冀州地區(qū)鋼網(wǎng)式農(nóng)戶儲(chǔ)糧倉(cāng)玉米果穗倉(cāng)儲(chǔ)試驗(yàn)研究

翟曉娜，趙玉強(qiáng)，婁 正，師建芳，邵 廣，謝奇珍，沈 瑾

（農(nóng)業(yè)農(nóng)村部規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)后處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100121）

隨著我國(guó)農(nóng)作物機(jī)械化技術(shù)的加速推廣，2018 年玉米的收獲機(jī)械化率可達(dá)75%，并以果穗收獲為主，但糧食產(chǎn)地烘干機(jī)械化率尚不足25%，且玉米收獲時(shí)籽粒含水率普遍高達(dá)30%左右，大面積集中收獲且自然晾曬場(chǎng)地缺乏，后續(xù)脫粒和晾曬用工成本仍然較高。2018 年在冀州地區(qū)調(diào)研期間，新收玉米馬路晾曬的景象隨處可見，若逢陰雨天氣，則會(huì)造成果穗堆內(nèi)部發(fā)芽霉變。如何有效幫助農(nóng)戶及合作社儲(chǔ)藏高水分玉米果穗意義重大。

早在2007 年為減少農(nóng)村糧食產(chǎn)后損失，原國(guó)家糧食局就啟動(dòng)了農(nóng)戶科學(xué)儲(chǔ)糧專項(xiàng)工程，其中黑龍江中良倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)工程有限公司研發(fā)的“JSWD-120 型有骨架鋼網(wǎng)倉(cāng)”被黑龍江省納入推廣應(yīng)用范疇，在農(nóng)村儲(chǔ)糧減損方面取得良好成效。

寬度是鋼網(wǎng)倉(cāng)設(shè)計(jì)的一個(gè)重要參數(shù)，寬度過大會(huì)影響糧倉(cāng)中部玉米穗的降水效果，果穗易發(fā)生霉變，寬度過小則會(huì)增加單位儲(chǔ)糧投資成本[1]。近年，在實(shí)際應(yīng)用中我們發(fā)現(xiàn)，鋼網(wǎng)式農(nóng)戶科學(xué)儲(chǔ)糧倉(cāng)在黑龍江地區(qū)的安全裝糧厚度可達(dá)1.5 m，在吉林地區(qū)2017 年其安全裝糧厚度僅為1.2 m?；诖?，課題組以“JSWD-120 型有骨架鋼網(wǎng)倉(cāng)”矩形倉(cāng)為試驗(yàn)基本倉(cāng)，預(yù)探究其在華北冀州地區(qū)推廣應(yīng)用的可行性及其最佳裝糧厚度。

1 材料與方法

1.1 材料

新收玉米果穗：河北永生食品有限公司，購(gòu)自河北省衡水市冀州市西呂津村周邊地區(qū)。

1.2 試驗(yàn)鋼網(wǎng)倉(cāng)

JSWD-120 矩形鋼網(wǎng)倉(cāng)（4×1.5×2 m）：黑龍江中良倉(cāng)儲(chǔ)技術(shù)工程有限公司，按試驗(yàn)需求將該倉(cāng)改造為裝糧厚度分別為0.8、1.0 及1.2 m，改良后倉(cāng)的俯視示意圖如圖1a 所示、實(shí)際裝糧后的側(cè)面效果如圖1b 所示。同時(shí)以一個(gè)未改造倉(cāng)，即裝量厚度為1.5 m 倉(cāng)為對(duì)照。

圖1 試驗(yàn)網(wǎng)倉(cāng)圖（單位：mm）Fig.1 The small-scale farm bin (Unit:mm)

1.3 糧情監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

試驗(yàn)過程中，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)倉(cāng)內(nèi)糧堆及環(huán)境的溫濕度，傳感器購(gòu)自北京九堡科技有限公司。在每個(gè)分割倉(cāng)的垂直方向均勻放置3 個(gè)傳感器，具體布置及編號(hào)如圖2 所示，其中0.8 m 倉(cāng)中3 個(gè)傳感器從下往上依次為1-1、1-2、1-3；1.0 m 倉(cāng)中傳感器從下往上為2-1、2-2、2-3；1.2 m 倉(cāng)中傳感器從下往上為3-1、3-2、3-3。

圖2 倉(cāng)內(nèi)傳感器布置圖（單位：mm）Fig.2 Sensor layout diagram in the test-bin (Unit: mm)

1.4 取樣及其檢測(cè)方法

實(shí)時(shí)觀測(cè)倉(cāng)內(nèi)及環(huán)境的溫濕度變化，不定期定點(diǎn)取樣進(jìn)行品質(zhì)檢測(cè)。

