粮食气调储藏技术的优势及应用前景

·１６·檱檱殗

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粮　食　储　藏　）２０１２（５

粮食储藏技术

气调”一词来源于英文ＣｏｎｔｒｏｌｌｅｄＡｔｍｏｓ　　“　－

，从气密储藏发展而来。气调储藏方法是１９ｈｅｒｅｐ

）和凯雷世纪初叶英国的弗兰克林（ＦｒａｎｋｌｉｎＫｉｄｄ　

）首创，早期主要用于苹果和洋梨尔（Ｃｒｉｎ　Ｗｅｓｔｙ的商业储藏，之后在美国、日本、英国、法国、意

１］

。１大利等发达国家得到普遍推广［９２１年，英国

１９５０年，美国史莫克等人用气调方法储藏小麦得

２］

。我到较好的效果，从此气调储粮得到迅速发展［

国从２０世纪６０年代开始，气调储粮术不仅在实验室进行了持续系统的研究，而且还开展了小规模实仓试验，主要依靠生物缺氧、人工气调等方式，实现了不同粮种的气调储藏，取得了明显的效果

［３］

２０００年和２００１年我国利用国债资金分别在绵阳、

上海等地建设了二氧化碳气调仓。随着对二氧化碳气调储粮技术研究的深入，从２００６年开始又对充氮气调储粮技术开展了系统研究和应用示范，特别是２００８年后逐步进行规模化推广，现已初步形成了以充氮气调为主的气调储粮技术体系，极大地促进了我国绿色储粮水平的提升。

１　气调储藏的原理

正常大气中氧气浓度为２０．９５％，氮气浓度为７８．０９％，二氧化碳浓度为０．０３％，其它隋性气体浓度为０．９３％。气调储藏是指改变储藏环境的气体组成，主要技术途径是在气密的储藏环境中充入二氧化碳、氮气，或通过储藏物自身以及环境中

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＊

粮食气调储藏技术的优势及应用前景

袁小平１　严忠军２　付鹏程３

（）１　中国储备粮管理总公司　１０００４４

）（２　中央储备粮衢州直属库　３２４０００

（）３　中储粮成都粮食储藏科学研究所　６１００９１

摘　要　主要叙述了气调储藏技术的原理、方法、应用于粮食存储的优势，以及我国粮食气调储藏技术研究应用情况、存在不足和今后发展前景，旨在促进这一绿色储粮保鲜技术得到不断完善和更好地推广应用。

关键词　粮食　气调　储藏

的其它生物的新陈代谢，消耗粮堆中的氧气，提高二氧化碳和氮气浓度，从而实现杀虫，抑制霉菌，并有效控制储藏物的正常代谢，减少干物质损失的目的。

２　气调储藏的主要方法

近代采用的气调储藏技术主要有两大类，即生

４］

，各种气调技术可根据具体情物降氧和人工气调［

）采用二氧化碳控制脱粒玉米弗罗盖特（Ｆｏｒａｔｔｇｇ

免受虫害感染，首次将气调储藏用于粮食储藏上。

况分别应用。２．１　生物降氧

生物降氧，就是利用生物体的呼吸作用，消耗密闭环境中的氧气达到低氧，实现高二氧化碳浓度的目的，包括自然缺氧、微生物降氧和异种粮串联降氧，是一种自发气调储藏（ｍｏｄｉｆｉｅｄａｔｍｏｓｅｒｅ　ｐ

［］

ｓｔｏｒａｅ，简称ＭＡ）５。ｇ２．２　人工气调

人工气调，就是应用一定的机械设备（如钢瓶、制氮机、气体混合发生器等）将储藏环境中氧气燃烧掉或置换进氮、二氧化碳或直接充入氮气、二氧化碳的气调技术，包括充二氧化碳气调、充氮气调等形式，是一种人工快速降氧的机械气调储藏

［］（ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄａｔｍｏｓｈｅｒｅｓｔｏｒａｅ，简称ＣＡ）５。　　ｐｇ

