馬倩婷 吳宏 何偉 萬忠民

摘要：內環(huán)流控溫技術能夠對三北地區(qū)儲藏的糧食起到良好的控溫、控濕、減少能耗作用。本文選取中央儲備糧南京直屬庫（38倉和40倉）進行內環(huán)流技術應用研究，通過探究環(huán)流期間糧情變化、稻谷品質變化和水分遷移情況，探討內環(huán)流控溫技術在長江以南地區(qū)應用的可行性。研究結果表明：內環(huán)流控溫儲糧技術在南京庫的應用，體現(xiàn)出較好的糧層均溫效果，有利于降低表層糧食溫度，控制糧食高溫季節(jié)劣變程度，具有較好的保水作用，糧堆內部水分遷移有利于提升稻谷抗逆性。

關鍵詞：長江以南;內環(huán)流控溫;應用效果

中圖分類號：TS210.4

基金項目：“十三五”國家重點研發(fā)計劃“現(xiàn)代糧倉綠色儲糧科技示范工程”（2016YFD0401605）。

作者簡介：馬倩婷，女，碩士，研究方向為農產品加工與貯藏。

通信作者：萬忠民，男，副教授，研究方向為糧食儲運。

內環(huán)流技術，又稱內環(huán)流控溫儲糧技術，在夏季利用糧堆自身的冷能來控制糧堆表層溫度的上升，節(jié)能減損優(yōu)勢非常明顯，在三北地區(qū)糧食倉庫日漸普及。近年來，內環(huán)流技術對于徹底解決“熱皮冷心”現(xiàn)象受到廣泛的關注，針對長江以南地區(qū)夏季溫度過高、冷量不足的現(xiàn)狀以及內環(huán)流只能在北方使用的誤區(qū)，于中央儲備糧南京直屬庫有限公司進行內環(huán)流儲藏稻谷的研究，通過對環(huán)流期間糧堆稻谷的品質檢測，探究內環(huán)流控溫儲糧技術在長江以南地區(qū)應用的可行性。本文選取南京直屬庫的38號倉（試驗倉）和40號倉（對照倉）進行內環(huán)流技術應用研究，對其2019年夏季環(huán)流期間糧食品質變化情況進行研究，進行其儲藏品質測定，主要品質包括水分、脂肪酸值、發(fā)芽率、出糙率、黃粒米等。此外，利用低場核磁對試驗倉環(huán)流期間的水分遷移狀況進行闡述，分析環(huán)流期間的水分遷移規(guī)律，為內環(huán)流儲糧技術的良好應用提供依據(jù)和指導。

1 材料

1.1 試驗倉條件

1.1.1 試驗倉房的基本情況

試驗庫點選取第四儲糧生態(tài)區(qū)中央儲備糧南京直屬庫，屬于長江以南地區(qū)。選取南京庫38號倉作為試驗倉，40號倉作為對照倉。試驗倉使用內環(huán)流儲糧技術儲藏，對照倉為間歇式空調降溫儲藏。試驗倉與對照倉儲藏的糧食為2018年新收獲的粳稻，品種為嘉花1號?；厩闆r如表1所示。

1.1.2 內環(huán)流系統(tǒng)的基本情況

38號倉試驗前已完善隔熱保溫措施，倉窗、通風洞均用PEF板封堵，一機三管道進行通風，共4臺風機。經風壓測試：風機全壓95Pa，動壓18Pa，出風口風速5.47m/s，總風量約為2 473.28m3/h。試驗倉和對照倉經冬季蓄冷后平均糧溫分別為9.7℃、7.5℃，夏季環(huán)流試驗前平均糧溫分別為16.9℃、14.3℃，環(huán)流期間為自動啟停，啟停溫度分別為19.9℃、16.9℃。

1.2 儀器設備

礱谷機，BLH-3250：浙江伯利恒儀器設備有限公司;精米機，BLH-3100：浙江臺州糧儀廠;旋風式粉碎磨，F(xiàn)S-II：杭州大成光電儀器有限公司;電子分析天平，JY53002：上海良平儀器儀表有限公司;電熱鼓風干燥箱，101-34S：上海蘇進儀器設備廠;恒溫培養(yǎng)振蕩器，ZHWY-1102：國華電器有限公司;大米外觀品質檢測儀，JMWT12：北京東孚久恒儀器技術有限公司;核磁共振分析儀，NMI-20 Analyst：上海紐邁電子科技有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 扦樣方法

