糧食控溫儲藏與保質(zhì)減損技術(shù)研究進(jìn)展

姚錫鵬 舒在習(xí) 賈溫倩

[摘要]糧食是維持人們生活的必需品，也是維持社會穩(wěn)定的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。我國每年新收獲的糧食數(shù)量龐大，需要對收獲的糧食進(jìn)行儲藏，而在儲藏過程中會面臨糧食品質(zhì)下降的問題，因此如何延緩糧食品質(zhì)下降成為倉儲工作者重要的研究內(nèi)容。溫度是影響儲糧品質(zhì)變化的重要環(huán)境因子，溫度越高，糧食陳化速度越快。隨著我國儲糧技術(shù)的發(fā)展，控溫技術(shù)在儲糧保質(zhì)減損方面發(fā)揮了重要作用。將溫度控制在低溫或準(zhǔn)低溫范圍內(nèi)，儲糧品質(zhì)下降緩慢，有利于減少因蟲霉及自身新陳代謝而造成的損耗，從而提高儲糧的穩(wěn)定性。

[關(guān)鍵詞]控溫儲糧;保質(zhì)減損;品質(zhì)變化;溫度

中圖分類號：S379 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.202001

控溫儲糧技術(shù)是根據(jù)所在地區(qū)的氣候特點，結(jié)合儲糧倉房圍護結(jié)構(gòu)的隔熱處理改造，冬季通風(fēng)降溫，夏季控溫保冷，使儲糧長期保持較低的溫度水平，有效抑制糧堆內(nèi)有害生物的生命活動和糧油籽粒的呼吸代謝，從而減少糧食損失，達(dá)到保鮮的目的?？販丶夹g(shù)以其安全、經(jīng)濟、綠色、有效等特點，已成為目前和今后儲糧技術(shù)的發(fā)展方向。本文主要綜述幾種常見的控溫技術(shù)在糧食儲藏中的應(yīng)用，評價儲糧保質(zhì)減損的成效。

1 控溫儲糧技術(shù)研究現(xiàn)狀

溫度是影響糧食變質(zhì)的主要因素，溫度升高會引起糧食籽粒呼吸作用加強、微生物代謝速率加快，導(dǎo)致糧食含水量、出糙率、整精米率、發(fā)芽率快速下降，脂肪酸值快速上升，陳化的速度也會相應(yīng)變快[1]，不符合儲糧保質(zhì)減損的要求。利用相關(guān)的控溫技術(shù)延緩糧食儲藏溫度上升，盡可能將其控制在低溫或者準(zhǔn)低溫儲藏的范圍內(nèi)。目前，我國糧食儲藏中常見的控溫技術(shù)主要包括倉房氣密隔熱技術(shù)、機械制冷控溫技術(shù)、機械通風(fēng)降溫技術(shù)以及冷心內(nèi)環(huán)流控溫技術(shù)。

1.1 倉房氣密隔熱技術(shù)

外界與糧倉內(nèi)部的熱量傳遞主要以熱傳導(dǎo)的方式經(jīng)倉頂和倉墻傳入糧倉內(nèi)部，其中經(jīng)倉頂傳遞的熱量約是經(jīng)倉墻傳遞的16倍，因此倉頂隔熱比倉墻更為重要。目前，倉頂隔熱方式包括倉頂采用屋頂架空層，倉頂外表面附貼隔熱材料、涂刷淺色反光隔熱涂料、搭蓋遮陽網(wǎng)、安裝屋面冷水噴淋系統(tǒng)，倉頂內(nèi)表面增設(shè)聚氨酯發(fā)泡層、附貼隔熱材料、吊頂?shù)?而倉墻隔熱方式包括設(shè)置夾心隔熱墻、倉墻內(nèi)側(cè)附貼泡沫板等隔熱材料、倉內(nèi)四周增設(shè)袋裝稻殼圍包、倉墻外側(cè)涂刷淺色反光隔熱涂料、倉墻內(nèi)外增設(shè)聚氨酯發(fā)泡層等[2]。另外，除了對糧食倉房進(jìn)行隔熱處理外，還可以對糧堆進(jìn)行隔熱處理，能夠有效阻隔外界熱量與糧堆進(jìn)行熱交換，減少糧堆受外界溫度的影響。