。

２．３　我国粮食气调储藏主要方法

上世纪中期以来，我国先后对生物自然降氧、二氧化碳气调、氮气气调进行大量试验研究，结果表明：自然降氧操作难度大，效果有限；二氧化碳气调能有效防治虫害、抑制霉变、延缓品质陈降，

通讯地址：北京市西城区西直外大街甲１４３号凯旋大厦Ａ座

第４１卷　

粮食气调储藏技术的优势及应用前景

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但由于二氧化碳气源不能够现场制备，只能通过购买方式获取，致使使用成本较高、充气时机受限；氮气气调在能够获得较理想气调效果的同时，具有十一五”投资小、使用成本低、易于操作等优点，“以来，该技术已被广泛应用在粮食储藏工作中。

粮粒表面和内部都带有微生物，包括细菌、真菌、放线菌，其中能够引起粮食发热霉变的主要是真菌中的霉菌。其在适宜的水分和温度等条件下，极易引起粮食发热霉变。粮堆气体组成对粮食微生物的代谢活动有明显的影响。广东地区玉米储藏试验表明，东北烘干玉米平均水分在安全水分以内，但由于籽粒间水分不均匀，度夏期间粮堆容易发热，每年需采用谷物冷却机处理１～２次；采用浓度９８％以上的氮气气调储藏后，气调仓虽然也出现了局部发热现象，但每仓只有１、２个点位，而且发热过

程受到控制，最高粮温明显低于对照仓。氮气气调技术为高温高湿地区粮食安全储藏开辟了一条新途径。

３　气调储粮的优势

３．１　减少储粮化学药剂用量

有害生物是影响储粮稳定性的重要生态因子之一。储粮害虫是粮食储藏过程中主要防治对象。传统防治方法基本上以化学防治为主，使用诸如磷化铝、敌敌畏、马拉硫磷、溴氰菊酯等化学药剂。这些化学药剂不仅会不同程度被粮粒表面吸附，而且可能对操作人员产生危害。气调储粮技术将二氧化碳或氮气充入粮堆，置换出粮堆内的氧气，以改变粮堆生态环境，从而达到不用储粮化学药剂就能防治储粮害虫的目的。这种气调储粮方法对储粮没有

６，７］

，带来任何污染，是一种公认的绿色储粮方法［

４　我国粮食气调储藏技术研究应用情况

由于二氧化碳气源获取不方便、成本高等问题，目前粮食仓库规模化推广的气调储藏技术是氮气气调。近年来，通过科研院所和企业联合，着重开展了气调密闭技术研究、气调设备研发、气调工艺优化等工作，制订并颁布了《氮气气调储粮技术、《、《氮气气调储粮工程设计规范》气调储粮规程》

安全标志》等标准，使得充氮气调储粮运行成本最低达到吨粮年运行费用０．３元，技术逐渐成熟和完善，拥有了世界领先水平的自主知识产权。４．１　气调密闭技术的研究

主要借助新材料、新技术，研究了门窗、工艺孔洞、仓墙顶交接处、伸缩缝、施工原因留下的隐形孔洞以及地坪裂缝处等仓房易漏气的部位气密性

１１］

，总结出不同仓型气密性改造重改造方法［

１２，１３］

，研发了双槽管、充气气密压条等气密性点［

也是未来绿色储粮主要技术之一。

３．２　有效解决储粮害虫对磷化氢抗药性的问题

常规储粮方法对熏蒸剂磷化氢的单一依赖，使

８，９］

，由此带来用药量增加、害虫防害虫抗性增强［

治难度加大的难题，近年来越发凸显，亟需尽快研究解决。中央储备粮新沙港、常德、淮安、三明等直属库研究了不同粮种、不同虫种（含磷化氢抗性、不同虫态、不同温度、不同时间、不同氮害虫）

１０］

。试验研究及实气浓度对储粮害虫的防治效果［

仓应用结果表明：与常规熏蒸相比，氮气气调储粮能够有效地防治储粮害虫，为储粮害虫抗性治理和磷化氢替代技术提供了新方法。但充氮气调对储粮害虫防治效果与气体浓度、粮温以及暴露时间密切相关，在有效的氮气浓度下，粮温越低，达到１００％杀虫率所需的暴露时间越长。３．３　延缓粮食品质变化

