呂建華 張?jiān)?康宇龍

(河南工業(yè)大學(xué)糧油食品學(xué)院糧食儲(chǔ)藏與安全教育部工程研究中心，鄭州 450001)

在糧食儲(chǔ)藏環(huán)境、糧食及食品加工場(chǎng)所中時(shí)常發(fā)生儲(chǔ)糧害蟲的危害，對(duì)儲(chǔ)糧品質(zhì)和數(shù)量產(chǎn)生不利影響，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失[1]。糧食及食品加工場(chǎng)所害蟲的發(fā)生一直是困擾我國(guó)糧食加工行業(yè)健康發(fā)展的重要問(wèn)題，每年因害蟲為害引發(fā)的投訴問(wèn)題長(zhǎng)期得不到徹底解決。目前國(guó)內(nèi)外主要使用化學(xué)防治方法控制儲(chǔ)糧害蟲。但是由于長(zhǎng)期不合理使用化學(xué)藥劑，害蟲產(chǎn)生了嚴(yán)重的抗藥性，并且還伴隨著農(nóng)藥殘留、環(huán)境污染、人畜中毒等負(fù)面問(wèn)題[2-7]，迫使人們尋求一種安全、高效、可持續(xù)、環(huán)境友好的害蟲防治方法來(lái)替代化學(xué)防治。

熱處理殺蟲技術(shù)對(duì)環(huán)境安全、高效、無(wú)殘留，被認(rèn)為是可持續(xù)的非化學(xué)防治方法，用于控制儲(chǔ)藏物中的害蟲和螨類[8,9]。由于儲(chǔ)藏物害蟲生活在可以人為控制的環(huán)境，因此可以通過(guò)對(duì)儲(chǔ)藏物害蟲棲息地溫度的控制減緩害蟲種群增長(zhǎng)或?qū)⑵渫耆珰鏪10,11]。在開展熱處理殺蟲時(shí)一般將儲(chǔ)糧空倉(cāng)、糧食及食品加工場(chǎng)所空間溫度加熱升高到50～60 ℃，并保持該溫度24～36 h以殺死其中存在的害蟲[12-14]。

本文綜述了結(jié)構(gòu)空間熱處理殺蟲技術(shù)的發(fā)展歷史、基本原理、實(shí)施方法、技術(shù)要求以及優(yōu)缺點(diǎn)等，以期為今后高效實(shí)施結(jié)構(gòu)空間熱處理殺蟲及開展相關(guān)研究提供參考。

1 熱處理殺蟲技術(shù)的發(fā)展歷史

利用熱處理殺蟲有較長(zhǎng)歷史。1762年，法國(guó)學(xué)者記錄了用熱處理來(lái)控制儲(chǔ)藏物害蟲，在麥蛾Sitotrogacereallela(Oliver)嚴(yán)重爆發(fā)時(shí)，使用烤箱在69 ℃下加熱3 d，可以消滅谷物中麥蛾幼蟲。1885年，美國(guó)使用熱處理方式防治儲(chǔ)藏物害蟲[15]。美國(guó)農(nóng)業(yè)部昆蟲局的工作人員和各州的昆蟲學(xué)家對(duì)這種方法進(jìn)行了測(cè)試，發(fā)現(xiàn)熱處理是一種高效、成本低廉且對(duì)人沒有危害的殺蟲方法。Dean[8]提供了工廠使用高效熱處理的溫度相關(guān)數(shù)據(jù)，鼓勵(lì)食品加工廠使用這項(xiàng)技術(shù)。雖然許多工廠開始使用熱處理，但由于加熱會(huì)在一定程度上損壞工廠的木制地板、設(shè)備和生產(chǎn)線，并且在實(shí)際熱處理中無(wú)法達(dá)到和保持理想的溫度[16-18]，這項(xiàng)技術(shù)很快就被氰化氫、氯化苦和溴甲烷等廉價(jià)熏蒸劑熏蒸殺蟲處理取代[19]。