對水分遷移規(guī)律的探究選取倉內中心部位進行扦樣，分別選取糧面（0m）、距糧面0.5m、距糧面1.5m、距糧面2.5m、距糧面3.5m、距糧面4.5m、距糧面5.5m、距糧面6.5m共8個部位進行扦樣。對糧堆品質的探究選取糧堆接收陽光照射影響最大的東南角進行扦樣，分層扦樣情況與中心部位一致，可視東南角為整倉糧食品質最低值。試驗倉與對照倉取樣點一致。

1.3.2 指標測定方法

水分檢測參照國標《糧油檢驗 稻谷水分含量測定》（GB/T 24896—2010）;脂肪酸值檢測參照國標《糧油檢驗 糧食、油料脂肪酸值測定》（GB/T 5510—2011）;發(fā)芽率檢測參照國標《糧油檢驗 籽粒發(fā)芽試驗》（GB/T 5520—2011）;出糙率檢測參照國標《糧油檢驗 稻谷出糙率檢驗》（GB/T 5495—2008）;黃粒米檢測參照國標《糧油檢驗 稻谷黃粒米含量測定》（GB/T 35881—2018）。所有品質平行測定3次，取平均值。數(shù)據(jù)統(tǒng)計采用SPSS 20.0進行獨立樣本T檢驗（P<0.05），以確定不同處理之間的顯著差異，使用Origin 9.0作圖。

水分遷移規(guī)律的探究采用NMI-20Analyst型核磁共振分析儀，選擇15mm線圈，采用FID序列對標準油樣進行單次采集校正中心頻率，稱?。?.50±0.05）g稻谷樣品于核磁管中，采用CPMG序列進行數(shù)據(jù)采集，參數(shù)設置為：主頻SF=19MHz，采樣頻率SW=200kHz，90°硬脈沖射頻脈寬P1=13μs，180°硬脈沖射頻脈寬P2=25μs，信號采樣點數(shù)TD=300 150，重復采樣等待時間TW=1 500ms，重復采樣次數(shù)NS=32，回波個數(shù)NECH=7 500。每個樣品平行測9次，取平均值。

1.4 糧情監(jiān)測系統(tǒng)布點

試驗倉與對照倉內測溫點均為矩陣布點，分為上、中上、中、中下及下共5層，每層測35個點，共175個測溫點。試驗倉于2019年8月12日至23日開啟內環(huán)流系統(tǒng)，根據(jù)糧情檢測系統(tǒng)記錄試驗期間倉內糧溫倉溫變化情況。

2 結果與討論

2.1 糧情情況分析

環(huán)流前后試驗倉與對照倉糧溫變化情況如圖1所示。試驗倉于8月中上旬至下旬開啟內環(huán)流系統(tǒng)，氣溫居高不下，約為28℃～34℃，氣濕約為67%～75%。環(huán)流期間，試驗倉倉溫約為23.8℃～25.3℃，低于對照倉0.5℃～1℃;倉濕約30.1%～42.9%，高于對照倉2.6%～7.6%。內環(huán)流應用期間，試驗倉全倉平均溫度低于20℃，表層糧溫約為21.92℃～23.76℃;對照倉全倉平均溫度低于15℃，表層糧溫約為21.8℃～22.73℃。對照倉根據(jù)糧情狀況采用空調控溫，倉溫明顯降低，低于試驗倉約為5℃，各層糧溫均較低，但表層與中上層溫差約為7℃，溫差過大易引起結露、蟲害等問題。試驗倉在內環(huán)流系統(tǒng)作用下，均溫效果良好，各糧層溫差較小，表層與中上層溫差僅2℃～4℃，減少了糧食儲運不良情況的發(fā)生。

2.2 稻谷儲藏期間品質變化分析

2.2.1 水分含量的變化

環(huán)流應用期間不同糧層部位水分含量的變化情況如圖2所示。環(huán)流應用期間試驗倉各層稻谷的水分含量均有所下降，表層和中上層稻谷水分下降速率較快，約為18.5%，有顯著性差異（P<0.05），表層稻谷夏季白天接受陽光輻射時間長，表層溫度較高，且環(huán)流風機運行時易遺落倉房四角部位，故水分損失較多;中層稻谷下降速率較慢，約為2.68%，無顯著性差異（P>0.05），中下層及下層冷心部位在環(huán)流通風期間，冷心減少，溫度有所升高，水分含量約為11.68%～12.49%，均在糧食儲藏安全水分范圍內。對照倉中層及以上稻谷水分隨著外溫升高有所減少，但中層及以下水分略有升高，上升速率約為6.31%，有顯著性差異（P<0.05），原因可能在于高溫期間，當對照倉倉溫過高時，糧庫會采取間接式空調降溫，空調溫度維持約為22℃，導致糧堆內部水分向下遷移，但總體糧情較好，稻谷水分含量在安全水分范圍內[1]。

