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民以食为天。粮食是食品原料,是特殊的商品,是国家经济发展和政治稳定的重要物质保证[1]。小麦是我国重要的粮食作物之一,小麦加工是由粮食到食品的重要过渡环节。作为小麦加工企业,小麦原料直接关系企业产品质量,管控好小麦来源,也就基本管控住了企业的生产质量安全。
近年来,随着社会工业化的进一步发展,小麦加工企业规模化生产已成趋势,日加工规模由原来的每日300~500 t, 逐步向日加工2 000 t、3 000 t甚至5 000 t转变。为满足企业的大规模加工需求,原料日采购量也逐步提升,如何在有效工作时间内准确、高效判定原料质量,快速提升小麦采购过程检验效率,已成为规模化加工厂迫切需要解决的问题。在此前提下,快检设备应运而生,文中通过探讨快检设备在小麦采购过程中的应用,为企业在快检设备引入以及应用方面提供实践经验。
按照国家收购小麦标准,小麦收购过程中的检测项目包括:水分、容重、不完善粒、杂质、真菌毒素和重金属等。常用的快检方法包括近红外方法、高光谱成像法和胶体金法。
近红外方法的主要检测指标有:水分、容重、面筋,主要设备为近红外设备。
设备的工作原理如下:近红外光对大多数有机化合物中的含氢基团(碳氢键,氮氢键等基团)的倍频和合频吸收,根据基团在不同物理化学环境中对近红外光的吸收波长的差别,可以获得被测物质信息。近红外设备是通过收集一定量有代表性的样品测量其光谱图,同时使用标准分析方法进行测量,得到样品的参考数据,并将光谱图与参考数据关联后建立模型,从而实现用近红外光谱信息对待测组分含量的快速计量[2]。
高光谱成像法的主要检测指标是不完善粒,主要设备为不完善粒快速分析仪。
设备的工作原理:不完善粒快速分析仪利用高光谱成像技术实现检测。高光谱成像技术是一种将计算机视觉和光谱学结合的多维度信息获取技术[3],通过图像单元、照明单元、电脑控制单元和样品输送单元这4个部分实现图谱合一且具有较高的分辨率。样品输送单元将样品移动到特定位置,对样品进行动态扫描,照明单元的光源对图像进行漫反射分散,并投射在探测器阵列上,图像单元将图像采集后,电脑控制单元处理图像数据和光谱数据,建立识别模型并进行判定分析。
胶体金法的主要检测指标有:真菌毒素(呕吐毒素、黄曲霉B1)、重金属(铅、镉)等。主要设备有:天平、振荡器、孵育器、便携式读数仪。
设备的工作原理如下:胶体金定量测定法应用了免疫层析原理。它是将特异性的抗原或抗体用喷金法固定在膜上,将抗体或单克隆抗体吸附在结合垫上,当试样提取液与样本垫接触后,待检物通过毛细作用向上移动,溶解结合垫上的胶体金标记试剂后相互反应,移动至固定的抗原或抗体的区域时,待检物与金标试剂的结合物又与之发生特异性结合而被截留[4],未与样品中抗原结合的金标抗体与检测线上的抗原结合,金标抗体堆积形成红色T线,而未与检测线上抗原结合的金标抗体继续移动到质控线并与上面的第二抗体结合,堆积形成红色 C线,若检测过程中C线没有出现颜色,说明检测无效,样品中抗原含量越高,T线的颜色越浅。定量检测结果通过仪器内置的标准曲线即可计算出样品中呕吐毒素的含量。
快检设备检测相比常规检验方法,在检验效率和检验工效上有明显优势,但其结果准确性是很多企业关注的重点。为验证快检设备数据准确性,现将快检设备检测样本与国标检验方法检测样本进行比对,各检验项目结果如下。
随机抽取到货小麦,涵盖高、中、低水分样品20个。
分样器JFYZ-II、谷物选筛(孔径4.5 mm、1.5 mm)、Perton IM9500plus、粉碎机JL062、电子天平AL104、电热式恒温鼓风干燥箱PXB101-2、干燥器、铝盒。
快检方法:将待检小麦经分样、去杂后,取800 g小麦用IM9500plus测定,记录测定数据。每个样品测定两次,第1次测定后的测定样品与原待测样品混匀后,再次取样进行第2次测定,当两次测定结果的绝对差不大于0.20%时,取两次数据的平均值为测定结果[5]。
国标方法:将待检小麦分样至100 g左右,用粉碎机进行粉碎,称取约3 g(精确至0.000 1 g)样品按照GB 5009.3—2016[6]进行小麦水分测定。
