內(nèi)環(huán)流控濕通風對低水分玉米籽粒保質(zhì)儲藏的影響

摘要：基于水霧化系統(tǒng)構(gòu)建內(nèi)環(huán)流控濕通風工藝，對初始水分含量為9.34%的玉米籽粒進行80 d的通風處理。通過研究發(fā)現(xiàn)，利用內(nèi)環(huán)流控濕通風工藝可以顯著提升儲藏過程中玉米的水分含量，并能實現(xiàn)1.5%水分含量的提升，且對應的脂肪酸值上升僅為2.0 mg KOH/100 g。此外，通風處理后的玉米籽粒表面的霉菌數(shù)量顯著降低至2.50 lg（CFU/g）。成本分析進一步驗證了可在日均耗水200 t和用電180 kW·h基礎上實現(xiàn)有效的控濕通風，產(chǎn)生極為顯著的經(jīng)濟效益，有利于低水分玉米的儲藏、加工及銷售。

關鍵詞：內(nèi)環(huán)流通風；玉米；儲藏；控濕

中圖分類號：TS255.36 文獻標志碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20240319

Effects of internal recirculation with humidification ventilation on the quality storage of low-moisture corn grain

Gao Feng， Cao Tiezhu， Wang Jun， Chang Le， Guo Yanjun

（Central Reserve Grain Hohhot Direct Warehouse Co.， Ltd.， Hohhot， Inner Mongolia 010000）

Abstract： A water atomisation system was used to construct an endocyclic flow controlled humidity ventilation process to ventilate maize kernels with an initial moisture content of 9.34% for 80 d. The process was used to improve the moisture content of maize kernels by 1.5% during storage. It was found that the moisture content of maize in storage could be significantly increased by 1.5% with a corresponding increase in fatty acid value of only 2.0 mg KOH/100 g by using the inner-loop flow moisture-controlled ventilation process， and the number of moulds on the surface of maize kernels after ventilation was significantly reduced to 2.50 lg （CFU/g）. The cost analysis further confirmed that effective moisture-controlled ventilation could be achieved on the basis of a daily average of 200 tons and 180 kW·h. yielding extremely significant economic benefits for the storage， processing and marketing of low-moisture maize.

Key words： internal recirculation ventilation； corn； storage； humidity control

玉米作為全球重要的糧食作物之一，在糧食貿(mào)易流通領域具有舉足輕重的地位[1]。據(jù)統(tǒng)計，2021年，全球玉米產(chǎn)量已超過12億t，我國年產(chǎn)量已超過2.7億t，排名世界第二[2]。隨著工業(yè)化的不斷推進，當前產(chǎn)業(yè)對玉米需求量急劇增強，據(jù)USDA（United States Department of Agricultule）數(shù)據(jù)顯示，2021年度我國玉米進口量已超過0.29億t，現(xiàn)已成為全球第一大進口國。然而，受地區(qū)沖突風險和逆全球化趨勢等因素干擾，國際糧食市場貿(mào)易風險持續(xù)上升，如何做好玉米產(chǎn)后保質(zhì)減損工作，對確保國家糧食安全和社會穩(wěn)定發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義[3]。

長期以來，由于不合理的通風方式和操作規(guī)范，容易造成單個輪轉(zhuǎn)周期過程中玉米籽粒水分的持續(xù)丟失[4]。國家儲備庫和地方儲備庫在執(zhí)行倉儲管理時通常要考慮糧情檢測、智能通風和熏蒸作業(yè)等方面工作[5]，而面向低水分糧食如何保質(zhì)儲藏，儲藏過程中利用濕冷空氣、內(nèi)環(huán)流通風等工藝效果不甚理想，無法實現(xiàn)對出現(xiàn)的低水分糧食水分丟失的及時處理。

