東南沿海地區(qū)淺圓倉(cāng)進(jìn)口大豆控溫氣調(diào)試驗(yàn)*

董曉歡 岳綱冬 白春?jiǎn)?史常旋 吳東亮 張河毅

(1 中央儲(chǔ)備糧廈門(mén)直屬庫(kù)有限公司 361026)(2 中國(guó)儲(chǔ)備糧管理集團(tuán)有限公司福建分公司 350008)(3 河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院 450000)

我國(guó)是大豆消費(fèi)大國(guó)，2019年進(jìn)口大豆約占全國(guó)大豆消費(fèi)總量的90%[1]。進(jìn)口大豆由于雜質(zhì)含量高、含油量高、入境前儲(chǔ)藏環(huán)境較差等原因，導(dǎo)致其存在易發(fā)熱、易發(fā)霉、易生蟲(chóng)和易結(jié)露的問(wèn)題[2]。尤其在高溫高濕的東南沿海地區(qū)，淺圓倉(cāng)進(jìn)口大豆的長(zhǎng)期安全儲(chǔ)藏問(wèn)題亟待解決。

中央儲(chǔ)備糧廈門(mén)直屬庫(kù)有限公司(以下簡(jiǎn)稱廈門(mén)庫(kù))位于東南沿海地區(qū)，年平均氣溫21℃，冬季溫暖濕潤(rùn)、夏季高溫高濕?？販貧庹{(diào)技術(shù)是一種綜合運(yùn)用氮?dú)鈿庹{(diào)、空調(diào)控溫和內(nèi)環(huán)流均溫的綠色儲(chǔ)糧技術(shù)，該技術(shù)的運(yùn)用可使高溫高濕地區(qū)淺圓倉(cāng)內(nèi)糧食長(zhǎng)期保持準(zhǔn)低溫的安全狀態(tài)，同時(shí)起到殺蟲(chóng)、防霉、抑菌和延緩糧食品質(zhì)劣變的作用[3]。因此，探究控溫氣調(diào)技術(shù)對(duì)廈門(mén)庫(kù)淺圓倉(cāng)進(jìn)口大豆安全儲(chǔ)藏的影響，對(duì)東南沿海地區(qū)的進(jìn)口大豆儲(chǔ)藏有重要的參考意義。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)倉(cāng)及配套設(shè)施

試驗(yàn)倉(cāng)203倉(cāng)，對(duì)照倉(cāng)205倉(cāng)、302倉(cāng)均為淺圓倉(cāng)；內(nèi)徑24 m，裝糧線高25.82 m，設(shè)計(jì)倉(cāng)容為8500 t；倉(cāng)墻為鋼筋砼結(jié)構(gòu)，厚度28 cm。供試倉(cāng)房配備了智能充氮系統(tǒng)、內(nèi)環(huán)流均溫系統(tǒng)、專用空調(diào)控溫系統(tǒng)、數(shù)字測(cè)溫系統(tǒng)及閥控式防分級(jí)裝置等儲(chǔ)糧設(shè)備。糧倉(cāng)專用空調(diào)通過(guò)保溫管道連接到倉(cāng)內(nèi)，為防止漏氣和熏蒸造成空調(diào)腐蝕，在進(jìn)出風(fēng)管中安裝有電動(dòng)氣密蝶閥。