两种方法的检测结果见表1。
样品编号 |
国标检测/% | 快检检测/% | 差值di/% | 标准差d/% |
1# | 12.2 | 12.2 | 0.00 | -0.20 |
2# |
11.9 | 12.0 | -0.10 | |
3# |
13.8 | 13.8 | 0.00 | |
4# |
10.6 | 10.5 | 0.10 | |
5# |
12.9 | 12.9 | 0.00 | |
6# |
13.2 | 13.3 | -0.10 | |
7# |
10.9 | 11.0 | -0.10 | |
8# |
12.4 | 12.3 | 0.10 | |
9# |
14.1 | 14.0 | 0.10 | |
10# |
10.6 | 10.5 | 0.10 | |
11# |
9.8 | 9.9 | -0.10 | |
12# |
12.3 | 12.3 | 0.00 | |
13# |
11.8 | 11.8 | 0.00 | |
14# |
10.4 | 10.5 | 0.00 | |
15# |
10.0 | 10.2 | -0.20 | |
16# |
13.5 | 13.6 | -0.10 | |
17# |
14.2 | 14.0 | 0.10 | |
18# |
13.2 | 13.3 | -0.10 | |
19# |
11.1 | 11.1 | 0.00 | |
20# |
9.5 | 9.6 | 0.10 |
准确性评价:验证样品集水分含量扣除系统偏差后的近红外测定值与标准值之间的标准差(SEP)应不大于0.20%。
比对结果验证了样品集水分含量的近红外测定值与标准值之间的标准差(SEP)不大于0.20%,满足GB/T 24898—2010中的准确性要求。
随机抽取到货小麦,涵盖高、中、低容重样品20个。
Perton IM9500plus、HGT-1000容重器、分样器JFYZ-II、谷物选筛(孔径4.5 mm、1.5 mm)。
快检方法:待检小麦分样去杂后,取800 g小麦用IM9500plus测定,记录测定数据。每个样品测定两次,第1次测定后的测定样品与原待测样品混匀后,再次取样进行第2次测定,取两次数据的平均值作为测定结果。
国标方法:将待检小麦经分样、去杂后。按照GB 5498—2013[7]中规定进行容重测定,双实验结果不超过3 g/L。
将同一份试样在同一台仪器上重复测定两次,取平均值作为测定结果,采用配对t检验法比较两种检验方法的测定结果是否存在显著性差异。结果见表2。
样品编号 |
国标检测/ (g·L-1) |
快检检测/ (g·L-1) |
差值 di/(g·L-1) |
均值 d/(g·L-1) |
标准偏差 sd/% |
平均标准 误差/% |
td | t0.05,19 |
1# |
778 | 779 | -1 | -0.20 | 1.40 | 0.31 | 0.64 | 2.093 |
2# |
765 | 763 | 2 | |||||
3# |
756 | 754 | 2 | |||||
4# |
772 | 774 | -2 | |||||
5# |
789 | 789 | 0 | |||||
6# |
791 | 790 | 1 | |||||
7# |
806 | 808 | -2 | |||||
8# |
754 | 755 | -1 | |||||
9# |
786 | 787 | -1 | |||||
10# |
780 | 779 | 1 | |||||
11# |
779 | 781 | -2 | |||||
12# |
741 | 742 | -1 | |||||
13# |
768 | 769 | -1 | |||||
14# |
824 | 826 | -2 | |||||
15# |
810 | 809 | 1 | |||||
16# |
763 | 764 | -1 | |||||
17# |
794 | 792 | 2 | |||||
18# |
759 | 759 | 0 | |||||
