恒美智造在線紅外水分分析儀-在線近紅外法快速測定小麥粉中的水分含量

方案編號：ZHS-001

適用儀器：在線近紅外水分分析系統(tǒng)

發(fā)布日期：2026 年 3 月 18  日

1  前言

水分含量是評價小麥粉品質(zhì)、加工適用性及倉儲穩(wěn)定性的核心指標(biāo)，小麥粉作為糧油加工核心原料，廣泛應(yīng)用于烘焙、面食制作等食品生產(chǎn)領(lǐng)域，其水分含量直接影響小麥粉的物理性狀、加工性能及貨架期。水分過高易導(dǎo)致小麥粉結(jié)塊、霉變，滋生微生物，降低食用安全性；水分過低則會使小麥粉粉粒松散、易飛揚，影響加工過程的成型性，且不符合 GB/T 1355-2021《小麥粉》等國標(biāo)中對小麥粉水分的要求（小麥粉水分≤14.0%）。因此，快速、準(zhǔn)確、實時的水分檢測是小麥粉生產(chǎn)、倉儲、加工環(huán)節(jié)質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

傳統(tǒng)的小麥粉水分檢測方法（如烘箱干燥法）雖結(jié)果準(zhǔn)確，但存在操作繁瑣、檢測周期長、需取樣破壞的弊端，無法滿足小麥粉工業(yè)化連續(xù)生產(chǎn)中在線實時監(jiān)測的需求。本方案采用在線近紅外水分分析系統(tǒng)，基于水分子對 1.45 μm  和 1.94 μm  近紅外光的特征吸收原理，實現(xiàn)對小麥粉水分的非接觸、非破壞性、實時在線檢測。該方法具備檢測速度快、自動化程度高、可連續(xù)監(jiān)測的特點，能夠高效、可靠地滿足小麥粉生產(chǎn)全過程的水分快速檢測與動態(tài)質(zhì)量控制需求，檢測結(jié)果可與國標(biāo)烘箱法有效比對校正，適配小麥粉加工企業(yè)的工業(yè)化生產(chǎn)質(zhì)控要求。

2  儀器與樣品

2.1  儀器

在線近紅外水分分析系統(tǒng)；分析天平（感量 0.0001 g）；烘箱、干燥器、鋁制/玻璃制的扁型稱量瓶、計時器、尺子等。

圖 1 ：在線近紅外水分分析系統(tǒng)外觀圖

2.2  樣品

小麥粉標(biāo)樣（小麥粉、全麥粉、雜糧粉等至少 20 個，需覆蓋目標(biāo)水分區(qū)間 ，且水分分布均勻）

選擇說明：

小麥粉標(biāo)樣需覆蓋檢測目標(biāo)的水分區(qū)間（常規(guī)為 12%~ 14%），每個水分區(qū)間的標(biāo)樣需盡可能覆蓋小麥粉生產(chǎn)的各種工況（不同批次、不同細度、不同加工工藝）；標(biāo)樣需在恒溫恒濕環(huán)境下均衡 72  小時以上，均衡誤差（同一樣品三份平行樣的烘箱結(jié)果的極差）應(yīng)控制在 0.3%   以內(nèi)，剔除結(jié)塊、霉變的異常標(biāo)樣，標(biāo)樣覆蓋面越廣，測試越準(zhǔn)確，最多不超過 200 個。

3  實驗方法

3.1  直接干燥法（烘箱法）測小麥粉標(biāo)樣水分含量真值

（1）取潔凈鋁制或玻璃制的扁形稱量瓶，置于 101℃~105℃干燥箱中，瓶蓋斜支于瓶邊，加熱 1.0h ，取出蓋好，置干燥器內(nèi)冷卻 0.5h ，稱量，并重復(fù)干燥至前后兩次質(zhì)量差不超過 2mg ，即為恒重。將混合均勻的試樣迅速磨細至顆粒小于 2mm ，不易研磨的樣品應(yīng)盡可能切碎，稱取2g～10g 試樣（精確至 0.0001g），放入此稱量瓶中，試樣厚度不超過 5mm ，如為疏松試樣，厚度不超過 10mm，加蓋，精密稱量后，置于 101℃~105℃干燥箱中，瓶蓋斜支于瓶邊，干燥 2h~ 4h 后，蓋好取出，放入干燥器內(nèi)冷卻 0.5h 后稱量。然后再放入 101℃~105℃干燥箱中干燥 1h左右，取出，放入干燥器內(nèi)冷卻 0.5h 后再稱量。并重復(fù)以上操作至前后兩次質(zhì)量差不超過 2mg，即為恒重。

