稻谷烘干储藏加工现状及一体化建设探讨

刘清化，龙成树，龚 丽※，刘 军

（1.广东省现代农业装备研究所，广州 510630；2.广东弘科农业机械研究开发有限公司，广州 510630）

0 前言

稻谷是我国三大主要粮食作物之一，种植历史悠久，地球上50%以上人口消费稻谷用于口粮，我国约65%的人口以大米为主食[1]。近几年国家大力倡导推进农业机械化、现代化发展，我国稻谷的种植面积保增不减，处于世界前茅，2014年全国稻谷播种面积约为3 000 万hm2，机耕率达到95.5%[2]。在农业技术方面，通过以“杂交水稻之父”袁隆平为首的科学家对稻谷种子基因的不断改良，我国稻谷的亩产量及粮食总产量逐年递增，总产量居世界首位，全年稻谷产量保持在2.0亿t以上，占世界稻谷总产量的1/3左右[3]。据农业部统计，2014年我国稻谷总供给量约4 219亿斤，总需求量约3 929亿斤，年度结余290亿斤，市场供需继续保持宽松格局。

我国稻谷有着产量高、储量多和需求大的特点，据不完全统计，我国每年因稻谷储藏过程中陈化变质、仓储害虫以及霉变影响造成的损失约占总储存量的3%，达数百亿斤[1]，所以稻谷的烘干、储藏加工技术依然是研究的重点。近年来，国家在稻谷贮藏、烘干、产后深加工等方面给予大力支持，一些企业及科研院所对稻谷品质分析、储藏稻谷理化性质变化、稻谷营养成分检测等方面展开大量研究工作[4,5]，得到了一些不菲的科研成果和宝贵的研究经验。然而，针对储藏、烘干中存在的问题，综合提出建设性意见的研究比较少见。本文在总结现有稻谷烘干、储藏的发展现状，以及存在问题的基础上，探讨稻谷烘干、储藏加工的新思路，以期促进我国稻谷烘干储藏加工技术的发展。

1 稻谷储藏存在的问题及储藏加工发展现状

1.1 稻谷储藏存在的问题

1.1.1 储粮的陈化问题

稻谷陈化外观表现为色泽变暗、稻谷绒毛不完整、形态差异等，品质上表现为粘度降低、酸度增加、发芽率降低、非还原糖减少、抗氧化酶活性降低和挥发性物质增加等[5,6]。影响粮食陈化的因素很多，粮食本身的品质，水分含量的高低，粮食的仓房条件等，特别是储藏环境的温度和湿度，都会对稻谷的品质产生明显的影响[7]。研究发现，随着干燥温度或储粮温度的升高，储藏过程中稻米内部脂肪酸含量增大，使稻米的陈化程度加深[8,9]。

采用低温储藏等抑制脂肪氧化酶活性的方法能够有效延缓稻谷的陈化变质，一些研究人员将降低脂肪酶活性的材料应用于稻谷储藏减缓谷物脂质的氧化过程，以提高稻谷的耐储性。日本林原生物研究所研制的海藻糖可以有效抑制糙米产生米糠臭，日本某企业研制出的“奇克伦”强密封性包装塑料袋，能有效隔绝空气，长久保持色香味不变；国内的主要做法是利用甲壳素生产纯天然的生物保鲜剂，将其喷涂于大米的表面以隔绝空气，抑菌保鲜[5]。

1.1.2 储粮的降温问题

储粮第一年稻谷的生命力很强，相关研究表明当大米水分在14.5%以上时，呼吸强度迅速增加，当大米含水分达16.5%时的呼吸强度比12.6%时高4~5倍[10,11]。呼吸作用将产生大量的热量，使粮堆的温度高于环境温度，导致稻谷的陈化速度加快。储粮温度较高亦会影响稻谷的黄变，数据表明当稻谷水分含量在18%以上，气温在26~37℃时，堆放7 d黄粒米的比例可达到30%[3]。此外，高温储粮会导致稻谷的发芽率急剧下降，实验证明温度为35℃时，即使稻谷为安全水分，其发芽率在180 d后已经降为0[8]，严重影响储藏稻谷的营养品质。

