空調(diào)節(jié)能控溫保質(zhì)儲(chǔ)糧的研究*

金 浩 王 耘 胡云芳 張 峰 何正平 魏 群 吳文揚(yáng)

(中央儲(chǔ)備糧蘇州直屬庫有限公司 210003)

蘇州位于江蘇省東南部，長(zhǎng)江三角洲中部，東臨上海，南接嘉興，西抱太湖，北依長(zhǎng)江。屬亞熱帶季風(fēng)海洋性氣候，四季分明，雨量充沛。年平均氣溫為15℃～22℃，最熱月平均氣溫28℃～35℃，全年平均降水量1076 mm。夏季高溫高濕不利于糧食的儲(chǔ)存，易加速其品質(zhì)劣變，所以，控制糧溫是儲(chǔ)糧安全度夏和延緩糧食品質(zhì)劣變的重要手段。通過空調(diào)控溫能保持糧堆不受外界影響，是一種安全、經(jīng)濟(jì)、方便、有效的綠色儲(chǔ)糧方法?？照{(diào)控溫能改善儲(chǔ)糧在夏季高溫期間的儲(chǔ)藏環(huán)境，有效控制倉溫的急劇上升，抑制糧堆上層糧溫上升的速度，延緩糧食品質(zhì)的劣變，防止因溫差過大引起糧堆內(nèi)部結(jié)露、發(fā)熱，有效的低溫能抑制糧堆內(nèi)害蟲的生長(zhǎng)，延長(zhǎng)幼蟲的孵化時(shí)間，使糧食保持在低溫條件下，實(shí)現(xiàn)糧食低溫儲(chǔ)藏。針對(duì)這種情況，采用空調(diào)制冷技術(shù)應(yīng)用于散裝糧倉內(nèi)，經(jīng)過大量試驗(yàn)驗(yàn)證取得了良好的效果。本試驗(yàn)以中央儲(chǔ)備糧蘇州直屬庫有限公司的4個(gè)倉為試驗(yàn)倉，利用空調(diào)對(duì)入庫的稻谷和玉米進(jìn)行控溫儲(chǔ)藏，測(cè)定糧食儲(chǔ)藏期間的品質(zhì)變化情況，探究空調(diào)控溫與糧食水分、儲(chǔ)藏品質(zhì)之間的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試驗(yàn)倉房 選用本庫9號(hào)倉、21號(hào)倉作為稻谷試驗(yàn)倉，選取太倉分庫3號(hào)倉、16號(hào)倉作為玉米試驗(yàn)倉。四個(gè)倉均為高大平房倉，倉墻為磚混結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)堆糧高度6 m，倉房規(guī)格及儲(chǔ)糧情況見表1。

表1 試驗(yàn)倉儲(chǔ)糧基本情況

1.1.2 試驗(yàn)倉空調(diào)配備 試驗(yàn)倉房空調(diào)配備情況見表2。

表2 試驗(yàn)倉空調(diào)配置情況

1.1.3 試驗(yàn)設(shè)備 糧情檢測(cè)設(shè)備:采用北京產(chǎn)糧情電子檢測(cè)系統(tǒng)，每倉布有49組測(cè)溫線，每根線分上、中、下、底層4個(gè)點(diǎn)，上層和底層測(cè)溫點(diǎn)分別設(shè)在距糧面、底部0.3 m處,其他各層分別間隔1.8 m設(shè)置，共計(jì)196個(gè)測(cè)溫點(diǎn)。

扦樣及其他設(shè)備:真空扦樣器、單倉電表、谷物冷卻機(jī)、透氣小布袋、礱谷機(jī)、天平、整精米機(jī)、烘箱、旋風(fēng)磨等。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備工作 試驗(yàn)倉在入庫完成后均經(jīng)過冬季通風(fēng)降溫，降低基礎(chǔ)糧溫，并于3月底前對(duì)倉房門窗、通風(fēng)道口用聚乙烯糧膜封閉，倉房密閉保溫處理。5月底之前在糧堆中預(yù)先布樣，糧食混合均勻分裝到通風(fēng)透氣小布袋中(每個(gè)小布袋裝稻谷300 g，玉米裝400 g)，并在小布袋上做好編號(hào)，每個(gè)倉有5個(gè)布樣點(diǎn)(中心點(diǎn)和四角點(diǎn)，四個(gè)角落布樣點(diǎn)距墻壁0.6 m)，每個(gè)點(diǎn)樣品分三層埋入糧堆(第一層距糧面0.1 m、第二層距糧面0.5 m、第三層距糧面1.5 m)。此后每月月底在每個(gè)布樣點(diǎn)取一個(gè)小布袋樣品進(jìn)行檢驗(yàn)，分層檢測(cè)質(zhì)量情況。

