自然空氣條件下粳稻谷智能化調(diào)質(zhì)通風(fēng)試驗

[摘要]2017年4月13日-6月16日，在山東省軍糧儲備庫13號房式倉（粳稻谷2 489t，水分13.5%）采用2臺0.85kW軸流風(fēng)機(jī)上行吸出自然空氣進(jìn)行智能化調(diào)質(zhì)通風(fēng)，平均糧堆水分增加了0.5%，風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)333h，用電566.1kW·h，單位能耗0.455kW·h（1%·t）-1。通風(fēng)后整倉糧堆整精米率為71.7%，比調(diào)質(zhì)前提高3%，籽粒破損率為7.7%，上下4層水分分布均勻，無水分遷移現(xiàn)象發(fā)生。

[關(guān)鍵詞]粳稻谷;平衡水分;CAE方程;調(diào)質(zhì);智能機(jī)械通風(fēng)

中圖分類號：S379.5

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20181108

糧食儲藏的技術(shù)原理主要是通過調(diào)控糧食水分和溫度來抑制蟲霉生長、保持籽?；钚?、延緩品質(zhì)劣變。谷物糧堆有兩大特性，即糧堆孔隙率35%～55%、熱絕緣特性，造就了其能夠傳遞和保持低溫、低濕的空氣特性^[1-3]，因而采用低溫、低濕的空氣通風(fēng)糧堆達(dá)到綠色生態(tài)和長期儲糧的目的。然而，糧食經(jīng)過長期低濕條件儲藏，水分會低于安全儲藏水分，不符合糧食加工品質(zhì)的需求，因此需在確保安全儲藏的條件下進(jìn)行調(diào)質(zhì)通風(fēng)。

糧食智能化機(jī)械通風(fēng)技術(shù)由智能化糧情檢測、通風(fēng)窗口控制、稻谷CAE平衡水分方程共同構(gòu)成，指導(dǎo)稻谷倉庫機(jī)械降溫通風(fēng)和調(diào)質(zhì)通風(fēng)^[4-6]。在計算機(jī)顯示系統(tǒng)，調(diào)質(zhì)通風(fēng)窗口由飽和絕對濕度曲線、谷物含水率+1%對應(yīng)的吸附平衡絕對濕度曲線、糧堆平衡絕對濕度線、糧溫T_g大氣露點溫度T_da條件要求的糧堆露點溫度T_dg對應(yīng)的平衡絕對濕度線共同組成窗口。當(dāng)大氣狀態(tài)點位于這個窗口內(nèi)，小功率軸流風(fēng)機(jī)被啟動運轉(zhuǎn)，糧堆調(diào)質(zhì)通風(fēng)開始;當(dāng)大氣狀態(tài)點位于這個窗口外，小功率軸流風(fēng)機(jī)被停止，糧堆調(diào)質(zhì)通風(fēng)結(jié)束^[7]。

山東省軍糧儲備庫位于山東省德州市齊河縣，屬于暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)。本研究采用國家糧食局科學(xué)研究院營養(yǎng)組近年研發(fā)的我國稻谷平衡水分?jǐn)?shù)據(jù)^[4-5]及擬合方程^[7]，以及與天津市明倫電子技術(shù)有限公司合作研發(fā)的智能化機(jī)械通風(fēng)系統(tǒng)，在山東省軍糧儲備庫開展粳稻谷智能化調(diào)質(zhì)通風(fēng)試驗，目標(biāo)是優(yōu)化粳稻谷調(diào)質(zhì)機(jī)械通風(fēng)起始判斷條件，以期促進(jìn)我國糧庫智能化建設(shè)。

1 材料與方法

1.1 主要儀器與設(shè)備

AL204-IC型萬分之一天平：Mettler toledo儀器有限公司;紫外可見分光光度計;LDS-1G型谷物水分測定儀：上海嘉定糧油儀器廠;烘箱;50mL圓底離心管;150mL三角瓶;FCF染料：Sigma公司;NaOH分析純。