注：兩次恒重值在最后計算中，取質(zhì)量較小的一次稱量值。

圖 2 ：樣品稱量

（2）試樣中的水分含量，按下式進行計算：

X=(m1-m2)/(m1-m3) × 100式中：

X-試樣中水分的含量，單位為克每百克（g/100g）；

m1-稱量瓶和試樣的質(zhì)量，單位為克（g）；

m2-稱量瓶和試樣干燥后的質(zhì)量，單位為克（g）；

M3-稱量瓶的質(zhì)量，單位為克（g）；

100-單位換算系數(shù)。

水分含量≥1g/100g 時，計算結(jié)果保留三位有效數(shù)字；水分含量＜1g/100g 時，計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字。

3.2  在線近紅外水分分析系統(tǒng)小麥粉測試算法建立

3.2.1  儀器基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置

儀器開機預(yù)熱 30 分鐘后，進入系統(tǒng)設(shè)置界面完成基礎(chǔ)參數(shù)配置，具體設(shè)置值見表 1。

表 1 在線近紅外水分分析系統(tǒng)基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置

3.2.2  小麥粉測試算法建立

在儀器主界面進入算法管理，選擇窄范圍精確算法（適配小麥粉水分 12.00%~ 14.00%的窄區(qū)間檢測需求）。將已定值的小麥粉標(biāo)樣依次置于儀器探頭測量范圍內(nèi)，待數(shù)據(jù)穩(wěn)定后，輸入標(biāo)樣烘箱水分值，點擊截取完成光譜與水分值的匹配采集，累計采集標(biāo)樣數(shù)據(jù)不少于 20 個。點擊 PLSR擬合，儀器自動生成擬合算法，將算法添加至儀器算法數(shù)據(jù)庫，命名為小麥粉專用算法。

3.2.3  小麥粉測試算法二次標(biāo)定

（1）二次標(biāo)定：進入儀器標(biāo)定界面，選擇上述小麥粉專用算法，將上述參與標(biāo)定的至少 5個標(biāo)樣進行重復(fù)光譜與水分含量的匹配，標(biāo)定完成后，點擊擬合，要求擬合相關(guān)系數(shù) R2≥0.90 ，添加至儀器處方數(shù)據(jù)庫，并進行處方命名，檢測時可直接調(diào)用。

（2）處方驗證：在相同檢測條件下，對已進行烘箱法測真值的樣品種類調(diào)用對應(yīng)處方名稱后，進行測試，準(zhǔn)確性≤0.5%且重復(fù)測定 5 次，穩(wěn)定性≤0.5%即算法/處方建立成功。

3.3  在線樣品檢測步驟

1 、儀器安裝：將在線近紅外水分分析系統(tǒng)的檢測探頭通過懸臂固定于小麥粉生產(chǎn)線傳送帶上方，保證探頭與小麥粉物料表面垂直，工作距離控制在 250mm±50mm ，加裝遮光罩避免陽光直射。

2 、處方調(diào)用：在儀器檢測設(shè)置界面，選擇上述已建處方名稱，即可進行測試。

3 、啟動檢測：開啟生產(chǎn)線傳送帶，啟動儀器自動檢測程序，儀器將對傳送帶上的小麥粉進行非接觸式連續(xù)檢測，實時顯示水分值，并按設(shè)定的存儲周期自動記錄數(shù)據(jù)（最大值、最小值、平均值）。

4 、數(shù)據(jù)上傳：若需遠程監(jiān)控，開啟儀器 Wi-Fi/網(wǎng)線聯(lián)網(wǎng)功能，打開自動上傳設(shè)置，檢測數(shù)據(jù)將實時上傳至數(shù)據(jù)管理平臺。

圖 3 ： 目標(biāo)樣品水分含量測試過程及界面圖（實驗室測試）

4  結(jié)果與討論

4.1  結(jié)果計算與表示

1 、在線近紅外法：儀器直接顯示小麥粉水分含量（%），結(jié)果保留兩位小數(shù)。

2 、烘箱法參考計算公式：

式中：

X—小麥粉水分含量，單位為克每百克（g/100g）；

mo  —鋁制稱量盒恒重質(zhì)量，單位為克（g）；

m1  —鋁制稱量盒+小麥粉樣品烘前質(zhì)量，單位為克（g）；

m2  —鋁制稱量盒+小麥粉樣品烘后恒重質(zhì)量，單位為克（g）。

4.2  測試結(jié)果示例

選取 3 個不同批次的小麥粉樣品，用烘箱法測試水分含量真值。選用已建好的處方進行水分含量測試，測試結(jié)果如下：

表 2  小麥粉水分檢測結(jié)果（g/100g）

4.3  準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性

在重復(fù)性條件下，對同一小麥粉樣品進行 5 次在線近紅外法連續(xù)檢測，結(jié)果的穩(wěn)定性極差≤0.5%；在線近紅外法檢測結(jié)果與烘箱法（國標(biāo)基準(zhǔn)方法）的絕對偏差≤0.5%，滿足小麥粉生產(chǎn)過程質(zhì)量控制的檢測要求。