1.2 儲(chǔ)糧情況

試驗(yàn)糧食基本情況見(jiàn)表1。

表1 儲(chǔ)糧情況

1.3 儀器與設(shè)備

1.3.1 智能充氮系統(tǒng) 產(chǎn)氣量為400 Nm3/h的變壓吸附式制氮機(jī)組，產(chǎn)氣濃度為99.5%。

1.3.2 數(shù)字測(cè)溫系統(tǒng) 北京產(chǎn)，軟件型號(hào)VER 9.4-20140815。

1.3.3 糧倉(cāng)專用空調(diào) 上海產(chǎn)，型號(hào)YGLA-022DA/A，制冷量22.8 kW，功率9.1 kW。

1.3.4 內(nèi)環(huán)流風(fēng)機(jī) 深圳生產(chǎn)，型號(hào)HF-250PE，額定功率255 W。

1.3.5 閥控式防分級(jí)裝置 江門(mén)產(chǎn)。

1.3.6 氧氣濃度檢測(cè)儀 德國(guó)產(chǎn)，型號(hào)X-am5000。

1.4 試驗(yàn)方法

1.4.1 備倉(cāng)工作 進(jìn)口大豆經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的夏季海上運(yùn)輸，導(dǎo)致糧溫升高，容易出現(xiàn)發(fā)熱霉變等情況。提前備倉(cāng)便于進(jìn)口大豆及時(shí)入倉(cāng)，進(jìn)行谷冷通風(fēng)降溫。備倉(cāng)工作主要包括倉(cāng)房及設(shè)施設(shè)備的檢查、清理、維護(hù)；空倉(cāng)消殺；對(duì)擋糧門(mén)、工藝孔洞、工藝構(gòu)件過(guò)墻交接縫進(jìn)行封堵。

1.4.2 進(jìn)口大豆入庫(kù) 進(jìn)口大豆雜質(zhì)較高，且由于淺圓倉(cāng)斗提輸送設(shè)備會(huì)導(dǎo)致糧食破碎率增加。因此，入倉(cāng)時(shí)采用閥控式防分級(jí)裝置[4]進(jìn)行布料，減少了雜質(zhì)、破碎粒的聚集，提高糧堆的孔隙度，有利于整個(gè)糧堆的均勻通風(fēng)[5]。入庫(kù)后及時(shí)進(jìn)行糧面平整和降溫。

1.4.3 內(nèi)環(huán)流均溫系統(tǒng)的安裝 在靠近倉(cāng)壁 20 cm～40 cm處，垂直將Φ110 mm PVC管插入糧堆1 m，再采用同口徑的PVC管和三通連接管將每根間隔約1 m的垂直P(pán)VC管連接組合成半圓形通風(fēng)管道，覆蓋整倉(cāng)四周糧面。在通風(fēng)管道中間放置內(nèi)環(huán)流風(fēng)機(jī)，接通電源。

1.4.4 技術(shù)路線 冬季機(jī)械通風(fēng)結(jié)束后，采用下充上排的方式對(duì)三個(gè)供試倉(cāng)房進(jìn)行充氮?dú)庹{(diào)。當(dāng)倉(cāng)溫高于23℃時(shí)，203倉(cāng)、205倉(cāng)利用夜間0:00～6:00進(jìn)行空調(diào)控溫；另外，當(dāng)203倉(cāng)外圈表層糧溫高于26℃時(shí)，開(kāi)啟內(nèi)環(huán)流風(fēng)機(jī)，降低糧堆外圈糧溫，外圈表層糧溫低于23℃時(shí)，停止環(huán)流。302倉(cāng)氣調(diào)期間沒(méi)有進(jìn)行控溫。供試倉(cāng)房各項(xiàng)技術(shù)操作見(jiàn)表2。

表2 供試倉(cāng)房技術(shù)操作

1.4.5 數(shù)據(jù)分析與處理 本文所指溫度均指平均溫度。所有數(shù)據(jù)均使用Graphpad Prism 7.0分析處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 淺圓倉(cāng)控溫氣調(diào)系統(tǒng)

進(jìn)口大豆呼吸作用會(huì)消耗自身干物質(zhì)，呼吸過(guò)程會(huì)產(chǎn)生熱量和水分。進(jìn)口大豆糧堆孔隙度相對(duì)較差，呼吸作用產(chǎn)生的熱量和水分難以散發(fā)，若不及時(shí)處理可能會(huì)造成糧堆發(fā)熱，甚至霉?fàn)€[6]。這些因素都會(huì)影響進(jìn)口大豆的安全儲(chǔ)藏。倉(cāng)頂專用空調(diào)未進(jìn)行氣密性改造前，采用空調(diào)和內(nèi)環(huán)流風(fēng)機(jī)控溫雖然可以有效降低表層糧堆溫濕度，卻無(wú)法進(jìn)行控溫處理，夏季糧溫上升很快，只能縮短氣調(diào)周期，殺蟲(chóng)效果較差。

