内环流控温技术在长江以南地区的应用研究

马倩婷 吴宏 何伟 万忠民

摘要：内环流控温技术能够对三北地区储藏的粮食起到良好的控温、控湿、减少能耗作用。本文选取中央储备粮南京直属库（38仓和40仓）进行内环流技术应用研究，通过探究环流期间粮情变化、稻谷品质变化和水分迁移情况，探讨内环流控温技术在长江以南地区应用的可行性。研究结果表明：内环流控温储粮技术在南京库的应用，体现出较好的粮层均温效果，有利于降低表层粮食温度，控制粮食高温季节劣变程度，具有较好的保水作用，粮堆内部水分迁移有利于提升稻谷抗逆性。

关键词：长江以南;内环流控温;应用效果

中图分类号：TS210.4

基金项目：“十三五”国家重点研发计划“现代粮仓绿色储粮科技示范工程”（2016YFD0401605）。

作者简介：马倩婷，女，硕士，研究方向为农产品加工与贮藏。

通信作者：万忠民，男，副教授，研究方向为粮食储运。

内环流技术，又称内环流控温储粮技术，在夏季利用粮堆自身的冷能来控制粮堆表层温度的上升，节能减损优势非常明显，在三北地区粮食仓库日渐普及。近年来，内环流技术对于彻底解决“热皮冷心”现象受到广泛的关注，针对长江以南地区夏季温度过高、冷量不足的现状以及内环流只能在北方使用的误区，于中央储备粮南京直属库有限公司进行内环流储藏稻谷的研究，通过对环流期间粮堆稻谷的品质检测，探究内环流控温储粮技术在长江以南地区应用的可行性。本文选取南京直属库的38号仓（试验仓）和40号仓（对照仓）进行内环流技术应用研究，对其2019年夏季环流期间粮食品质变化情况进行研究，进行其储藏品质测定，主要品质包括水分、脂肪酸值、发芽率、出糙率、黄粒米等。此外，利用低场核磁对试验仓环流期间的水分迁移状况进行阐述，分析环流期间的水分迁移规律，为内环流储粮技术的良好应用提供依据和指导。

1 材料

1.1 试验仓条件

1.1.1 试验仓房的基本情况

试验库点选取第四储粮生态区中央储备粮南京直属库，属于长江以南地区。选取南京库38号仓作为试验仓，40号仓作为对照仓。试验仓使用内环流储粮技术储藏，对照仓为间歇式空调降温储藏。试验仓与对照仓储藏的粮食为2018年新收获的粳稻，品种为嘉花1号。基本情况如表1所示。

1.1.2 内环流系统的基本情况

38号仓试验前已完善隔热保温措施，仓窗、通风洞均用PEF板封堵，一机三管道进行通风，共4台风机。经风压测试：风机全压95Pa，动压18Pa，出风口风速5.47m/s，总风量约为2 473.28m3/h。试验仓和对照仓经冬季蓄冷后平均粮温分别为9.7℃、7.5℃，夏季环流试验前平均粮温分别为16.9℃、14.3℃，环流期间为自动启停，启停温度分别为19.9℃、16.9℃。

1.2 仪器设备

砻谷机，BLH-3250：浙江伯利恒仪器设备有限公司;精米机，BLH-3100：浙江台州粮仪厂;旋风式粉碎磨，FS-II：杭州大成光电仪器有限公司;电子分析天平，JY53002：上海良平仪器仪表有限公司;电热鼓风干燥箱，101-34S：上海苏进仪器设备厂;恒温培养振荡器，ZHWY-1102：国华电器有限公司;大米外观品质检测仪，JMWT12：北京东孚久恒仪器技术有限公司;核磁共振分析仪，NMI-20 Analyst：上海纽迈电子科技有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 扦样方法