GB 1353—2018對適用于收儲運以及加工銷售的玉米作出規(guī)定，玉米等級共計分為6個，其水分含量均要求不得超過14.0%。然而，在實際倉儲環(huán)節(jié)，受到不合理的通風操作以及自身呼吸代謝，玉米會出現(xiàn)不同程度低濕[6]。如何實現(xiàn)玉米產(chǎn)后儲藏過程中水分穩(wěn)定，一直是糧食儲藏技術研究人員探討和需要解決的產(chǎn)業(yè)難題。本研究擬綜合運用內(nèi)環(huán)流通風以及控濕通風等系列技術，很好地控制了儲藏玉米周期內(nèi)水分含量。

1 材料與方法

1.1 倉房及糧食狀態(tài)

選取8號高大平房倉作為試驗倉，倉房規(guī)格為長42 m，寬21 m，倉頂高9 m，玉米堆高6 m，倉房墻壁厚度0.6 m，倉容3 906 t，堆放儲備玉米3 727 t。儲藏玉米為2021年新收獲的當?shù)赜衩?，入庫標準符合國家要求，入倉完成時間為2022年1月，基本糧情見表1。

倉房外壁涂有反光材料用于隔熱保溫，倉內(nèi)配有地上籠通風系統(tǒng)和內(nèi)環(huán)流通風控溫系統(tǒng)。倉頂自動窗運行狀態(tài)和密閉性能良好，糧倉門窗均進行了密封增強。在現(xiàn)有設施基礎上，對倉體內(nèi)環(huán)流通風系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行改造，輔助增加溫濕度控制設備。

1.2 儀器與設備

4-72型高效移動式離心風機：揚中靈平風機制造有限公司；20T高速離心霧化器：江蘇源大旋轉(zhuǎn)霧化科技有限公司；A0038電熱鼓風干燥箱：上海實驗儀器廠有限公司；BS-210分析天平：北京賽多利斯儀器有限公司；HGT-1000A容重器：成都一科儀器設備有限公司；MP2002電子天平：上海恒平科學儀器有限公司；JSD糧篩：上海嘉定糧油儀器有限公司；FSD-100A萬能粉碎機：天津泰斯特儀器有限公司；LBH-1800W糧食扦樣器：臺州慧糧儀器公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 內(nèi)環(huán)流通風工藝

在試驗高大平房倉基礎上，將水霧化并與空氣充分混合形成高濕空氣，通過夏季開啟內(nèi)環(huán)流控制系統(tǒng)及秋季采取負壓式通風將高濕空氣均勻地輸送到糧堆內(nèi)部，形成適用的濕度調(diào)節(jié)系統(tǒng)，維持倉內(nèi)濕度，使糧食的水分吸附和解吸處于動態(tài)平衡狀態(tài)，將儲糧水分控制在安全儲存水分以內(nèi)，實現(xiàn)儲糧水分少損失甚至不損失，達到保持糧食品質(zhì)[7]。

開啟加濕機和內(nèi)環(huán)流風機（負壓式風機），實時監(jiān)測倉內(nèi)空間溫濕度和糧堆溫濕度變化情況。當空間濕度達到設定值（試驗設定為55% RH），停止加濕機工作。內(nèi)環(huán)流（負壓式通風）系統(tǒng)繼續(xù)工作，平衡糧堆和空間濕度；當空間濕度低于設定值（試驗設定為40% RH），繼續(xù)啟動加濕機工作。根據(jù)空間濕度，通過控制加濕機和內(nèi)環(huán)流（負壓式風機）工作，起到調(diào)濕保質(zhì)通風的目的。加濕機停止后，設定時間（24 h或更長時間）內(nèi)濕度變化較?。ㄈ缈臻g濕度始終保持在50%左右），則認為糧食吸收水汽量已達到飽和，停止倉內(nèi)加濕，并對糧堆內(nèi)部分區(qū)分層設點取樣檢測糧食水分變化情況。

