內(nèi)環(huán)流控濕通風(fēng)對(duì)低水分玉米籽粒保質(zhì)儲(chǔ)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(fēng)工藝，對(duì)初始水分含量為9.34%的玉米籽粒進(jìn)行80 d的通風(fēng)處理。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，利用內(nèi)環(huán)流控濕通風(fēng)工藝可以顯著提升儲(chǔ)藏過(guò)程中玉米的水分含量，并能實(shí)現(xiàn)1.5%水分含量的提升，且對(duì)應(yīng)的脂肪酸值上升僅為2.0 mg KOH/100 g。此外，通風(fēng)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(jìn)一步驗(yàn)證了可在日均耗水200 t和用電180 kW·h基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)有效的控濕通風(fēng)，產(chǎn)生極為顯著的經(jīng)濟(jì)效益，有利于低水分玉米的儲(chǔ)藏、加工及銷售。

關(guān)鍵詞：內(nèi)環(huán)流通風(fēng)；玉米；儲(chǔ)藏；控濕

中圖分類號(hào)：TS255.36 文獻(xiàn)標(biāo)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(lǐng)域具有舉足輕重的地位[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2021年，全球玉米產(chǎn)量已超過(guò)12億t，我國(guó)年產(chǎn)量已超過(guò)2.7億t，排名世界第二[2]。隨著工業(yè)化的不斷推進(jìn)，當(dāng)前產(chǎn)業(yè)對(duì)玉米需求量急劇增強(qiáng)，據(jù)USDA（United States Department of Agricultule）數(shù)據(jù)顯示，2021年度我國(guó)玉米進(jìn)口量已超過(guò)0.29億t，現(xiàn)已成為全球第一大進(jìn)口國(guó)。然而，受地區(qū)沖突風(fēng)險(xiǎn)和逆全球化趨勢(shì)等因素干擾，國(guó)際糧食市場(chǎng)貿(mào)易風(fēng)險(xiǎn)持續(xù)上升，如何做好玉米產(chǎn)后保質(zhì)減損工作，對(duì)確保國(guó)家糧食安全和社會(huì)穩(wěn)定發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義[3]。

長(zhǎng)期以來(lái)，由于不合理的通風(fēng)方式和操作規(guī)范，容易造成單個(gè)輪轉(zhuǎn)周期過(guò)程中玉米籽粒水分的持續(xù)丟失[4]。國(guó)家儲(chǔ)備庫(kù)和地方儲(chǔ)備庫(kù)在執(zhí)行倉(cāng)儲(chǔ)管理時(shí)通常要考慮糧情檢測(cè)、智能通風(fēng)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(chǔ)藏，儲(chǔ)藏過(guò)程中利用濕冷空氣、內(nèi)環(huán)流通風(fēng)等工藝效果不甚理想，無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)出現(xiàn)的低水分糧食水分丟失的及時(shí)處理。

GB 1353—2018對(duì)適用于收儲(chǔ)運(yùn)以及加工銷售的玉米作出規(guī)定，玉米等級(jí)共計(jì)分為6個(gè)，其水分含量均要求不得超過(guò)14.0%。然而，在實(shí)際倉(cāng)儲(chǔ)環(huán)節(jié)，受到不合理的通風(fēng)操作以及自身呼吸代謝，玉米會(huì)出現(xiàn)不同程度低濕[6]。如何實(shí)現(xiàn)玉米產(chǎn)后儲(chǔ)藏過(guò)程中水分穩(wěn)定，一直是糧食儲(chǔ)藏技術(shù)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(yùn)用內(nèi)環(huán)流通風(fēng)以及控濕通風(fēng)等系列技術(shù)，很好地控制了儲(chǔ)藏玉米周期內(nèi)水分含量。

1 材料與方法

1.1 倉(cāng)房及糧食狀態(tài)