1.2.2 試驗(yàn)過程中的數(shù)據(jù)記錄 6月～9月開啟空調(diào)，溫度設(shè)置為25℃，將倉溫控制在25℃左右。試驗(yàn)期間利用糧情電子檢測(cè)系統(tǒng)和手工測(cè)溫桿檢查糧溫，定期查抄電表，試驗(yàn)期間隨時(shí)檢查糧情，查看有無蟲害、結(jié)露板結(jié)等異常情況，并做好記錄。10月初，白天平均氣溫低于25℃，停止空調(diào)控溫。

1.2.3 糧食質(zhì)量檢測(cè) 每月月底在5個(gè)預(yù)埋樣品點(diǎn)位取一個(gè)小布袋樣品進(jìn)行檢驗(yàn)，并分取樣點(diǎn)記錄數(shù)據(jù)。取樣點(diǎn)具體位置如圖1所示。

圖1 糧食檢測(cè)取樣點(diǎn)

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 控溫與糧情比較分析

從表3中可以看出，在開啟空調(diào)控制倉內(nèi)溫濕度的4個(gè)月中，倉溫一直保持在設(shè)定溫度24℃～25℃之間，在此期間，糧溫主要受倉溫、倉房圍護(hù)結(jié)構(gòu)和外界溫度的影響逐步上升。經(jīng)過4個(gè)月的空調(diào)控溫，9號(hào)試驗(yàn)倉平均糧溫上升4℃,上層均溫上升3.8℃，上層最高溫上升4.2℃，共計(jì)耗電5280 kW·h，單位能耗1.72 kW·h/t；21號(hào)試驗(yàn)倉平均糧溫上升3.9℃,上層均溫上升2.1℃，上層最高溫上升2.4℃，共計(jì)耗電7130 kW·h，單位能耗2.42 kW·h/t；16號(hào)試驗(yàn)倉平均糧溫上升3.7℃,上層均溫上升0.6℃，上層最高溫上升3.4℃，共計(jì)耗電11160 kW·h，單位能耗4.18 kW·h/t；3號(hào)試驗(yàn)倉平均糧溫上升4.0℃,上層均溫上升1.6℃，上層最高溫上升2.5℃，共計(jì)耗電11260 kW·h，單位能耗3.66 kW·h/t。在空調(diào)控溫期間，試驗(yàn)倉的平均糧溫上升值大于上層均溫，即空調(diào)對(duì)表層糧溫的控制效果良好。

表3 空調(diào)使用與糧情變化情況表

2.2 試驗(yàn)倉糧食品質(zhì)變化情況

從表4可以看出，9號(hào)、21號(hào)稻谷倉黃粒米變化情況：①時(shí)間對(duì)黃粒米的影響：從7月開始預(yù)埋點(diǎn)樣品黃粒米相繼升高至0.2%，其中7月初次升至0.2%的點(diǎn)有6個(gè)，8月初次升至0.2%的點(diǎn)有5個(gè)，9月初次升至0.2%的點(diǎn)有7個(gè)；②黃粒米發(fā)生的部位集中于部位8、9、11、12、13、14、15(中心距糧面0.5 m和1.5 m處、東北角距糧面0.5 m和1.5 m處、西北角距糧面0.1 m、0.5 m、1.5 m處)，黃粒米發(fā)生的位置多集中于距糧面0.1 m 和0.5 m處，距糧面1.5 m處較少發(fā)生。

表4 試驗(yàn)稻谷倉黃粒米變化情況表 (單位：%)

從表5可以看出，3號(hào)、16號(hào)玉米倉生霉粒(>1.0%)集中發(fā)生在8月，且部位集中于四周的預(yù)埋點(diǎn)位、層次集中于距糧面0.5 m和1.5 m處。

表5 試驗(yàn)玉米倉生霉粒變化情況表 (單位：%)