試驗所需加濕設施、倉內(nèi)溫濕度檢測電纜和糧堆溫濕度檢測電纜全部經(jīng)過檢驗和校驗，根據(jù)糧堆內(nèi)溫濕度檢測線布設位置進行分層取樣，完成試驗前糧堆內(nèi)部水分檢測和試驗期間糧食水分變化跟蹤，同時比對溫濕度線纜檢測數(shù)據(jù)。收集在不同壓力下倉內(nèi)空間溫濕度變化及加濕設備的用水量、能耗等，最終確定設備壓力值為50 kPa。每隔10 d，在上中下3層分別進行扦樣收集。以同批次未經(jīng)內(nèi)環(huán)流控濕通風的樣本及所儲倉房作為對照試驗。

1.3.2 糧情檢測系統(tǒng)

糧情檢測系統(tǒng)采用內(nèi)蒙古赤峰金辰電子有限公司研發(fā)的在線糧情檢測系統(tǒng)，主要包括測溫電纜、溫濕度傳感器、測控主機、遠程控制系統(tǒng)、系統(tǒng)通訊模塊以及其他控制面板等。每隔10 d獲取全倉糧情溫度1次，并打印測溫數(shù)據(jù)用于后續(xù)糧情數(shù)據(jù)分析。

1.3.3 自動控濕系統(tǒng)

倉內(nèi)安裝自行研究設計的溫濕度自動控制加濕設施，空間溫濕度電纜12根，檢測點48個，用來測量糧倉空間的溫濕度。糧堆溫濕度電纜20根，檢測點80個，用來測量糧堆內(nèi)的溫濕度，并計算儲糧水分；控制柜1臺，控制柜內(nèi)工業(yè)平板電腦實時顯示設備狀態(tài)和測量值，同時溫濕度值和設備工作狀態(tài)實時傳到云服務器，可通過手機APP、電腦客戶端實時查看倉內(nèi)及糧堆內(nèi)部溫濕度和糧食水分變化情況。

1.3.4 內(nèi)環(huán)流控濕通風系統(tǒng)

參照DB21/T 3130—2019 《儲糧倉房內(nèi)部環(huán)流通風技術規(guī)程》，內(nèi)環(huán)流系統(tǒng)主要包括：內(nèi)環(huán)流通風管道、循環(huán)風機、電纜、控制系統(tǒng)以及其他安裝附件。安裝形式采用臥式法蘭連接，風量上限1 000 m3/h。

1.3.5 玉米品質(zhì)指標測定

水分含量：根據(jù)GB 5009.3—2016 《糧食、油料檢驗 水分測定法》測定；容重：根據(jù)GB 5498—2013《糧油檢測 容重測定》測定；籽粒裂紋率：根據(jù)邵小龍等[8]的方法測定；發(fā)芽率：根據(jù)DB22/T 3197—2020 《快速測定玉米種子發(fā)芽率技術規(guī)程》測定；脂肪酸值：根據(jù)GB/T 20569—2006 《稻谷儲存品質(zhì)判定規(guī)則》測定；霉菌菌落數(shù)：根據(jù)GB 4789.15—2016《食品微生物學檢驗 霉菌和酵母計數(shù)》測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft office 2019進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 糧倉水分分布情況

內(nèi)環(huán)流保質(zhì)通風工藝下儲藏玉米水分變化如表2所示。經(jīng)通風作業(yè)后不同糧層的水分含量呈現(xiàn)不同程度上升。反觀對照倉樣本，在儲藏80 d后水分含量呈現(xiàn)典型下降趨勢，最大降幅可達0.16%。在前40 d，運行過程中上層糧堆水分首先到達平衡狀態(tài)，水分含量上升超過2.0%。此時降低內(nèi)環(huán)流水汽霧化量后，在流動空氣作用下，表層水分出現(xiàn)了有限幅度的回落。對照上層玉米籽粒水分變化，中層與下層水分含量變化呈現(xiàn)滯后現(xiàn)象，在運行60 d后，水分含量達到峰值。試驗結(jié)果表明，在內(nèi)環(huán)流控濕通風的模式下，可以顯著恢復糧堆內(nèi)部各糧層深度的玉米籽粒水分，且增質(zhì)水分效果均勻、緩蘇，由此可見該倉型具有典型的保質(zhì)通風效果。