21世紀(jì)初，隨著工廠建筑和配套設(shè)施設(shè)備設(shè)計(jì)的進(jìn)步以及溴甲烷從市場(chǎng)上淘汰、化學(xué)殺蟲劑引起嚴(yán)重的環(huán)境污染、農(nóng)藥殘留及害蟲抗藥性等負(fù)面影響，人們重新對(duì)在食品加工場(chǎng)所中使用熱處理殺滅儲(chǔ)藏物害蟲產(chǎn)生了興趣[20,21]，甚至在某種情況下熱處理殺蟲已成為食品加工場(chǎng)所中防治儲(chǔ)藏物害蟲的理想選擇。目前，在北美洲、歐洲和澳洲已被廣泛應(yīng)用于殺滅空倉(cāng)和食品加工廠中的害蟲[22,23]。

2 熱處理殺蟲的基本原理

昆蟲是變溫動(dòng)物，其體溫隨著環(huán)境溫度的變化而變化，新陳代謝的速率和運(yùn)動(dòng)行為必然受環(huán)境溫度的影響[22]。昆蟲在一定的溫度范圍內(nèi)正常生存、發(fā)育和繁殖，當(dāng)溫度低于或高于一定的溫度時(shí)，昆蟲不能正常發(fā)育。極端低溫和高溫均會(huì)導(dǎo)致昆蟲大量死亡。當(dāng)溫度高于最適宜生存和發(fā)育溫度時(shí)，昆蟲的生長(zhǎng)發(fā)育就會(huì)受到抑制[24]。當(dāng)溫度在40 ℃以上時(shí)，大多數(shù)昆蟲表現(xiàn)出熱休克，并最終在長(zhǎng)時(shí)間暴露下死亡。一般來(lái)說(shuō)，儲(chǔ)藏物昆蟲暴露在40 ℃下24 h內(nèi)就會(huì)死亡，暴露在60 ℃下30 s內(nèi)即會(huì)死亡。根據(jù)昆蟲的生命活動(dòng)情況，影響昆蟲生命活動(dòng)的溫度范圍被劃分為5個(gè)溫區(qū)：致死高溫區(qū)、亞致死高溫區(qū)、適宜溫區(qū)、亞致死低溫區(qū)、致死低溫區(qū)(圖1)[24]。

圖1 儲(chǔ)藏物昆蟲溫區(qū)的劃分

在亞致死高溫范圍內(nèi)，昆蟲各種代謝過(guò)程的速度不一致，表現(xiàn)出熱昏迷狀態(tài)。隨著處理時(shí)間的延續(xù)，亦會(huì)導(dǎo)致昆蟲死亡。昆蟲的死亡取決于高溫的程度和持續(xù)時(shí)間。該溫區(qū)的溫度一般在40～50 ℃。在致死高溫范圍內(nèi)，昆蟲經(jīng)短時(shí)興奮后即死亡。這是由于高溫直接破壞酶系的作用，甚至蛋白質(zhì)遭到破壞[22]。這一破壞過(guò)程是不可逆的。對(duì)于儲(chǔ)藏物昆蟲而言，該溫區(qū)的溫度為50 ℃以上。

3 結(jié)構(gòu)空間熱處理殺蟲的實(shí)施方法

3.1 結(jié)構(gòu)空間熱處理殺蟲的加熱方式

利用固定式或移動(dòng)式的加熱器產(chǎn)生高溫氣體，經(jīng)風(fēng)機(jī)輸入到處理環(huán)境中，使處理空間環(huán)境溫度達(dá)到50～60 ℃，并維持24～36 h，達(dá)到殺蟲的目的[25-27]。一般采用蒸汽加熱、電加熱和燃?xì)饧訜?種方式。蒸汽加熱成本較低，但升溫較慢。電加熱升溫較快，使用方便，但成本較高。燃?xì)饧訜嵘郎剌^快，成本適中[28]。為保證處理環(huán)境加熱的均勻性，必要時(shí)可在處理環(huán)境中設(shè)置風(fēng)機(jī)或通風(fēng)管道，幫助熱空氣循環(huán)以加速其均勻分布。