糧食脂肪酸值與糧食儲(chǔ)藏品質(zhì)有很好的相關(guān)性，且反應(yīng)靈敏，是糧食儲(chǔ)存品質(zhì)判定的一項(xiàng)重要指標(biāo)[1]。從表6和表7可以看出，3號(hào)試驗(yàn)倉玉米的脂肪酸值平均值從6月的43.0(KOH/干基)/(mg/100g)升至9月的49.0(KOH/干基)/(mg/100g)，升幅13%，其中部位1、8、9、11、15(對(duì)應(yīng)東南角距糧面0.1 m處、中心距糧面0.5 m和1.5 m、東北角距糧面0.5 m、西北角距糧面1.5 m)升幅較?。?6號(hào)試驗(yàn)倉玉米的脂肪酸值平均值從6月的44.2(KOH/干基)/(mg/100g)至9月的50.5(KOH/干基)/(mg/100g)，升幅14.3%，其中部位3、6、12、15(對(duì)應(yīng)東南角距糧面1.5 m、西南角距糧面1.5 m、東北角距糧面1.5 m、西北角距糧面1.5 m)升幅較小。9、21號(hào)稻谷試驗(yàn)倉預(yù)埋樣品的黃粒米增幅在0.1%以內(nèi)；9號(hào)試驗(yàn)倉脂肪酸值平均值從6月的21.6(KOH/干基)/(mg/100g)升至9月的23.6(KOH/干基)/(mg/100g)，升幅9.2%，其中部位6、7、8、9、10、12(西南角距糧面1.5 m、中心距糧面0.1 m、0.5 m、1.5 m、東北角距糧面0.1 m、1.5 m處)升幅較大；21號(hào)試驗(yàn)倉脂肪酸值從6月的21.1(KOH/干基)/(mg/100g)升至9月的21.8(KOH/干基)/(mg/100g)，升幅3.3%。

表6 脂肪酸值變化情況表 〔單位：(KOH/干基)/(mg/100g)〕

表7 脂肪酸值平均值表 〔單位:(KOH/干基)/(mg/100g)〕

通過分析表4～表7可以發(fā)現(xiàn)：一是玉米比稻谷更容易受環(huán)境影響而使脂肪發(fā)生酸敗。稻谷和玉米試驗(yàn)倉各層樣品的脂肪酸值，在整個(gè)儲(chǔ)存過程中一直呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，并且由于玉米胚部含有整粒中80%以上的脂肪，因此玉米相對(duì)于稻谷更容易受環(huán)境影響而使脂肪發(fā)生酸?。欢堑蜏乜梢匝泳徏Z食劣變速度，提高儲(chǔ)糧穩(wěn)定性。對(duì)比各層樣品脂肪酸值數(shù)據(jù)，升幅較小的點(diǎn)大多分布在第三層。第三層預(yù)埋點(diǎn)是介于測(cè)溫點(diǎn)上層與中層之間，是三層預(yù)埋點(diǎn)中的溫度較低的部位。因此儲(chǔ)藏溫度對(duì)儲(chǔ)糧的影響很大，溫度升高會(huì)帶來糧食籽粒生理活性提高、呼吸作用增強(qiáng)、微生物、霉菌和蟲害繁殖等一系列影響儲(chǔ)糧穩(wěn)定性的問題。

2.3 水分變化分析

通過表8和表9可以看出，9號(hào)試驗(yàn)倉樣品袋中平均水分從預(yù)埋樣品水分13.3%降至9月的12.37%，降幅6.9%；21號(hào)試驗(yàn)倉樣品袋中平均水分從預(yù)埋樣品水分13.3%降至9月的12.43%，降幅6.5%；3號(hào)玉米試驗(yàn)倉樣品袋中平均水分從6月的13.9%降至9月的13.26%，降幅4.6%；16號(hào)玉米試驗(yàn)倉樣品袋中平均水分從6月的13.4%降至9月的12.73%，降幅5%。根據(jù)糧食吸濕和解吸的特性可知，當(dāng)糧食在一定濕度的環(huán)境中儲(chǔ)藏一定的時(shí)間，就會(huì)表現(xiàn)為糧食的含水量穩(wěn)定在一定的數(shù)值不變，即糧食與環(huán)境之間達(dá)到吸濕與解吸的平衡。查閱相關(guān)表格可知：在溫度25℃、濕度60%的環(huán)境中儲(chǔ)藏，稻谷的相對(duì)平衡水分在12.2%左右；玉米的相對(duì)平衡水分在12.7%左右。稻谷和玉米倉的水分均高于平衡水分，在儲(chǔ)藏過程中都要解吸濕，糧食水分向相對(duì)平衡水分靠近，糧堆表層的水分先降低，而且第一個(gè)月水分下降幅度最大，其他月份水分變化不明顯。

表8 水分變化情況表 (單位：%)

表9 各層水分平均值 (單位：%)