水分含量：玉米果穗剝粒后用谷物水分測(cè)定儀（YFSGY-2）進(jìn)行水分快速測(cè)定，每份樣品測(cè)量?jī)纱稳∑淦骄?。脂肪酸值：按GB/T 29405—2012 測(cè)定；粗淀粉含量：按GB 5009.9—2016 測(cè)定；直鏈淀粉含量：按GB/T 15683—2008 測(cè)定；菌落總數(shù)：按GB 4789.2—2016 測(cè)定；脫氧雪腐鐮刀菌烯醇含量：按GB 5009.111—2016 測(cè)定；赭曲霉毒素A 含量：按GB 5009.96—2016 測(cè)定。

2 結(jié)果與討論

2.1 試驗(yàn)期間糧情變化情況

試驗(yàn)期間不同裝糧厚度矩形倉(cāng)中各監(jiān)測(cè)點(diǎn)及環(huán)境溫濕度的變化情況如圖3 所示。從圖中可知，試驗(yàn)期間倉(cāng)內(nèi)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)糧堆的溫度整體變化趨勢(shì)與環(huán)境變化一致，并呈現(xiàn)先降低后升高的趨勢(shì)，且糧堆溫度均低于環(huán)境溫度。試驗(yàn)周期內(nèi)最高糧溫低于25 ℃，并在2019 年11 月上旬至2020 年3 月上旬維持在15 ℃以下，即處于低溫儲(chǔ)藏狀態(tài)。就濕度而言，倉(cāng)內(nèi)濕度與環(huán)境濕度變化趨勢(shì)基本相同，但不同時(shí)期表現(xiàn)不同，具體為入冬前期糧堆濕度略高于環(huán)境濕度，而12 月份之后糧堆濕度低于或與環(huán)境濕度持平。進(jìn)一步比較不同倉(cāng)內(nèi)同一垂直高度的溫度變化可發(fā)現(xiàn)（圖4），倉(cāng)儲(chǔ)初期0.8 m 側(cè)其底層糧溫高于其他兩側(cè)，而12 月份之后該側(cè)底層溫度表現(xiàn)最低；就中層糧溫而言，試驗(yàn)周期內(nèi)0.8 m 側(cè)內(nèi)糧溫最高；就上層糧溫而言，可明顯看出試驗(yàn)周期內(nèi)1.0 m 側(cè)倉(cāng)內(nèi)糧溫最低。總體而言，試驗(yàn)期間倉(cāng)內(nèi)整體底層糧溫偏低，可能與倉(cāng)底通風(fēng)流量較大有關(guān)[2]。

圖3 倉(cāng)內(nèi)及環(huán)境溫濕度變化情況Fig.3 Variation of temperature and humidity in test-bins and environment

圖4 3 個(gè)倉(cāng)同一高度監(jiān)測(cè)點(diǎn)糧堆的溫度變化情況Fig.4 Variation of temperature in test-bins at a same height

2.2 玉米果穗濕基水分變化情況

試驗(yàn)期間玉米果穗的濕基水分變化如圖5 所示。經(jīng)過近6 個(gè)月的自然通風(fēng)儲(chǔ)藏，倉(cāng)內(nèi)玉米水分均可逐步降低至安全儲(chǔ)藏水分，分別約為13.75%（0.8 m）、13.80%（1.0 m）和14.05%（1.2 m），且水分含量基本在來年3 月份初期基本穩(wěn)定。具體表現(xiàn)為：倉(cāng)內(nèi)玉米果穗的水分在初始倉(cāng)儲(chǔ)半個(gè)月期間基本維持穩(wěn)定、甚至略有上浮，這主要與倉(cāng)儲(chǔ)期間當(dāng)?shù)氐年幱晏鞖庥嘘P(guān)；隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)，環(huán)境溫度逐漸降低、玉米果穗的水分開始逐步下降，3 月初倉(cāng)內(nèi)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)玉米水分約為13%～14%，這與依據(jù)李興軍等[3-4]的平衡水分方程計(jì)算得出的該地區(qū)歷年13.5%～14.5%的平衡水分相近。再者倉(cāng)儲(chǔ)后期玉米果穗水分基本呈現(xiàn)出上層水分較低的特點(diǎn)，與劉長(zhǎng)生等的試驗(yàn)結(jié)果相似[5]。

圖5 3 個(gè)試驗(yàn)倉(cāng)內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)玉米籽粒濕基水分的變化情況Fig.5 Variation of corn’s moisture in test-bins over time