孫振北[3]比較了倉頂菱鎂板架空隔熱和倉內(nèi)吊頂隔熱兩種隔熱方式的效果，分別與對照倉相比，倉溫、上層平均糧溫和整倉平均糧溫分別下降了5.3℃、5℃、1.8℃和3.8℃、3.1℃、2.3℃，均能有效阻止倉頂熱量的傳遞，隔熱效果顯著，但菱鎂板架空隔熱成本比倉內(nèi)吊頂隔熱成本高。陳鎰飛等[4]開展稻殼壓蓋儲藏稻谷控溫試驗，研究發(fā)現(xiàn)通過稻殼壓蓋處理后，糧面溫度比倉溫變化速度慢，在第二年氣溫回升的季節(jié)，試驗倉的平均糧溫比對照倉低1℃～3℃。在夏季高溫季節(jié)時，平均糧溫能控制在20℃以內(nèi)，實現(xiàn)稻谷準(zhǔn)低溫儲藏。

1.2 機械制冷控溫技術(shù)

夏季是糧食最容易受到高溫和蟲霉影響的季節(jié)，是一年中儲糧事故最容易發(fā)生的時間段，采取控溫技術(shù)將糧食溫度控制在低溫環(huán)境或準(zhǔn)低溫環(huán)境，有利于糧食安全度夏。當(dāng)糧庫在夏季不能滿足低溫儲糧的要求時，可以采用機械制冷設(shè)備快速降低糧溫，例如谷物冷卻機、風(fēng)管機、糧倉專用空調(diào)等[5]。

安西友[6]開展了4臺空調(diào)補冷和一機一倉谷冷機補冷控溫效果對比試驗。通過前后兩年對同一倉糧食分別使用谷冷機和空調(diào)進(jìn)行補冷控溫效果比較，以及同一年度分別使用兩種制冷設(shè)備進(jìn)行補冷控溫效果比較，發(fā)現(xiàn)兩者均能達(dá)到基本相同的控溫效果，但是4臺空調(diào)補冷控溫耗電量約是一機一倉谷冷機補冷控溫的2倍，成本過高。Griffiths G.Atungulu等[7]認(rèn)為利用谷物冷卻機降低糧溫，具有提高糧食干燥能力、降低糧食水分、保證稻米數(shù)量與品質(zhì)和降低儲藏難度的作用，有利于延緩糧食品質(zhì)下降。葉貴發(fā)[8]在簡易糧棚內(nèi)利用薄膜帷幕進(jìn)行準(zhǔn)低溫儲糧實驗，前期利用谷冷機將平均糧溫從29℃降至20℃，后期利用空調(diào)制冷環(huán)流控溫將平均糧溫控制在24℃，綜合運用谷冷機與內(nèi)環(huán)流降溫技術(shù)，降溫效果明顯。

1.3 機械通風(fēng)降溫、降水技術(shù)

為了節(jié)約場地和勞動力成本，農(nóng)品在收獲糧食后會將新收獲的高水分糧直接投入市場，簡化糧食的整曬環(huán)節(jié)，甚至省略。同時由于糧食收購市場進(jìn)一步放開，新型大米加工業(yè)的興起，部分大米加工企業(yè)認(rèn)為用含水量偏高的大米加工出來的大米成色好看，導(dǎo)致部分農(nóng)民將未經(jīng)整曬的稻谷直接出售[9]。新收獲的稻谷水分比較高，更容易引起糧堆發(fā)熱霉變、蟲害等事故，因此在秋冬季分階段將外界冷空氣通入糧堆內(nèi)部進(jìn)行降溫降水，穩(wěn)定糧食的溫度和水分含量，有利于糧食儲藏。