现有储粮仓降低粮温主要采用机械通风、应用冷风机、翻堆、转仓等方式。这些方式均能在一定环境条件下，解决储粮的温降问题，保障储粮的品质。

1.1.3 储粮的虫害和霉变问题

在高温高湿的气候条件下，粮食储藏遇到的最大问题是虫害和霉变问题。据有关部门调查，粮食在储藏期间的损失率高达8%，其中储粮虫害和霉菌造成的损失占3%~5%。Cenkawa研究低水分稻谷储藏模型时发现，稻谷含水量高于14.4%的糙米上有霉菌生长，而低于12.8%的糙米上无霉菌生长[12]；唐芳等研究表明水分为14.5%稻谷在15℃以下储藏半年未见有真菌生长[13]。因此，稻谷入库储藏应严格控制稻谷的含水量，及时熏蒸杀虫，尤其是在春秋两季虫蜂期前进行熏蒸能有效预防害虫繁殖。常用的储粮化学药剂有熏蒸剂、储粮防护剂、空仓与器材杀虫剂、灭鼠剂等，使用化学药剂熏蒸杀虫成本低、效果好，但容易造成环境污染，且残毒量高，难以保证储粮安全卫生。在早秋害虫高繁殖季节，若能够将储藏温度控制在-4~8℃，仓虫将停止发育或者死亡[14]，可以有效预防储藏稻谷的虫害和霉变问题。

1.1.4 储粮的变黄变质问题

稻谷经清理、砻谷、碾米、成品处理等工序后制成大米，一般大米颜色为白色，若出现淡黄色，称它为黄变米。黄变米的黏性差、碎米率高、蒸煮食味不好，因为黄变后的稻谷淀粉酶活性变差，直链淀粉、粗脂肪、维生素、粗蛋白和非还原糖的含量均下降，严重损害了大米的食用品质[15]。国内外一些科研学者研究了稻谷黄变的原因，Phillips探索了稻谷不同水分含量和是否装袋处理四种组合条件下稻谷的黄变情况，结果表明潮湿稻谷散装更易变黄、易受真菌感染；Suharno发现在CO2条件下储藏大米也会发黄，可以确定储存气体组成对黄变有影响；李岩峰、张来林等研究表明气调储藏有利于延缓高温下稻谷储藏变质[16,17]；广东肇庆地区粮食处研究了温度、水分与晚籼稻黄变的关系，得到粮温和水分越高，黄变越严重[18]；菲律宾的一些农场对潮湿稻谷进行调查研究，显示稻谷黄变与稻谷上生长霉菌有一定关系；日本学者饭缘雄对东南亚国家黄粒米进行调查研究，认为水分较大和高温是稻谷变黄的主要原因，且稻谷被桔青霉、黄绿霉和冰岛青霉侵染，同时也会产生毒素。因此，影响储粮变黄的因素主要有储粮水分含量、温度、湿度、储气组成、装袋处理与否、收获天气等。综上，储粮黄变根据作用机理不同可以分为霉菌黄变和非酶褐变，前者因真菌等微生物感染而产生有毒色素引起，对身体具有一定危害性，丧失食用价值；后者大米发生了美拉德反应，造成米粒变黄，大米无毒，但是严重影响稻谷的出米率和营养价值[15]。

储粮变黄变质的问题，大多数情况为多种因素综合作用造成，所以应针对各地不同情况采取相应的措施。我国国标规定机械化烘干的稻谷储藏安全水分为13.5%以下，这是预防黄变的基础条件，实验研究表明水分含量13.1%以下的稻谷，做好密封处理，即使储粮温度为35℃，半年亦可避免真菌感染[15]。

