吳 瓊,李 巖,張來(lái)林*
(1.河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院,鄭州 450001;2.中央儲(chǔ)備糧漳州直屬庫(kù)有限公司,福建 漳州 363105)
隨著科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展,國(guó)民生活質(zhì)量穩(wěn)步提高,生活水平的提高對(duì)食用油和蛋白的需求急劇增加,而肉蛋奶魚(yú)等動(dòng)物蛋白需要大量的豆粕原料,使我國(guó)成為世界上最大的大豆消費(fèi)國(guó)。據(jù)統(tǒng)計(jì),我國(guó)每年大豆消費(fèi)量1億t以上,2019年國(guó)產(chǎn)大豆產(chǎn)量1 810萬(wàn) t、進(jìn)口大豆8 851萬(wàn) t。
大豆作為一種食用、油用和飼用兼得的經(jīng)濟(jì)作物,也是我國(guó)戰(zhàn)略儲(chǔ)備糧種之一,其富含蛋白質(zhì)和脂肪,儲(chǔ)藏穩(wěn)定性低;特別是夏季高溫及秋季多雨季節(jié)入倉(cāng),進(jìn)一步加劇了大豆的儲(chǔ)存不穩(wěn)定性。因此,了解大豆的分類、儲(chǔ)藏特性及其對(duì)儲(chǔ)藏設(shè)施和配套倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備的要求,對(duì)做好大豆安全儲(chǔ)藏和維護(hù)國(guó)家糧油市場(chǎng)穩(wěn)定有著極其重要的意義[1-3]。
大豆起源于我國(guó),已有5 000多年的栽培史,是現(xiàn)有栽培作物中蛋白質(zhì)含量較高的一種,含有約40%的蛋白質(zhì)、18%~20%的脂肪,并含有較多磷脂(約2%),是一種含油量較低的油料。
大豆為典型的雙子葉無(wú)胚乳種子,成熟的大豆種子只有種皮和胚兩部分,胚內(nèi)富含蛋白質(zhì)和脂肪,可以食用和榨油,且榨油后的副產(chǎn)品豆粕是我國(guó)養(yǎng)殖行業(yè)優(yōu)質(zhì)和穩(wěn)定的蛋白來(lái)源。根據(jù)粒型,大豆籽粒分為橢圓形、扁圓形、球形和長(zhǎng)橢圓形等多種形態(tài);根據(jù)種皮顏色可分為黃大豆、青大豆、黑大豆以及其它顏色的大豆和混合大豆。
根據(jù)來(lái)源不同,目前國(guó)內(nèi)流通的大豆主要分為國(guó)產(chǎn)與進(jìn)口兩大類,其特點(diǎn)與區(qū)別在于:國(guó)產(chǎn)大豆以非轉(zhuǎn)基因?yàn)橹?,能發(fā)芽、會(huì)生蟲(chóng);主產(chǎn)區(qū)分布在我國(guó)東北、黃河中下游和淮河流域,生產(chǎn)機(jī)械化程度低,產(chǎn)量較低;外觀亮黃,呈扁橢圓形,豆臍呈黃色或黃褐色(圖1);主要成分為蛋白34%~36%、脂肪16%~18%、水分13%~15%;主要用途為直接食用、加工豆制品和大豆蛋白,少量用于生產(chǎn)豆油和豆粕,磨出的豆?jié){為乳白色,出油率為16%~18%,出粕率為79%~80%。
圖1 國(guó)產(chǎn)大豆(a)與轉(zhuǎn)基因大豆(b)的形態(tài)區(qū)別