5  方案特點與優(yōu)勢

5.1  儀器優(yōu)勢

1 、非接觸無損傷：檢測過程不接觸小麥粉物料，無樣品損耗，不影響生產(chǎn)線正常運行。

2 、實時快速檢測：單次檢測僅需數(shù)秒，可實現(xiàn)生產(chǎn)線連續(xù)在線監(jiān)控，相比烘箱法效率提升上百倍。

3、數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠：采用雙探測器+多溫度傳感器溫漂補償設(shè)計，7 波段 14 光程光路，有效消除雜光、設(shè)備漂移干擾，檢測結(jié)果穩(wěn)定性高。

4 、操作便捷：7 寸高清安卓觸摸屏，UI 交互界面直觀，小麥粉專用處方一鍵調(diào)用，無需專業(yè)人員操作。

5 、數(shù)據(jù)可追溯：16G 大容量存儲，可保存 2 萬條檢測數(shù)據(jù)，支持數(shù)據(jù)導(dǎo)出、實時上傳，滿足生產(chǎn)溯源需求。

5.2  方案適用性

1 、樣品類型：小麥粉、全麥粉、低筋粉、高筋粉等各類食用小麥粉。

2 、檢測范圍：水分含量 0%~60%（適配國標(biāo)小麥粉水分要求，可通過調(diào)整標(biāo)樣擴展檢測范圍）。

3 、應(yīng)用場景：小麥粉生產(chǎn)線上的連續(xù)在線檢測、原料入廠快速篩查、成品出廠質(zhì)量檢測等。

4 、檢測時效：單樣品在線檢測≤5s ，批量連續(xù)檢測無間隔，適配工業(yè)化大生產(chǎn)節(jié)奏。

5.3  質(zhì)量控制要點

1 、標(biāo)樣控制：標(biāo)樣水分需覆蓋小麥粉實際生產(chǎn)的水分區(qū)間，標(biāo)樣均衡處理需滿足 72 小時恒溫恒濕，平行樣極差≤0.3%。

2 、環(huán)境控制：檢測探頭需避開陽光直射、強電磁場、強烈振動源，粉塵大的生產(chǎn)環(huán)境需為探頭加裝防塵罩，定期清潔。

3 、探頭維護：每周用酒精棉簽輕輕清潔探頭光學(xué)鏡片，避免指紋、油污、粉塵影響光路，保證檢測精度。

4 、定期校準(zhǔn)：儀器連續(xù)使用30 天或生產(chǎn)線更換小麥粉品種時，需用小麥粉標(biāo)樣對檢測處方

進行重新驗證或修正，確保結(jié)果準(zhǔn)確。

6  結(jié)論

采用在線近紅外水分分析系統(tǒng)測定小麥粉中水分含量，方法基于水分子近紅外特征吸收原理，通過建立小麥粉專用檢測算法和處方，實現(xiàn)了小麥粉水分的非接觸、實時、快速檢測。該方法檢測結(jié)果與國標(biāo)烘箱直接干燥法一致性良好，重復(fù)性高，操作簡便，檢測效率遠高于傳統(tǒng)方法，滿足小麥粉工業(yè)化生產(chǎn)過程中實時質(zhì)量監(jiān)控、快速工藝調(diào)整的需求。

本方案不僅適用于各類食用小麥粉的水分檢測，還可通過調(diào)整標(biāo)樣和算法，拓展至面條、饅頭等面制品原料的水分快速檢測，為面制品加工行業(yè)的質(zhì)量管控提供高效、可靠的技術(shù)手段，對提升生產(chǎn)效率、降低質(zhì)量損耗具有重要意義。

7  參考文獻

[ 1] GB/T 5009.3-2016  食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測定[S].

[2] GB/T 1355-2021  小麥粉[S].

本文檔為通用技術(shù)方案，具體儀器操作請參考對應(yīng)儀器說明書。