崔英俊，王相友

(山東理工大學(xué) 農(nóng)業(yè)工程與食品科學(xué)學(xué)院,山東 淄博 255000)

1 馬鈴薯貯藏的農(nóng)藝要求

馬鈴薯的休眠期可以分為三個(gè)階段，即為休眠準(zhǔn)備期、生理休眠期以及休眠蘇醒期，而度過生理休眠期之后薯塊開始發(fā)芽，新陳代謝速度加快，因此可通過延長(zhǎng)馬鈴薯休眠期以減少采后損失。根據(jù)馬鈴薯農(nóng)藝要求，不同用途的馬鈴薯應(yīng)該設(shè)置不同的貯藏溫度，種薯貯藏溫度為2～4 ℃，食用薯貯藏溫度為4～6 ℃，加工用原料薯貯藏溫度6～10 ℃[1-3]。在貯藏期間需要保持適宜的庫(kù)內(nèi)濕度，薯塊表面保持干燥，同時(shí)避免薯內(nèi)水分大量損失；在貯藏期間保持良好的通風(fēng)，不要引起二氧化碳的積累，以免因組織窒息而產(chǎn)生黑心[4]。

馬鈴薯在較高的貯藏溫度下會(huì)發(fā)芽，將馬鈴薯塊莖分別貯藏在12 ℃和4 ℃環(huán)境中，通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)發(fā)芽率都呈現(xiàn)出逐漸增加后下降的趨勢(shì)，但是12 ℃條件下的馬鈴薯塊莖發(fā)芽速度較快[5]。庫(kù)內(nèi)貯藏溫度較低時(shí)，馬鈴薯出現(xiàn)冷害和凍害現(xiàn)象，內(nèi)部組織發(fā)生褐變，進(jìn)而變質(zhì)腐爛。馬鈴薯變青受品種、成熟度和光照等因素的影響，除了自身問題外，光照變青是主要因素，貯藏期間應(yīng)最大限度的避免光照，以避免馬鈴薯出現(xiàn)“青皮”的現(xiàn)象，而 “青皮”現(xiàn)象，會(huì)伴隨著龍葵素的生成，食用會(huì)造成中毒的現(xiàn)象[6-8]。

2 貯藏庫(kù)建造

根據(jù)馬鈴薯貯藏的農(nóng)藝條件，貯藏庫(kù)的建造應(yīng)選擇較合適的地方，比如交通比較便利方便馬鈴薯的運(yùn)輸，以及地勢(shì)較開闊利于庫(kù)內(nèi)通風(fēng)。庫(kù)的類型根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂蛞约百A藏條件進(jìn)行決定，并且在庫(kù)的頂部以及四周壁均加入保溫層，保證庫(kù)內(nèi)的氣候條件可以調(diào)控。該馬鈴薯貯藏庫(kù)屬于庫(kù)房式建筑，庫(kù)房的建筑面積為23.5 m×52 m，且每個(gè)庫(kù)房的馬鈴薯容量為2500 t，頂部為弧形設(shè)計(jì)，其主要目的是使庫(kù)內(nèi)保持較大的循環(huán)通風(fēng)空間。

3 貯藏設(shè)備

3.1 進(jìn)氣窗和出氣窗

馬鈴薯在貯藏期間需要相對(duì)封閉的環(huán)境，因自身呼吸作用導(dǎo)致貯藏庫(kù)內(nèi)的環(huán)境發(fā)生變化，而進(jìn)氣窗和出氣窗的設(shè)計(jì)能夠使庫(kù)內(nèi)、外環(huán)境實(shí)現(xiàn)流通以改善庫(kù)內(nèi)環(huán)境。

進(jìn)、出氣窗的大小是根據(jù)最大通風(fēng)量進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的通風(fēng)量應(yīng)滿足排出多余熱量的通風(fēng)量、降低庫(kù)內(nèi)CO2濃度的通風(fēng)量、排除庫(kù)內(nèi)水汽的通風(fēng)量，三者最大值[9]。經(jīng)過理論分析與經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，排除庫(kù)內(nèi)多余熱量的通風(fēng)量為三者中的最大值，因此進(jìn)氣窗的最大開口量根據(jù)最大通風(fēng)量進(jìn)行設(shè)計(jì)。

排除多余熱量所需通風(fēng)量為

(1)

式中Lh—排除多余熱量的通風(fēng)量，m3·h-1；

Q—庫(kù)內(nèi)的熱量，kW；

CP—空氣定壓比熱容；

ρ—空氣密度，常溫下可取1.2 kg·m-3；

ΔT—進(jìn)出貯藏庫(kù)空氣的溫度差，℃。

Lmax=3600×SC×VA

(2)

