东南沿海地区浅圆仓进口大豆控温气调试验*

董晓欢 岳纲冬 白春启 史常旋 吴东亮 张河毅

(1 中央储备粮厦门直属库有限公司 361026)(2 中国储备粮管理集团有限公司福建分公司 350008)(3 河南工业大学粮油食品学院 450000)

我国是大豆消费大国，2019年进口大豆约占全国大豆消费总量的90%[1]。进口大豆由于杂质含量高、含油量高、入境前储藏环境较差等原因，导致其存在易发热、易发霉、易生虫和易结露的问题[2]。尤其在高温高湿的东南沿海地区，浅圆仓进口大豆的长期安全储藏问题亟待解决。

中央储备粮厦门直属库有限公司(以下简称厦门库)位于东南沿海地区，年平均气温21℃，冬季温暖湿润、夏季高温高湿。控温气调技术是一种综合运用氮气气调、空调控温和内环流均温的绿色储粮技术，该技术的运用可使高温高湿地区浅圆仓内粮食长期保持准低温的安全状态，同时起到杀虫、防霉、抑菌和延缓粮食品质劣变的作用[3]。因此，探究控温气调技术对厦门库浅圆仓进口大豆安全储藏的影响，对东南沿海地区的进口大豆储藏有重要的参考意义。

1 材料和方法

1.1 试验仓及配套设施

试验仓203仓，对照仓205仓、302仓均为浅圆仓；内径24 m，装粮线高25.82 m，设计仓容为8500 t；仓墙为钢筋砼结构，厚度28 cm。供试仓房配备了智能充氮系统、内环流均温系统、专用空调控温系统、数字测温系统及阀控式防分级装置等储粮设备。粮仓专用空调通过保温管道连接到仓内，为防止漏气和熏蒸造成空调腐蚀，在进出风管中安装有电动气密蝶阀。

1.2 储粮情况

试验粮食基本情况见表1。

表1 储粮情况

1.3 仪器与设备

1.3.1 智能充氮系统 产气量为400 Nm3/h的变压吸附式制氮机组，产气浓度为99.5%。

1.3.2 数字测温系统 北京产，软件型号VER 9.4-20140815。

1.3.3 粮仓专用空调 上海产，型号YGLA-022DA/A，制冷量22.8 kW，功率9.1 kW。

1.3.4 内环流风机 深圳生产，型号HF-250PE，额定功率255 W。

1.3.5 阀控式防分级装置 江门产。

1.3.6 氧气浓度检测仪 德国产，型号X-am5000。

1.4 试验方法

1.4.1 备仓工作 进口大豆经长时间的夏季海上运输，导致粮温升高，容易出现发热霉变等情况。提前备仓便于进口大豆及时入仓，进行谷冷通风降温。备仓工作主要包括仓房及设施设备的检查、清理、维护；空仓消杀；对挡粮门、工艺孔洞、工艺构件过墙交接缝进行封堵。

1.4.2 进口大豆入库 进口大豆杂质较高，且由于浅圆仓斗提输送设备会导致粮食破碎率增加。因此，入仓时采用阀控式防分级装置[4]进行布料，减少了杂质、破碎粒的聚集，提高粮堆的孔隙度，有利于整个粮堆的均匀通风[5]。入库后及时进行粮面平整和降温。

1.4.3 内环流均温系统的安装 在靠近仓壁 20 cm～40 cm处，垂直将Φ110 mm PVC管插入粮堆1 m，再采用同口径的PVC管和三通连接管将每根间隔约1 m的垂直PVC管连接组合成半圆形通风管道，覆盖整仓四周粮面。在通风管道中间放置内环流风机，接通电源。

1.4.4 技术路线 冬季机械通风结束后，采用下充上排的方式对三个供试仓房进行充氮气调。当仓温高于23℃时，203仓、205仓利用夜间0:00～6:00进行空调控温；另外，当203仓外圈表层粮温高于26℃时，开启内环流风机，降低粮堆外圈粮温，外圈表层粮温低于23℃时，停止环流。302仓气调期间没有进行控温。供试仓房各项技术操作见表2。

