恒美智造在線近紅外水分分析系統(tǒng)-在線近紅外法快速測定麥麩中的水分含量

方案編號(hào)：ZHS-003

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

水分含量是麥麩品質(zhì)控制的核心指標(biāo)，直接影響麥麩的貯存穩(wěn)定性、加工適用性及商業(yè)價(jià)值。麥麩作為小麥加工副產(chǎn)物，廣泛應(yīng)用于飼料、食品加工領(lǐng)域，其水分含量過高易引發(fā)霉變、結(jié)塊，降低飼用營養(yǎng)價(jià)值和食品加工性能，還會(huì)增加倉儲(chǔ)損耗；水分過低則會(huì)導(dǎo)致麥麩粉化嚴(yán)重，加工時(shí)揚(yáng)塵大且影響成型效果。我國《GB/T 42225-2022  小麥麩》明確規(guī)定，商品小麥麩的水分含量為≤14.0g/100g，飼料用麥麩水分含量通常要求≤13.5g/100g ，該指標(biāo)是麥麩生產(chǎn)、加工、流通及飼料配方設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。

麥麩傳統(tǒng)水分檢測采用烘箱直接干燥法（GB/T 5009.3-2016），雖結(jié)果準(zhǔn)確但操作繁瑣、耗時(shí)較長（需 6-8 小時(shí)），且需人工取樣檢測，無法實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線實(shí)時(shí)監(jiān)控和工藝快速調(diào)整。本方案采用在線近紅外水分分析系統(tǒng)，基于水分子對 1.45μm 、1.94μm 近紅外特征波段的選擇性吸收原理，實(shí)現(xiàn)麥麩水分的非接觸、實(shí)時(shí)、連續(xù)快速檢測。該方法自動(dòng)化程度高、檢測速度快、無樣品損耗，能精準(zhǔn)匹配麥麩工業(yè)化生產(chǎn)的質(zhì)量管控需求，為生產(chǎn)線烘干、倉儲(chǔ)等工序的參數(shù)優(yōu)化提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)支撐。

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 0.0001g）；烘箱、干燥器、鋁制/玻璃制的扁型稱量瓶、計(jì)時(shí)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

麥麩標(biāo)樣、待測麥麩樣品

麥麩樣品選擇要求：需具有代表性，無結(jié)塊、霉變、雜質(zhì)，粒度符合生產(chǎn)要求。麥麩標(biāo)樣需覆蓋水分含量 8.00%~ 14.00%區(qū)間，含飼料用、食品用不同品類麥麩，用于儀器標(biāo)定。標(biāo)樣需在恒溫恒濕環(huán)境下均衡 72 小時(shí)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(gè)。

3  實(shí)驗(yàn)方法

3.1  直接干燥法（烘箱法）測麥麩標(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(xì)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(jì)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(jìn)行計(jì)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(shí)，計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字；水分含量＜1g/100g 時(shí)，計(jì)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)麥麩測試算法建立

3.2.1  儀器基礎(chǔ)參數(shù)設(shè)置

儀器開機(jī)預(yù)熱 30 分鐘后，進(jìn)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  麥麩測試算法建立

在儀器主界面進(jìn)入算法管理，選擇窄范圍精確算法（適配麥麩水分 8.00%~ 14.00%的窄區(qū)間檢測需求）。將已定值的麥麩標(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(diǎn)擊截取完成光譜與水分值的匹配采集，累計(jì)采集標(biāo)樣數(shù)據(jù)不少于 20 個(gè)。點(diǎn)擊 PLSR擬合，儀器自動(dòng)生成擬合算法，將算法添加至儀器算法數(shù)據(jù)庫，命名為麥麩專用算法。

3.2.3  麥麩測試算法二次標(biāo)定

（1）二次標(biāo)定：進(jìn)入儀器標(biāo)定界面，選擇上述麥麩專用算法，將上述參與標(biāo)定的至少 5 個(gè)標(biāo)樣進(jìn)行重復(fù)光譜與水分含量的匹配，標(biāo)定完成后，點(diǎn)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(jìn)行處方命名，檢測時(shí)可直接調(diào)用。

（2）處方驗(yàn)證：在相同檢測條件下，對已進(jìn)行烘箱法測真值的待測樣品選擇相應(yīng)處方名稱后，進(jìn)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麥麩生產(chǎn)線傳送帶上方，保證探頭與麥麩物料表面垂直，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(jìn)行測試。

