内环流控湿通风对低水分玉米籽粒保质储藏的影响

摘要：基于水雾化系统构建内环流控湿通风工艺，对初始水分含量为9.34%的玉米籽粒进行80 d的通风处理。通过研究发现，利用内环流控湿通风工艺可以显著提升储藏过程中玉米的水分含量，并能实现1.5%水分含量的提升，且对应的脂肪酸值上升仅为2.0 mg KOH/100 g。此外，通风处理后的玉米籽粒表面的霉菌数量显著降低至2.50 lg（CFU/g）。成本分析进一步验证了可在日均耗水200 t和用电180 kW·h基础上实现有效的控湿通风，产生极为显著的经济效益，有利于低水分玉米的储藏、加工及销售。

关键词：内环流通风；玉米；储藏；控湿

中图分类号：TS255.36 文献标志码：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20240319

Effects of internal recirculation with humidification ventilation on the quality storage of low-moisture corn grain

Gao Feng， Cao Tiezhu， Wang Jun， Chang Le， Guo Yanjun

（Central Reserve Grain Hohhot Direct Warehouse Co.， Ltd.， Hohhot， Inner Mongolia 010000）

Abstract： A water atomisation system was used to construct an endocyclic flow controlled humidity ventilation process to ventilate maize kernels with an initial moisture content of 9.34% for 80 d. The process was used to improve the moisture content of maize kernels by 1.5% during storage. It was found that the moisture content of maize in storage could be significantly increased by 1.5% with a corresponding increase in fatty acid value of only 2.0 mg KOH/100 g by using the inner-loop flow moisture-controlled ventilation process， and the number of moulds on the surface of maize kernels after ventilation was significantly reduced to 2.50 lg （CFU/g）. The cost analysis further confirmed that effective moisture-controlled ventilation could be achieved on the basis of a daily average of 200 tons and 180 kW·h. yielding extremely significant economic benefits for the storage， processing and marketing of low-moisture maize.

Key words： internal recirculation ventilation； corn； storage； humidity control

玉米作为全球重要的粮食作物之一，在粮食贸易流通领域具有举足轻重的地位[1]。据统计，2021年，全球玉米产量已超过12亿t，我国年产量已超过2.7亿t，排名世界第二[2]。随着工业化的不断推进，当前产业对玉米需求量急剧增强，据USDA（United States Department of Agricultule）数据显示，2021年度我国玉米进口量已超过0.29亿t，现已成为全球第一大进口国。然而，受地区冲突风险和逆全球化趋势等因素干扰，国际粮食市场贸易风险持续上升，如何做好玉米产后保质减损工作，对确保国家粮食安全和社会稳定发展具有重要战略意义[3]。

长期以来，由于不合理的通风方式和操作规范，容易造成单个轮转周期过程中玉米籽粒水分的持续丢失[4]。国家储备库和地方储备库在执行仓储管理时通常要考虑粮情检测、智能通风和熏蒸作业等方面工作[5]，而面向低水分粮食如何保质储藏，储藏过程中利用湿冷空气、内环流通风等工艺效果不甚理想，无法实现对出现的低水分粮食水分丢失的及时处理。

GB 1353—2018对适用于收储运以及加工销售的玉米作出规定，玉米等级共计分为6个，其水分含量均要求不得超过14.0%。然而，在实际仓储环节，受到不合理的通风操作以及自身呼吸代谢，玉米会出现不同程度低湿[6]。如何实现玉米产后储藏过程中水分稳定，一直是粮食储藏技术研究人员探讨和需要解决的产业难题。本研究拟综合运用内环流通风以及控湿通风等系列技术，很好地控制了储藏玉米周期内水分含量。

1 材料与方法

1.1 仓房及粮食状态

选取8号高大平房仓作为试验仓，仓房规格为长42 m，宽21 m，仓顶高9 m，玉米堆高6 m，仓房墙壁厚度0.6 m，仓容3 906 t，堆放储备玉米3 727 t。储藏玉米为2021年新收获的当地玉米，入库标准符合国家要求，入仓完成时间为2022年1月，基本粮情见表1。