3.2 結(jié)構(gòu)空間熱處理殺蟲的設(shè)備

熱空氣處理殺蟲使用設(shè)備主要有蒸汽加熱器、燃?xì)饧訜崞骱碗娂訜崞?。蒸汽加熱使用的加熱器有固定式加熱器和移?dòng)式加熱器兩種類型。許多食品加工廠中通常配備有固定式加熱鍋爐或移動(dòng)式加熱鍋爐用于生產(chǎn)[29]，這些蒸汽加熱鍋爐可以作為加熱器提供熱空氣處理殺蟲過(guò)程中的熱源。另外，一些食品加工廠配有固定式蒸汽加熱器或便攜式低壓蒸汽加熱器提供足夠的熱量進(jìn)行熱空氣處理殺蟲[29-31]。蒸汽加熱需要通過(guò)專用管道或者軟管將熱蒸汽輸送到需要進(jìn)行殺蟲處理的空間。蒸汽是用于熱空氣處理殺蟲過(guò)程中成本最低的加熱方式，但由于其殺蟲處理需要的時(shí)間較長(zhǎng)，特別是固定式蒸汽加熱器需要占據(jù)一定的生產(chǎn)空間，這種加熱方式實(shí)踐中使用較少。

燃?xì)饧訜崞魇菬峥諝馓幚須⑾x處理中比較常用的加熱方式[24，30,31]。在進(jìn)行熱空氣處理殺蟲時(shí)，燃?xì)饧訜崞鲗⒓訜岷蟮目諝廨斔偷叫枰M(jìn)行殺蟲處理的場(chǎng)所空間，熱空氣處理場(chǎng)所空間內(nèi)的空氣每小時(shí)交換4～6次。這種加熱方式一般使用天然氣或丙烷作為燃料，加熱效率高，使用成本適中，在熱空氣處理殺蟲實(shí)踐中使用較多。

當(dāng)使用電或蒸汽加熱器時(shí)，被處理空間空氣交換的次數(shù)是每小時(shí)1～2次。燃?xì)饧訜崮軌蚴篃崃康竭_(dá)建筑物空間和加工設(shè)備的縫隙，比電加熱器或蒸汽加熱器穿透性好。由于在燃料燃燒過(guò)程中會(huì)有明火，所以燃?xì)饧訜崞魍ǔ１环胖迷谠O(shè)施外，通過(guò)特制的尼龍管道將熱力輸送到設(shè)施內(nèi)。電加熱器使用成本最高[29]，所以一般在小規(guī)模的實(shí)驗(yàn)中使用[32]。

3.3 結(jié)構(gòu)空間熱處理殺蟲的基本過(guò)程

熱處理殺蟲基本過(guò)程為：對(duì)整個(gè)將要進(jìn)行熱處理殺蟲的空間環(huán)境徹底清理，清除各種設(shè)施設(shè)備管道內(nèi)部、地板上面殘留的粉塵、糧粒等殘留物[33]；移除不耐熱的設(shè)施設(shè)備或零部件；對(duì)整個(gè)將要進(jìn)行熱處理殺蟲的空間進(jìn)行密封處理；實(shí)施熱處理殺蟲，通過(guò)監(jiān)測(cè)不同部位環(huán)境溫度及其持續(xù)時(shí)間確保徹底殺蟲[33]；解除密封，進(jìn)行散熱降溫[29]；恢復(fù)原來(lái)的設(shè)施設(shè)備工作狀態(tài)，完成熱處理殺蟲過(guò)程。

3.4 結(jié)構(gòu)空間熱處理殺蟲的技術(shù)條件及要求

進(jìn)行熱處理殺蟲時(shí)，熱處理溫度在處理空間內(nèi)有水平和垂直分布的趨勢(shì)。因此在熱空氣處理過(guò)程中保證加熱環(huán)境的空氣循環(huán)至關(guān)重要。良好的空氣循環(huán)可以使熱量在環(huán)境中分布均勻，消除低于殺蟲溫度的區(qū)域，并避免局部過(guò)熱造成的損失[29]。進(jìn)行熱空氣處理殺蟲時(shí)一般在處理空間內(nèi)的不同位置、不同樓層合理擺放風(fēng)扇，促進(jìn)空氣循環(huán)，使空間熱量均勻分布。在熱空氣處理期間，應(yīng)根據(jù)實(shí)際溫度分布情況移動(dòng)風(fēng)扇，促使熱空氣處理向溫度低于50 ℃的區(qū)域流動(dòng)。