3 、啟動(dòng)檢測：開啟生產(chǎn)線傳送帶，啟動(dòng)儀器自動(dòng)檢測程序，儀器將對傳送帶上的麥麩進(jìn)行非接觸式連續(xù)檢測，實(shí)時(shí)顯示水分值，并按設(shè)定的存儲(chǔ)周期自動(dòng)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(yuǎn)程監(jiān)控，開啟儀器 Wi-Fi/網(wǎng)線聯(lián)網(wǎng)功能，打開自動(dòng)上傳設(shè)置，檢測數(shù)據(jù)將實(shí)時(shí)上傳至數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。

圖 3 ： 目標(biāo)樣品水分含量測試界面圖

 4  結(jié)果與討論

4.1  結(jié)果計(jì)算與表示

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

2 、烘箱法參考計(jì)算公式：

式中：

X—麥麩水分含量，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+麥麩樣品烘前質(zhì)量，單位為克（g）；

m2  —鋁制稱量盒+麥麩樣品烘后恒重質(zhì)量，單位為克（g）。

4.2  測試結(jié)果示例

選取 2 個(gè)不同批次的麥麩樣品，用烘箱法測試水分含量真值。選用已建好的處方進(jìn)行水分含量測試，測試結(jié)果如下：

表 2  麥麩水分檢測結(jié)果（g/100g）

4.3  準(zhǔn)確性與穩(wěn)定性

在重復(fù)性條件下，對同一麥麩樣品進(jìn)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% ，滿足麥麩生產(chǎn)過程質(zhì)量控制的檢測要求。

5  方案特點(diǎn)與優(yōu)勢

5.1  儀器優(yōu)勢

1 、非接觸無損傷：檢測過程不接觸麥麩物料，無樣品損耗，不影響生產(chǎn)線正常運(yùn)行。

2 、實(shí)時(shí)快速檢測：單次檢測僅需數(shù)秒，可實(shí)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(bǔ)償設(shè)計(jì)，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，麥麩專用處方一鍵調(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(chǔ)，可保存 2 萬條檢測數(shù)據(jù)，支持?jǐn)?shù)據(jù)導(dǎo)出、實(shí)時(shí)上傳，滿足生產(chǎn)溯源需求。

5.2  方案適用性

1 、樣品類型：飼料用小麥麩、食品用小麥麩、全麥麩皮等各類小麥加工麩皮產(chǎn)品。

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

3 、應(yīng)用場景：麥麩生產(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、烘干工序?qū)崟r(shí)監(jiān)控、倉儲(chǔ)水分抽檢等。

4 、檢測時(shí)效：單樣品在線檢測≤5s ，批量連續(xù)檢測無間隔，適配麥麩工業(yè)化大生產(chǎn)的節(jié)奏，可實(shí)現(xiàn)從加工到倉儲(chǔ)的全流程水分管控。

5.3  質(zhì)量控制要點(diǎn)

1 、標(biāo)樣控制：標(biāo)樣水分需覆蓋麥麩實(shí)際生產(chǎn)的全水分區(qū)間，兼顧不同粒度、粗纖維含量的麥麩品類；標(biāo)樣均衡處理需滿足 72 小時(shí)恒溫恒濕，平行樣極差≤0.3% ，確保標(biāo)樣定值準(zhǔn)確。

2 、環(huán)境控制：檢測探頭需避開陽光直射、強(qiáng)電磁場、強(qiáng)烈振動(dòng)源，麥麩生產(chǎn)粉塵較大，需為探頭加裝防塵罩，定期清理周圍粉塵。

3 、探頭維護(hù)：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)線更換麥麩品種時(shí)，需用麥麩標(biāo)樣對檢測處方進(jìn)行重新驗(yàn)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)測定麥麩中水分含量，方法基于水分子近紅外特征吸收原理，通過建立麥麩專用檢測算法和處方，有效消除了麥麩粒度、粗纖維含量及生產(chǎn)粉塵帶來的檢測干擾，實(shí)現(xiàn)了麥麩水分的非接觸、實(shí)時(shí)、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(yuǎn)高于傳統(tǒng)方法，滿足麥麩工業(yè)化生產(chǎn)過程中實(shí)時(shí)質(zhì)量監(jiān)控、烘干工藝快速調(diào)整、全流程水分管控的需求。

本方案不僅適用于各類小麥麩皮的水分檢測，還可通過調(diào)整標(biāo)樣和算法，拓展至玉米皮、稻糠、豆粕等其他糧油加工副產(chǎn)物的水分快速檢測，為糧油加工、飼料生產(chǎn)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、降低倉儲(chǔ)損耗、保障產(chǎn)品品質(zhì)具有重要意義。

7  參考文獻(xiàn)

[l] GB/T 5009.3-20l6  食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中水分的測定[S].

[2] GB/T 42225-2022  小麥麩[S].

[3] NY/T ll9-202l  飼料原料 小麥麩[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。