表2 供试仓房技术操作

1.4.5 数据分析与处理 本文所指温度均指平均温度。所有数据均使用Graphpad Prism 7.0分析处理。

2 结果与分析

2.1 浅圆仓控温气调系统

进口大豆呼吸作用会消耗自身干物质，呼吸过程会产生热量和水分。进口大豆粮堆孔隙度相对较差，呼吸作用产生的热量和水分难以散发，若不及时处理可能会造成粮堆发热，甚至霉烂[6]。这些因素都会影响进口大豆的安全储藏。仓顶专用空调未进行气密性改造前，采用空调和内环流风机控温虽然可以有效降低表层粮堆温湿度，却无法进行控温处理，夏季粮温上升很快，只能缩短气调周期，杀虫效果较差。

2.1.1 粮仓专用空调气密性改造 为进行控温气调试验，厦门库对203仓、205仓的粮仓专用空调进行气密性改造，同时选择空调未改造的302仓作为对照仓。各供试仓房改造前后从500 Pa降至250 Pa的半衰期见表3。

表3 仓房气密性

由表3可知，经粮仓专用空调气密改造后，仓房半衰期符合浅圆仓整仓气调气密性要求。

2.1.2 浅圆仓控温气调系统运行流程 控温气调系统如图1所示，氮气可通过地槽口进入粮仓，从下向上进行充气，粮仓内气体可经由上端管道输送至仓外。粮仓专用空调可对仓内空间气体循环制冷，能有效延缓气调期间仓温及表层粮温的升高。内环流均温系统可通过内环流风机将四周表层粮堆中的湿热气体抽出，均衡表层粮堆温湿度。

图1 浅圆仓控温气调系统

2.2 控温效果分析

203仓、205仓、302仓于3月12日前完成充氮操作。为了研究控温气调仓203仓表层粮温及整仓平均粮温变化情况，每周检测一次表层粮温及平均粮温。并对三个供试仓控温数据进行对比，选定时间为203仓气调开始的3月12日到结束的8月6日。

2.2.1 粮堆表层粮温分析 如图2所示，4月16日前，203仓与302仓表层粮温均低于19℃，且未出现明显区别；4月16日～6月4日期间，203仓与302仓表层粮温均低于26℃，但两仓表层粮温均呈现明显的上升趋势。6月4日～8月6月期间，203仓表层粮温稳定在24℃～27℃，且未出现明显的上升趋势；而302仓在6月25日达到最高温度29.2℃，粮温过高，因而停止气调，并及时进行谷冷通风降温。

图2 浅圆仓表层粮温变化

经统计，203仓共气调147 d，302仓共气调105 d。因此说明控温气调技术可以明显延缓夏季高温导致的表层粮温上升趋势，并延长气调周期。

此外，选择6月25日203仓和205仓外圈表层粮温数据，分析了空调控温+内环流均温和空调控温的应用对其影响。结果显示外圈表层粮温通过空调控温单次可降低0.3℃，而增加内环流均温后，外圈表层粮温单次可降低2.2℃。结果说明，内环流均温技术可以显著降低夏季粮堆外圈表层温度。

供试仓房平均粮温变化如图3所示。203仓、205仓平均粮温总体呈现线性上升，302仓在谷冷前也呈现相同趋势。203仓平均粮温线性拟合方程为y=0.2103x+10.855，R2=0.9863；205仓平均粮温线性拟合方程为y=0.215x+11.059，R2=0.9862；302仓气调期间平均粮温线性拟合方程为y=0.2437x+11.098，R2=0.9911。203仓与205仓斜率R2接近，而302仓斜率R2则明显高于其他两仓。结果说明，控温技术的应用可以显著降低整仓平均粮温的升高，但空调控温+内环流均温与空调控温并未出现明显的平均粮温变化。