進(jìn)口大豆以轉(zhuǎn)基因大豆為主,不會(huì)發(fā)芽或蟲(chóng)蛀;其主產(chǎn)區(qū)主要為美國(guó)、巴西、阿根廷等地,生產(chǎn)機(jī)械化程度高,產(chǎn)量高、價(jià)格低;外形為圓形、大小相近,豆臍呈黑褐色 (進(jìn)口與國(guó)產(chǎn)大豆的主要外形區(qū)別);主要成分為蛋白34%左右、油脂19%~22%、水分9%~12%;進(jìn)口大豆主要用于滿足國(guó)內(nèi)對(duì)植物油和豆粕(蛋白)的需求,20%用于加工食用油,80%用于加工豆粕,出油率高達(dá)到19%~21%,出粕率為78%~79%。
大豆屬豆科、蝶形花亞科、大豆屬,為一年生草本植物,其果實(shí)為莢果,莢內(nèi)含種子1~4粒,儲(chǔ)藏保管的是大豆籽粒。大豆粒內(nèi)含豐富的蛋白質(zhì)和脂肪,其儲(chǔ)藏穩(wěn)定性較差,不耐高溫,易出現(xiàn)吸濕生霉、浸油赤變、發(fā)芽力喪失等現(xiàn)象,控制儲(chǔ)藏條件、抑制呼吸,是防止大豆品質(zhì)劣變的關(guān)鍵。
大豆的安全水分含量與脂肪含量呈負(fù)相關(guān),脂肪含量越高,其安全水分越低。脂肪是疏水性物質(zhì),大豆水分集中在脂肪以外的蛋白質(zhì)親水膠體部分,因此,即使整粒大豆水分含量較低,親水膠體部分水分含量仍較高,儲(chǔ)藏期間容易引起發(fā)熱變質(zhì)。大豆安全水分以非脂肪的親水膠體部分含水量為基礎(chǔ)進(jìn)行計(jì)算:通常以15%作為基準(zhǔn)水分,“安全水分=油料中非脂肪部分×15%”,即含油量為18%的大豆,安全水分理論值為(100-18)×15%=12.3%。保持儲(chǔ)存環(huán)境干燥、水分含量低是大豆安全儲(chǔ)存的關(guān)鍵。
由于大豆籽粒內(nèi)含有大量的蛋白質(zhì)等親水膠體和發(fā)芽孔的特殊吸水構(gòu)造,且大豆種皮和子葉之間有較大的空隙,種皮透性好,因而吸濕能力與解吸能力均較強(qiáng)。在相對(duì)濕度較高的環(huán)境中(90%以上),其吸濕性高于玉米和小麥,而在相對(duì)濕度較低(70%以下)時(shí),其吸濕性則低于玉米和小麥。如水分含量12.5%的大豆長(zhǎng)時(shí)間處于溫度20℃、濕度90%的狀態(tài)下,水分可升高至 20.8%、體積膨脹2~3倍,同時(shí)呼吸強(qiáng)度升高,生理活性增加,會(huì)導(dǎo)致糧堆溫度升高,并進(jìn)一步發(fā)生霉變。常見(jiàn)的大豆生霉現(xiàn)象,多發(fā)生在吸濕之后,以糧堆下部或上層最為常見(jiàn),下部主要源于吸潮、上層主要源于結(jié)露,深度一般不超過(guò)30 cm。因此,在高濕環(huán)境下大豆儲(chǔ)藏要特別注意做好防潮、防濕工作。
大豆不耐高溫,過(guò)高的溫度會(huì)導(dǎo)致籽粒內(nèi)部發(fā)生蛋白質(zhì)變性、脂肪分解,對(duì)其發(fā)芽能力造成影響,并進(jìn)一步影響大豆的外觀質(zhì)量和內(nèi)在品質(zhì),使其商品和使用價(jià)值降低。水分含量14%的大豆在25℃以上儲(chǔ)存3.5個(gè)月,發(fā)芽能力幾乎完全喪失;水分愈高,發(fā)芽率下降愈快。因此,只有低溫干燥儲(chǔ)藏,才能有效保持大豆的品質(zhì)與儲(chǔ)存安全。
大豆從收獲成熟到生理和工藝成熟經(jīng)歷時(shí)間長(zhǎng),后熟期間生理活動(dòng)旺盛,在代謝和呼吸作用下釋放出較多水汽,極易在糧堆內(nèi)積聚,造成局部 “出汗”;此外,旺盛的呼吸還釋放出大量熱量,使糧堆內(nèi)部出現(xiàn)局部溫度升高或溫度分布不均的 “亂溫”現(xiàn)象;“出汗、亂溫”對(duì)大豆安全儲(chǔ)藏十分不利,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)出現(xiàn)發(fā)熱、甚至霉?fàn)€的現(xiàn)象。