19# |
793 | 793 | 0 | |||||
20# |
829 | 828 | 1 |
经计算td=0.64,t0.05,19=2.093,经查t分布表,td值未超过查表值,说明快检设备测定结果与国家标准方法(GB/T 5498—2013[7])测定结果之间无显著性差异。
随机抽取到货中筋小麦,面筋含量在28%~34%之间样品20个。
Perton IM9500plus、混样仪MR10L、布勒实验磨MLU202、面筋仪GM2200、谷物选筛(孔径4.5 mm、1.5 mm)。
快检方法:将待检小麦经分样、去杂后,取800 g小麦用IM9500plus测定,记录测定面筋数据。每个样品测定两次,第1次测定后的测定样品与原待测样品混匀后,再次取样进行第2次测定,取两次数据的平均值作为测定结果。
国标方法:按照NY/T 1094.1—2006[8]将待检小麦混匀、筛理去杂,将润麦水分至15.0%,润麦时间20 h, 小麦润至规定时间后,按照NY/T 1094.2—2006[9]用布勒实验磨进行研磨制粉。磨粉后混匀按照GB/T 5506.2[10]进行面筋洗涤。
将同一份试样在同一台仪器上重复测定两次,取平均值作为仪器测定结果,采用配对t检验法比较快检设备测定结果与国标检测结果是否存在显著性差异。结果见表3。
样品编号 |
国标检测/% | 快检检测/% | 差值di/% | 均值d/% |
标准偏差 sd/% |
平均标准 误差/% |
td | t0.05,19 |
1# |
28.9 | 28.5 | 0.4 | -0.01 | 0.41 | 0.09 | 0.11 | 2.093 |
2# |
30.7 | 30.9 | -0.2 | |||||
3# |
29.3 | 29.6 | -0.3 | |||||
4# |
29.6 | 30.1 | -0.5 | |||||
5# |
28.3 | 28.6 | 0.3 | |||||
6# |
31.7 | 31.7 | 0.0 | |||||
7# |
28.5 | 28.6 | -0.1 | |||||
8# |
30.6 | 30.4 | 0.2 | |||||
9# |
28.0 | 28.1 | 0.1 | |||||
10# |
31.2 | 31.4 | -0.2 | |||||
11# |
32.7 | 32.3 | 0.4 | |||||
12# |
30.7 | 30.1 | 0.7 | |||||
13# |
33.1 | 33.8 | -0.7 | |||||
14# |
29.3 | 29.8 | -0.5 | |||||
15# |
28.6 | 29.0 | -0.4 | |||||
16# |
30.6 | 29.8 | 0.8 | |||||
17# |
29.4 | 29.8 | -0.4 | |||||
18# |
33.8 | 34.0 | -0.2 | |||||
19# |
32.9 | 32.4 | 0.5 | |||||
20# |
31.8 | 31.8 | 0.0 |
经计算td=0.11,经查t分布表,t0.05,19=2.093,td值未超过查表值,说明快件设备的测定结果与国家标准方法(GB/T 5506.2—2008[10])测定结果之间无显著性差异。
随机抽取到货小麦,并涵盖高、中、低不完善粒的小麦。
DKA-3型不完善粒快速分析仪、钟鼎式分样器、电子天平、镊子、分析盘。
快检方法:去杂小麦样品500 g放入进样斗,仪器感应到来料后自动启动检测,检测完毕自动出具不完善粒百分比。
国标方法:人工挑拣小麦不完善粒(以下简称:人工):按照GB 1351—2023[11]的小麦不完善粒的判定规则,并按照GB 5494—2019[12]中规定的检测方法对小麦中的不完善粒进行人工挑拣并计量,计算比例。
准确性评价:同一份试样在同一台仪器上重复测定两次,取平均值作为仪器测定结果,采用配对t检验法比较仪器测定结果与检验人员定值结果是否存在显著性差异。结果见表4。
