气调保鲜技术在粮食储藏中的应用*

孙 磊，寇润蕾，孙少振，王金菊，刘 霞，苏伟东

（1.天津市宝坻京东粮油储运贸易有限公司，天津 301800；2.天津科技大学食品科学与工程学院，天津 300450；3.宁夏金双禾粮油有限公司，宁夏 灵武 750401）

近年来， 随着科技水平的发展和生活水平的提高， 人们对于粮食安全关注的焦点从数量安全逐渐上升到质量安全，“精品粮仓”、“优粮优储”、“优粮优价”等新兴概念越来越多地被提起[1]。 粮食储藏不当很容易发生霉变或生虫， 对粮食品质造成很大的影响。 传统的化学熏蒸灭虫防霉容易带来农药残留问题而引发消费者担忧。 气调保鲜技术是一种经济有效的贮藏保鲜新技术， 符合绿色环保安全高效的发展趋势，与传统储粮方式方法相比，具有较多优点，特别在绿色储粮方面具有显著优势， 对于储粮技术的提升意义重大。

1 气调保鲜技术概述

气调保鲜技术是指在密闭的环境下， 通过改变贮藏环境中气体的成分和浓度， 主要是增加CO2含量，降低O2含量，来防止所储存的粮食发生劣变或延缓劣变过程，从而实现保鲜的目的。随着气调保鲜技术的发展和应用， 其显著的经济效益和社会效益逐渐得到了粮食仓储、加工行业以及消费者的认可，也为其进一步推广应用提供了新的发展机遇。

1.1 气调保鲜技术的特点

1.1.1 安全绿色无污染

气调保鲜技术是通过改变环境中的气体成分，使得粮食籽粒的呼吸作用得到抑制，利用温度、湿度和气体之间的相互作用来抑制病虫害的发生， 从而达到保鲜的目的。 气体处理不会造成机械损伤和微生物污染，同时也能够满足相关安全标准。

1.1.2 减少贮藏损失

气调保鲜技术改变了粮食籽粒所处环境的气体成分和浓度，导致其呼吸作用或代谢作用被抑制，成熟和衰老的进程被延缓， 可使粮食籽粒的生理活动降到最低，减少了营养成分和其它物质的损失，很大程度上保留了产品原本的风味。 与此同时粮堆中的微生物及储粮害虫的生长繁殖也受到了抑制， 可以减少甚至不使用化学药剂，减少药剂残留，提高其食用安全性。

1.1.3 延长保鲜期

经过气调保鲜处理后粮食都会有后效作用[2]。解除低氧高二氧化碳环境后， 将其转移到正常环境中，在不用保鲜剂的条件下，仍然能够在较长的时间内保持新鲜度，延长粮食的保鲜期。

1.2 国内外研究进展

气调技术在国外发展比较早， 历史悠久。 早在12 世纪初，就已经出现改变环境中的气体成分来储运鲜牛肉的例子。 现代气调贮藏技术可追溯到19世纪，1821 年法国科学家采用隔绝氧气的技术对苹果进行保鲜，为提出气调这个概念奠定了基础。法国科学家最早对气调的技术原理进行了阐述， 获得了大众的接受和推广， 使得气调技术开始走进大众的视线， 此后随着英国首套气调保鲜技术商业设备的落地，美国对气调技术的商业化应用等，世界范围内的气调技术开始蓬勃发展， 大量相关学者开始对气调技术进行深入研究。 美国利用气调技术处理粮食后发现，其可以起到抑制害虫生长繁殖的作用[4]。 澳大利亚也有大量学者在气调保鲜方面做了大量的论证， 结论均表明气调技术在保存粮食方面起到了较好的作用[5]。 近年来，随着各国研究的深入，气调保鲜技术蓬勃发展， 部分发达国家的气调库已经广泛应用于多种果蔬的保鲜， 果蔬在采摘后大多数都可以直接进入预冷，之后送入气调库进行保鲜贮藏，同时应用冷链输送果蔬， 因此在最大的限度上延长了果蔬的贮藏时间[6]。 为促进气调保鲜技术在储粮方面应用的快速发展，联合国在意大利、以色列、加拿大等国多次召开行业交流会议。 这些都说明了气调保鲜技术有着良好的应用前景， 但气调保鲜材料的研制以及相应的技术成本仍是目前技术推广的最大问题。

我国气调技术起源于地窖封藏， 对于现代气调技术的应用，我国的普及率与国外相比差距较大。近年来我国气调技术有了显著的提高和发展， 已广泛应用于果蔬类保鲜、 新鲜肉类保鲜以及粮食储藏等方面，越来越多的气调库建成并且投入应用，王益光等[7]对杨梅进行充氮降压处理，进行“模拟式”运输贮藏实验，发现其保鲜效果比普通冷藏效果更好。张毅毅等[8]对鲜肉进行植物多酚协同气调包装处理，发现肉类品质得到改善并且货架期得到延长。 气调储粮则是通过改变粮库环境的气体组成和浓度，来抑制粮食呼吸，预防虫害，成为一种高效绿色的储粮技术方法[9]。 赵斌杰等[10]通过对浅圆仓冬季机械通风、 夏季空调控温并且结合气调处理实现了粮食的准低温储藏， 获得良好效果。 气调储粮方法环保实用，应用前景广阔，受到了越来越多的关注。