2.1.1 糧倉(cāng)專用空調(diào)氣密性改造 為進(jìn)行控溫氣調(diào)試驗(yàn)，廈門(mén)庫(kù)對(duì)203倉(cāng)、205倉(cāng)的糧倉(cāng)專用空調(diào)進(jìn)行氣密性改造，同時(shí)選擇空調(diào)未改造的302倉(cāng)作為對(duì)照倉(cāng)。各供試倉(cāng)房改造前后從500 Pa降至250 Pa的半衰期見(jiàn)表3。

表3 倉(cāng)房氣密性

由表3可知，經(jīng)糧倉(cāng)專用空調(diào)氣密改造后，倉(cāng)房半衰期符合淺圓倉(cāng)整倉(cāng)氣調(diào)氣密性要求。

2.1.2 淺圓倉(cāng)控溫氣調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行流程 控溫氣調(diào)系統(tǒng)如圖1所示，氮?dú)饪赏ㄟ^(guò)地槽口進(jìn)入糧倉(cāng)，從下向上進(jìn)行充氣，糧倉(cāng)內(nèi)氣體可經(jīng)由上端管道輸送至倉(cāng)外。糧倉(cāng)專用空調(diào)可對(duì)倉(cāng)內(nèi)空間氣體循環(huán)制冷，能有效延緩氣調(diào)期間倉(cāng)溫及表層糧溫的升高。內(nèi)環(huán)流均溫系統(tǒng)可通過(guò)內(nèi)環(huán)流風(fēng)機(jī)將四周表層糧堆中的濕熱氣體抽出，均衡表層糧堆溫濕度。

圖1 淺圓倉(cāng)控溫氣調(diào)系統(tǒng)

2.2 控溫效果分析

203倉(cāng)、205倉(cāng)、302倉(cāng)于3月12日前完成充氮操作。為了研究控溫氣調(diào)倉(cāng)203倉(cāng)表層糧溫及整倉(cāng)平均糧溫變化情況，每周檢測(cè)一次表層糧溫及平均糧溫。并對(duì)三個(gè)供試倉(cāng)控溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，選定時(shí)間為203倉(cāng)氣調(diào)開(kāi)始的3月12日到結(jié)束的8月6日。

2.2.1 糧堆表層糧溫分析 如圖2所示，4月16日前，203倉(cāng)與302倉(cāng)表層糧溫均低于19℃，且未出現(xiàn)明顯區(qū)別；4月16日～6月4日期間，203倉(cāng)與302倉(cāng)表層糧溫均低于26℃，但兩倉(cāng)表層糧溫均呈現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)。6月4日～8月6月期間，203倉(cāng)表層糧溫穩(wěn)定在24℃～27℃，且未出現(xiàn)明顯的上升趨勢(shì)；而302倉(cāng)在6月25日達(dá)到最高溫度29.2℃，糧溫過(guò)高，因而停止氣調(diào)，并及時(shí)進(jìn)行谷冷通風(fēng)降溫。

圖2 淺圓倉(cāng)表層糧溫變化

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，203倉(cāng)共氣調(diào)147 d，302倉(cāng)共氣調(diào)105 d。因此說(shuō)明控溫氣調(diào)技術(shù)可以明顯延緩夏季高溫導(dǎo)致的表層糧溫上升趨勢(shì)，并延長(zhǎng)氣調(diào)周期。

此外，選擇6月25日203倉(cāng)和205倉(cāng)外圈表層糧溫?cái)?shù)據(jù)，分析了空調(diào)控溫+內(nèi)環(huán)流均溫和空調(diào)控溫的應(yīng)用對(duì)其影響。結(jié)果顯示外圈表層糧溫通過(guò)空調(diào)控溫單次可降低0.3℃，而增加內(nèi)環(huán)流均溫后，外圈表層糧溫單次可降低2.2℃。結(jié)果說(shuō)明，內(nèi)環(huán)流均溫技術(shù)可以顯著降低夏季糧堆外圈表層溫度。