2.2 糧倉溫度分布情況

儲藏糧堆溫度直接影響糧食品質(zhì)的商用價值。在水分含量低于12.5%時，維持糧溫20 ℃以下，可以顯著抑制儲藏糧食呼吸速率并維持籽粒品質(zhì)[9-10]。此次通風作業(yè)，初始糧溫低于環(huán)境溫度2.2 ℃以上，運行結(jié)果見表3。其中，上層糧堆溫度較中層和下層的偏高。在內(nèi)環(huán)流運行期間，糧堆整體溫度呈現(xiàn)波動變化。通風前30 d，上層糧堆溫度緩慢上升1.2 ℃。受環(huán)境降溫的影響，后期運行過程呈現(xiàn)下降趨勢。這可能是因為，雖然整體通風過程處于內(nèi)環(huán)流狀態(tài)，但熱量仍能以輻射和對流等形式，從倉房墻壁以及門窗等部位快速交換[11]。類似的，中層與下層糧堆溫度呈現(xiàn)相同變化趨勢，但溫度變化幅度更低。這表明，此次內(nèi)環(huán)流控濕通風模式，可以在保持糧堆水分含量的同時，同步穩(wěn)定糧堆內(nèi)部溫度情況，能做到保溫控溫。運行后糧堆溫度的均勻性得到顯著提升，不同深度糧堆溫差降低至1.0 ℃以下。

2.3 品質(zhì)變化分析

儲藏品質(zhì)指標直接影響玉米籽粒的銷售等級，其中常見的指標包括了脂肪酸值、容重、裂紋率、發(fā)芽率，以及菌落計數(shù)和角質(zhì)率等。內(nèi)環(huán)流組合控濕通風作業(yè)過程中，玉米籽粒品質(zhì)指標變化情況見表4?？梢园l(fā)現(xiàn)，運行作業(yè)過程中玉米的脂肪酸值變化極其穩(wěn)定，在80 d的運行周期內(nèi)，僅上升了2.0 mg KOH/100 g，表明此次通風作業(yè)對玉米籽粒品質(zhì)影響極為有限。類似的，玉米籽粒裂紋率和發(fā)芽率也分別呈現(xiàn)小幅度上升和下降趨勢。這可能是因為玉米籽粒在吸收水汽的過程中，水分含量的變化和分布的差異造成了籽粒內(nèi)部應力的動態(tài)響應，進而引起了裂紋的增加[12-13]。角質(zhì)率在整個作業(yè)過程中，呈現(xiàn)有限幅度的波動，變化范圍小于1.0%。這表明內(nèi)環(huán)流組合控濕通風作業(yè)對玉米籽粒的加工品質(zhì)參數(shù)影響微弱。

值得注意的是，在通風作業(yè)后，糧堆玉米容重得到了良好的提升，最高峰值可達742 g/L。在前40 d作業(yè)過程中，糧堆容重呈上升趨勢。但隨后受到環(huán)境溫度干擾和水汽霧化量的同步影響，通風過程中容重呈現(xiàn)了下降趨勢，在運行80 d后，保持在726 g/L水平。霉菌主要分布在玉米籽粒的表面，可以通過測定玉米籽粒表面菌落計數(shù)反映受霉菌污染的狀態(tài)。在控濕通風作業(yè)下，玉米表面菌落數(shù)由原先的4.67 lg（CFU/g）降至2.50 lg （CFU/g），表明持續(xù)的通風作業(yè)可以顯著減少玉米籽粒表面微生物的生長。

2.4 水電消耗分析

內(nèi)環(huán)流控濕通風作業(yè)期間水電消耗見圖1。在前40 d運行時間內(nèi)，環(huán)境溫度條件良好，控濕通風工況合理，系統(tǒng)用水量持續(xù)保持在每天150 t以上，說明在此階段儲藏玉米籽粒的吸濕狀態(tài)良好，對應的電耗量也保持在每天180 kW·h。當運行環(huán)境溫度下降后，系統(tǒng)的用水量顯著下降，直至最后日均用水量低于每天50 t，耗電量每天100 kW·h。結(jié)果表明，總體來看在電耗成本和用水成本控制在有限范圍，產(chǎn)生了極為顯著的經(jīng)濟效益，同時改善了儲藏玉米的品質(zhì)，更利于偏低水分玉米的儲藏、加工與銷售。