綜合4個(gè)試驗(yàn)倉的水分變化情況可知，糧食的含水量與倉內(nèi)空間的溫濕度始終保持一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡，值得注意的是即使環(huán)境濕度不變，環(huán)境溫度升高也會(huì)導(dǎo)致糧食平衡相對(duì)濕度的升高。因此在糧食儲(chǔ)藏中可以利用這個(gè)特性，通過空調(diào)控制倉內(nèi)的溫度與濕度，進(jìn)而將儲(chǔ)糧的水分控制在適宜儲(chǔ)藏的范圍內(nèi)，維持儲(chǔ)糧穩(wěn)定性。

2.4 能耗分析

試驗(yàn)倉試驗(yàn)期間能耗對(duì)比見表10。

表10 試驗(yàn)倉單位能耗情況

通過對(duì)比9號(hào)倉與21號(hào)試驗(yàn)倉的單位能耗發(fā)現(xiàn)，9號(hào)倉比21號(hào)倉的單位能耗要低29%，且這兩個(gè)倉的倉房條件、儲(chǔ)存品種和數(shù)量基本一樣，為了探究其中的原因，我們從每百平米制冷量、糧堆高度和上層基礎(chǔ)糧溫三個(gè)方面來對(duì)比分析。一是從空調(diào)配置需滿足的制冷量來看，選配空調(diào)的負(fù)荷需滿足100 m2～200 m2的平面面積3500 W制冷量的要求，在空調(diào)控溫期間只有21號(hào)倉不滿足此項(xiàng)要求(見表8)；二是從糧堆高度上看，21號(hào)倉比9號(hào)倉的糧堆高度低0.2 m，則多出173 m3的空間體積需制冷。在空調(diào)風(fēng)量一定的情況下，空間越大則空調(diào)的運(yùn)行時(shí)間越長(zhǎng)，能耗也就越高。三是從上層糧溫對(duì)倉溫的補(bǔ)償方面看。在夏季外圍儲(chǔ)糧受外溫影響而升溫，中間部位糧溫較低，形成冷核心糧。當(dāng)外圍糧堆溫度升高，孔隙中的空氣變暖向上運(yùn)動(dòng)至表層空間四周，中間部位糧溫較低，由于中間部位的上、下層壓力差，使空間熱空氣向下運(yùn)動(dòng)并被儲(chǔ)糧吸熱后變冷、下沉，并向四周擴(kuò)散給與補(bǔ)充，形成糧堆內(nèi)外熱力對(duì)流循環(huán)回路。根據(jù)冷核心糧的這一特性可知，當(dāng)糧堆中心溫度低于倉溫時(shí)，中心低溫會(huì)對(duì)倉溫進(jìn)行“冷補(bǔ)償”，從而在一定程度上降低空調(diào)的能耗。

3 結(jié)論

高溫季節(jié)采用空調(diào)制冷降低倉溫的方法能延緩糧溫的上升速度、保持糧食品質(zhì)、取得了一些成果，并能取得較好的經(jīng)濟(jì)效益。研究從空調(diào)控溫對(duì)糧溫、儲(chǔ)糧水分和品質(zhì)變化規(guī)律入手，對(duì)玉米倉、稻谷倉儲(chǔ)糧的適宜性及儲(chǔ)糧性能進(jìn)行試驗(yàn)研究與分析，溫度對(duì)儲(chǔ)糧的品質(zhì)變化有很大的影響，高溫不利于糧食的安全儲(chǔ)存，且加速其品質(zhì)變化。

試驗(yàn)表明：儲(chǔ)藏溫度對(duì)儲(chǔ)糧的影響很大，環(huán)境溫度升高，糧食平衡相對(duì)濕度升高，帶來糧食籽粒生理活性提高、呼吸作用增強(qiáng)、微生物、霉菌和蟲害繁殖等一系列影響儲(chǔ)糧穩(wěn)定性的問題，加速儲(chǔ)糧品質(zhì)劣變。因此為儲(chǔ)糧營造良好的儲(chǔ)藏環(huán)境，是使糧食安全度夏的重要措施之一。

其中尤以利用空調(diào)來控溫倉溫的方法較為經(jīng)濟(jì)、適用?？照{(diào)安裝簡(jiǎn)單，一次性投資少，使用成本也低，使用空調(diào)制冷對(duì)糧食無污染，不影響周圍環(huán)境，符合綠色儲(chǔ)糧要求。在能耗方面，空調(diào)配置時(shí)須滿足單位制冷量的要求，不加劇空調(diào)負(fù)荷；同時(shí)糧堆在冬季通風(fēng)時(shí)使形成冷心，空調(diào)控溫時(shí)中心低溫會(huì)對(duì)倉溫進(jìn)行“冷補(bǔ)償”，從而在一定程度上降低空調(diào)的能耗。