1.2 試驗倉條件

試驗倉選用13號倉，地上籠1機(jī)2道，通路比K=1.4。2016年12月入庫東北地區(qū)產(chǎn)的2489t稻谷，含水率為14.0%，倉房長39.8m、寬20.4m，裝糧高度5m，雜質(zhì)0.6%。采用2臺小功率（0.85kW·h）的軸流風(fēng)機(jī)安裝在窗口上，用負(fù)壓吸出式通風(fēng)，關(guān)好門窗，打開倉后通風(fēng)口，外界的冷空氣由通風(fēng)口進(jìn)入，由下而上經(jīng)過糧層，再由小功率軸流風(fēng)機(jī)排出倉外。使用的風(fēng)機(jī)型號是FTA-75型，風(fēng)量13 800m3/h，轉(zhuǎn)速230r/min，經(jīng)汁算單位通風(fēng)量為8.9m3/h·t。平整糧面后，2017年1月均溫通風(fēng)后稻谷水分降低到13.5%。1.3 稻谷調(diào)質(zhì)通風(fēng)試驗方案

2017年4月13日一6月16日，采用自然濕空氣進(jìn)行13號倉智能化調(diào)質(zhì)通風(fēng)試驗。首先，從齊河縣氣象局收集當(dāng)?shù)?015年、2016年4-6月每天24h的大氣溫度和相對濕度數(shù)據(jù)。采用稻谷解吸多項式平衡水分方程（EMC_36.953-RH3-48.528 - RH2+30.791 - RH+0.038 59.RH2·t+0.006 744·RH. t-0.086 11·t+5.089）^[8]計算并預(yù)測每目的稻谷平衡水分?jǐn)?shù)值。

本次稻谷智能化調(diào)質(zhì)通風(fēng)利用現(xiàn)有的倉內(nèi)風(fēng)道對糧堆進(jìn)行通風(fēng)調(diào)質(zhì)，通風(fēng)期間糧堆溫度與自然空氣溫度相近，自然空氣的相對濕度與糧堆平衡相對濕度之差在25%以上。由智能化調(diào)質(zhì)通風(fēng)窗口自動控制，智能化糧情檢測、通風(fēng)窗口控制、稻谷吸附CAE平衡水分方程共同構(gòu)成控制系統(tǒng)^[7]。在計算機(jī)顯示系統(tǒng)中，調(diào)質(zhì)通風(fēng)窗口由飽和絕對濕度曲線、谷物含水率+1%對應(yīng)的吸附平衡絕對濕度曲線、糧堆平衡絕對濕度線、糧溫T_ggt;大氣露點溫度T_da條件要求的糧堆露點溫度T_dg對應(yīng)的平衡絕對濕度線共同組成窗口。當(dāng)大氣狀態(tài)點位于這個窗口內(nèi)，小功率軸流風(fēng)機(jī)被啟動運轉(zhuǎn)，糧堆通風(fēng)開始;當(dāng)大氣狀態(tài)點位于這個窗口外，小功率軸流風(fēng)機(jī)被停止，糧堆通風(fēng)則結(jié)束^[5]。調(diào)質(zhì)通風(fēng)期間，每天定時查看各點糧溫，9：00對固定點扦樣檢測糧堆含水率。

4月中旬風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)的調(diào)質(zhì)通風(fēng)窗口情況見圖1。據(jù)圖1可知，含水率13.4%的糧堆狀態(tài)G點為8.5℃，對應(yīng)的吸附平衡絕對濕度3.8mmHg，露點溫度7.8℃，而大氣狀態(tài)H點12℃、RH75%對應(yīng)的平衡絕對濕度7.8mmHg，露點溫度7.7℃，糧堆溫度高于大氣露點溫度，糧堆吸附平衡絕對濕度低于大氣。以這種低溫高濕空氣通風(fēng)，糧堆水分增加，因此風(fēng)機(jī)被啟動運轉(zhuǎn)。

1.4 扦樣方法

設(shè)14個扦樣點，分為上層、中1、中2、底層，共計56份樣品，扦樣點如圖2所示。

1.5檢測指標(biāo)與檢測方法 水分測定采用LDS-1G谷物水分測定儀。稻谷裂紋破碎率測定參考任強等^[9]等研究方法：稻谷加工成糙米，每個樣品取樣60g.用于FCF染色，即取樣品20g，平行3次，以0.1%FCF染色液40mL染色20min后，用蒸餾水沖洗直到水呈現(xiàn)無色，再用0.01mol/L的NaOH溶液40mL洗脫30min，對洗脫液采用紫外分光光度計測定OD₆₁₀。采用OD₆₁₀與裂紋破碎率之間的線性方程計算裂紋破碎率，整精米率參考GB/T 21719-2008^[10]。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用隨機(jī)區(qū)組試驗設(shè)計，同一數(shù)據(jù)3個平行測定，數(shù)據(jù)以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。LSD檢驗中同一列不相同小寫字母表示樣品之間差異顯著（Plt;0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 根據(jù)氣象資料預(yù)測的稻谷平衡水分值