選取8號(hào)高大平房倉(cāng)作為試驗(yàn)倉(cāng)，倉(cāng)房規(guī)格為長(zhǎng)42 m，寬21 m，倉(cāng)頂高9 m，玉米堆高6 m，倉(cāng)房墻壁厚度0.6 m，倉(cāng)容3 906 t，堆放儲(chǔ)備玉米3 727 t。儲(chǔ)藏玉米為2021年新收獲的當(dāng)?shù)赜衩?，入?kù)標(biāo)準(zhǔn)符合國(guó)家要求，入倉(cāng)完成時(shí)間為2022年1月，基本糧情見(jiàn)表1。

倉(cāng)房外壁涂有反光材料用于隔熱保溫，倉(cāng)內(nèi)配有地上籠通風(fēng)系統(tǒng)和內(nèi)環(huán)流通風(fēng)控溫系統(tǒng)。倉(cāng)頂自動(dòng)窗運(yùn)行狀態(tài)和密閉性能良好，糧倉(cāng)門窗均進(jìn)行了密封增強(qiáng)。在現(xiàn)有設(shè)施基礎(chǔ)上，對(duì)倉(cāng)體內(nèi)環(huán)流通風(fēng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，輔助增加溫濕度控制設(shè)備。

1.2 儀器與設(shè)備

4-72型高效移動(dòng)式離心風(fēng)機(jī)：揚(yáng)中靈平風(fēng)機(jī)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(fēng)干燥箱：上海實(shí)驗(yàn)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(shè)備有限公司；MP2002電子天平：上海恒平科學(xué)儀器有限公司；JSD糧篩：上海嘉定糧油儀器有限公司；FSD-100A萬(wàn)能粉碎機(jī)：天津泰斯特儀器有限公司；LBH-1800W糧食扦樣器：臺(tái)州慧糧儀器公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 內(nèi)環(huán)流通風(fēng)工藝

在試驗(yàn)高大平房倉(cāng)基礎(chǔ)上，將水霧化并與空氣充分混合形成高濕空氣，通過(guò)夏季開啟內(nèi)環(huán)流控制系統(tǒng)及秋季采取負(fù)壓式通風(fēng)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(cāng)內(nèi)濕度，使糧食的水分吸附和解吸處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，將儲(chǔ)糧水分控制在安全儲(chǔ)存水分以內(nèi)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)糧水分少損失甚至不損失，達(dá)到保持糧食品質(zhì)[7]。

開啟加濕機(jī)和內(nèi)環(huán)流風(fēng)機(jī)（負(fù)壓式風(fēng)機(jī)），實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)倉(cāng)內(nèi)空間溫濕度和糧堆溫濕度變化情況。當(dāng)空間濕度達(dá)到設(shè)定值（試驗(yàn)設(shè)定為55% RH），停止加濕機(jī)工作。內(nèi)環(huán)流（負(fù)壓式通風(fēng)）系統(tǒng)繼續(xù)工作，平衡糧堆和空間濕度；當(dāng)空間濕度低于設(shè)定值（試驗(yàn)設(shè)定為40% RH），繼續(xù)啟動(dòng)加濕機(jī)工作。根據(jù)空間濕度，通過(guò)控制加濕機(jī)和內(nèi)環(huán)流（負(fù)壓式風(fēng)機(jī)）工作，起到調(diào)濕保質(zhì)通風(fēng)的目的。加濕機(jī)停止后，設(shè)定時(shí)間（24 h或更長(zhǎng)時(shí)間）內(nèi)濕度變化較?。ㄈ缈臻g濕度始終保持在50%左右），則認(rèn)為糧食吸收水汽量已達(dá)到飽和，停止倉(cāng)內(nèi)加濕，并對(duì)糧堆內(nèi)部分區(qū)分層設(shè)點(diǎn)取樣檢測(cè)糧食水分變化情況。

試驗(yàn)所需加濕設(shè)施、倉(cāng)內(nèi)溫濕度檢測(cè)電纜和糧堆溫濕度檢測(cè)電纜全部經(jīng)過(guò)檢驗(yàn)和校驗(yàn)，根據(jù)糧堆內(nèi)溫濕度檢測(cè)線布設(shè)位置進(jìn)行分層取樣，完成試驗(yàn)前糧堆內(nèi)部水分檢測(cè)和試驗(yàn)期間糧食水分變化跟蹤，同時(shí)比對(duì)溫濕度線纜檢測(cè)數(shù)據(jù)。收集在不同壓力下倉(cāng)內(nèi)空間溫濕度變化及加濕設(shè)備的用水量、能耗等，最終確定設(shè)備壓力值為50 kPa。每隔10 d，在上中下3層分別進(jìn)行扦樣收集。以同批次未經(jīng)內(nèi)環(huán)流控濕通風(fēng)的樣本及所儲(chǔ)倉(cāng)房作為對(duì)照試驗(yàn)。

