您的位置:首頁>正文

糧食儲藏過程中快速檢測技術的應用

我國糧食年產量為5億噸左右, 大部分糧食進入流通環節以及入庫儲藏。 在糧食儲藏過程中, 由於儲藏的週期較長, 做好糧食的水分、溫度、蟲黴等的檢測, 及時發現儲藏過程中的不利因素並予以消除, 是糧食儲藏工作的重中之重。 糧食的常規檢測方法較為成熟, 最終結果準確, 但是耗時長;精密檢測設備要求工作人員有熟練的操作技能, 檢測成本高, 效率低。 而快速檢測克服了常規檢測的缺點, 具有操作簡單、耗時短、可以做無損檢測、檢測成本低等優點, 在糧庫中的應用日趨廣泛。

現階段, 糧食水分的檢測主要依據 GB5497—1985《糧食、油脂檢驗水分測定法》執行, 即105 ℃恒質法, 該方法的檢測精度高, 但所需時間較長, 適合在試驗室中應用。 糧食溫度的檢測主要依靠測溫電纜, 該方法可以實現糧溫的快速檢測, 但只能對測溫點周圍的糧溫進行監測, 有時難免有不易發現的熱點存在。

目前, 常用的糧堆中蟲害檢測方法有直觀檢查、取樣檢查和誘集檢查。 直接觀察法是最直觀的檢查方法, 但結果並不準確;取樣檢查法的工作量較大, 而且最終結果與工作人員的技術水準相關;誘集檢查法的工作量較小, 但最終結果不穩定, 受環境影響較大, 無法確定害蟲密度。

本文介紹了糧食儲藏過程中水分、溫度、微生物、蟲害、氣體成分的快速檢測方法, 分析了各種方法的優缺點及其在糧庫的實際管理中的應用情況, 為各級糧食工作者以及相關學者提供參考。

1 糧食水分快速檢測方法

1.1 乾燥法

乾燥法測量糧食水分含量是常用的檢測方法。 目前, 水分檢測主要依據 GB 5497—1985, 這些檢測方法準確度高,

但耗時較長, 只適合試驗室應用, 無法滿足實際生產活動的需要。 針對目前水分測定的現狀, 紀立波等通過設定高溫與短時間的最優條件, 實現快速準確檢測糧食水分的目的。 最終試驗結果表明, 160 ℃ /10 min 烘乾法與 130 ℃定溫定時烘乾法相比, 不論精密度還是準確度在 95%的置信區間內均無顯著差異。 因此, 當糧食的水分含量在安全水分範圍內時, 可以採用 160 ℃條件下加熱 10 min 的方法測定水分含量。

1.2 水浸懸浮法

水浸懸浮法快速測量穀物水分時, 將待測樣品加到容器中, 然後向其中加入水並使樣品充分浸泡, 連同容器一起完全放入水中稱重。 由阿基米德定律可知, 此時樣品中的水分失重為零, 稱得品質即為樣品中幹物質與測量皿的品質。

此方法具有耗能少、檢測時間短、結果精度高等特點。 LS/T3705—2010《水浸懸浮法水分快速測定儀技術條件與試驗方法》對該方法的工作原理和試驗要求給予了詳細的說明。 水浸懸浮法改變了傳統測量方法中以空氣為介質的測定模式, 填補了國際上水分測定方法的技術空白。 利用本方法測定玉米、高梁、小麥等穀物的水分含量, 結果誤差均小於 0.5%, 但是測量油料誤差偏大, 因此本方法只適用於澱粉含量較高穀物水分的快速檢測。

1.3 電容法

電容法測定糧食水分是根據水的介電常數和糧食中幹物質的介電常數不同進行的。 由於水的介電常數要遠遠大於糧食幹物質的介電常數, 所以糧食含水量的大小直接決定了電容的大小。

電容法水分儀可以快速測量糧食水分含量, 但是無法準確測量, 最終結果的穩定性容易受到周圍環境的影響。

1.4 電阻法

電阻法亦稱電導法, 糧食的電導率與其含水量有關,可通過檢測電導率的變化來測量糧食含水量。 電導式水分測定儀具有結構簡單、成本低等優點;缺點是信號強度小、對樣品的要求較高、不適合含水量過高或過低的糧食的測定。