式中Lmax—最大通風(fēng)量，m3·h-1；

SC—最大開口量的橫截面積，m2；

VA—經(jīng)過進(jìn)氣窗各點(diǎn)的平均速度，m·s-1。

貯藏庫(kù)選址地區(qū)全年日平均風(fēng)速為4 m·s-1，經(jīng)計(jì)算的最大通風(fēng)量為1.022×105m3·h-1，將數(shù)值帶入式(2)，得到SC=7.097 m2，為了保證合理性以及進(jìn)氣窗開口量，將橫截面積的值取SC=7.2 m2。

根據(jù)實(shí)際的情況，有時(shí)不需要進(jìn)氣窗全部開啟，因此進(jìn)氣窗結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為兩扇窗頁(yè)，并且呈上下分布，大的窗扇在下，小的窗扇在上，為了根據(jù)庫(kù)內(nèi)環(huán)境使進(jìn)氣窗具有合適的開口度，使每扇窗葉各有1個(gè)推桿；出氣窗采用進(jìn)氣窗同樣的設(shè)計(jì)方式，但呈左右分布。當(dāng)正常工作時(shí)，兩扇窗扇需要依次打開，即進(jìn)氣窗大窗扇完全開啟后，小窗扇才開始開啟。而當(dāng)進(jìn)氣窗關(guān)閉時(shí)，先將小窗扇完全關(guān)閉后，大窗扇才開始開啟關(guān)閉。出氣窗的啟閉與進(jìn)氣窗保持一致。

3.2 風(fēng)機(jī)和加濕裝置

當(dāng)進(jìn)氣窗開啟時(shí)，需要將新鮮空氣與庫(kù)內(nèi)空氣進(jìn)行交換，或者進(jìn)氣窗關(guān)閉時(shí)，需要進(jìn)行庫(kù)內(nèi)空氣內(nèi)循環(huán)，但由于庫(kù)房整體較大，需要在合適的位置安裝合適的設(shè)備以加速空氣的流動(dòng)。因此，在靠近進(jìn)氣窗位置安裝風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)啟動(dòng)后，可以快速吸入空氣并加速將空氣吹入庫(kù)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)空氣的循環(huán)。

該貯藏庫(kù)采用2個(gè)風(fēng)機(jī)進(jìn)行吹風(fēng)，呈現(xiàn)左右分布。兩臺(tái)風(fēng)機(jī)串聯(lián)安裝，在確定的風(fēng)量下獲得較大的風(fēng)壓，風(fēng)機(jī)安裝在風(fēng)道的頂部，在相對(duì)風(fēng)阻較小的情況下，能夠?qū)⒆銐虻娘L(fēng)量送入庫(kù)內(nèi)，達(dá)到降溫、通風(fēng)以及保濕的目的。因此選用軸流式風(fēng)機(jī)，兩個(gè)風(fēng)機(jī)的中心基本與加濕簾的中心位于同一水平線。工作時(shí)，兩個(gè)風(fēng)機(jī)同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)，共同完成空氣的內(nèi)、外循環(huán)。

風(fēng)機(jī)的選擇對(duì)于貯藏庫(kù)有重要的作用，而風(fēng)機(jī)主要依靠風(fēng)壓進(jìn)行選擇。風(fēng)機(jī)性能參數(shù)風(fēng)壓是指在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的全壓。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)是壓力P20=101.3 kPa，溫度t=20 ℃，相對(duì)濕度φ=50%的大氣狀態(tài)。若貯藏庫(kù)建造地不是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，兩種狀態(tài)下的空氣物性參數(shù)不同，需要進(jìn)行參數(shù)變換。

標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)氣狀態(tài)的風(fēng)機(jī)全壓為P20，空氣密度為ρ20；非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的空氣密度為ρ，風(fēng)機(jī)全壓為p，則全壓關(guān)系有

(3)

一般風(fēng)機(jī)的進(jìn)氣狀態(tài)就是當(dāng)?shù)氐拇髿鉅顟B(tài)，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程P=ρRT有

(4)

Pa、ρ、T表示當(dāng)?shù)卮髿鈮?、空氣密度和空氣溫度。?dāng)?shù)氐拇髿鈮簽镻a=92.52 kPa，ρ=1.395 kg·m-3，T=-20 ℃，帶入P=ρRT，求得當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境下的風(fēng)壓P=107.1kPa。

由于電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速一般為2900 r·min-1，1450 r·min-1，960 r·min-1，由風(fēng)壓看出風(fēng)機(jī)為高壓風(fēng)機(jī)，因此選用較大轉(zhuǎn)速n=2900 r·min-1。求得比轉(zhuǎn)速ns