在儲(chǔ)藏期間,大豆吸濕受潮后,除易發(fā)熱生霉外,還會(huì)出現(xiàn)“浸油、赤變”,水分和溫度偏高是導(dǎo)致大豆浸油、赤變的主要原因。脂肪導(dǎo)熱性差,熱容量大,大豆糧堆的孔隙度又偏低(一般在38%~45%),當(dāng)糧堆內(nèi)出現(xiàn)高溫后降溫緩慢,長(zhǎng)期積聚的熱量促使脂肪氧化分解,導(dǎo)致大豆出現(xiàn)“浸油”,即“走油”現(xiàn)象;同時(shí)脂肪中的色素逐漸沉積,致使子葉變紅,即發(fā)生“赤變”。浸油、赤變是油料儲(chǔ)藏中常見(jiàn)的一種不良的物理與化學(xué)變化,其發(fā)生程度隨持續(xù)高溫條件下儲(chǔ)藏時(shí)間的延長(zhǎng)而增加。大豆浸油、赤變后,出油率降低,豆油色澤加深,導(dǎo)致做豆腐有酸敗味,做豆?jié){顏色發(fā)紅。實(shí)踐證明:水分13%的大豆若在7、8月高溫入倉(cāng),當(dāng)糧堆溫度達(dá)到 25℃后,就會(huì)發(fā)生浸油、赤變;若不作降溫處理,3個(gè)月內(nèi)豆堆表層及中上層中心處浸油、赤變粒率高達(dá)60%以上,豆堆中層浸油、赤變粒率高達(dá)20%左右。因此,當(dāng)大豆糧堆堆出現(xiàn)發(fā)熱、吸濕、霉變等隱患時(shí),應(yīng)及時(shí)進(jìn)行通風(fēng)降溫和散濕處理,從而抑制浸油、赤變現(xiàn)象的發(fā)生。
大豆籽粒表面光滑,種皮成分中含有較多的纖維素和蠟質(zhì),組織較堅(jiān)硬,不易遭受害蟲(chóng)侵蝕。大豆在儲(chǔ)藏過(guò)程中除受印度谷蛾、地中海螟蛾與粉斑螟蛾等少數(shù)蛾類害蟲(chóng)危害外,一般儲(chǔ)糧害蟲(chóng)很少對(duì)大豆形成危害,但在雜質(zhì)(或破碎)集聚區(qū)會(huì)滋生銹赤扁谷盜等第二食性害蟲(chóng)。
目前大豆儲(chǔ)藏堆垛大、糧層高,大豆儲(chǔ)藏穩(wěn)定性差,需在低溫干燥環(huán)境下儲(chǔ)存,且進(jìn)口大豆皮薄、油大、易碎和難儲(chǔ)存的特性[6]進(jìn)一步提高了對(duì)儲(chǔ)藏設(shè)施和配套倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)備的要求,在大豆的日常管理中需要糧庫(kù)具備較強(qiáng)的應(yīng)變與處理能力,對(duì)現(xiàn)有的設(shè)施設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)與完善以提高大豆儲(chǔ)藏安全性。
大豆適宜低溫儲(chǔ)存,倉(cāng)頂、門(mén)窗應(yīng)具備良好隔溫性能,倉(cāng)房如何改造才能滿足大豆儲(chǔ)備倉(cāng)對(duì)隔熱性能的要求?