3 結(jié) 論

內(nèi)環(huán)流控濕通風技術顯著促進了儲藏玉米的水汽吸收能力，不同糧層深度的玉米籽粒均能實現(xiàn)1.5%水分含量的提升。運行80 d后，糧堆溫度更為均勻，上、中、下糧層之間溫差不超過1.0 ℃；對應的脂肪酸值上升僅為2.0 mg KOH/100 g，吸濕裂紋率和發(fā)芽率也分別呈現(xiàn)小幅度上升和下降趨勢，分別為5.6%和2.0%。此外，內(nèi)環(huán)流控濕通風技術可以顯著降低儲藏玉米表面霉菌數(shù)量，從4.67 lg（CFU/g） 降至2.50 lg（CFU/g）；對應的玉米容重得到了良好的提升，最高可達742 g/L。結(jié)合用水量和耗電量成本分析，可以在日均200 t和180 kW·h水平基礎上，實現(xiàn)有效的控濕通風，并產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益，對提升儲藏玉米的加工及銷售產(chǎn)生重要作用。

參 考 文 獻

[1] OLAF E， MOTI J， KAI S， et al. Global maize production， consumption and trade： trends and R&D implications[J]. Food Security，2022，14（5）：1295-1319.

[2] QU G， SHUAI Y M， SHAO C Y， et al. County scale corn yield estimation based on multi-source data in Liaoning province[J]. Agronomy，2023，13（5）：1428.

[3] 趙霞.中國糧食產(chǎn)后節(jié)約減損策略研究[J].農(nóng)村經(jīng)濟，2023（1）：1-9.

[4] 侯萌.玉米水分控制與儲藏技術[J].現(xiàn)代食品，2023，29（4）：37-39.

[5] 王華哲.糧情監(jiān)測系統(tǒng)的設計與研究[D].武漢：武漢輕工大學， 2022：1-12.

[6] CARTERI C P， VANESSA M， éVERTON L， et al. Influences of drying temperature and storage conditions for preserving the quality of maize postharvest on laboratory and field scales[J]. Scientific Reports，2020，10（1）：22006.

[7] 張來林，渠琛玲，李建鋒，等.偏高水分玉米“控溫保水”儲糧新工藝研究Ⅰ糧堆淺層通風降水的模擬試驗[J].河南工業(yè)大學學報（自然科學版），2019，40（1）：94-97.

[8] 邵小龍，徐文，王瀟，等.3種粳稻籽粒水分解吸過程中的裂紋變化[J].中國農(nóng)業(yè)科學，2022，55（2）：390-402.

[9] 張金剛.三個儲糧生態(tài)區(qū)高大平房倉內(nèi)環(huán)流控溫儲糧技術研究[D].鄭州：河南工業(yè)大學，2022：18-22.

[10] 任伯恩，王仁旭，吳建忠.基于內(nèi)環(huán)流控溫技術的糧堆水分變化規(guī)律研究[J].糧食科技與經(jīng)濟，2022，47（1）：70-72+84.

[11] 王海濤，王軍，郭呈周.長沙地區(qū)低溫糧倉雙層通風屋頂最佳保溫隔熱層厚度分析[J].農(nóng)業(yè)工程學報，2018，34（19）：276-283.

[12] 江浩.玉米籽粒組分密度測量及其干燥裂紋構(gòu)建研究[D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學，2022：15-20.

[13] 任書林，孟威，王樂.內(nèi)環(huán)流結(jié)合空調(diào)控溫儲糧技術在高大平房倉中的應用[J].糧食科技與經(jīng)濟，2022，47（3）：73-76.