粮食籽粒是活的有机生命体，在储藏过程中维持着一定的新陈代谢活动，其生命活动的主要表现之一是呼吸作用。气调储藏能够维持粮食呼吸在微弱的水平，以减少营养物质的消耗。实仓研究结果初步表明

［１０］

改造专用材料和双槽密封等气密工艺，提出了单面封和五面封密闭方法。同时，从保护维护结构和实际使用效果出发，改进了气密性检测方法，将检测，降低了半衰期的压力由５００Ｐａ调整为±３００Ｐａ因气密性检测，维护结构受压较大导致仓房密闭性能下降的不良影响。４．２　气调储藏设备的开发

非深冷氮氧分离工艺包括变压吸附碳分子筛制

１４］

，两种工艺整机装配氮和中空纤维膜分离制氮［

：充氮气调储粮保持粮食品质效果良

好，色泽、气味几乎没有任何变化，脂肪酸值上升速度较常规储藏慢，也未出现启封后品质加速变化的现象，避免了仓储环节新增药剂残留的风险。３．４　为高温高湿地区粮食安全储藏开辟了新途径

微生物是粮堆生态系统一种重要的生物因子，

在国内均有规模化的生产厂家，技术成熟，但没有适合我国粮库使用、能耗低的专用制氮设备。从２００６年开始，针对变压吸附和膜分离两种工艺、

固定式和移动式两种供气方式开展了应用试验，在系统分析从建设到应用各种模式优缺点的基础上，

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粮　食　储　藏　

主要瓶颈。

５．２　粮食品质变化规律研究有待深入

）２０１２（５

提出了固定式变压吸附的供气方式。特别是２００９年，提出以空压机不卸载设计制氮机的新理念，通过技术攻关和反复应用试验，开发出高产气、低能耗、一键启动和远程自控的气调储粮专用变压吸附制氮设备。

４．３　气调储藏工艺的优化

气调储藏工艺主要包括充气工艺、气体浓度维持工艺以及储藏工艺等。充气工艺重点研究了稀释法、置换法、抽气强排法三种工艺。实践应用表明，抽气强排法充气工艺，氮氧置换效率更高，对仓房气密性要求有所降低，有助于大规模推广气调技术。气体浓度维持工艺创造性地提出了气囊维持浓度法

［１５］

尽管已有的研究表明，氮气气调储藏具有一定

１０］

，但这些研究结果大延缓储粮品质变化的作用［

部分只是在储存时间不长的情况下获得的，如果长时间不间断进行氮气气调储藏，储粮品质如何变化至今还尚未见报道，而且氮气气调储藏对粮食品质变化影响的机理研究有待深入。５．３　绿色储粮技术尚未得到广泛认可

目前国内绿色储粮缺乏认证机构，绿色储藏技术的市场影响力不强，在一定程度上制约了气调等绿色储粮技术的规模化应用，因此还需要继续完善绿色储粮理论体系，尽快建立如“绿色粮仓”等资质的评价、推广、市场宣传机制，扩大应用，形成规模效应，以推进绿色储粮水平显著提高。５．４　安全生产有待加强

与传统的化学防治相比，气调储藏中气体介质虽然具有无毒性、无污染的优点，但其所形成的低氧环境同样对生产作业人员构成威胁，作业不当导致仓内窒息死亡安全生产事故，必须时刻警惕，探索并形成更为严格现场管理模式，坚决杜绝安全事故发生。

，降低了氮气浓度维持成本。储藏工艺

主要研究了气调杀虫和气调防护的工艺参数以及与控温技术相结合的综合运行模式。通过向密封环境充入高浓度氮气，使粮堆中氮气浓度达到９８％以上维持２８ｄ杀虫，长期维持氮气浓度９５％以上能够实现防虫和保鲜，特别是在控温储存条件下保鲜效果更佳。此外，还开发了气调储粮智能管理系统，采用先进的自动化控制及检测技术，实现对粮库的充氮气调储粮工作流程的智能控制，节约了费用，节省了劳力，降低了操作难度。４．４　气调储藏技术应用情况