熱空氣處理殺蟲的有效性取決于熱空氣處理區(qū)域是否達(dá)到設(shè)定致死溫度(50～60 ℃)并保持足夠的時(shí)間[34,35]。在熱空氣處理過(guò)程中，被處理設(shè)施空間內(nèi)部溫度的水平和垂直分層導(dǎo)致熱量分布不均勻，可能造成某些部位過(guò)熱或加熱不足[36-38]。過(guò)熱可能會(huì)損壞設(shè)施空間內(nèi)部的熱敏設(shè)備，加熱不足可能導(dǎo)致昆蟲在熱空氣處理后仍然存活。一般來(lái)說(shuō)，如果沒有適當(dāng)?shù)募訜崮芰涂諝庋h(huán)，在地板、房間角落和地板墻壁連接處附近很難達(dá)到致死溫度(50～60 ℃)[39]。昆蟲傾向于從溫度較高的地區(qū)遷移到溫度較低的地區(qū)，以避免過(guò)度失水而死亡[5]。Mahroof等[12]研究了熱空氣處理過(guò)程中小麥粉廠和飼料廠的空間溫度變化，以及溫度變化對(duì)赤擬谷盜各個(gè)發(fā)育階段死亡率的影響，發(fā)現(xiàn)熱空氣處理空間存在水平和垂直的溫度分層，空氣流動(dòng)不好，加熱器和熱力輸送管道擺放不佳，門窗、地板、屋頂通風(fēng)口密封不嚴(yán)會(huì)造成熱量損失，這些都可導(dǎo)致工廠內(nèi)熱力分布不均勻。因此，在熱空氣處理過(guò)程中定期監(jiān)測(cè)處理空間不同位置的溫度，并采取調(diào)整措施，通過(guò)使用額外的加熱器、風(fēng)扇合理地將熱量從溫度較高的地方重新分配到溫度較低的地方是熱空氣處理成功的關(guān)鍵[40]。在熱空氣處理期間，昆蟲暴露在逐漸升高的環(huán)境溫度下，不同發(fā)育階段的昆蟲對(duì)逐漸升高溫度的適應(yīng)能力差異可能影響其隨后的高溫敏感性[41]。

在熱處理過(guò)程中實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)空間環(huán)境不同位置的溫度是成功實(shí)施熱空氣處理殺蟲的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[42]。在整個(gè)加熱和降溫過(guò)程中，應(yīng)每小時(shí)或更短的時(shí)間間隔來(lái)測(cè)量記錄空間環(huán)境溫度數(shù)據(jù)。歐美一些進(jìn)行商業(yè)熱空氣處理殺蟲的公司在熱空氣處理過(guò)程中，每隔1 h用手持式溫度計(jì)測(cè)量空間環(huán)境內(nèi)每一個(gè)角落的溫度，一旦所有角落測(cè)量溫度都達(dá)到50 ℃，就保持這個(gè)溫度至少24 h[33]。在對(duì)空間環(huán)境必要的部位進(jìn)行溫度監(jiān)測(cè)的同時(shí)，一般利用預(yù)設(shè)蟲籠和在熱空氣處理后使用誘捕器來(lái)檢驗(yàn)熱空氣處理的最終殺蟲效果。研究表明，多數(shù)儲(chǔ)藏物害蟲在50 ℃左右的環(huán)境中短時(shí)間內(nèi)便可徹底被殺死[10,43]。

3.5 結(jié)構(gòu)空間熱處理殺蟲的注意事項(xiàng)

熱處理殺蟲應(yīng)注意的問(wèn)題包括幾個(gè)方面：實(shí)施熱處理前要做好整個(gè)空間的清潔衛(wèi)生工作[42]；做好整個(gè)進(jìn)行熱處理殺蟲的空間環(huán)境不同部位的溫度監(jiān)測(cè)，確保各個(gè)部位均達(dá)到預(yù)定殺蟲溫度[33]；防止局部溫度過(guò)高對(duì)設(shè)施設(shè)備造成破壞，或達(dá)不到預(yù)定殺蟲溫度影響熱處理效果；在不同部位預(yù)設(shè)蟲籠，檢測(cè)殺蟲效果[29]；做好個(gè)人防護(hù)，避免高溫對(duì)身體的不利影響[35]。