1.3.2 糧情檢測(cè)系統(tǒng)

糧情檢測(cè)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(cè)系統(tǒng)，主要包括測(cè)溫電纜、溫濕度傳感器、測(cè)控主機(jī)、遠(yuǎn)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(cāng)糧情溫度1次，并打印測(cè)溫?cái)?shù)據(jù)用于后續(xù)糧情數(shù)據(jù)分析。

1.3.3 自動(dòng)控濕系統(tǒng)

倉(cāng)內(nèi)安裝自行研究設(shè)計(jì)的溫濕度自動(dòng)控制加濕設(shè)施，空間溫濕度電纜12根，檢測(cè)點(diǎn)48個(gè)，用來(lái)測(cè)量糧倉(cāng)空間的溫濕度。糧堆溫濕度電纜20根，檢測(cè)點(diǎn)80個(gè)，用來(lái)測(cè)量糧堆內(nèi)的溫濕度，并計(jì)算儲(chǔ)糧水分；控制柜1臺(tái)，控制柜內(nèi)工業(yè)平板電腦實(shí)時(shí)顯示設(shè)備狀態(tài)和測(cè)量值，同時(shí)溫濕度值和設(shè)備工作狀態(tài)實(shí)時(shí)傳到云服務(wù)器，可通過(guò)手機(jī)APP、電腦客戶端實(shí)時(shí)查看倉(cāng)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(fēng)系統(tǒng)

參照DB21/T 3130—2019 《儲(chǔ)糧倉(cāng)房?jī)?nèi)部環(huán)流通風(fēng)技術(shù)規(guī)程》，內(nèi)環(huán)流系統(tǒng)主要包括：內(nèi)環(huán)流通風(fēng)管道、循環(huán)風(fēng)機(jī)、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(fēng)量上限1 000 m3/h。

1.3.5 玉米品質(zhì)指標(biāo)測(cè)定

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

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft office 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 糧倉(cāng)水分分布情況

內(nèi)環(huán)流保質(zhì)通風(fēng)工藝下儲(chǔ)藏玉米水分變化如表2所示。經(jīng)通風(fēng)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(duì)照倉(cāng)樣本，在儲(chǔ)藏80 d后水分含量呈現(xiàn)典型下降趨勢(shì)，最大降幅可達(dá)0.16%。在前40 d，運(yùn)行過(guò)程中上層糧堆水分首先到達(dá)平衡狀態(tài)，水分含量上升超過(guò)2.0%。此時(shí)降低內(nèi)環(huán)流水汽霧化量后，在流動(dòng)空氣作用下，表層水分出現(xiàn)了有限幅度的回落。對(duì)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(yùn)行60 d后，水分含量達(dá)到峰值。試驗(yàn)結(jié)果表明，在內(nèi)環(huán)流控濕通風(fēng)的模式下，可以顯著恢復(fù)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(jiàn)該倉(cāng)型具有典型的保質(zhì)通風(fēng)效果。