仓房外壁涂有反光材料用于隔热保温，仓内配有地上笼通风系统和内环流通风控温系统。仓顶自动窗运行状态和密闭性能良好，粮仓门窗均进行了密封增强。在现有设施基础上，对仓体内环流通风系统结构进行改造，辅助增加温湿度控制设备。

1.2 仪器与设备

4-72型高效移动式离心风机：扬中灵平风机制造有限公司；20T高速离心雾化器：江苏源大旋转雾化科技有限公司；A0038电热鼓风干燥箱：上海实验仪器厂有限公司；BS-210分析天平：北京赛多利斯仪器有限公司；HGT-1000A容重器：成都一科仪器设备有限公司；MP2002电子天平：上海恒平科学仪器有限公司；JSD粮筛：上海嘉定粮油仪器有限公司；FSD-100A万能粉碎机：天津泰斯特仪器有限公司；LBH-1800W粮食扦样器：台州慧粮仪器公司。

1.3 试验方法

1.3.1 内环流通风工艺

在试验高大平房仓基础上，将水雾化并与空气充分混合形成高湿空气，通过夏季开启内环流控制系统及秋季采取负压式通风将高湿空气均匀地输送到粮堆内部，形成适用的湿度调节系统，维持仓内湿度，使粮食的水分吸附和解吸处于动态平衡状态，将储粮水分控制在安全储存水分以内，实现储粮水分少损失甚至不损失，达到保持粮食品质[7]。

开启加湿机和内环流风机（负压式风机），实时监测仓内空间温湿度和粮堆温湿度变化情况。当空间湿度达到设定值（试验设定为55% RH），停止加湿机工作。内环流（负压式通风）系统继续工作，平衡粮堆和空间湿度；当空间湿度低于设定值（试验设定为40% RH），继续启动加湿机工作。根据空间湿度，通过控制加湿机和内环流（负压式风机）工作，起到调湿保质通风的目的。加湿机停止后，设定时间（24 h或更长时间）内湿度变化较小（如空间湿度始终保持在50%左右），则认为粮食吸收水汽量已达到饱和，停止仓内加湿，并对粮堆内部分区分层设点取样检测粮食水分变化情况。

试验所需加湿设施、仓内温湿度检测电缆和粮堆温湿度检测电缆全部经过检验和校验，根据粮堆内温湿度检测线布设位置进行分层取样，完成试验前粮堆内部水分检测和试验期间粮食水分变化跟踪，同时比对温湿度线缆检测数据。收集在不同压力下仓内空间温湿度变化及加湿设备的用水量、能耗等，最终确定设备压力值为50 kPa。每隔10 d，在上中下3层分别进行扦样收集。以同批次未经内环流控湿通风的样本及所储仓房作为对照试验。

1.3.2 粮情检测系统

粮情检测系统采用内蒙古赤峰金辰电子有限公司研发的在线粮情检测系统，主要包括测温电缆、温湿度传感器、测控主机、远程控制系统、系统通讯模块以及其他控制面板等。每隔10 d获取全仓粮情温度1次，并打印测温数据用于后续粮情数据分析。

1.3.3 自动控湿系统

仓内安装自行研究设计的温湿度自动控制加湿设施，空间温湿度电缆12根，检测点48个，用来测量粮仓空间的温湿度。粮堆温湿度电缆20根，检测点80个，用来测量粮堆内的温湿度，并计算储粮水分；控制柜1台，控制柜内工业平板电脑实时显示设备状态和测量值，同时温湿度值和设备工作状态实时传到云服务器，可通过手机APP、电脑客户端实时查看仓内及粮堆内部温湿度和粮食水分变化情况。

1.3.4 内环流控湿通风系统

参照DB21/T 3130—2019 《储粮仓房内部环流通风技术规程》，内环流系统主要包括：内环流通风管道、循环风机、电缆、控制系统以及其他安装附件。安装形式采用卧式法兰连接，风量上限1 000 m3/h。