1.2 稻谷储藏加工发展现状

低温储藏是日本特有的储藏形态，其储藏仓库分为政府仓库、农业仓库和营业仓库三种。政府仓库是低温储藏仓库，其设备可保障糙米实现长达数年以上的长期储藏。低温储粮是指能将粮温控制在15℃以下的储藏技术，准低温储粮是指能将粮温控制在20℃以下的储藏技术。日本每年生产稻米约860万t（按糙米计算），75%采用低温储藏，14%采用准低温储藏。佐佐木等研究发现温度为15℃，湿度约65%为稻米储藏的合适条件，温度低于15℃储粮性能更好，但是低温仓库设备运行费用更高[19]。

国内采用低温储粮方式有：自然通风冷却低温储粮、机械通风低温储粮、机械制冷低温储粮和粮堆隔热保冷低温储粮等。低温储粮可借助自然低温空气或机械制冷的冷却空气来实现，低温低湿的空气经过风机与粮食进行热交换，使粮食保持在较低的温度条件下。施灿璨利用自然冷资源设计了稻谷低温储藏仓，并通过实验证明了低温储藏仓内稻谷较常温储藏的稻谷品质好[20]。低温储粮技术具有如下优势:

1）低温储粮可以改善粮堆内的生态环境，抑制霉菌的产生和发展；使害虫的呼吸、进食、行动减弱，减缓了其生长发育速度；减少了结露、发热、霉变的发生机率；避免了熏蒸防护所引发的化学药剂残留等污染给身体健康带来的潜在危害和对环境的污染；

2）低温储粮可降低粮食的呼吸强度，抑制粮食的新陈代谢，延长储藏时间；

3）低温储粮能有效延缓粮食品质劣变，确保粮食的食用品质和营养价值，这是其它储藏技术所无法比拟的；

4）低温储粮可减少或避免粮食储藏过程中的倒仓，节省人力和物力。

2 国内外稻谷烘干机械化发展状况

2.1 国外稻谷机械化发展状况

日本对稻谷干燥后品质要求苛刻，稻谷机械化烘干是有效提高干燥品质和效率的方式。1995年末，日本谷物干燥烘干机的使用量达到112万多台，平均每公顷拥有稻谷干燥烘干机0.5台，稻谷机械化烘干率高达95%以上[21]。日本虽然人多地少，但却有如金子、静冈、山本、左竹等多家专业生产谷物烘干机的品牌公司。1996年，日本烘干机的年产量为6.4万台，日本内部市场销售5.9万台，其中90%以上为循环式干燥烘干机，购买和使用干燥烘干机的对象主要是农户和农协，农户购买的干燥烘干机多为中小型，容量一般为800~6 000 kg，农协、政府和其他合作组织购买干燥烘干机主要是建立谷物干燥调制中心，其对干燥烘干机的自动化程度要求较高，容量较大，且无论是农户或者农协购买干燥烘干机或其他农机产品，都可以得到国家给予的50%左右的资金补贴。综上可知，日本稻谷机械化烘干率长期处于世界领先水平，得益于品牌企业对市场的准确把握、高素质的种植农户和优越的政府政策。

2.2 国内稻谷机械化发展现状

国内谷物烘干机械化始于20世纪50年代，主要引进应用前苏联的设备，为后期的干燥设备研究奠定了基础。目前，全国谷物干燥烘干机生产厂家达50多家，国内畅销的稻谷烘干机品牌主要有台湾的三久、中联重科的谷王干燥机、广东广联牌稻谷热泵烘干机等。

2014年我国粮食耕种收机械化水平达到74%，其中水稻机收水平达到81%，水稻种植机械化水平超过38%[22]，但是在水稻机械化烘干环节仍处于较低的水平，全国水稻机械化烘干不足10%。2017年广东省机械化烘干水平仅为7%，低于国家机械化烘干的整体水平，全省拥有稻谷烘干机约300台，广东水稻种植面积为188.86万hm2，平均每万公顷0.0158台稻谷烘干机。因此，国内稻谷机械化烘干率低、烘干设备严重不足，已成为制约水稻生产全程机械化的瓶颈因素。