对水分迁移规律的探究选取仓内中心部位进行扦样，分别选取粮面（0m）、距粮面0.5m、距粮面1.5m、距粮面2.5m、距粮面3.5m、距粮面4.5m、距粮面5.5m、距粮面6.5m共8个部位进行扦样。对粮堆品质的探究选取粮堆接收阳光照射影响最大的东南角进行扦样，分层扦样情况与中心部位一致，可视东南角为整仓粮食品质最低值。试验仓与对照仓取样点一致。

1.3.2 指标测定方法

水分检测参照国标《粮油检验 稻谷水分含量测定》（GB/T 24896—2010）;脂肪酸值检测参照国标《粮油检验 粮食、油料脂肪酸值测定》（GB/T 5510—2011）;发芽率检测参照国标《粮油检验 籽粒发芽试验》（GB/T 5520—2011）;出糙率检测参照国标《粮油检验 稻谷出糙率检验》（GB/T 5495—2008）;黄粒米检测参照国标《粮油检验 稻谷黄粒米含量测定》（GB/T 35881—2018）。所有品质平行测定3次，取平均值。数据统计采用SPSS 20.0进行独立样本T检验（P<0.05），以确定不同处理之间的显著差异，使用Origin 9.0作图。

水分迁移规律的探究采用NMI-20Analyst型核磁共振分析仪，选择15mm线圈，采用FID序列对标准油样进行单次采集校正中心频率，称取（1.50±0.05）g稻谷样品于核磁管中，采用CPMG序列进行数据采集，参数设置为：主频SF=19MHz，采样频率SW=200kHz，90°硬脉冲射频脉宽P1=13μs，180°硬脉冲射频脉宽P2=25μs，信号采样点数TD=300 150，重复采样等待时间TW=1 500ms，重复采样次数NS=32，回波个数NECH=7 500。每个样品平行测9次，取平均值。

1.4 粮情监测系统布点

试验仓与对照仓内测温点均为矩阵布点，分为上、中上、中、中下及下共5层，每层测35个点，共175个测温点。试验仓于2019年8月12日至23日开启内环流系统，根据粮情检测系统记录试验期间仓内粮温仓温变化情况。

2 结果与讨论

2.1 粮情情况分析

环流前后试验仓与对照仓粮温变化情况如图1所示。试验仓于8月中上旬至下旬开启内环流系统，气温居高不下，约为28℃～34℃，气湿约为67%～75%。环流期间，试验仓仓温约为23.8℃～25.3℃，低于对照仓0.5℃～1℃;仓湿约30.1%～42.9%，高于对照仓2.6%～7.6%。内环流应用期间，试验仓全仓平均温度低于20℃，表层粮温约为21.92℃～23.76℃;对照仓全仓平均温度低于15℃，表层粮温约为21.8℃～22.73℃。对照仓根据粮情状况采用空调控温，仓温明显降低，低于试验仓约为5℃，各层粮温均较低，但表层与中上層温差约为7℃，温差过大易引起结露、虫害等问题。试验仓在内环流系统作用下，均温效果良好，各粮层温差较小，表层与中上层温差仅2℃～4℃，减少了粮食储运不良情况的发生。

2.2 稻谷储藏期间品质变化分析

2.2.1 水分含量的变化

环流应用期间不同粮层部位水分含量的变化情况如图2所示。环流应用期间试验仓各层稻谷的水分含量均有所下降，表层和中上层稻谷水分下降速率较快，约为18.5%，有显著性差异（P<0.05），表层稻谷夏季白天接受阳光辐射时间长，表层温度较高，且环流风机运行时易遗落仓房四角部位，故水分损失较多;中层稻谷下降速率较慢，约为2.68%，无显著性差异（P>0.05），中下层及下层冷心部位在环流通风期间，冷心减少，温度有所升高，水分含量约为11.68%～12.49%，均在粮食储藏安全水分范围内。对照仓中层及以上稻谷水分随着外温升高有所减少，但中层及以下水分略有升高，上升速率约为6.31%，有显著性差异（P<0.05），原因可能在于高温期间，当对照仓仓温过高时，粮库会采取间接式空调降温，空调温度维持约为22℃，导致粮堆内部水分向下迁移，但总体粮情较好，稻谷水分含量在安全水分范围内[1]。