史改俠[10]利用機械通風(fēng)對糧倉整體進(jìn)行降溫，試驗發(fā)現(xiàn)在秋冬季采取通風(fēng)降溫后，倉內(nèi)溫度降低5℃;而在夏季選擇氣溫較低的時段以機械通風(fēng)方式進(jìn)行降溫降水處理后，倉內(nèi)溫度降低7℃，糧食水分降低0.7%，證明機械通風(fēng)技術(shù)能為糧食創(chuàng)造一個相對有利的儲存條件。張青峰等[11]在杭州開展平房倉機械通風(fēng)降水應(yīng)用試驗，利用當(dāng)?shù)囟杭竟?jié)大氣相對濕度低，在天氣干燥的時機進(jìn)行分階段的機械通風(fēng)。試驗發(fā)現(xiàn)在合理的通風(fēng)條件下采用離心風(fēng)機壓入式通風(fēng)，對于含水量超過安全水分1.0%以內(nèi)的糧食，可以在短時間內(nèi)對其達(dá)到降水目的，并將平均糧溫控制在20℃以下，有利于儲糧安全度夏。

1.4 冷心內(nèi)環(huán)流控溫技術(shù)

冷心內(nèi)環(huán)流控溫技術(shù)是通過倉內(nèi)底部通風(fēng)地籠、倉外通風(fēng)口、環(huán)流風(fēng)機、倉外保溫管、倉內(nèi)空間與糧堆形成一個閉合回路，在環(huán)流風(fēng)機的作用下，從糧堆底部的通風(fēng)地籠抽出冷氣經(jīng)倉外保溫管注入倉房上部空間，使倉內(nèi)空氣在系統(tǒng)中循環(huán)運行，不與外界空氣接觸產(chǎn)生熱交換，達(dá)到降低倉內(nèi)空間溫濕度、保持糧食水分和延緩品質(zhì)劣變的目的，有利于實現(xiàn)低溫或準(zhǔn)低溫儲糧[12]。

梁兆岷等[13]開展了高大平房倉內(nèi)環(huán)流控溫技術(shù)準(zhǔn)低溫儲藏試驗，研究表明應(yīng)用了內(nèi)環(huán)流控溫技術(shù)的試驗倉倉溫和表層糧溫均保持在25℃以下，平均糧溫控制在20℃以下，符合準(zhǔn)低溫儲糧要求，但是由于糧堆空間較熱的空氣向下與冷的糧心接觸，倉內(nèi)濕度在試驗開始時快速下降，糧食表面出現(xiàn)輕微結(jié)露現(xiàn)象，水分增加。張克明[14]提供了一種內(nèi)環(huán)流控溫減損儲糧系統(tǒng)，根據(jù)設(shè)定值開啟環(huán)流風(fēng)機進(jìn)行倉內(nèi)環(huán)流，將糧堆“冷心”帶到糧堆表層及四周，在不損失水分的情況下降低糧堆表面和四周的糧溫，使糧食處于一個溫度較低的環(huán)境中，具有高效、綠色、節(jié)能的特點。

1.5 綜合控溫儲糧技術(shù)

近年來，隨著我國控溫儲糧技術(shù)的不斷改進(jìn)，多種控溫方式相結(jié)合的綜合控溫技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，更容易將糧溫控制在低溫或準(zhǔn)低溫的條件下，提高儲糧的質(zhì)量。宋峰等[15]在夏季結(jié)合糧堆壓蓋密閉、屋面噴水、排風(fēng)扇排熱、空調(diào)制冷等控溫措施，有效將倉溫控制在25.0℃以內(nèi)，表層糧溫控制在22.0℃以內(nèi)，有利于糧食安全度夏。孫肖東等[16]針對以前壓蓋和谷冷機控溫技術(shù)的不足，在夏季空調(diào)控溫的基礎(chǔ)上通過降溫保水通風(fēng)措施、聚氯乙烯塑料薄膜密閉、冷氣填充薄膜的補冷技術(shù)控制糧溫上升，與對照倉相比倉溫低0.6℃，上層糧溫低5.5℃，全倉平均糧溫低4.91℃，最高糧溫低3.17℃，控溫期間無儲糧害蟲活動，提高了儲糧的穩(wěn)定性。