２００５年，中央储备粮南京直属库首次开展了

高大平房仓氮气气调实仓应用试验，试验效果良好。７年多来，氮气气调储粮应用地域覆盖了我国１６个省或直辖市，地域由南方高温高湿地区逐渐向中部及北方扩展，应用品种已发展到全部中央储备粮品种，氮气气调仓容达到１０００万吨以上。

６　展望

随着我国人民群众生活水平的提高，人们对食品的安全、营养和健康越来越关心，要求也越来越高。粮食是整个食物链的源头，粮食质量的好坏直接关系到广大消费者的身心健康，关系着国家经济发展和社会稳定。粮食储藏作为粮食流通中非常重要的一环，对粮食质量安全有着至关重要的影响。我们必须采取切实有效的技术措施来强化粮食在储藏环节的质量安全管理，积极实施“粮油产后绿色

１６］

。气调储粮技术研究与应用正是一体化战略”［

５　推广应用充氮气调储粮技术需解决

的问题

　　充氮气调储粮虽然已形成了一些规模，但与我国粮食储备规模相比还是总体偏少。为了更好发挥充氮气调储藏技术的优势，确保充氮气调储粮应用效果越来越好，应用规模越来越大，一些制约充氮气调储粮技术推广应用的问题急需解决。５．１　仓房气密性仍有待提高

仓房气密性优劣是气调储粮成败的关键，现有的墙体气密性处理措施如墙体挂膜、涂刷气密涂料、内墙批腻子、内墙粘贴聚苯板等措施虽能接近或达到气调储粮气密性要求，但成本高、劳动强度大、使用周期短，不能满足粮库大规模推广应用。因此，气密性改造仍将是限制气调储藏技术发展的

实施这一战略的重要战术之一，当然如何使得气调储粮技术更加成熟、更加完善、更加先进，粮食科技工作者面临的任务任重道远。展望未来，笔者认为至少还需从四个方面加强努力：一是研究运行成本更低的制氮设备。如尝试选用长周期分子筛氮氧分离工艺，开发低压力氮氧分离设备等。二是研究密封性能更好的气密材料。目前墙体挂膜只能保持一个储粮周期，今后应加大力度开发墙体气密涂料或粘贴卷材等气密改造材料和工艺开发。三是加强基础性研究，如气调杀虫机理以及温湿度对氮气气调效果影响的研究、氮气对储粮品质和粮堆微生物

第４１卷　

粮食气调储藏技术的优势及应用前景

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变化影响机理的研究、长期气调对储粮品质的保鲜机制研究等，为气调储粮技术奠定坚实的理论基础。四是借助现代科学技术，进一步完善气调运行模式，提高安全性和使用效果，拓宽气调技术的应用范围，特别是要加大力度研究开发食用植物油脂和成品粮气调储藏技术，使这项绿色储粮技术真正得到充分应用并被社会广泛认可。

参　考　文　献

］１　路茜玉．气调贮粮概说［Ｊ．郑州粮食学院学报，

）：５１９８３（１９～６３

２　路茜玉．粮油储藏学．北京：中国财政经济出版社．

３４１９９９：２

３　国家粮食储备局储运管理司．中国粮食储藏大全

［Ｍ］．重庆：重庆大学出版社，１９９４

４　张来林，金文，付鹏程等．我国气调储粮技术的发展

］）：２及应用［Ｊ．粮食与饲料工业，２０１１（９０～２３５　刘颖，邬志敏，李云飞等．果蔬气调贮藏国内外研究

］）：９进展［Ｊ．食品与发酵工业，２００６（４４～９７，Ｓ．，Ｄ，Ｅ．Ｊ，Ｓ６　Ｎａｖａｒｒｏｏｎａｈａｅ．ｉｍｃｈａＦｉｎｋｅｌｍａｎ．　ｙ

；ＮｉｎＭｏｄｉｆｉｅｄＡｔｍｏｓｈｅｒｅｓｏｖｅｌＡｌｉｃａｔｉｏｎＡｄｖａｎｃｅｓ　　　　ｐｐｐＭｅｔｈｏｄｓａｎｄＲｅｓｅａｒｃｈｅｅｄ．ＣＡＦ２００４Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　　　Ｎ，２００４．８Ｈａｎｄｂｏｏｋ