以下典型試驗(yàn)較有代表性:①中儲(chǔ)糧廣東新沙港庫(kù)的淺圓倉(cāng)外墻(圖2a)和②中儲(chǔ)糧淮安庫(kù)的平房倉(cāng)(圖2b)向陽(yáng)倉(cāng)壁外加隔熱材料的試驗(yàn),結(jié)果表明:外溫通過(guò)倉(cāng)壁對(duì)糧堆局部溫度雖有一定影響,但對(duì)糧堆整體溫度的影響不大,只提高糧溫1℃左右;③中儲(chǔ)糧沈丘庫(kù)的淺圓倉(cāng)內(nèi)頂噴有5 cm厚聚氨脂,在四、五月時(shí)倉(cāng)溫仍保持較低,進(jìn)入倉(cāng)內(nèi)仍感到?jīng)鏊?,并能聞到小麥的香味,與平房倉(cāng)內(nèi)的濕熱和霉味感形成極大反差,說(shuō)明淺圓倉(cāng)內(nèi)頂噴涂隔熱材料的隔熱效果好;④湖北省某糧庫(kù)繪出盛夏季節(jié)拱板平房倉(cāng)的空倉(cāng)溫度場(chǎng)分布圖(圖2c),表明在外界高溫的影響下,倉(cāng)內(nèi)從上到下的溫度呈現(xiàn)由高到低的分布狀態(tài),說(shuō)明夏季大量熱量是從倉(cāng)頂進(jìn)入倉(cāng)內(nèi),與教科書(shū)中的結(jié)論一致;⑤中儲(chǔ)糧唐山庫(kù)通過(guò)檢測(cè)糧堆不同部位的糧溫受外溫影響,表明倉(cāng)頂對(duì)糧溫升高的影響大于倉(cāng)壁的影響[7]。上述試驗(yàn)從不同角度說(shuō)明倉(cāng)房隔熱改造重點(diǎn)應(yīng)在倉(cāng)頂。
圖2 倉(cāng)壁隔熱改造與空倉(cāng)內(nèi)溫度分布圖
倉(cāng)房氣密性與倉(cāng)房的隔熱性能同等重要,但在倉(cāng)房建設(shè)中常被忽略。氣密性不僅與熏蒸、氣調(diào)的殺蟲(chóng)效果與作業(yè)費(fèi)用有關(guān),也會(huì)影響到倉(cāng)房的隔熱性能和控溫效果與成本。因此,糧庫(kù)必須高度關(guān)注和提高倉(cāng)房的氣密性。
提高倉(cāng)房氣密性,應(yīng)首抓新倉(cāng)建設(shè)[8-9]:①結(jié)構(gòu)不佳是造成新倉(cāng)氣密性差的關(guān)鍵原因,如采用拱板倉(cāng)頂、彩鋼板頂、空心墻、新型透氣磚砌體墻或框架式墻體等先天氣密性較差的倉(cāng)房或簡(jiǎn)易倉(cāng),不適宜作密閉倉(cāng)房。設(shè)計(jì)單位應(yīng)通過(guò)廣泛的調(diào)查研究提高設(shè)計(jì)水平,摒棄倉(cāng)房氣密性差的設(shè)計(jì)方案,不斷完善并推廣適應(yīng)實(shí)際儲(chǔ)糧的好倉(cāng)房。在500 Pa壓力下,國(guó)內(nèi)現(xiàn)有倉(cāng)房壓力半衰期最好的氣密記錄是平房倉(cāng)25 min、淺圓倉(cāng)70 min;②門(mén)窗孔洞等外購(gòu)件的生產(chǎn)與安裝質(zhì)量是影響倉(cāng)房氣密性的另一主要因素,選用結(jié)構(gòu)良好、制造精美的部件且安裝到位,不僅可提高倉(cāng)房的氣密性、減輕密封的工作量,還可提高儲(chǔ)糧技術(shù)的應(yīng)用效果、降低儲(chǔ)糧費(fèi)用;③施工質(zhì)量的好壞對(duì)倉(cāng)房氣密性起決定性作用,加強(qiáng)施工環(huán)節(jié)的管理,按操作規(guī)范精心組織施工是提高倉(cāng)房氣密性的控制點(diǎn)。因此,多方努力、同心協(xié)力,牢牢抓住設(shè)計(jì)、施工和安裝等關(guān)鍵環(huán)節(jié),才能共同破解新建倉(cāng)氣密性差、糧庫(kù)年復(fù)一年進(jìn)行倉(cāng)房氣密改造的怪圈。