1.5 微波檢測技術

微波用於糧食水分含量的檢測也是根據糧食幹物質與水的介電常數的差異。 微波檢測技術屬於無損檢測技術, 具有易操作、測量精度高、結果誤差小等優點, 但是測量結果易受物料形狀、密度等的影響, 且儀器價格高。 李洪仁等利用該方法測定大米、小米中的水分含量, 並且與國標恒重法進行比較,結果表明:選擇適當的微波功率和放置位置對大米、小米進行加熱,最終測得的水分含量符合國標要求。

1.6 近紅外吸收光譜法

近紅外吸收光譜法通過分析樣品中含氫官能團吸收近紅外光譜來測定樣品中的水分含量,糧食含水量越大,特徵吸收峰強度越大。近紅外光譜儀測定樣品無需預處理,分析快速,屬於無損檢測。周燕等利用近紅外光譜法在30s內快速分析了小麥的水分含量。但近紅外光譜儀價格較高,不適宜於廣大基層應用,而且該方法使用之前需要大量試驗資料進行建模,模型的好壞直接影響測量的準確性。

2 糧食微生物快速檢測方法

2.1 酶活性檢測

當黴菌等微生物在儲藏的糧食中活動時,會產生澱粉酶、蛋白酶、過氧化氫酶等多種酶類。這些酶的活性與微生物數量成正比,檢測樣品中這些酶的活性變化,可在30min內得到微生物數量的結果。該方法的優點是可以避免死菌影響試驗結果,因為死菌不產酶,所以不會影響最終的酶活性。另外,該方法操作簡便快捷,檢測結果準確,實際操作中不需要無菌的操作環境及技術。缺點是無法分辨微生物的種類。

2.2 電子鼻技術

電子鼻是通過模仿哺乳動物嗅覺來對環境中的氣味進行鑒別的裝置,其在糧食領域中的應用目前仍處於試驗室階段。隨著儲藏時間的延長,發黴糧食散發的揮發性物質濃度增大。這些物質微量時人們很難有所察覺,當積累到一定量開始散發刺鼻氣味時,糧食就失去了儲藏的意義。而電子鼻可以靈敏地分析氣體成分,在剛開始產生不良氣體時就會發出警報,避免壞糧的發生。電子鼻的檢測所需時間短、結果準確、操作簡單、不受人為因素的影響,但是在實際應用之前需要通過提取特徵信號進行建模。

3 糧食溫度快速檢測方法

3.1 測溫電纜技術

測溫電纜由熱敏電阻和導線組成,測溫的主要原理是熱敏電阻對溫度變化比較靈敏,並且具有電阻大、體積小等優點 。通過測溫電纜可以實現糧堆溫度的即時監測,但是只能檢測到測溫點周圍糧食的溫度,有時可能有不易被發現的熱點存在。

3.2 紅外測溫技術

當自然界中的物體在絕對 0 ℃以上時,由於其表面溫度分佈不同,會向周圍發射不同能量的紅外輻射。因此,通過測量紅外輻射的波長和強度,即可準確測定表面溫度。與傳統的接觸式測溫相比,紅外測溫結果準確,操作方便,可在極短時間內測出目標溫度。但是,在實際應用中,測量結果受周圍環境的影響很大。

3.3 聲層析成像法

聲層析成像法是非接觸測溫方式。聲波在氣相中傳播時,其傳播速度會受到周圍空氣溫度的影響,通過在待測區域周圍放置若干聲波收發器,測量聲波的傳播時間和傳播路徑,利用一定的程式重現被測溫度場。在實際應用中要考慮聲波的傳播距離,使其能滿足倉房的跨度,還應該考慮糧粒平均空隙的大小對聲波速度的影響,採取適當的修正措施 。

4 儲糧蟲害快速檢測方法

4.1 電子鼻技術

電子鼻技術也稱為氣味分析法。感染了害蟲的糧堆劣變速度變快並釋放出特殊氣味,儀器可以將這種氣味檢測出來 。蔣德雲等通過電子鼻對不同含蟲空氣樣品進行測定 , 結果表明,此方法可快速檢測出糧食是否受到害蟲感染,但是此方法在應用前也需要建模。

4.2 圖像識別法

圖像識別技術是利用電腦、影像處理和模式識別等技術進行儲糧害蟲檢測的。Zayas 等利用圖像識別技術檢測散裝小麥倉中的穀蠹成蟲,結果顯示,此方法的識別率較高 , 但糧食中的雜質等因素對檢測結果有較大的影響。圖像識別法的優點是外界因素對其影響較小 , 對特徵明顯的害蟲識別率高。不足之處是,據報導該方法目前僅能識別玉米象、穀蠢、大穀盜和綠豆象 4 種害蟲。