3 国内稻谷机械化存在的问题

据统计，2014年国家共投入中央财政资金3.2亿元，补贴烘干设备8 404台套，较上年增加了20%[2]，有效推进了水稻机械化烘干的发展。但是我国机械化烘干的发展依然存在以下问题：

1）各省的稻谷机械化烘干发展不均衡，主要受限于水稻种植区域的地形地理、经济水平等因素；

2）水稻生产经营分散，农机专业合作社发育程度不高；

3）农户和粮食加工企业对于市场上现有的烘干设备缺乏鉴别能力，不知如何选用先进实用的烘干机；

4）政府农机购机补贴政策不断变化，水稻种植大户、合作社及龙头企业对政策的认识能力不够；

5）相对于天然晾晒，烘干设备价格高昂，且使用率不高，购置烘干设备的同时还需投资清选、除杂、仓储等配套设备。

针对上述问题，政府相关部门也出台了一些扶持政策，让各地区农业工作人员积极落实农机购机补贴政策，上山下乡为种植大户、龙头企业宣传农业优惠政策；农业科研院所的高级技术人员深入基层调查，为农民解答问题，培训如何使用先进烘干设备；对于烘干设备价格高昂问题，国家通过引导烘干设备企业申请进入国家农机补贴网，鼓励各区县建立稻谷烘干中心，集中处理收割后的稻谷，但是稻谷烘干设备使用率低的问题尚未解决。

4 发展稻谷烘干储藏加工一体化建设

4.1 稻谷烘干储藏加工一体化

稻谷烘干储藏一体化即稻谷热泵干燥机配装一个储藏保鲜库体，即可实现稻谷干燥和多种农产品的储藏保鲜，做到一机二用。

由图1可知，左边为保鲜库体，右边为稻谷循环干燥箱，中间为热泵除湿、制冷双效机组，干燥功能和储藏保鲜功能分别通过2个蒸发器（即用于烘干的除湿蒸发器和用于储藏的保鲜蒸发器）实现。烘干与保鲜可同时作业，也可单独作业。烘干储藏一体化设备一年四季作业，解决了烘干机设备一年闲置时间过长、使用率低的问题。2012年，广东省现代农业装备研究所率先提出了稻谷烘干储藏一体化建设思路，并在同年7月底在广州从化某稻谷烘干中心建立示范中心。目前，10 t型稻谷热泵干燥机可分别配套建设300~600 m3的保鲜库。保鲜温度范围0~18℃。在稻谷干燥季节，干燥过程中有大量除湿富余的冷量供给冷库使用，实现免费的储藏保鲜，有效实现冷、热量最大化利用。

图1 热泵干燥机和保鲜双效应用示意图

4.2 稻谷烘干储藏加工一体化建设的经济性分析

稻谷烘干储藏加工一体化建设，保鲜库与稻谷热泵干燥机共同使用一套可双效应用的主机系统，从而大幅降低设备的投资成本。一般修建一个600 m3保鲜库报价为32.4万元，而由稻谷热泵干燥双效主机提供600 m3保鲜库报价仅为21.0万元，可节省11.4万元。

5 结语

通过探讨稻谷储藏、烘干过程中存在的技术问题，得出低温储粮技术能够有效缓解稻谷储藏过程中出现陈化、储粮降温、虫害霉变、变黄四大问题；一机二用的烘干储藏一体化建设设备不仅可以提升稻谷机械化烘干率，而且可用于稻谷的低温储藏、农产品的保鲜加工，减少了种植大户、农产品加工企业的设备初期投入资金。因此，稻谷烘干储藏一体化建设对推进稻谷烘干的机械化、现代化具有重要意义，也有利于加速我国农业现代化发展进程。

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