圖3是采用2015年、2016年4-6月每日17：00至次日8：00的大氣溫度和相對濕度，計算稻谷解吸平衡水分平均值。稻谷解吸平衡水分值大于13.5%的天數(shù)在4、5、6月，分別是25d、22d、16d。4、5、6月稻谷解吸平衡水分均值分別是14.81%、14.71%、13.83%，平均值14.45%。因此，采用當(dāng)?shù)?-6月的大氣溫濕度條件采用智能化調(diào)質(zhì)機(jī)械通風(fēng)可以將倉房稻谷水分調(diào)到14%。

2.2 稻谷調(diào)質(zhì)通風(fēng)試驗效果

2.2.1水分

風(fēng)前后稻谷樣含水率變化見圖4。13號稻谷倉采用上行吸出式智能調(diào)質(zhì)機(jī)械通風(fēng)，本次智能化通風(fēng)開始時間為4月13日，終止時間為6月16日。在2個月多的智能化調(diào)質(zhì)通風(fēng)試驗中，設(shè)定了3個條件：一是當(dāng)大氣濕度RH_a≤80%，氣溫T_glt;28℃時，在通風(fēng)窗口中滿足兩個條件糧溫T_ggt;大氣露點溫度T_da、糧堆水分+10的含濕量gt;大氣含濕量，風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn);二是當(dāng)大氣濕度RH_a80%，氣溫T_alt;28℃時，風(fēng)機(jī)白行開啟;三是氣溫T_agt;28 ℃時，風(fēng)機(jī)不運轉(zhuǎn)。據(jù)圖4可知，智能化調(diào)質(zhì)通風(fēng)開始之前，稻谷糧堆平均含水率13.5%，終止通風(fēng)時是14%。

2.2.2整精米率

通風(fēng)前后稻谷樣品整精米率見表1。整倉稻谷加工時整精米率71.7%，顯著高于未調(diào)質(zhì)通風(fēng)的稻谷整精米率68.2%。GB 1350-2009^[11]中規(guī)定1級粳稻谷整精米率高于61%。

2.2.3籽粒破損率

調(diào)質(zhì)通風(fēng)后稻谷籽粒破損率見表2。據(jù)表2可知，稻谷破損率在多數(shù)取樣點的各層存在差異，但是在4層之間的平均值差異不顯著，整倉稻谷破損粒率為（7.7±1.8）%。

3 結(jié)論

在一個保管周期內(nèi)稻谷水分普遍降低1.5%～2%，通過機(jī)械通風(fēng)技術(shù)進(jìn)行增濕調(diào)質(zhì)，以提高加工時的整精米率^[12-15]。對稻谷調(diào)質(zhì)試驗，Banaszek等^[16]采用動態(tài)方法對稻谷進(jìn)行吸附平衡水分試驗，溫度和RH調(diào)控室難以提供12.5℃/RH50%、15℃/RH50%、12.5℃/RH90%的條件^[17]，原因尚不清楚。稻谷水分吸附速率^[18]研究表明，在RH65%條件下，初始水分13.57%龍洋粳稻（產(chǎn)于黑龍江省）在10℃發(fā)生水分吸附，而在20℃～35℃發(fā)生解吸;在RH86%條件下，該樣品10℃～35℃均發(fā)生水分吸附。說明在寒冷的冬季降溫機(jī)械通風(fēng)中，糧堆水分發(fā)生丟失。齊河縣4-6月，當(dāng)日均氣溫大于10℃、日均RH高于70%，滿足含水率13.5%稻谷糧堆水分增加的大氣溫濕度條件在2015年、2016年分別是23d和28d。