2 控溫技術(shù)對儲糧保質(zhì)減損的作用

2.1 控溫技術(shù)對儲糧保質(zhì)的作用

糧食及油料在儲藏過程中，隨著儲藏時間的延長，其雖未發(fā)熱、霉變，但品質(zhì)已逐漸下降，糧油在糧油儲藏過程中發(fā)生陳化是不可避免的現(xiàn)象。控溫儲糧技術(shù)能夠?qū)⒓Z堆溫度控制在低溫或準(zhǔn)低溫的條件下，減少糧堆受外界溫度因素的影響，延長糧油的儲藏期限[17]。常用于評價糧油儲存品質(zhì)變化的指標(biāo)有感官品嘗評分值、脂肪酸值、發(fā)芽率和可溶性淀粉含量[18]。

楊洋等[19]將不同儲藏年限的稻谷加工成大米，經(jīng)過蒸煮后進(jìn)行感官評價，結(jié)果顯示儲藏年份越久的稻谷口感越差，說明米飯的風(fēng)味隨著儲藏時間的延長而逐步降低，并且儲藏時間越長影響越明顯，同時儲藏溫度越高，品嘗評分值越低。Park C E等[20]探究在不同儲藏溫度（4℃、20℃、30℃與40℃）下糙米理化特性的變化，發(fā)現(xiàn)儲藏在較高溫度（30℃與40℃）條件下的糙米脂肪酸值高于儲藏在較低溫度（4℃與20℃）環(huán)境下的糙米脂肪酸值。儲藏4個月后，4℃儲藏環(huán)境下的糙米脂肪酸值從2.27mgKOH/100g上升到4.74mgKOH/100g，而在20℃、30℃與40℃的儲藏條件下分別上升到8.91mgKOH/100g、12.25mgKOH/100g和14.37mgKOH/100g，說明低溫儲藏能延緩稻谷脂肪酸值的上升。郭超等[21]在高大平房倉中采用空調(diào)進(jìn)行控溫儲糧研究，分析糧堆上、中、下各層脂肪酸值的變化情況，結(jié)果表明兩倉稻谷的脂肪酸值均呈緩慢上升趨勢，但對照倉的脂肪酸值比空調(diào)倉的變化幅度大，空調(diào)倉稻谷脂肪酸值從23.1mgKOH/100g升高至24.9mgKOH/100g，升高了7.8%，而對照倉稻谷脂肪酸值從22.8mgKOH/100g升高至26.1mgKOH/100g，升高了14.5%，說明空調(diào)控溫儲糧對延緩稻谷脂肪酸值升高具有顯著作用。Qiu Shuo等[22]研究不同糙米品種在超低溫儲藏、低溫儲藏和常溫儲藏三種不同儲藏方式下生理指標(biāo)的變化情況，結(jié)果表明在超低溫儲藏條件和低溫儲藏條件下糙米發(fā)芽率變化不大，而在常溫儲藏條件下的糙米發(fā)芽率最后都變?yōu)?，說明低溫儲藏能延緩種子發(fā)芽力的下降。Zhou Zhongkai等[23]測定糙米在4℃和37℃兩種不同溫度的條件下儲藏一定時間后可溶性淀粉的含量，結(jié)果顯示在37℃的條件下可溶性淀粉含量較少，說明可溶性淀粉含量隨溫度的升高而降低。

2.2 控溫技術(shù)對儲糧減損的作用

糧食在儲藏中必定會發(fā)生損耗現(xiàn)象，據(jù)統(tǒng)計，我國糧食產(chǎn)后損失率超過8%，其中國家糧庫儲糧損失為0.2%，農(nóng)民儲糧損失約8%～10%[24]，糧食存儲損耗成為我國糧食生產(chǎn)不可忽略的問題之一。影響糧食儲藏?fù)p耗的原因包括人為因素和自然因素，而自然因素是造成糧食損耗的關(guān)鍵因素，包括水分減量、雜質(zhì)減量、糧食呼吸作用造成的損耗、儲糧害蟲危害造成的損耗以及因糧食發(fā)熱、霉變引起的損耗，其中水分含量的損耗最為顯著[25]。目前，我國倉儲行業(yè)利用控溫技術(shù)對糧食進(jìn)行降溫保水儲藏已經(jīng)取得很好的效果。余吉慶等[26]在昆明通過集成智能通風(fēng)、保溫隔熱、糧面壓蓋和控溫通風(fēng)技術(shù)開展稻谷在儲藏環(huán)節(jié)的保水減損試驗。對試驗倉采取保溫壓蓋處理，對照倉不做處理，兩倉均在夏季排除積熱、秋冬季降溫通風(fēng)，測定儲藏2年后兩倉糧食的水分含量，結(jié)果顯示試驗倉的糧食水分下降0.6%，對照倉的糧食水分下降0.8%，試驗倉糧食水分減少量比對照倉低25%，說明倉房保溫密閉技術(shù)能有效阻斷倉房內(nèi)外空氣流動，防止流動空氣帶走倉內(nèi)糧食水分，而糧面壓蓋可以降低糧食水分的蒸發(fā)面，具有一定的保水作用。