2 气调保鲜技术在粮食储藏中的应用

2.1 真空储粮

真空储粮技术是指利用抽气减压的方式， 将粮堆中的空气抽出后，使粮堆长期处于负压状态，从而保持粮食品质，抑制虫害。真空储藏技术对于控制粮食虫害具有很好的效果，具有绿色环保无污染，节能高效又安全等诸多优点，可以延长粮食保存期。彭润玲等[11]研究发现真空储粮能够将粮食储藏时间延长1~2 年。真空储粮技术在延长粮食的保存期的同时，可延缓害虫的生长繁殖甚至直接杀死害虫。 朱庆贺等[12]采用气调方法处理芝麻，研究发现真空气调储存能够延缓种子劣变，减缓种子发芽率下降的趋势。目前对真空储粮应用大多集中在成品粮真空包装领域，如抽真空包装的大米、小米、杂粮等，对于大规模储存原粮的粮仓尚难以应用。

2.2 二氧化碳气调储粮

二氧化碳气调储粮技术就是向气密性较好的粮仓中充入一定浓度的二氧化碳， 改变粮仓内的气体成分，抑制霉菌生长以及虫害活动，抑制粮食的呼吸作用，延缓粮食劣变，达到绿色储粮的目的。 我国从“七·五” 计划开始就对二氧化碳气调储粮技术进行了全面研究，并取得成功。刘旭光等[13]在原有二氧化碳气调储粮的基础上, 研究开发了移动式二氧化碳气化装置，降低了气调建设投资费用。郭轩宇等[14]对浅圆仓采用下充上排式的二氧化碳气调工艺， 对试验仓内CO2浓度变化， 大豆储存品质进行研究，发现二氧化碳气调储藏可有效防治赤拟谷盗、 锈赤扁谷盗和玉米象等储粮害虫。 二氧化碳气调储藏具有良好的效果。 但是由于考虑到温室效应以及二氧化碳制作成本较高等问题，其储藏经济性有待提高。

2.3 充氮气调储粮

充氮气调是一种公认的经济有效的绿色储粮技术，是指在密闭的粮仓内抽出空气，充入一定体积的高纯氮气，改变粮仓内的气体环境，将仓内氮气浓度控制在97%左右，达到抑菌杀虫、延缓劣变的目的。王贺等[15]以江苏普通晚粳大米为原料，研究其在不同氮气浓度下气调处理的大米品质变化情况， 发现充氮气调能较好地保鲜普通晚梗大米，延缓劣变。元世昌等[16]研究发现在无法避免高温情况时氮气气调储粮可抑制优质稻脂肪酸值的快速增高和整精米率的降低，从而延缓优质稻的黄变及品质劣变。由于氮气制作成本较低，经济实用并且制作过程绿色环保，不会对人体造成危害， 具有突出的保鲜和虫霉防治效果以及显著的社会效益， 充氮气调储藏已成为气调储粮技术发展的主要方向。

2.4 除氧剂脱氧气调

除氧剂是一类能与空气中氧结合形成化合物的化学试剂（如二亚硫酸钠、特制铁粉等)。除氧剂与粮食密封在一起,能吸收粮堆中的氧气,使粮食处于基本无氧的状态， 从而抑制粮食的生理活动和虫霉危害，达到安全储藏的目的。陆荣林等[17]在总结已有的大米保鲜过夏技术的基础上,采用在常温下，除氧剂与硅橡胶薄膜气调的联合作用来探索高水分大米保鲜， 发现其品质要明显优于采用其它方法保藏的大米的品质，效果最佳。 除氧剂无毒、无味、无污染、无残留,除氧迅速,能使一个密封好的粮堆氧气浓度在十几个小时内降低到缺氧标准, 且具有操作简单等优点, 可以弥补粮食自然降氧无法降至低氧状态的不足。 除氧剂脱氧气调主要运用于多种粮食的储藏中，可以防霉、防氧化、防止虫害，保鲜效果显著，在20 世纪90 年代有一定程度的研究和应用， 然而由于除氧剂不能重复使用， 后期逐步被其它气调技术取代。

3 气调储粮存在的问题

（1）气密性较差。 在气调过程中，密封效果差会导致气体浓度下降，进而导致气调效果较差。对于密封性的问题，在果蔬气调保鲜，肉类气调保鲜等其他领域有一定的控制措施，但是在粮食气调储藏方面，无论是国内还是国外，都有一些亟待解决的问题。我国大部分粮仓建造时间较早，气密性较差，难以满足气调要求的密封性，维持有效气体浓度需反复充气，造成气调成本增加[18]。为规范气调储粮技术，我国对气调粮仓的气密性提出了明确要求，空仓500 Pa 压力半衰期≥300s， 实仓500Pa 压力半衰期≥240 s。（2）气调设备价格较昂贵。气调储粮在操作上并不复杂，但是目前我国应用的气调设备大多比较落后，自主研发的气调设备在应用时存在一定的问题， 多数都是在国外引进技术的基础上加以改造[19]，这不仅会造成投资成本的增加，而且会导致推广受限制，影响气调技术的推广应用。（3）存在安全隐患。 高浓度的惰性气体能够抑制粮食的呼吸， 也会造成气调库内的低氧环境， 对于粮食检查员来说， 仓内低氧环境，容易导致窒息，造成储粮安全事故。 为了避免事故的发生，首先气调库应当有明显的标识，当气调库开始工作时应当保持密闭，禁止出入。当需要进入库内查看时，首先要进行含氧量确定，在库外有人监护情况下，佩戴呼吸器进入，避免意外发生[20]。

4 展望

我国作为粮食生产和消费大国，气调储粮技术发展及应用前景广阔，随着人民生活水平的提高，对粮食安全、食品安全的要求会越来越高，绿色环保安全高效的气调储粮技术将成为储粮技术发展趋势， 这就要求对气调贮藏工艺、设备等有更深入、更全面地研究，使得这一新技术推广应用条件更加成熟[21-22]。气调储粮是一个系统工程， 在未来的研究过程中，应当对仓房密封性、惰性气体发生效率等进行更深入的研究；加强对气调库的监测，保证气调质量，避免发生意外。