2.3 玉米果穗脂肪酸值的變化情況

糧食在倉(cāng)儲(chǔ)過程中其脂肪酸值會(huì)隨著儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸上升，一般糧食初始水分較高、倉(cāng)儲(chǔ)溫度越高，其脂肪酸值變化越快且幅度大[6-7]。GB/T 20570—2015《玉米儲(chǔ)存品質(zhì)判定規(guī)則》中明確規(guī)定當(dāng)玉米的脂肪酸值≤65 mgKOH/100g 為宜存、≤78 mgKOH/100g 時(shí)為輕度不宜存。試驗(yàn)周期間玉米的脂肪酸值變化情況如圖6 所示，整體呈現(xiàn)隨倉(cāng)儲(chǔ)時(shí)間延長(zhǎng)而增大的趨勢(shì)，出倉(cāng)時(shí)各倉(cāng)的脂肪酸值分別為68.53 mgKOH/100g（0.8 m）＞ 57.46 mgKOH/100g（1.0 m）＞51.59 mgKOH/100g （1.2 m），除0.8 m 側(cè)外，其他兩側(cè)倉(cāng)內(nèi)玉米的脂肪酸值均在國(guó)標(biāo)范圍內(nèi)。從圖中可看出，儲(chǔ)藏初期玉米的脂肪酸值變化較緩慢，但在天氣回暖后顯著上升，這可能是因?yàn)閮?chǔ)藏過程中玉米中粗脂肪逐漸分解為游離脂肪酸進(jìn)而發(fā)生氧化[8]，而越冬儲(chǔ)藏期間果穗一直處于低溫儲(chǔ)藏狀態(tài)，其脂肪酸值增幅也相對(duì)較小，田元方[9]的試驗(yàn)表明當(dāng)玉米的儲(chǔ)藏氣溫和糧溫較低時(shí)，其脂肪酸值平均每月上升0.6～1.0 mgKOH/100g 干樣。此外，試驗(yàn)周期內(nèi)0.8 m 側(cè)底層（1-1#）和1.0 m 測(cè)中層（2-2#）的玉米脂肪酸值變化幅度相對(duì)較大，這與該兩個(gè)檢測(cè)點(diǎn)較高的糧溫相吻合。

圖6 3 個(gè)倉(cāng)同一高度監(jiān)測(cè)點(diǎn)玉米脂肪酸值的變化情況Fig.6 Time-variation of corn’s fatty acid in test-bins of the same height

2.4 玉米果穗的粗淀粉及其直鏈淀粉含量變化情況

淀粉是玉米原糧中最主要的儲(chǔ)藏物質(zhì)，可分為直鏈淀粉和支鏈淀粉，在儲(chǔ)藏過程中淀粉各組分含量會(huì)發(fā)生不同程度的變化，且淀粉的降解主要直觀表現(xiàn)為直鏈淀粉的減少[10-11]。普通玉米一般淀粉含量約72%，其中直鏈淀粉約含30%，該試驗(yàn)周期內(nèi)玉米果穗的粗淀粉及直鏈淀粉的含量變化情況如圖7 所示，其粗淀粉含量約57%～75%，倉(cāng)儲(chǔ)初期粗淀粉含量的增加主要是因?yàn)槌跏紝?duì)照值偏低，且果穗間誤差較大；后期粗淀粉含量的明顯增加主要是由于玉米含水量的降低；就直鏈淀粉含量而言，其含量呈逐漸降低的趨勢(shì)，這可能與試驗(yàn)中隨著倉(cāng)儲(chǔ)時(shí)間的延長(zhǎng)籽粒中束縛性淀粉合成酶、即主要負(fù)責(zé)直鏈淀粉合成的酶活性的下降有關(guān)[12]。整體而言，倉(cāng)內(nèi)玉米粗淀粉（濕基含量）表現(xiàn)為逐步增加、直鏈淀粉含量逐步降低的趨勢(shì)，與修琳等[13]在玉米越夏儲(chǔ)藏中的結(jié)果相似，且試驗(yàn)倉(cāng)上層的該指標(biāo)的變化幅度相對(duì)較大。

圖7 試驗(yàn)倉(cāng)內(nèi)玉米粗淀粉和直連淀粉含量的變化Fig.7 Time-variation of corn’s crude starch and amylose content in test-bins

2.5 玉米果穗的菌落總數(shù)及其真菌毒素含量

高水分玉米在倉(cāng)儲(chǔ)過程中極易發(fā)生霉變，氣候條件是影響霉菌感染的重要因素[14-15]。試驗(yàn)周期內(nèi)，各倉(cāng)的上層玉米果穗的菌落總數(shù)最大，其中倉(cāng)儲(chǔ)168 天后各倉(cāng)上層玉米菌落總數(shù)分別為9.3×105CFU/g(0.8 m)、3.9×105CFU/g(1.0 m)與1.6×105CFU/g(1.2 m)，這與上層糧食受環(huán)境影響較大有關(guān)。李慧等[16]在研究玉米網(wǎng)倉(cāng)（1.5×0.95×1.2 m）品質(zhì)變化時(shí)也同樣發(fā)現(xiàn)相比于下層玉米，上層和中層的玉米更易發(fā)生霉變。此外，試驗(yàn)過程中還對(duì)玉米籽粒中的嘔吐毒素（脫氧雪腐鐮刀菌烯醇，DON）和赭曲霉毒素A（CTA）進(jìn)行了動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，但整個(gè)試驗(yàn)周期兩種毒素均未檢出（DON 和CTA 檢測(cè)限分別為200 μg/kg、1 μg/kg）。其中DON 一般在剛收獲后的谷物中污染較為嚴(yán)重，并與玉米的收獲地區(qū)和年份的不同而有較大差別；北方大部分地區(qū)較干燥，不適合赭曲霉菌的生長(zhǎng)和產(chǎn)毒[15]。此外，也有研究表明DON 含量與玉米生霉粒含量之間沒有明顯的相關(guān)性[17]。