供試倉(cāng)房平均糧溫變化如圖3所示。203倉(cāng)、205倉(cāng)平均糧溫總體呈現(xiàn)線性上升，302倉(cāng)在谷冷前也呈現(xiàn)相同趨勢(shì)。203倉(cāng)平均糧溫線性擬合方程為y=0.2103x+10.855，R2=0.9863；205倉(cāng)平均糧溫線性擬合方程為y=0.215x+11.059，R2=0.9862；302倉(cāng)氣調(diào)期間平均糧溫線性擬合方程為y=0.2437x+11.098，R2=0.9911。203倉(cāng)與205倉(cāng)斜率R2接近，而302倉(cāng)斜率R2則明顯高于其他兩倉(cāng)。結(jié)果說(shuō)明，控溫技術(shù)的應(yīng)用可以顯著降低整倉(cāng)平均糧溫的升高，但空調(diào)控溫+內(nèi)環(huán)流均溫與空調(diào)控溫并未出現(xiàn)明顯的平均糧溫變化。

圖3 淺圓倉(cāng)平均糧溫變化

2.3 糧堆氮?dú)鉂舛确治?/h3>

各倉(cāng)房氣調(diào)期間平均氮?dú)鉂舛热鐖D4所示。3月12日充氮至濃度高于98.5%，隨后，各倉(cāng)整體呈現(xiàn)濃度上升的趨勢(shì)。203倉(cāng)在4月2日達(dá)到最高濃度99.6%后下降，并從4月9日起，氮?dú)鉂舛确€(wěn)定在99%左右；205倉(cāng)則是在4月16日達(dá)到最高濃度99.7%后，下降并穩(wěn)定在99%左右；302倉(cāng)濃度于4月30日達(dá)到99.4%，并穩(wěn)定至6月25日。結(jié)果表明，使用經(jīng)氣密性改造后的糧倉(cāng)專用空調(diào)和內(nèi)環(huán)流風(fēng)機(jī)進(jìn)行控溫均不會(huì)導(dǎo)致氮?dú)鉂舛鹊陀谧畹蜌⑾x(chóng)濃度98%。

圖4 淺圓倉(cāng)氮?dú)鉂舛茸兓?/p>

2.4 殺蟲(chóng)效果分析

充氮前后害蟲(chóng)情況如表4所示。經(jīng)過(guò)氣調(diào)處理開(kāi)封后，各倉(cāng)均未發(fā)現(xiàn)活蟲(chóng)。但是302倉(cāng)在氣調(diào)結(jié)束后60 d發(fā)現(xiàn)糧堆表層書(shū)虱2頭/kg，90 d發(fā)現(xiàn)米扁蟲(chóng)1頭/kg；而203倉(cāng)和205倉(cāng)在90 d內(nèi)均未發(fā)現(xiàn)害蟲(chóng)。

表4 充氮前后蟲(chóng)口密度變化對(duì)比

2.5 經(jīng)濟(jì)效益分析

各供試倉(cāng)房充氮需要55 h左右，制氮系統(tǒng)運(yùn)行功率為120 kW，單倉(cāng)充至氮?dú)鉂舛冗_(dá)到98%需耗電6600 kW·h。空調(diào)運(yùn)行功率為9 kW，夜間單次運(yùn)行需耗電54 kW·h；2臺(tái)內(nèi)環(huán)流風(fēng)機(jī)運(yùn)行10 h耗電5 kW·h。本次試驗(yàn)期間，空調(diào)共運(yùn)行84次，內(nèi)環(huán)流風(fēng)機(jī)運(yùn)行20次。谷冷機(jī)功率為60 kW，302倉(cāng)氣調(diào)結(jié)束后谷冷降溫共耗電9730 kW·h；302倉(cāng)從7月2日開(kāi)始進(jìn)行空調(diào)控溫，單次運(yùn)行6 h，共運(yùn)行35次。能耗如表5所示，控溫氣調(diào)技術(shù)的應(yīng)用可以明顯降低噸糧成本，同時(shí)讓氣調(diào)周期延長(zhǎng)42 d，大幅度提升了氣調(diào)殺蟲(chóng)效果。此外，控溫氣調(diào)技術(shù)的應(yīng)用，減少了淺圓倉(cāng)薄膜氣囊密閉產(chǎn)生的費(fèi)用[7]。這表明，控溫氣調(diào)技術(shù)的應(yīng)用具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