2.2.2 脂肪酸值的变化

环流应用期间不同粮层部位脂肪酸值的变化情况如图3所示。环流通风期间试验仓各层脂肪酸值有所升高，但不显著（P>0.05），表现为中上层高，表层及中下层次之，底层最低。环流期间抽取冷心冷量应用于粮堆表层，达到控制表层温度的作用，可能造成中上层粮温温度高于表层粮温，稻谷的脂肪酶活性较强，催化生成游离脂肪酸的速度加快[2-3]，故脂肪酸值升高，由于整仓仓内环境温度随外温有所升高，故各层稻谷脂肪酸值均呈现上升趋势。对照仓稻谷脂肪酸值变化情况与试验仓基本一致，但中下层及下层稻谷的脂肪酸值上升速率较大，空调的应用使得粮堆表面温度得以控制，但中下层及以下粮层的均温效果不足，无法有效抑制粮仓东南角中下层粮食脂肪酸值的增加。

2.2.3 发芽率的变化

稻谷发芽能力的高低，说明其种用品质和制芽品质在储藏或干燥中的劣变程度[4]。环流应用期间不同粮层部位发芽率的变化情况如图4所示。

由图4可知，环流通风期间，不论是试验仓还是对照仓，其稻谷的发芽率均随着储藏时间的增加而降低，有显著性变化（P<0.05），且粮堆中层及以上稻谷普遍发芽率较低，低于粮堆中下层与底层稻谷。高温对稻谷的种用品质影响很大，夏季高温天气白天温度最高时，粮仓墙壁经阳光辐射后温度高达60℃～70℃，粮堆四周及表层粮食品质劣变明显，抑制种子体内酶活，显著降低稻谷的发芽势与发芽率，加速稻谷的陈化和生理衰老。

2.2.4 出糙率的变化

环流应用期间不同粮层部位出糙率的变化情况如图5所示。环流通风应用期间，试验仓与对照仓不同粮层部位的稻谷出糙率均无明显变化，且各层稻谷出糙率品质在误差范围内表现均衡，无过低或过高现象，仅表层有所下降，试验仓表层稻谷出糙率由82.04%降至79.47%，变化幅度为2.57%，对照仓表层稻谷出糙率由81.28%降至80.50%，变化幅度为0.78%，均有显著变化（P<0.05），但不同粮层稻谷的出糙率均维持在80%以上，稻谷能保持较好的商用价值[5]。

2.2.5 黄粒米的变化

环流应用期间不同粮层部位黄粒米的变化情况如图6所示。试验仓与对照仓稻谷黄粒米均有所上升，夏季温度高引起品质劣变，环流控温对于其黄变的抑制能力较弱。试验仓表层稻谷黄粒米由2.4%上升至3.6%，冷心稻谷黄粒米由2.9%上升至5.4%，变化显著（P<0.05），冷心稻谷黄粒米增速高于表层稻谷，墙壁附近稻谷品质受外温影响大、内环流控温系统对各粮层的均温效果导致冷心部位温度上升，加快黃变速率;而内环流控温系统的表层降温效果在一定范围内抑制了表层粮温的上升，减缓了黄变速率。对照仓稻谷环流前后黄粒米数量差距约为2.5%～3.8%，有显著变化（P<0.05）。

2.3 水分迁移规律分析

试验仓环流期间稻谷横向弛豫时间反演谱变化趋势图如图7所示。基于稻谷中不同氢质子在磁场中的横向弛豫特性差异，以及核磁峰面积总和与含水率的极显著线性关系，LF-NMR技术可以定性和定量地分析籽粒内部的水分状态和分布差异[6]，横向弛豫时间的长短与质子自由度密切相关，质子所受束缚力越大，横向弛豫时间越短，反之横向弛豫时间越长。观察试验仓环流期间稻谷横向弛豫时间反演谱变化趋势图可知，内环流应用前后反演图谱先后出现了2个峰，出于方便描述，便分别定义为T21峰、T22峰。T21峰（0.1～10ms）定义为结合水，这一部分的水与稻谷内部淀粉和蛋白质等大分子结合紧密;T22峰（10～100ms）定义为自由水，这一部分的水是稻谷的液泡、原生质和细胞间隙中流动性最强的水[7-8]。环流前后整体的反演图谱和T2峰值时间明显向左迁移，稻谷内的氢质子自由度降低，水分子流动性减弱，自由水束缚性更强，代谢活动减弱，生长缓慢，由自由水向结合水迁移。