4 熱處理與其他方法的聯(lián)合使用

熱處理也可以與其他技術(shù)結(jié)合起來(lái)用于防治儲(chǔ)藏物害蟲。與單獨(dú)使用某種技術(shù)相比，相互結(jié)合使用能夠顯著提高殺蟲效果。在溫度為50 ℃的環(huán)境中使用硅藻土，可以殺死全部赤擬谷盜成蟲[44]。氟氯氰菊酯和生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑烯蟲酯在熱處理過(guò)程中的有效性不受影響，并可增強(qiáng)其對(duì)赤擬谷盜的作用效果[45]。在商品檢疫處理的過(guò)程中也可以使用冷熱結(jié)合的處理方式殺滅害蟲[46]。在環(huán)境溫度或典型儲(chǔ)存溫度下進(jìn)行氣調(diào)(Controlled atmospheres，CA)殺蟲處理通常需要幾天時(shí)間才能完全控制節(jié)肢動(dòng)物害蟲，而在高溫條件下，則僅需要數(shù)小時(shí)即可達(dá)到控制效果[47]。

5 熱處理殺蟲技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和局限性

熱處理殺蟲技術(shù)對(duì)環(huán)境友好，操作簡(jiǎn)單，對(duì)工作人員幾乎沒有風(fēng)險(xiǎn)。在歐美等國(guó)使用殺蟲劑需要得到有關(guān)管理機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)，而熱處理殺蟲處理則不需要通過(guò)監(jiān)管機(jī)構(gòu)注冊(cè)。與熏蒸殺蟲相比，熱處理殺蟲適用于整個(gè)工廠或局部區(qū)域，在對(duì)某個(gè)車間進(jìn)行熱處理殺蟲時(shí)其他車間也能正常運(yùn)作[29]。雖然熱處理殺蟲有許多優(yōu)點(diǎn)，但這項(xiàng)技術(shù)也有一些局限性。一是熱處理的成本較高；二是熱量分布不均，不能很好地滲透到儲(chǔ)藏物產(chǎn)品內(nèi)部[10,43]；三是加熱可能使小麥粉廠中的塑料和木材制品、傳輸帶和軸承等損壞，影響建筑物結(jié)構(gòu)的完整性[18]；四是高溫可能導(dǎo)致電子設(shè)備損壞，在進(jìn)行熱處理殺蟲時(shí)應(yīng)加以妥善保護(hù)[29]。因此，在熱處理前需要進(jìn)行大量的清潔衛(wèi)生工作。在熱處理過(guò)程中，必須將殘留產(chǎn)品從設(shè)備中移出，以防止害蟲將其作為庇護(hù)所逃脫熱處理過(guò)程。

6 結(jié)論與展望

儲(chǔ)糧害蟲的生存空間多為人為環(huán)境，且昆蟲對(duì)環(huán)境溫度的變化最為敏感，在此環(huán)境中人工調(diào)控生態(tài)因子控制害蟲是一種有效、可行的手段。熱處理殺蟲技術(shù)作為一種操作簡(jiǎn)單、與環(huán)境相容性好、基于生態(tài)原理的害蟲防治方法，近年來(lái)已重新成為世界儲(chǔ)糧害蟲防治領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。在不考慮房屋結(jié)構(gòu)和機(jī)械損傷的情況下，結(jié)構(gòu)空間熱處理殺蟲技術(shù)是一種經(jīng)濟(jì)有效的殺滅空倉(cāng)、糧食及食品加工廠中害蟲的方法。今后，對(duì)于如何使熱處理殺蟲過(guò)程中結(jié)構(gòu)空間不同部位的溫度分布均勻、明確儲(chǔ)糧害蟲在熱處理殺蟲過(guò)程中的行為反應(yīng)等問(wèn)題需要進(jìn)一步研究，為在實(shí)踐中科學(xué)高效實(shí)施熱處理殺蟲技術(shù)提供理論支持。