(5)

式中n—風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，r·min-1；

Lmax—最大通風(fēng)量，m3·h-1；

P—非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的風(fēng)機(jī)全壓，Pa；

解得ns=61.89 r·min-1。

風(fēng)機(jī)的葉輪外徑

(6)

式中ψ—壓力系數(shù)；

ρ—介質(zhì)密度，kg·m-3；

P—風(fēng)機(jī)全壓非標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的風(fēng)機(jī)全壓，Pa。

考慮其制造以及安裝的實(shí)際問題，將風(fēng)機(jī)的外徑尺寸進(jìn)行取整為D=0.95 m。

當(dāng)貯藏庫(kù)內(nèi)濕度達(dá)不到貯藏要求時(shí)，需要安裝加濕裝置使庫(kù)內(nèi)的濕度環(huán)境得到改善。該貯藏庫(kù)的加濕裝置由加濕簾與水泵組成，加濕簾采用特種材質(zhì)波紋蜂狀，水泵安裝在水槽的一側(cè)，當(dāng)庫(kù)內(nèi)需要進(jìn)行加濕時(shí)，水泵向水槽內(nèi)注水，通過風(fēng)機(jī)吹透加濕簾加濕庫(kù)內(nèi)環(huán)境。

加濕過程為進(jìn)氣窗開啟，加濕簾吸取水槽內(nèi)的注水，當(dāng)風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)工作時(shí)，吹透加濕簾，通過將水分霧化并吹入庫(kù)內(nèi)，達(dá)到加濕貯藏庫(kù)環(huán)境的目的，風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)，庫(kù)外的空氣從進(jìn)氣窗進(jìn)入流經(jīng)加濕簾的多孔濕潤(rùn)表面，將水分帶入庫(kù)內(nèi)，增加庫(kù)內(nèi)濕度。其先后順序?yàn)檫M(jìn)氣窗—風(fēng)機(jī)—加濕簾—風(fēng)道，為了使水分充分進(jìn)入庫(kù)內(nèi)，庫(kù)內(nèi)墻底部一端設(shè)有扇形窗口與風(fēng)道相連，通過一個(gè)個(gè)帶孔的扇形鐵板與另一端相連，增大庫(kù)內(nèi)與風(fēng)道的接觸面積，也能使水分或者空氣通過鐵板的孔隙充分進(jìn)入。

3.3 混氣裝置

為了保證進(jìn)氣窗開啟合適的角度以及進(jìn)氣時(shí)使空氣充分與庫(kù)內(nèi)空氣混合，該貯藏庫(kù)增加了混氣裝置。該混氣裝置由混氣框和進(jìn)氣窗構(gòu)成，將兩者設(shè)計(jì)為一體。該貯藏庫(kù)設(shè)計(jì)進(jìn)氣窗開啟角度為60°，所形成的混氣區(qū)間呈30°，保證內(nèi)外循環(huán)過程中能夠較大程度的混合。當(dāng)進(jìn)氣窗開啟后，若空氣從進(jìn)氣窗位置進(jìn)入庫(kù)內(nèi)，會(huì)使靠近進(jìn)氣窗位置的O2濃度大，而遠(yuǎn)端的CO2濃度以及O2濃度基本沒有變化，達(dá)不到調(diào)控庫(kù)內(nèi)氣體濃度的目的，所以為了使空氣經(jīng)過庫(kù)內(nèi)風(fēng)道再通過多個(gè)扇形窗口進(jìn)入庫(kù)內(nèi)，需要安裝隔斷，將空氣進(jìn)行阻隔，使其通過風(fēng)機(jī)吹向風(fēng)道的過程更為合理。

4 結(jié)論

(1)馬鈴薯貯藏庫(kù)采用庫(kù)房式的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，保證了合適的貯藏量；進(jìn)、出氣窗、混氣裝置以及風(fēng)機(jī)等裝置能夠?qū)崿F(xiàn)庫(kù)內(nèi)空氣的內(nèi)外循環(huán)；增加水泵和加濕簾，保持庫(kù)內(nèi)的濕度，使馬鈴薯貯藏獲得較好的效果。

(2)通過設(shè)計(jì)進(jìn)風(fēng)窗的大小以及風(fēng)機(jī)的尺寸，使庫(kù)房獲得足以降低庫(kù)房氣候環(huán)境、調(diào)節(jié)CO2的濃度以及保持庫(kù)房合適濕度的風(fēng)量，通過安裝在風(fēng)道頂部的風(fēng)機(jī)增壓，壓入庫(kù)房?jī)?nèi)完成通風(fēng)工作。