4.3 聲檢測法

聲檢測法是將糧堆中害蟲活動所發出的一系列聲音信號經放大處理後,根據聲音特徵對害蟲種類和數量進行判斷的方法 。Brain最早檢測出糧食中害蟲吃食的聲音,Vick 等通過試驗發現害蟲的發聲數目與數量有關,從而為聲檢測法奠定了基礎。在國內,經過眾多學者的研究,聲檢測法檢測害蟲的準確性得到了很大的提高。聲檢測法可以同時檢測糧粒內外的害蟲,操作簡單、快速,但容易受到環境中噪音的影響,而且無法檢測蟲卵和死蟲。

4.4 近紅外光譜法

有蟲糧和無蟲糧對近紅外光譜的吸收和反射是不同的。糧粒經紅外光譜掃描後,由於害蟲自身組成中主要元素含量的不同,對近紅外光的吸收和反射也不同,因此可以根據這些不同對害蟲種類進行識別。該技術檢測所需時間較短,屬於無損檢測,但是對蟲害感染較輕的糧食檢測結果不夠準確,而且在實際應用前需要進行建模。

5 糧食氣體快速檢測方法

5.1 紅外吸收法

每種氣體分子在紅外光譜區都有特徵吸收,並且吸收強度與濃度相關。紅外輻射源透過被測氣體樣品後,通過測量譜線能量的衰減量即可測得被測氣體濃度。利用紅外吸收法檢測氣體具有選擇性好、回應速度快、穩定性好等優點。

5.2 磷化氫氣體電子檢測儀

磷化鋁是糧庫進行薰蒸時常用的藥劑,在潮濕環境中即可分解產生磷化氫氣體。磷化氫氣體檢測儀原理:當氣體進入電解池電極附近時會發生電化學反應,引起電流變化,從而測定氣體濃度的變化。該檢測儀攜帶方便,快速準確,操作簡便,但是對周圍環境的溫濕度要求較高,並且工作周圍不能有磁場等。

隨著科技的發展,各種快速檢測技術得到了快速發展,但仍有很多不足之處,部分檢測方法對周圍環境要求較高或者價格昂貴,並不能在糧庫中得到廣泛的應用。如何將快速高效的檢測方法與糧庫的實際情況結合,是糧食儲藏快速檢測技術發展的重中之重。

並且與國標恒重法進行比較,結果表明:選擇適當的微波功率和放置位置對大米、小米進行加熱,最終測得的水分含量符合國標要求。

1.6 近紅外吸收光譜法

近紅外吸收光譜法通過分析樣品中含氫官能團吸收近紅外光譜來測定樣品中的水分含量,糧食含水量越大,特徵吸收峰強度越大。近紅外光譜儀測定樣品無需預處理,分析快速,屬於無損檢測。周燕等利用近紅外光譜法在30s內快速分析了小麥的水分含量。但近紅外光譜儀價格較高,不適宜於廣大基層應用,而且該方法使用之前需要大量試驗資料進行建模,模型的好壞直接影響測量的準確性。

2 糧食微生物快速檢測方法

2.1 酶活性檢測

當黴菌等微生物在儲藏的糧食中活動時,會產生澱粉酶、蛋白酶、過氧化氫酶等多種酶類。這些酶的活性與微生物數量成正比,檢測樣品中這些酶的活性變化,可在30min內得到微生物數量的結果。該方法的優點是可以避免死菌影響試驗結果,因為死菌不產酶,所以不會影響最終的酶活性。另外,該方法操作簡便快捷,檢測結果準確,實際操作中不需要無菌的操作環境及技術。缺點是無法分辨微生物的種類。

2.2 電子鼻技術

電子鼻是通過模仿哺乳動物嗅覺來對環境中的氣味進行鑒別的裝置,其在糧食領域中的應用目前仍處於試驗室階段。隨著儲藏時間的延長,發黴糧食散發的揮發性物質濃度增大。這些物質微量時人們很難有所察覺,當積累到一定量開始散發刺鼻氣味時,糧食就失去了儲藏的意義。而電子鼻可以靈敏地分析氣體成分,在剛開始產生不良氣體時就會發出警報,避免壞糧的發生。電子鼻的檢測所需時間短、結果準確、操作簡單、不受人為因素的影響,但是在實際應用之前需要通過提取特徵信號進行建模。

3 糧食溫度快速檢測方法

3.1 測溫電纜技術

測溫電纜由熱敏電阻和導線組成,測溫的主要原理是熱敏電阻對溫度變化比較靈敏,並且具有電阻大、體積小等優點 。通過測溫電纜可以實現糧堆溫度的即時監測,但是只能檢測到測溫點周圍糧食的溫度,有時可能有不易被發現的熱點存在。