表5 儲(chǔ)糧能耗情況表

3 討論

董曉歡[7]和鄒易[3]分別進(jìn)行了淺圓倉(cāng)和高大平房倉(cāng)的膜下氣調(diào)膜上控溫試驗(yàn)。但該控溫模式存在薄膜下糧溫與空間溫度差異較大的問(wèn)題，可能導(dǎo)致薄膜下糧食結(jié)露，甚至霉變。此外，薄膜氣囊密閉會(huì)產(chǎn)生一定的人工費(fèi)和材料費(fèi)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力。因此，本次研究以無(wú)薄膜氣囊密閉的進(jìn)口大豆作為研究對(duì)象，進(jìn)行淺圓倉(cāng)內(nèi)同一空間的控溫氣調(diào)試驗(yàn)。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，控溫氣調(diào)系統(tǒng)可以通過(guò)延緩整倉(cāng)糧溫及表層糧溫上升幅度，進(jìn)而延長(zhǎng)氣調(diào)周期，確保進(jìn)口大豆的長(zhǎng)期安全儲(chǔ)藏。其具體原因可能是空調(diào)及內(nèi)環(huán)流風(fēng)機(jī)的運(yùn)行可以改變倉(cāng)房?jī)?nèi)原有的微氣流循環(huán)，形成帶有冷源的微氣流循環(huán)；同時(shí)，氮?dú)鈿庹{(diào)可以有效降低進(jìn)口大豆的呼吸作用，并抑制微生物的繁殖，以此降低糧堆內(nèi)熱量的產(chǎn)生。氣調(diào)期間，糧倉(cāng)專用空調(diào)及內(nèi)環(huán)流風(fēng)機(jī)的應(yīng)用并不會(huì)導(dǎo)致整倉(cāng)氮?dú)鉂舛鹊南抡{(diào)。證明接入改造空調(diào)后淺圓倉(cāng)從500 Pa降至250 Pa半衰期接近5 min時(shí)，滿足控溫氣調(diào)技術(shù)的應(yīng)用要求。

夏季高溫會(huì)導(dǎo)致糧堆淺層外圈積熱，出現(xiàn)糧堆溫差過(guò)大的情況，可能會(huì)導(dǎo)致水分轉(zhuǎn)移，造成糧堆局部發(fā)熱，甚至是霉變。內(nèi)環(huán)流均溫可以抽出淺層糧堆的濕熱空氣，減少該情況的發(fā)生。在本次試驗(yàn)中，內(nèi)環(huán)流風(fēng)機(jī)的應(yīng)用可起到顯著降低外圈表層糧溫的作用，所以內(nèi)環(huán)流均溫也是控溫環(huán)節(jié)的重要一環(huán)。

綜上所述，控溫氣調(diào)技術(shù)可以有效延緩氣調(diào)期間糧溫上升的幅度，提升殺蟲(chóng)效果，是一項(xiàng)值得推廣的綠色儲(chǔ)糧技術(shù)。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)糧倉(cāng)專用空調(diào)進(jìn)行改造，滿足了控溫氣調(diào)技術(shù)的應(yīng)用要求。該項(xiàng)技術(shù)在殺蟲(chóng)、控溫、節(jié)能等方面都有明顯的效果，是一項(xiàng)可在東南沿海地區(qū)甚至是其它地區(qū)推廣的綠色儲(chǔ)糧技術(shù)。同時(shí)，本試驗(yàn)也為東南沿海地區(qū)淺圓倉(cāng)進(jìn)口大豆長(zhǎng)期安全儲(chǔ)藏提供了依據(jù)。