另外，控溫儲糧技術(shù)可以有效抑制有害生物的生長，例如儲糧害蟲與微生物，它們只能在適宜的溫度范圍內(nèi)才能生長繁殖，一旦超出適宜溫度范圍后，生命活動就會受到抑制。Deepak Kumar[27]認(rèn)為大多數(shù)儲糧生物體在70%以上的相對濕度、20℃～40℃的溫度下會迅速生長，產(chǎn)生大量的熱量和水分，導(dǎo)致在糧堆內(nèi)部形成發(fā)熱點，對整倉糧食造成危害。楊長舉[28]認(rèn)為利用控溫儲糧技術(shù)將環(huán)境溫度控制在15℃以下時，大多數(shù)微生物的生長會受到抑制，在安全水分條件下的糧食可以實現(xiàn)穩(wěn)定儲藏。張會娜等[29]認(rèn)為低溫可以通過阻礙害蟲的新陳代謝、損害細(xì)胞膜、抑制酶活性和使細(xì)胞原生質(zhì)脫水的機制來抑制害蟲生長，減少因害蟲造成的糧食損耗。目前，我國大多數(shù)糧庫主要采用自然低溫和機械制冷的方法來實現(xiàn)低溫或準(zhǔn)低溫儲藏，在儲糧的第二年夏季中糧倉達(dá)到基本無蟲害的要求，實現(xiàn)免熏蒸綠色儲糧。

3 控溫儲糧技術(shù)存在的問題與發(fā)展趨勢

控溫儲糧是一項符合我國國情發(fā)展與綠色儲糧理念的技術(shù)，以“春季隔熱，延緩糧溫升高;夏季控溫，控制上層糧溫;秋冬蓄冷，降低基礎(chǔ)糧溫”為主要技術(shù)路線在我國得到普遍推廣，且取得了很好的經(jīng)濟效益。據(jù)統(tǒng)計，我國應(yīng)用控溫技術(shù)進(jìn)行綠色儲糧的規(guī)模已超6 200萬t，其中智能通風(fēng)規(guī)模約1 600萬t、氮氣氣調(diào)儲糧約1 500萬t、內(nèi)環(huán)流控溫儲糧約1 300萬t、空調(diào)控溫規(guī)模約1 800萬t，但是控溫技術(shù)受地理因素條件限制較大，并不能滿足我國所有庫點的要求，需要不斷地實踐探索和總結(jié)經(jīng)驗。

羅思媛等[30]提出控溫儲糧技術(shù)目前仍然存在著三個問題：第一，控溫儲糧基礎(chǔ)性研究有待深入;第二，關(guān)鍵技術(shù)有待解決，控溫儲糧經(jīng)濟運行模式尚未建立;第三，控溫儲糧比較效益尚未被市場認(rèn)可。劉浩等[31]介紹了通風(fēng)降溫技術(shù)、制冷降溫技術(shù)、隔熱保冷技術(shù)和內(nèi)環(huán)流均溫技術(shù)在保質(zhì)減損方面的研究現(xiàn)狀，著重強調(diào)通風(fēng)降溫環(huán)節(jié)是控溫儲糧的第一步，是控溫儲糧的關(guān)鍵點和難點，并提出我國因不同生態(tài)儲糧區(qū)溫度差異較大，應(yīng)當(dāng)結(jié)合當(dāng)?shù)鼐唧w情況制定適合不同區(qū)域的控溫技術(shù)規(guī)程，因地制宜，進(jìn)一步優(yōu)化參數(shù)。

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