3.2 紅外測溫技術

當自然界中的物體在絕對 0 ℃以上時,由於其表面溫度分佈不同,會向周圍發射不同能量的紅外輻射。因此,通過測量紅外輻射的波長和強度,即可準確測定表面溫度。與傳統的接觸式測溫相比,紅外測溫結果準確,操作方便,可在極短時間內測出目標溫度。但是,在實際應用中,測量結果受周圍環境的影響很大。

3.3 聲層析成像法

聲層析成像法是非接觸測溫方式。聲波在氣相中傳播時,其傳播速度會受到周圍空氣溫度的影響,通過在待測區域周圍放置若干聲波收發器,測量聲波的傳播時間和傳播路徑,利用一定的程式重現被測溫度場。在實際應用中要考慮聲波的傳播距離,使其能滿足倉房的跨度,還應該考慮糧粒平均空隙的大小對聲波速度的影響,採取適當的修正措施 。

4 儲糧蟲害快速檢測方法

4.1 電子鼻技術

電子鼻技術也稱為氣味分析法。感染了害蟲的糧堆劣變速度變快並釋放出特殊氣味,儀器可以將這種氣味檢測出來 。蔣德雲等通過電子鼻對不同含蟲空氣樣品進行測定 , 結果表明,此方法可快速檢測出糧食是否受到害蟲感染,但是此方法在應用前也需要建模。

4.2 圖像識別法

圖像識別技術是利用電腦、影像處理和模式識別等技術進行儲糧害蟲檢測的。Zayas 等利用圖像識別技術檢測散裝小麥倉中的穀蠹成蟲,結果顯示,此方法的識別率較高 , 但糧食中的雜質等因素對檢測結果有較大的影響。圖像識別法的優點是外界因素對其影響較小 , 對特徵明顯的害蟲識別率高。不足之處是,據報導該方法目前僅能識別玉米象、穀蠢、大穀盜和綠豆象 4 種害蟲。

4.3 聲檢測法

聲檢測法是將糧堆中害蟲活動所發出的一系列聲音信號經放大處理後,根據聲音特徵對害蟲種類和數量進行判斷的方法 。Brain最早檢測出糧食中害蟲吃食的聲音,Vick 等通過試驗發現害蟲的發聲數目與數量有關,從而為聲檢測法奠定了基礎。在國內,經過眾多學者的研究,聲檢測法檢測害蟲的準確性得到了很大的提高。聲檢測法可以同時檢測糧粒內外的害蟲,操作簡單、快速,但容易受到環境中噪音的影響,而且無法檢測蟲卵和死蟲。

4.4 近紅外光譜法

有蟲糧和無蟲糧對近紅外光譜的吸收和反射是不同的。糧粒經紅外光譜掃描後,由於害蟲自身組成中主要元素含量的不同,對近紅外光的吸收和反射也不同,因此可以根據這些不同對害蟲種類進行識別。該技術檢測所需時間較短,屬於無損檢測,但是對蟲害感染較輕的糧食檢測結果不夠準確,而且在實際應用前需要進行建模。

5 糧食氣體快速檢測方法

5.1 紅外吸收法

每種氣體分子在紅外光譜區都有特徵吸收,並且吸收強度與濃度相關。紅外輻射源透過被測氣體樣品後,通過測量譜線能量的衰減量即可測得被測氣體濃度。利用紅外吸收法檢測氣體具有選擇性好、回應速度快、穩定性好等優點。

5.2 磷化氫氣體電子檢測儀

磷化鋁是糧庫進行薰蒸時常用的藥劑,在潮濕環境中即可分解產生磷化氫氣體。磷化氫氣體檢測儀原理:當氣體進入電解池電極附近時會發生電化學反應,引起電流變化,從而測定氣體濃度的變化。該檢測儀攜帶方便,快速準確,操作簡便,但是對周圍環境的溫濕度要求較高,並且工作周圍不能有磁場等。

隨著科技的發展,各種快速檢測技術得到了快速發展,但仍有很多不足之處,部分檢測方法對周圍環境要求較高或者價格昂貴,並不能在糧庫中得到廣泛的應用。如何將快速高效的檢測方法與糧庫的實際情況結合,是糧食儲藏快速檢測技術發展的重中之重。

同類文章
Next Article
喜欢就按个赞吧!!!
点击关闭提示