试验仓环流期间总弛豫峰面积、T21和T22峰面积（幅值）随时间变化趋势图如图8所示。由图8（a）可知，试验仓表层稻谷总弛豫峰面积呈现先下降后上升的趋势，而表层下0.5～6.5m总弛豫峰面积呈现先上升后下降的趋势。由图8（b）、图8（c）可知，试验仓表层稻谷中结合水的含量先下降后上升，表层下0.5～6.5m稻谷中结合水的含量呈现先上升后下降的趋势;试验仓稻谷自由水的含量呈现先上升后下降的趋势。试验仓表层稻谷受外温影响，表层粮温升高，稻谷失水导致结合水含量降低，但表层在环流作用下接收大量冷心冷量，存在水分梯度差异，空气中的部分过饱和水蒸气会附着和凝结在稻谷表面形成部分自由水，但自由水的峰面积变化不大。环流7d（即环流后期）冷心不足，稻谷抗逆性增强，自由水转化为结合水;环流后7～14d，已至8月下旬，试验仓停止环流控温，仓温较高，故试验仓表现为自由水向结合水迁移。

3 结论

3.1 内环流控温储粮技术与空调控温技术均能有效防止稻谷品质劣变

试验仓与对照仓的表层水分含量、发芽率均有所降低，脂肪酸值和黄粒米有所上升，具体表现为试验仓内环流控温储藏和对照仓空调控温储藏下的表层稻谷水分含量、发芽率、出糙率、黄粒米均变化显著（P<0.05），试验仓表层稻谷脂肪酸值相对稳定，无显著性差异（P>0.05）。总体粮情较好，能够保证稻谷品质符合国家优质精米要求。

3.2 内环流控温储粮技术在南方也有较好的粮层均温效果

内环流控温储粮技术在南京库的应用体现出较好的粮层均温效果，有利于降低表层粮食温度，控制粮食在高温季节的劣变程度，有较好的保水作用，粮堆内部水分迁移有利于提升稻谷的抗逆性。环流后稻谷内的氢质子自由度降低，水分子流动性减弱，由自由水向结合水迁移;表层在环流作用下接收大量冷心冷量，存在水分梯度差异，空气中的部分过饱和水蒸气会附着和凝结在稻谷表面形成自由水;环流后期冷心不足，稻谷抗逆性增强，自由水转化为结合水。

参考文献：

[1]邵学良，刘志伟，陆晖，等.稻谷水分含量测定方法的比较[J].粮食储藏，2009，38（3）：52-54.

[2]杨基汉，张瑞，王璐，等.高湿条件下温度对储藏稻谷水分和脂肪酸值的影响研究[J].粮食储藏，2011，40（1）：45-47.

[3]付消费，宋伟，钱家诚，等.不同储藏条件对粳稻品质变化的影响研究[J].粮食科技与经济，2019，44（2）：79-87.

[4]陈银基，蒋伟鑫，曹俊，等.温湿度动态变化过程中不同含水量稻谷的储运特性[J].中国农业科学，2016，49（1）：163-175.

[5]万忠民，徐宁.不同储藏温度下稻谷的品质劣变[J].粮食与食品工业，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，时小转，等.稻谷低温低湿干燥特性与水分迁移分析[J].食品工业科技，2017，38（5）：114-119.

[8]刘潇，沈飞，黄怡，等.基于LF-NMR的糙米发芽过程水分状态变化[J].中国粮油学报，2018，33（4）：7-12.