2.6 出倉(cāng)后各倉(cāng)內(nèi)玉米的平均品質(zhì)質(zhì)量

倉(cāng)儲(chǔ)結(jié)束后，對(duì)各倉(cāng)玉米果穗質(zhì)量進(jìn)行對(duì)比分析，同時(shí)對(duì)比1.5 m 倉(cāng)內(nèi)玉米質(zhì)量。如圖8 所示，經(jīng)過近半年的倉(cāng)儲(chǔ)周期，各倉(cāng)玉米果穗的水分均可降至14%左右，且無顯著性差異；脂肪酸值明顯增大且各倉(cāng)間差異顯著，但除1.5 m 倉(cāng)外其他各倉(cāng)的玉米均在宜存范圍；粗淀粉含量有一定程度的增大并均在72%左右，直鏈淀粉含量均明顯降低、且裝糧厚度越大其含量越低?？傮w而言，倉(cāng)儲(chǔ)期結(jié)束后裝糧厚度為1.2 m 的倉(cāng)內(nèi)玉米質(zhì)量較高，具體表現(xiàn)為水分最高、脂肪酸值最低，分別為14.05%和51.59 mgKOH/100g，粗淀粉含量為69.66%（直鏈淀粉占比20.65%）。

圖8 倉(cāng)儲(chǔ)前后玉米的品質(zhì)變化Fig.8 Quality changes of corn after 6 months’ storage

3 結(jié)論

在河北冀州地區(qū)應(yīng)用鋼網(wǎng)式農(nóng)戶儲(chǔ)糧倉(cāng)儲(chǔ)藏新收獲玉米果穗，經(jīng)過6 個(gè)月試驗(yàn)周期后，不同裝糧厚度倉(cāng)內(nèi)的玉米果穗均可降至安全水分且未檢出嘔吐毒素等真菌毒素，其中1.2 m 側(cè)網(wǎng)倉(cāng)玉米籽粒水分最高且脂肪酸值最低，1.5 m 網(wǎng)倉(cāng)內(nèi)玉米脂肪酸值超過玉米宜存國(guó)標(biāo)，不宜在冀州地區(qū)使用；而1.2 m 側(cè)倉(cāng)內(nèi)玉米質(zhì)量較好這一現(xiàn)象可能與倉(cāng)儲(chǔ)期間的雨雪天氣變化及其受風(fēng)面積相對(duì)較大等諸多因素有關(guān)。綜上，已在東北地區(qū)得到良好應(yīng)用的鋼網(wǎng)式農(nóng)戶儲(chǔ)糧倉(cāng)可通過優(yōu)化其儲(chǔ)糧的糧層厚度進(jìn)一步向南推廣應(yīng)用[18]或在1.5 m 的經(jīng)典網(wǎng)倉(cāng)上加裝機(jī)械通風(fēng)管道以應(yīng)對(duì)不同的季節(jié)變化，同時(shí)在裝糧的時(shí)候應(yīng)控制其雜質(zhì)及發(fā)霉果穗的含量。

此外，在本試驗(yàn)中由于玉米果穗的取樣與籽粒相比均一性較差，同時(shí)3 個(gè)不同裝糧厚度的改造倉(cāng)內(nèi)相互關(guān)聯(lián)，一定程度上無法完全真實(shí)反應(yīng)裝糧厚度對(duì)玉米果穗品質(zhì)質(zhì)量的影響。在今后試驗(yàn)過程中可通過采用加大果穗取樣數(shù)量、借助重量傳感器檢測(cè)試驗(yàn)倉(cāng)整體重量變化、增加試驗(yàn)過程中風(fēng)速風(fēng)量等因素監(jiān)測(cè)、設(shè)置完全獨(dú)立的不同裝糧厚度試驗(yàn)倉(cāng)，進(jìn)一步深入探究?jī)?chǔ)藏期內(nèi)玉米果穗的品質(zhì)變化，提高農(nóng)戶儲(chǔ)糧倉(cāng)的科學(xué)使用性。