本次粳稻谷實倉智能化調(diào)質(zhì)通風(fēng)試驗探索的風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)條件：一是當(dāng)大氣相對濕度RH_a≤80%，氣溫T_alt; 28℃時，在通風(fēng)窗口中滿足兩個條件即糧溫T_ggt;大氣露點溫度T_da、糧堆水分+1%的含濕量gt;大氣含濕量，風(fēng)機(jī)就運轉(zhuǎn);二是當(dāng)大氣相對濕度RH.;gt; 80%，氣溫T_glt;28℃時，風(fēng)機(jī)白行開啟;三是氣溫T_agt; 28℃時，風(fēng)機(jī)設(shè)定為不運轉(zhuǎn)。13號倉本次調(diào)質(zhì)通風(fēng)試驗，通風(fēng)運行時間2017年4月13日-2017年6月16日。4月13日平均糧溫15.3℃，含水率13.5%，到6月16日平均糧溫17.6℃，平均糧堆水分增加了0.5%，風(fēng)機(jī)運轉(zhuǎn)333h，用電566.1kW·h，單位能耗是0.455kW·h（l%·t）^-1。

參考文獻(xiàn)

[1]李興軍.谷物糧堆通風(fēng)的理論依據(jù)與目標(biāo)[J】糧食加工，2017（1）：28-38.

[2]李興軍，糧堆通風(fēng)過程空氣焓變計算方法[J]，糧食科技與經(jīng)濟(jì)，2015（3）：62-66+69

[3]李興軍，糧堆通風(fēng)空氣濕球溫度和露點溫度查定及計算方法[J]糧食科技與經(jīng)濟(jì)，2016（4）：49-54.

[4]李興軍，吳曉明，殷樹德.平衡水分理論和通風(fēng)窗口指導(dǎo)稻谷降溫通風(fēng)[J]糧食食品科技，2014（3）：98-101.

[5] 11 X，WU Z，WU X，et al Lowering paddy temperature withmechanical aeration guided by CAE model and aerationwindow[J].llth International Working Conference on StoredProduct Protection，2014（14）：294-309.

[6]陳思羽，吳文福，李興軍，等.谷物濕熱平衡新模型及熱力學(xué) 特性的研究[J].中國糧油學(xué)報，2016 （3）：110-114.

[7]吳子丹，李興軍.利用CAE方程調(diào)控我國稻谷倉庫通風(fēng)[J]中國糧油學(xué)報.2011 （2）：74-78+83.

[8]李興軍，姜平，采用一個多項式方程擬合糧食水分吸著等溫線[J]中國糧油學(xué)報，2015 （10）：90-94.

[9]任強，姜平，張來林，等.采用FCF染色法測定糧食破碎率[J].食品工業(yè)科技.2016 （2）：50-53+59.

[10] GB/T 21719-2008.稻谷整精米率檢驗法[S].

[11] GB 1350-2009.稻谷[S].

[12]熊鶴鳴，周長金，楊國劍，等.儲糧增濕調(diào)質(zhì)通風(fēng)試驗報告[A].中國糧油學(xué)會第三屆學(xué)術(shù)年會.中國糧油學(xué)會第三屆學(xué)術(shù)年會論文選編[C].北京：中國糧油學(xué)會，2006： 28-31.

[13]沈宗海.儲糧智能化通風(fēng)控制數(shù)學(xué)模型[J].糧食儲藏，2008 （4）：41-44

[14]李興軍，吳曉明，殷樹德.平衡水分方程精準(zhǔn)指導(dǎo)稻谷調(diào)質(zhì)通風(fēng)試驗的原理[J]糧食加工，2017 （6）：25-29

[15]張來林.儲糧機(jī)械通風(fēng)技術(shù)[M].鄭州：鄭州大學(xué)出版社，2014.

[16] BANASZEK MM， SIEBENMORGEN TJ. Adsorption equilibriummoisture contents of long-grain rough rice[J].Trans of theASAE，1990（1）：247-252.

[17]李興軍，姜平.稻谷及其加工產(chǎn)品平衡水分研究進(jìn)展[J]糧油食品科技，2014 （6）：100-105.

[18]李興軍，姜平，周子平，等，以靜態(tài)稱重法研究粳稻谷水分吸附速率[J].食品工業(yè)科技，2015 （5）：68-72+77.