物理性状、加工性能及货架期。水分过高易导致小麦粉结块、霉变，滋生微生物，降低食用安全性；水分过低则会使小麦粉粉粒松散、易飞扬，影响加工过程的成型性，且不符合 GB 1355-2021《小麦粉》 等国标中对小麦粉水分的限量要求（小麦粉水分 ≤14.0%）。因此，快速、准确、实时的水分检测是小麦粉生产、仓储、加工环节质量控制的关键环节。

传统的小麦粉水分检测方法（如烘箱干燥法）虽结果准确，但存在操作繁琐、检测周期长、需取样破坏的弊端，无法满足小麦粉工业化连续生产中在线实时监测的需求。本方案采用在线近红外水分分析系统，基于水分子对1.45μm和1.94μm近红外光的特征吸收原理，实现对小麦粉水分的非接触、非破坏性、实时在线检测。该方法具备检测速度快、自动化程度高、可连续监测的特点，能够高效、可靠地满足小麦粉生产全过程的水分快速检测与动态质量控制需求，检测结果可与国标烘箱法有效比对校正，适配小麦粉加工企业的工业化生产质控要求。

1.1 仪器

HM-ZHS在线近红外水分分析系统；

分析天平（感量0.0001g）；

烘箱、干燥器、铝制/玻璃制的扁型称量瓶、计时器、尺子等。

1.2 试剂

小麦粉标样（小麦粉、全麦粉、杂粮粉等至少20个，需覆盖目标水分区间，且水分分布均匀）

2.1 直接干燥法（烘箱法）测小麦粉标样水分含量真值

（1）取洁净铝制或玻璃制的扁形称量瓶，置于101℃～105℃干燥箱中，瓶盖斜支于瓶边，加热1.0h，取出盖好，置干燥器内冷却0.5h，称量，并重复干燥至前后两次质量差不超过2mg，即为恒重。将混合均匀的试样迅速磨细至颗粒小于2mm，不易研磨的样品应尽可能切碎，称取2g～10g试样（精确至0.0001g），放入此称量瓶中，试样厚度不超过5mm，如为疏松试样，厚度不超过10mm，加盖，精密称量后，置于101℃～105℃干燥箱中，瓶盖斜支于瓶边，干燥2h～4h后，盖好取出，放入干燥器内冷却0.5h后称量。然后再放入101℃～105℃干燥箱中干燥1h左右，取出，放入干燥器内冷却0.5h后再称量。并重复以上操作至前后两次质量差不超过2mg，即为恒重。

（2）试样中的水分含量按下式计算：

X=(m₁ - m₂)/(m₁ - m₃)×100

式中：
X —— 试样中水分的含量，单位为克每百克（g/100g）；
m₁ —— 称量瓶和试样的质量，单位为克（g）；
m₂ —— 称量瓶和试样干燥后的质量，单位为克（g）；
m₃ —— 称量瓶的质量，单位为克（g）；
100 —— 单位换算系数。

水分含量≥1g/100g时，计算结果保留三位有效数字；

水分含量＜1g/100g时，计算结果保留两位有效数字。

2.2 HM-ZHS在线近红外水分分析系统小麦粉测试算法建立

2.2.1 仪器基础参数设置

仪器开机预热30分钟后，进入系统设置界面完成基础参数配置，具体设置值见表1。

2.2.2 小麦粉测试算法建立

在仪器主界面进入算法管理，选择窄范围精确算法（适配小麦粉水分 12.00%～14.00% 的窄区间检测需求）。将已定值的小麦粉标样依次置于仪器探头测量范围内，待数据稳定后，输入标样烘箱水分值，点击截取完成光谱与水分值的匹配采集，累计采集标样数据 不少于20个。点击PLSR拟合，仪器自动生成拟合算法，将算法添加至仪器算法数据库，命名为小麦粉专用算法。

2.2.3 小麦粉测试算法二次标定

（1）二次标定：进入仪器标定界面，选择上述小麦粉专用算法，将上述参与标定的 至少5个 标样进行重复光谱与水分含量的匹配，标定完成后，点击拟合，要求拟合相关系数 R²≥0.90，添加至仪器处方数据库，并进行处方命名，检测时可直接调用。

（2）处方验证：在相同检测条件下，对已进行烘箱法测真值的样品种类调用对应处方名称后，进行测试，准确性 ≤0.5% 且重复测定5次，稳定性 ≤0.5% 即算法/处方建立成功。

2.3 在线样品检测步骤

仪器安装：将在线近红外水分分析系统的检测探头通过悬臂固定于小麦粉生产线传送带上方，保证探头与小麦粉物料表面垂直，工作距离控制在 250mm±50mm，加装遮光罩避免阳光直射。

处方调用：在仪器检测设置界面，选择上述已建处方名称，即可进行测试。

启动检测：开启生产线传送带，启动仪器自动检测程序，仪器将对传送带上的小麦粉进行非接触式连续检测，实时显示水分值，并按设定的存储周期自动记录数据（最大值、最小值、平均值）。

数据上传：若需远程监控，开启仪器Wi-Fi/网线联网功能，打开自动上传设置，检测数据将实时上传至数据管理平台。

3.1 结果计算与表示

在线近红外法：仪器直接显示小麦粉水分含量（%），结果保留两位小数。

烘箱法参考计算公式：

X=(m₁-m₂)/(m₁-m₀)×100

式中：
X —— 小麦粉水分含量（g/100g）；
m₀ —— 铝制称量盒恒重质量（g）；
m₁ —— 铝制称量盒+小麦粉样品烘前质量（g）；
m₂ —— 铝制称量盒+小麦粉样品烘后恒重质量（g）。

3.2 测试结果示例

选取3个不同批次的小麦粉样品，用烘箱法测试水分含量真值。选用已建好的处方进行水分含量测试，测试结果如下：

3.3 准确性与稳定性

在重复性条件下，对同一小麦粉样品进行5次在线近红外法连续检测，结果的稳定性极差 ≤0.5%；在线近红外法检测结果与烘箱法（国标基准方法）的绝对偏差 ≤0.5%，满足小麦粉生产过程质量控制的检测要求。

4.1 仪器优势

4.2 方案适用性

样品类型：小麦粉、全麦粉、低筋粉、高筋粉等各类食用小麦粉

检测范围：水分含量 0%～60%（适配国标限量要求）

应用场景：生产线连续在线检测、原料入厂快速筛查、成品出厂质量检测

检测时效：单样品 ≤5秒，适配工业化大生产节奏

4.3 质量控制要点