经计算td=1.08,经查t分布表,t 0.05,19=2.093,td值未超过查表值,说明测定结果与国家标准方法(GB/T 5494—2019[12])测定结果之间无显著性差异。
随机抽取到货小麦,并涵盖高、中、低呕吐毒素测定值的小麦。
锤式旋风磨、纽勤酶标仪、离心机、振荡器、孵育器、电子天平(感量:0.01 g)。
快检方法:去杂小麦样品倒入锤式旋风磨中研磨成粉,使用华安麦科试纸条按照LS/T 6113[13]进行测定。
国标方法:去杂小麦样品倒入锤式旋风磨中研磨成粉,使用纽勤酶标仪按照GB 5009.111[14]中第四法进行测定。
采用配对t检验法比较酶标仪测定结果与试纸条检测结果是否存在显著性差异。结果见表5。
样品编号 |
国标检测/% | 快检检测/% | 差值di/% | 均值d/% |
标准偏差 sd/% |
平均标准 误差/% |
td | t0.05,19 |
1# |
3.5 | 3.9 | -0.4 | -0.11 | 0.43 | 0.10 | 1.08 | 2.093 |
2# |
6.8 | 6.6 | 0.2 | |||||
3# |
4.8 | 4.3 | 0.5 | |||||
4# |
7.4 | 7.0 | 0.4 | |||||
5# |
6.3 | 6.4 | -0.1 | |||||
6# |
8.8 | 9.7 | -0.9 | |||||
7# |
6.2 | 6.1 | 0.1 |
样品编号 |
国标检测/ (μg·kg-1) |
快检检测/ (μg·kg-1) |
差值 di/(μg·kg-1) |
均值d/ (μg·kg-1) |
标准偏差 sd/% |
平均标准 误差/% |
td | t0.05,19 |
1# |
219 | 206.58 | 12.42 | 0.85 | 19.03 | 4.26 | 0.20 | 2.093 |
2# |
439 | 448.66 | -9.66 | |||||
3# |
996 | 985.02 | 10.98 | |||||
4# |
141 | 142.44 | -1.44 | |||||
5# |
41 | 50.36 | -9.36 | |||||
6# |
105 | 102.33 | 2.67 | |||||
7# |
221 | 219.46 | 1.54 | |||||
8# |
423 | 421.64 | 1.36 | |||||
9# |
695 | 688.29 | 6.71 | |||||
10# |
1 349 | 1 350.66 | -1.66 | |||||
11# |
252 | 260.14 | -8.14 | |||||
12# |
283 | 290.30 | -7.30 | |||||
13# |
636 | 651.39 | -15.39 | |||||
14# |
375 | 390.12 | -15.12 | |||||
15# |
340 | 337.54 | 2.46 | |||||
16# |
171 | 176.80 | -5.80 | |||||
17# |
813 | 823.12 | -10.12 | |||||
18# |
508 | 514.81 | -6.81 | |||||
19# |
1 085 | 1 010.28 | 74.72 | |||||
20# |
1 265 | 1 270.00 | -5.00 |
经计算td=0.20,经查t分布表,t 0.05,19=2.093,td值未超过查表值,说明快检设备的测定结果与国家标准方法(GB 5009.111—2016)测定结果之间无显著性差异。
经与国标法验证,快速检测设备的准确性与国标法整体无显著偏差,企业定期按照国标方法进行对标校准验证,及时修正偏离,可确保快检设备的准确性。在满足准确性前提下,快检设备引入,使得检验效率有了大幅度提升,适当引入快检设备符合规模化加工需求。目前部分企业在引入快检设备的同时,通过自动化设备、信息化软件的升级,在小麦收购过程逐步实现了全自动化操作,在保证检验准确性的同时,最大化的消除人情粮,同时进一步提升了检验效率以及信息化追溯,持续提升食品安全保障工作。