，Ｓ，Ｄ，Ｅ．Ｊ，Ｃ，Ｆ．Ｍ．７　Ｎａｖａｒｒｏ．ｏｎａｈａｅ．ａｌｉｂｏｓｏａｎｄｙ

，ＳａｂｉｏＧ．Ｃ．１９９８ａ．Ｏｕｔｄｏｏｒｓｔｏｒａｅｏｆｃｏｒｎａｎｄａｄｄ　　　　　ｇｐｙ

：ＰｕｓｉｎｓｅａｌｅｄｓｔａｃｋｓｉｎｔｈｅＰｈｉｌｉｉｎｅｓ．Ｉｎｒｏｃｅｅｄｉｎｓｏｆ　　　　ｇｐｐｇ　１８ＴｈＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎｏｆＳｏｕｔｈ－ＥａｓｔＡｓｉａｎＮａｔｉｏｎｓｔｈｅ　　　　　　（ＡＳＥＡＮ）ＳｅｍｉｎａｒｏｎＧｒａｉｎｓＰｏｓｔｈａｒｖｅｓｔＴｅｃｈｎｏｌｏ１１　　　　ｇｙ，，Ｍ，，３Ｍａｒｃｈ１９９７ａｎｉｌａＰｈｉｌｉｉｎｅｓ２２５３６～１　～２ｐｐ８　马晓辉，王殿轩，李克强．中央储备粮中主要害虫种

）：：７～１类及抗性状况调查．粮食储藏，２００８（１０９　严晓平，黎万武，刘作伟等．我国主要储粮害虫抗性

）：１调查研究．粮食储藏，２００４（４７～２０

］１０　高素芬．氮气气调储粮技术应用进展［Ｊ．粮食储藏，

）：２２００９（４５～２８

１１　张来林，罗飞天，李岩峰等．浅谈气调仓房的气密性及

］）：处理措施［Ｊ．粮食与饲料工业，２０１１（４１４８～１］１２　张来林，赵英杰等．拱板仓气密技术研究［Ｊ．粮食

）：１储藏，２００３（６５～１７

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］）：法与效果［Ｊ．粮食科技与经济，２００１１（６３５７～３１４　万长忠，王菊花，金美玲等．空分制氮设备的选择口．

）：４氯碱工业，２００８，４４（７０～４２

１５　罗飞天，唐上强，凌才青等．充氮气调储粮技术实仓

］试验及推广应用研究报告［ｃ

１６　郭道林等．第８届国际气调与熏蒸大会论文集．成都：

四川科学出版社，２００８

１７　宋伟，靳祖训，汪海鹏．中国储粮生态系统研究进展

［］）：１Ｊ．粮食储藏，２００９（１６～２１

（）收稿日期：２０１２　０７　１５

ＡＤＶＡＮＴＡＧＥＯＦＣＯＮＴＲＯＬＬＥＤＡＴＭＯＳＰＨＥＲＥ　　　ＯＦＧＲＡＩＮＡＮＤＩＴＳＡＰＰＬＩＣＡＴＩＯＮＰＲＯＳＰＥＣＴＳＴＯＲＡＧＥ　　　　　　

１２３

ＹｕａｎＸｉａｏｉｎａｎＺｈｏｎｕｎｕＰｅｎＣｈｅｎ　　　Ｆ　ｐｇ　Ｙｇｊｇｇ

（）１　ＣｈｉｎａＧｒａｉｎＲｅｓｅｒｖｅｓＣｏｏｒａｔｉｏｎ０００４４　　　　１ｐ

（）２　ＳｉｎｏｒａｉｎＱｕｚｈｏｕＤｅｏｔ２４０００　　　３ｇｐ

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，，ｒａｉｎＫｅｗｏｒｄｓ：ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄａｔｍｏｓｈｅｒｅｓｔｏｒａｅ　ｇｙｐｇ