1.3.5 玉米品质指标测定

水分含量：根据GB 5009.3—2016 《粮食、油料检验 水分测定法》测定；容重：根据GB 5498—2013《粮油检测 容重测定》测定；籽粒裂纹率：根据邵小龙等[8]的方法测定；发芽率：根据DB22/T 3197—2020 《快速测定玉米种子发芽率技术规程》测定；脂肪酸值：根据GB/T 20569—2006 《稻谷储存品质判定规则》测定；霉菌菌落数：根据GB 4789.15—2016《食品微生物学检验 霉菌和酵母计数》测定。

1.4 数据处理

采用Microsoft office 2019进行数据统计与分析。

2 结果与分析

2.1 粮仓水分分布情况

内环流保质通风工艺下储藏玉米水分变化如表2所示。经通风作业后不同粮层的水分含量呈现不同程度上升。反观对照仓样本，在储藏80 d后水分含量呈现典型下降趋势，最大降幅可达0.16%。在前40 d，运行过程中上层粮堆水分首先到达平衡状态，水分含量上升超过2.0%。此时降低内环流水汽雾化量后，在流动空气作用下，表层水分出现了有限幅度的回落。对照上层玉米籽粒水分变化，中层与下层水分含量变化呈现滞后现象，在运行60 d后，水分含量达到峰值。试验结果表明，在内环流控湿通风的模式下，可以显著恢复粮堆内部各粮层深度的玉米籽粒水分，且增质水分效果均匀、缓苏，由此可见该仓型具有典型的保质通风效果。

2.2 粮仓温度分布情况

储藏粮堆温度直接影响粮食品质的商用价值。在水分含量低于12.5%时，维持粮温20 ℃以下，可以显著抑制储藏粮食呼吸速率并维持籽粒品质[9-10]。此次通风作业，初始粮温低于环境温度2.2 ℃以上，运行结果见表3。其中，上层粮堆温度较中层和下层的偏高。在内环流运行期间，粮堆整体温度呈现波动变化。通风前30 d，上层粮堆温度缓慢上升1.2 ℃。受环境降温的影响，后期运行过程呈现下降趋势。这可能是因为，虽然整体通风过程处于内环流状态，但热量仍能以辐射和对流等形式，从仓房墙壁以及门窗等部位快速交换[11]。类似的，中层与下层粮堆温度呈现相同变化趋势，但温度变化幅度更低。这表明，此次内环流控湿通风模式，可以在保持粮堆水分含量的同时，同步稳定粮堆内部温度情况，能做到保温控温。运行后粮堆温度的均匀性得到显著提升，不同深度粮堆温差降低至1.0 ℃以下。

2.3 品质变化分析

储藏品质指标直接影响玉米籽粒的销售等级，其中常见的指标包括了脂肪酸值、容重、裂纹率、发芽率，以及菌落计数和角质率等。内环流组合控湿通风作业过程中，玉米籽粒品质指标变化情况见表4。可以发现，运行作业过程中玉米的脂肪酸值变化极其稳定，在80 d的运行周期内，仅上升了2.0 mg KOH/100 g，表明此次通风作业对玉米籽粒品质影响极为有限。类似的，玉米籽粒裂纹率和发芽率也分别呈现小幅度上升和下降趋势。这可能是因为玉米籽粒在吸收水汽的过程中，水分含量的变化和分布的差异造成了籽粒内部应力的动态响应，进而引起了裂纹的增加[12-13]。角质率在整个作业过程中，呈现有限幅度的波动，变化范围小于1.0%。这表明内环流组合控湿通风作业对玉米籽粒的加工品质参数影响微弱。

值得注意的是，在通风作业后，粮堆玉米容重得到了良好的提升，最高峰值可达742 g/L。在前40 d作业过程中，粮堆容重呈上升趋势。但随后受到环境温度干扰和水汽雾化量的同步影响，通风过程中容重呈现了下降趋势，在运行80 d后，保持在726 g/L水平。霉菌主要分布在玉米籽粒的表面，可以通过测定玉米籽粒表面菌落计数反映受霉菌污染的状态。在控湿通风作业下，玉米表面菌落数由原先的4.67 lg（CFU/g）降至2.50 lg （CFU/g），表明持续的通风作业可以显著减少玉米籽粒表面微生物的生长。