图3 浅圆仓平均粮温变化

2.3 粮堆氮气浓度分析

各仓房气调期间平均氮气浓度如图4所示。3月12日充氮至浓度高于98.5%，随后，各仓整体呈现浓度上升的趋势。203仓在4月2日达到最高浓度99.6%后下降，并从4月9日起，氮气浓度稳定在99%左右；205仓则是在4月16日达到最高浓度99.7%后，下降并稳定在99%左右；302仓浓度于4月30日达到99.4%，并稳定至6月25日。结果表明，使用经气密性改造后的粮仓专用空调和内环流风机进行控温均不会导致氮气浓度低于最低杀虫浓度98%。

图4 浅圆仓氮气浓度变化

2.4 杀虫效果分析

充氮前后害虫情况如表4所示。经过气调处理开封后，各仓均未发现活虫。但是302仓在气调结束后60 d发现粮堆表层书虱2头/kg，90 d发现米扁虫1头/kg；而203仓和205仓在90 d内均未发现害虫。

表4 充氮前后虫口密度变化对比

2.5 经济效益分析

各供试仓房充氮需要55 h左右，制氮系统运行功率为120 kW，单仓充至氮气浓度达到98%需耗电6600 kW·h。空调运行功率为9 kW，夜间单次运行需耗电54 kW·h；2台内环流风机运行10 h耗电5 kW·h。本次试验期间，空调共运行84次，内环流风机运行20次。谷冷机功率为60 kW，302仓气调结束后谷冷降温共耗电9730 kW·h；302仓从7月2日开始进行空调控温，单次运行6 h，共运行35次。能耗如表5所示，控温气调技术的应用可以明显降低吨粮成本，同时让气调周期延长42 d，大幅度提升了气调杀虫效果。此外，控温气调技术的应用，减少了浅圆仓薄膜气囊密闭产生的费用[7]。这表明，控温气调技术的应用具有显著的经济效益。

表5 储粮能耗情况表

3 讨论

董晓欢[7]和邹易[3]分别进行了浅圆仓和高大平房仓的膜下气调膜上控温试验。但该控温模式存在薄膜下粮温与空间温度差异较大的问题，可能导致薄膜下粮食结露，甚至霉变。此外，薄膜气囊密闭会产生一定的人工费和材料费，费时费力。因此，本次研究以无薄膜气囊密闭的进口大豆作为研究对象，进行浅圆仓内同一空间的控温气调试验。

试验结果显示，控温气调系统可以通过延缓整仓粮温及表层粮温上升幅度，进而延长气调周期，确保进口大豆的长期安全储藏。其具体原因可能是空调及内环流风机的运行可以改变仓房内原有的微气流循环，形成带有冷源的微气流循环；同时，氮气气调可以有效降低进口大豆的呼吸作用，并抑制微生物的繁殖，以此降低粮堆内热量的产生。气调期间，粮仓专用空调及内环流风机的应用并不会导致整仓氮气浓度的下调。证明接入改造空调后浅圆仓从500 Pa降至250 Pa半衰期接近5 min时，满足控温气调技术的应用要求。

夏季高温会导致粮堆浅层外圈积热，出现粮堆温差过大的情况，可能会导致水分转移，造成粮堆局部发热，甚至是霉变。内环流均温可以抽出浅层粮堆的湿热空气，减少该情况的发生。在本次试验中，内环流风机的应用可起到显著降低外圈表层粮温的作用，所以内环流均温也是控温环节的重要一环。

综上所述，控温气调技术可以有效延缓气调期间粮温上升的幅度，提升杀虫效果，是一项值得推广的绿色储粮技术。

4 结论

本试验通过对粮仓专用空调进行改造，满足了控温气调技术的应用要求。该项技术在杀虫、控温、节能等方面都有明显的效果，是一项可在东南沿海地区甚至是其它地区推广的绿色储粮技术。同时，本试验也为东南沿海地区浅圆仓进口大豆长期安全储藏提供了依据。