其次是進(jìn)行舊倉(cāng)氣密改造,主要是對(duì)舊倉(cāng)的有形孔與無(wú)形縫的處理[10]。有形孔包括面積較大的門(mén)窗、蓋板類和閘閥類密封的工藝孔洞,如常開(kāi)啟的門(mén)窗孔洞,各類管線留下的隱性孔洞;無(wú)形縫包括不同壁面相交面或與構(gòu)件的連接縫,如壁面間和管道與壁面結(jié)合部位形成的漏氣縫隙、沉降造成的縫隙、施工原因留下的漏氣部位等。根據(jù)舊倉(cāng)漏氣部位的不同,應(yīng)采用不同的薄膜密封方式進(jìn)行改造:倉(cāng)窗、屋頂漏氣,熏蒸用薄膜一面封,氣調(diào)則用大氣囊密閉糧面;倉(cāng)墻漏氣或潮濕時(shí)用五面封;地面漏氣或堆垛類糧堆用六面封。
風(fēng)道及環(huán)流系統(tǒng)是大豆儲(chǔ)備倉(cāng)必配的倉(cāng)儲(chǔ)設(shè)施,低溫干燥季節(jié)利用風(fēng)道進(jìn)行冷卻干燥通風(fēng),使糧堆降溫散濕;高溫季節(jié)利用環(huán)流系統(tǒng)進(jìn)行均溫和補(bǔ)冷環(huán)流,使大豆始終處于低溫或準(zhǔn)低溫狀態(tài)以保證儲(chǔ)存安全。
對(duì)大糧堆、厚糧層的倉(cāng)房,風(fēng)道主要用于糧堆的降溫與冷卻,降水作用極其微弱;環(huán)流系統(tǒng)用于糧堆內(nèi)的氣體和溫度均衡[11]。
平房倉(cāng)的風(fēng)道按照各庫(kù)的習(xí)慣,可選用一機(jī)二道、一機(jī)三道、一機(jī)四道或圭字形風(fēng)道的布置形式。用于倉(cāng)內(nèi)氣體均勻(如熏蒸、充氮)的環(huán)流系統(tǒng),對(duì)于單側(cè)通風(fēng)的倉(cāng)房,每廒間設(shè)置1組環(huán)流系統(tǒng);對(duì)于雙側(cè)通風(fēng)的倉(cāng)房,倉(cāng)房?jī)蓚?cè)各設(shè)1組環(huán)流系統(tǒng)。用于倉(cāng)內(nèi)溫度均勻(如均溫、補(bǔ)冷)的環(huán)流系統(tǒng)有兩種形式:①每組風(fēng)道設(shè)1組環(huán)流系統(tǒng),且環(huán)流管的直徑、環(huán)流風(fēng)機(jī)的風(fēng)量均大于氣體均勻的管徑與風(fēng)量,外環(huán)流管需加保溫措施;②每組風(fēng)道配套一臺(tái)通風(fēng)機(jī),環(huán)流管下端與風(fēng)道的分配箱相通,上端延伸到糧堆上方與風(fēng)機(jī)的進(jìn)風(fēng)端相連,風(fēng)機(jī)、環(huán)流管、風(fēng)道、糧堆和糧面上部空間在倉(cāng)內(nèi)構(gòu)成一個(gè)局部?jī)?nèi)環(huán)流系統(tǒng)。
淺圓倉(cāng)風(fēng)道形式有多種,考慮到糧食進(jìn)出倉(cāng)和清倉(cāng)的方便性,現(xiàn)大都采用地槽風(fēng)道,少量為地上籠風(fēng)道。倉(cāng)內(nèi)風(fēng)道布置形式有兩種(圖3):①兩個(gè)通風(fēng)口的風(fēng)道布置:放射形、梳形、圭字形等風(fēng)道形式;②四個(gè)通風(fēng)口的風(fēng)道布置:環(huán)形、豐形等風(fēng)道形式。
圖3 淺圓倉(cāng)的放射形(a)、梳形(b)、圭形(c)、豐形(d)、環(huán)形(e)風(fēng)道