2.4 水电消耗分析

内环流控湿通风作业期间水电消耗见图1。在前40 d运行时间内，环境温度条件良好，控湿通风工况合理，系统用水量持续保持在每天150 t以上，说明在此阶段储藏玉米籽粒的吸湿状态良好，对应的电耗量也保持在每天180 kW·h。当运行环境温度下降后，系统的用水量显著下降，直至最后日均用水量低于每天50 t，耗电量每天100 kW·h。结果表明，总体来看在电耗成本和用水成本控制在有限范围，产生了极为显著的经济效益，同时改善了储藏玉米的品质，更利于偏低水分玉米的储藏、加工与销售。

3 结 论

内环流控湿通风技术显著促进了储藏玉米的水汽吸收能力，不同粮层深度的玉米籽粒均能实现1.5%水分含量的提升。运行80 d后，粮堆温度更为均匀，上、中、下粮层之间温差不超过1.0 ℃；对应的脂肪酸值上升仅为2.0 mg KOH/100 g，吸湿裂纹率和发芽率也分别呈现小幅度上升和下降趋势，分别为5.6%和2.0%。此外，内环流控湿通风技术可以显著降低储藏玉米表面霉菌数量，从4.67 lg（CFU/g） 降至2.50 lg（CFU/g）；对应的玉米容重得到了良好的提升，最高可达742 g/L。结合用水量和耗电量成本分析，可以在日均200 t和180 kW·h水平基础上，实现有效的控湿通风，并产生显著的经济效益，对提升储藏玉米的加工及销售产生重要作用。

参 考 文 献

[1] OLAF E， MOTI J， KAI S， et al. Global maize production， consumption and trade： trends and R&D implications[J]. Food Security，2022，14（5）：1295-1319.

[2] QU G， SHUAI Y M， SHAO C Y， et al. County scale corn yield estimation based on multi-source data in Liaoning province[J]. Agronomy，2023，13（5）：1428.

[3] 赵霞.中国粮食产后节约减损策略研究[J].农村经济，2023（1）：1-9.

[4] 侯萌.玉米水分控制与储藏技术[J].现代食品，2023，29（4）：37-39.

[5] 王华哲.粮情监测系统的设计与研究[D].武汉：武汉轻工大学， 2022：1-12.

[6] CARTERI C P， VANESSA M， éVERTON L， et al. Influences of drying temperature and storage conditions for preserving the quality of maize postharvest on laboratory and field scales[J]. Scientific Reports，2020，10（1）：22006.

[7] 张来林，渠琛玲，李建锋，等.偏高水分玉米“控温保水”储粮新工艺研究Ⅰ粮堆浅层通风降水的模拟试验[J].河南工业大学学报（自然科学版），2019，40（1）：94-97.

[8] 邵小龙，徐文，王潇，等.3种粳稻籽粒水分解吸过程中的裂纹变化[J].中国农业科学，2022，55（2）：390-402.

[9] 张金刚.三个储粮生态区高大平房仓内环流控温储粮技术研究[D].郑州：河南工业大学，2022：18-22.

[10] 任伯恩，王仁旭，吴建忠.基于内环流控温技术的粮堆水分变化规律研究[J].粮食科技与经济，2022，47（1）：70-72+84.

[11] 王海涛，王军，郭呈周.长沙地区低温粮仓双层通风屋顶最佳保温隔热层厚度分析[J].农业工程学报，2018，34（19）：276-283.

[12] 江浩.玉米籽粒组分密度测量及其干燥裂纹构建研究[D].泰安：山东农业大学，2022：15-20.

[13] 任书林，孟威，王乐.内环流结合空调控温储粮技术在高大平房仓中的应用[J].粮食科技与经济，2022，47（3）：73-76.