2.2.2 脂肪酸值的變化

環(huán)流應用期間不同糧層部位脂肪酸值的變化情況如圖3所示。環(huán)流通風期間試驗倉各層脂肪酸值有所升高，但不顯著（P>0.05），表現(xiàn)為中上層高，表層及中下層次之，底層最低。環(huán)流期間抽取冷心冷量應用于糧堆表層，達到控制表層溫度的作用，可能造成中上層糧溫溫度高于表層糧溫，稻谷的脂肪酶活性較強，催化生成游離脂肪酸的速度加快[2-3]，故脂肪酸值升高，由于整倉倉內環(huán)境溫度隨外溫有所升高，故各層稻谷脂肪酸值均呈現(xiàn)上升趨勢。對照倉稻谷脂肪酸值變化情況與試驗倉基本一致，但中下層及下層稻谷的脂肪酸值上升速率較大，空調的應用使得糧堆表面溫度得以控制，但中下層及以下糧層的均溫效果不足，無法有效抑制糧倉東南角中下層糧食脂肪酸值的增加。

2.2.3 發(fā)芽率的變化

稻谷發(fā)芽能力的高低，說明其種用品質和制芽品質在儲藏或干燥中的劣變程度[4]。環(huán)流應用期間不同糧層部位發(fā)芽率的變化情況如圖4所示。

由圖4可知，環(huán)流通風期間，不論是試驗倉還是對照倉，其稻谷的發(fā)芽率均隨著儲藏時間的增加而降低，有顯著性變化（P<0.05），且糧堆中層及以上稻谷普遍發(fā)芽率較低，低于糧堆中下層與底層稻谷。高溫對稻谷的種用品質影響很大，夏季高溫天氣白天溫度最高時，糧倉墻壁經陽光輻射后溫度高達60℃～70℃，糧堆四周及表層糧食品質劣變明顯，抑制種子體內酶活，顯著降低稻谷的發(fā)芽勢與發(fā)芽率，加速稻谷的陳化和生理衰老。

2.2.4 出糙率的變化

環(huán)流應用期間不同糧層部位出糙率的變化情況如圖5所示。環(huán)流通風應用期間，試驗倉與對照倉不同糧層部位的稻谷出糙率均無明顯變化，且各層稻谷出糙率品質在誤差范圍內表現(xiàn)均衡，無過低或過高現(xiàn)象，僅表層有所下降，試驗倉表層稻谷出糙率由82.04%降至79.47%，變化幅度為2.57%，對照倉表層稻谷出糙率由81.28%降至80.50%，變化幅度為0.78%，均有顯著變化（P<0.05），但不同糧層稻谷的出糙率均維持在80%以上，稻谷能保持較好的商用價值[5]。

2.2.5 黃粒米的變化

環(huán)流應用期間不同糧層部位黃粒米的變化情況如圖6所示。試驗倉與對照倉稻谷黃粒米均有所上升，夏季溫度高引起品質劣變，環(huán)流控溫對于其黃變的抑制能力較弱。試驗倉表層稻谷黃粒米由2.4%上升至3.6%，冷心稻谷黃粒米由2.9%上升至5.4%，變化顯著（P<0.05），冷心稻谷黃粒米增速高于表層稻谷，墻壁附近稻谷品質受外溫影響大、內環(huán)流控溫系統(tǒng)對各糧層的均溫效果導致冷心部位溫度上升，加快黃變速率;而內環(huán)流控溫系統(tǒng)的表層降溫效果在一定范圍內抑制了表層糧溫的上升，減緩了黃變速率。對照倉稻谷環(huán)流前后黃粒米數(shù)量差距約為2.5%～3.8%，有顯著變化（P<0.05）。

2.3 水分遷移規(guī)律分析

試驗倉環(huán)流期間稻谷橫向弛豫時間反演譜變化趨勢圖如圖7所示?；诘竟戎胁煌瑲滟|子在磁場中的橫向弛豫特性差異，以及核磁峰面積總和與含水率的極顯著線性關系，LF-NMR技術可以定性和定量地分析籽粒內部的水分狀態(tài)和分布差異[6]，橫向弛豫時間的長短與質子自由度密切相關，質子所受束縛力越大，橫向弛豫時間越短，反之橫向弛豫時間越長。觀察試驗倉環(huán)流期間稻谷橫向弛豫時間反演譜變化趨勢圖可知，內環(huán)流應用前后反演圖譜先后出現(xiàn)了2個峰，出于方便描述，便分別定義為T21峰、T22峰。T21峰（0.1～10ms）定義為結合水，這一部分的水與稻谷內部淀粉和蛋白質等大分子結合緊密;T22峰（10～100ms）定義為自由水，這一部分的水是稻谷的液泡、原生質和細胞間隙中流動性最強的水[7-8]。環(huán)流前后整體的反演圖譜和T2峰值時間明顯向左遷移，稻谷內的氫質子自由度降低，水分子流動性減弱，自由水束縛性更強，代謝活動減弱，生長緩慢，由自由水向結合水遷移。