淺圓倉(cāng)多年使用的經(jīng)驗(yàn)表明,減少通風(fēng)口數(shù)和增大風(fēng)道的出風(fēng)面積均能有效降低通風(fēng)阻力,提高通風(fēng)的綜合應(yīng)用效果[12],為方便均溫環(huán)流管的設(shè)置,推薦淺圓倉(cāng)采用兩組圭字形風(fēng)道布置的通風(fēng)形式,其優(yōu)點(diǎn)可概括為以下五個(gè)方面:①風(fēng)道結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、施工方便、出風(fēng)面大、通風(fēng)阻力小;②風(fēng)道可在淺圓倉(cāng)的兩側(cè)各建一組環(huán)流系統(tǒng),整個(gè)設(shè)計(jì)的通風(fēng)口、環(huán)流系統(tǒng)數(shù)、使用谷冷機(jī)臺(tái)數(shù)等減少一半,降低建造成本并便于操作管理;③用于氣體均布和倉(cāng)內(nèi)溫度均衡兩種環(huán)流功能的環(huán)流管可以合二為一(圖4),簡(jiǎn)化環(huán)流系統(tǒng)的設(shè)計(jì);④在日常保管中,采用橫向通風(fēng)方式可消除淺圓倉(cāng)糧堆底部中央的積熱[13];⑤在直長(zhǎng)主風(fēng)道內(nèi)實(shí)施風(fēng)道投藥,使熏蒸操作變得簡(jiǎn)單。
圖4 落地(a)與架空(b)淺圓倉(cāng)氣體均布和溫度均衡功能合并的環(huán)流管
在大豆入倉(cāng)過(guò)程中為減輕入糧時(shí)的自動(dòng)分級(jí)及儲(chǔ)藏過(guò)程中控制糧溫及倉(cāng)溫,布料器、空調(diào)和谷冷機(jī)等是必配的工藝設(shè)備。
減緩入糧時(shí)的分級(jí)現(xiàn)象,最有效的措施是清除雜質(zhì);其次是被動(dòng)采取減緩分級(jí)的措施。布料器(圖5)屬被動(dòng)減緩淺圓倉(cāng)入糧自動(dòng)分級(jí)的專用設(shè)施,主要是通過(guò)增多糧食落點(diǎn),減緩入倉(cāng)糧內(nèi)雜質(zhì)聚集現(xiàn)象,達(dá)到提高儲(chǔ)糧穩(wěn)定性的目的[14]。
圖5 常用的四種布料器
空調(diào)(圖6a)用于降倉(cāng)溫和糧堆表層溫度,設(shè)計(jì)時(shí)根據(jù)倉(cāng)內(nèi)糧堆上方空間大小,按12~18 W/m3制冷量估算配備空調(diào)的臺(tái)數(shù),運(yùn)行時(shí)總冷負(fù)荷只計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)、倉(cāng)內(nèi)設(shè)備和照明產(chǎn)生的熱量,其中墻體只計(jì)算屋面到糧面下1 m的熱量。
圖6 倉(cāng)房控溫的空調(diào)與谷冷機(jī)
谷冷機(jī)主要用于降低糧堆溫度、冷卻糧食、降低倉(cāng)溫和表層糧溫的操作,也是糧庫(kù)應(yīng)急處理發(fā)熱糧采用的主要設(shè)備。在日常儲(chǔ)糧管理中,小廒間平房倉(cāng)常用1臺(tái)谷冷機(jī)接兩個(gè)通風(fēng)口對(duì)糧堆進(jìn)行降溫 (圖6b),雙側(cè)通風(fēng)的平房倉(cāng)則使用兩臺(tái)谷冷機(jī)依次對(duì)糧堆進(jìn)行冷卻。淺圓倉(cāng)使用兩臺(tái)谷冷機(jī)對(duì)糧堆進(jìn)行降溫或冷卻通風(fēng),四組風(fēng)道設(shè)置的淺圓倉(cāng)則需一臺(tái)谷冷機(jī)并聯(lián)兩個(gè)通風(fēng)口進(jìn)行作業(yè)。 (未完待續(xù))