2.2 糧倉(cāng)溫度分布情況

儲(chǔ)藏糧堆溫度直接影響糧食品質(zhì)的商用價(jià)值。在水分含量低于12.5%時(shí)，維持糧溫20 ℃以下，可以顯著抑制儲(chǔ)藏糧食呼吸速率并維持籽粒品質(zhì)[9-10]。此次通風(fēng)作業(yè)，初始糧溫低于環(huán)境溫度2.2 ℃以上，運(yùn)行結(jié)果見(jiàn)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(yùn)行期間，糧堆整體溫度呈現(xiàn)波動(dòng)變化。通風(fēng)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(yùn)行過(guò)程呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。這可能是因?yàn)?，雖然整體通風(fēng)過(guò)程處于內(nèi)環(huán)流狀態(tài)，但熱量仍能以輻射和對(duì)流等形式，從倉(cāng)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(shì)，但溫度變化幅度更低。這表明，此次內(nèi)環(huán)流控濕通風(fēng)模式，可以在保持糧堆水分含量的同時(shí)，同步穩(wěn)定糧堆內(nèi)部溫度情況，能做到保溫控溫。運(yùn)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(chǔ)藏品質(zhì)指標(biāo)直接影響玉米籽粒的銷售等級(jí)，其中常見(jiàn)的指標(biāo)包括了脂肪酸值、容重、裂紋率、發(fā)芽率，以及菌落計(jì)數(shù)和角質(zhì)率等。內(nèi)環(huán)流組合控濕通風(fēng)作業(yè)過(guò)程中，玉米籽粒品質(zhì)指標(biāo)變化情況見(jiàn)表4?？梢园l(fā)現(xiàn)，運(yùn)行作業(yè)過(guò)程中玉米的脂肪酸值變化極其穩(wěn)定，在80 d的運(yùn)行周期內(nèi)，僅上升了2.0 mg KOH/100 g，表明此次通風(fēng)作業(yè)對(duì)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(shì)。這可能是因?yàn)橛衩鬃蚜Ｔ谖账倪^(guò)程中，水分含量的變化和分布的差異造成了籽粒內(nèi)部應(yīng)力的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，進(jìn)而引起了裂紋的增加[12-13]。角質(zhì)率在整個(gè)作業(yè)過(guò)程中，呈現(xiàn)有限幅度的波動(dòng)，變化范圍小于1.0%。這表明內(nèi)環(huán)流組合控濕通風(fēng)作業(yè)對(duì)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(fēng)作業(yè)后，糧堆玉米容重得到了良好的提升，最高峰值可達(dá)742 g/L。在前40 d作業(yè)過(guò)程中，糧堆容重呈上升趨勢(shì)。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(fēng)過(guò)程中容重呈現(xiàn)了下降趨勢(shì)，在運(yùn)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(guò)測(cè)定玉米籽粒表面菌落計(jì)數(shù)反映受霉菌污染的狀態(tài)。在控濕通風(fēng)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(fēng)作業(yè)可以顯著減少玉米籽粒表面微生物的生長(zhǎng)。

2.4 水電消耗分析

內(nèi)環(huán)流控濕通風(fēng)作業(yè)期間水電消耗見(jiàn)圖1。在前40 d運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，環(huán)境溫度條件良好，控濕通風(fēng)工況合理，系統(tǒng)用水量持續(xù)保持在每天150 t以上，說(shuō)明在此階段儲(chǔ)藏玉米籽粒的吸濕狀態(tài)良好，對(duì)應(yīng)的電耗量也保持在每天180 kW·h。當(dāng)運(yùn)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(lái)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(jì)效益，同時(shí)改善了儲(chǔ)藏玉米的品質(zhì)，更利于偏低水分玉米的儲(chǔ)藏、加工與銷售。

3 結(jié) 論

內(nèi)環(huán)流控濕通風(fēng)技術(shù)顯著促進(jìn)了儲(chǔ)藏玉米的水汽吸收能力，不同糧層深度的玉米籽粒均能實(shí)現(xiàn)1.5%水分含量的提升。運(yùn)行80 d后，糧堆溫度更為均勻，上、中、下糧層之間溫差不超過(guò)1.0 ℃；對(duì)應(yīng)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(shì)，分別為5.6%和2.0%。此外，內(nèi)環(huán)流控濕通風(fēng)技術(shù)可以顯著降低儲(chǔ)藏玉米表面霉菌數(shù)量，從4.67 lg（CFU/g） 降至2.50 lg（CFU/g）；對(duì)應(yīng)的玉米容重得到了良好的提升，最高可達(dá)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(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)有效的控濕通風(fēng)，并產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益，對(duì)提升儲(chǔ)藏玉米的加工及銷售產(chǎn)生重要作用。

參 考 文 獻(xiàn)

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