試驗倉環(huán)流期間總弛豫峰面積、T21和T22峰面積（幅值）隨時間變化趨勢圖如圖8所示。由圖8（a）可知，試驗倉表層稻谷總弛豫峰面積呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，而表層下0.5～6.5m總弛豫峰面積呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。由圖8（b）、圖8（c）可知，試驗倉表層稻谷中結合水的含量先下降后上升，表層下0.5～6.5m稻谷中結合水的含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢;試驗倉稻谷自由水的含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。試驗倉表層稻谷受外溫影響，表層糧溫升高，稻谷失水導致結合水含量降低，但表層在環(huán)流作用下接收大量冷心冷量，存在水分梯度差異，空氣中的部分過飽和水蒸氣會附著和凝結在稻谷表面形成部分自由水，但自由水的峰面積變化不大。環(huán)流7d（即環(huán)流后期）冷心不足，稻谷抗逆性增強，自由水轉化為結合水;環(huán)流后7～14d，已至8月下旬，試驗倉停止環(huán)流控溫，倉溫較高，故試驗倉表現(xiàn)為自由水向結合水遷移。

3 結論

3.1 內環(huán)流控溫儲糧技術與空調控溫技術均能有效防止稻谷品質劣變

試驗倉與對照倉的表層水分含量、發(fā)芽率均有所降低，脂肪酸值和黃粒米有所上升，具體表現(xiàn)為試驗倉內環(huán)流控溫儲藏和對照倉空調控溫儲藏下的表層稻谷水分含量、發(fā)芽率、出糙率、黃粒米均變化顯著（P<0.05），試驗倉表層稻谷脂肪酸值相對穩(wěn)定，無顯著性差異（P>0.05）?？傮w糧情較好，能夠保證稻谷品質符合國家優(yōu)質精米要求。

3.2 內環(huán)流控溫儲糧技術在南方也有較好的糧層均溫效果

內環(huán)流控溫儲糧技術在南京庫的應用體現(xiàn)出較好的糧層均溫效果，有利于降低表層糧食溫度，控制糧食在高溫季節(jié)的劣變程度，有較好的保水作用，糧堆內部水分遷移有利于提升稻谷的抗逆性。環(huán)流后稻谷內的氫質子自由度降低，水分子流動性減弱，由自由水向結合水遷移;表層在環(huán)流作用下接收大量冷心冷量，存在水分梯度差異，空氣中的部分過飽和水蒸氣會附著和凝結在稻谷表面形成自由水;環(huán)流后期冷心不足，稻谷抗逆性增強，自由水轉化為結合水。

參考文獻：

[1]邵學良，劉志偉，陸暉，等.稻谷水分含量測定方法的比較[J].糧食儲藏，2009，38（3）：52-54.

[2]楊基漢，張瑞，王璐，等.高濕條件下溫度對儲藏稻谷水分和脂肪酸值的影響研究[J].糧食儲藏，2011，40（1）：45-47.

[3]付消費，宋偉，錢家誠，等.不同儲藏條件對粳稻品質變化的影響研究[J].糧食科技與經濟，2019，44（2）：79-87.

[4]陳銀基，蔣偉鑫，曹俊，等.溫濕度動態(tài)變化過程中不同含水量稻谷的儲運特性[J].中國農業(yè)科學，2016，49（1）：163-175.

[5]萬忠民，徐寧.不同儲藏溫度下稻谷的品質劣變[J].糧食與食品工業(yè)，2004（3）：49-51.

[6]Marcone M F， Wang S， Albabish W， et al. Diverse food - based applications of nuclear magnetic resonance（NMR） technology[J]. Food Research International， 2013，51（2）：729-747.

[7]汪楠，邵小龍，時小轉，等.稻谷低溫低濕干燥特性與水分遷移分析[J].食品工業(yè)科技，2017，38（5）：114-119.

[8]劉瀟，沈飛，黃怡，等.基于LF-NMR的糙米發(fā)芽過程水分狀態(tài)變化[J].中國糧油學報，2018，33（4）：7-12.