谷物安全储藏.doc

第六章 谷物安全储藏第一节 谷物储藏概述自从人类社会粮食生产以来，就有粮食的储藏。据考证，我国粮食的储藏大约出现在一万年以前，即从旧石器时代的晚期到新石器时代的原始农业形成便出现了粮食储藏。在距今6700年左右的西安半坡村遗址和距今五千多年的洛阳仰韶文化时期便出现了地窖储粮。在公元六世纪贾思勰所著的齐民要术中记载了“窖麦法必须日曝令干热埋之。”这是以热入仓防止害虫的安全储粮方法，至今还被人们所采用。谷物安全储藏的概念在不同的国家，不同的历史时期含义是不同的，谷物“安全储藏”的概念也是不断发展的。一、发达国家粮食储藏简介发达国家粮食储藏的特点是以保持粮食的品质为目的。在储藏技术方面尽量避免化学药剂的使用，减少化学药剂对粮食的污染，保护消费者的健康。另外，发达国家的粮食储藏时间比较短，流通较快。立筒仓储粮所占的比重大，储粮机械化程度高。（一） 美国近年来美国的粮食储藏研究主要集中在以下几个方面：1粮食中气味和挥发性物质的研究粮食中的挥发性物质和气味与粮食的品质（如新陈粮食之间的气味不同，新鲜大米中的硫醇、甲硫醚较多而陈米中的羰基化合物较多）、霉变、害虫感染等因素有关。如果某种粮食的品质发生了变化，或受感染，或发霉，粮堆就会产生一些特殊的气味或挥发性物质，这些物质可以通过仪器检测出来。目前美国已经对数百个陈粮、新粮、霉粮和虫粮样品进行了研究。对挥发性物质进行了测定，同时找除了气味与挥发性物质之间的关系。进一步通过挥发性物质推断粮食是否有生霉、长虫或品质变化的趋势，以便采取相应的措施。2. 粮害虫防治方法的研究在美国由于各种各样的原因，化学杀虫剂的使用越来越多的受到了限制。这是因为有的化学药剂可能造成环境污染，有的会在粮食上形成残留。例如，近年来美国要求对马拉硫磷重新做毒理实验和环境效应试验，这样一来所有的原生产厂家就不再登记生产了；溴甲烷对大气的臭氧层有破坏作用而受到限制，并将被其它化学药剂所替代。美国对生物杀虫剂的研究开发非常重视，如昆虫信息素（性信息素和集合信息素）已经成为商品在市场上销售；昆虫病原菌和昆虫病毒的研究也十分活跃；苏云金梭状芽孢杆菌作为粮食保护剂也投入市场。害虫综合治理的实质是充分利用环境因素和自然因素去控制害虫，只有当这些方法失效是才考虑其它人工方法。在这些方法中首选的是生物方法，其次是物理方法，在迫不得已是才使用化学方法。这并不是说化学方法不重要，而是很重要的，不能无节制的使用，只有必须时才用（因为化学药剂对人畜的毒性、环境污染以及害虫对化学药剂的抗性问题）。3. 粮害虫防治专家系统的研究专家系统的知识来源时科学研究报告、储粮管理专家的个人意见。对专家系统来说新知识很容易得到补充，使用非常方便，能使仓储管理人员在各种条件下作出正确的判断。如什么时候需要通风，什么时候需要杀虫，什么时候需要放气、除湿、降温等问题都会的到专家系统的帮助。3 生物技术利用生物技术，特别是基因工程在储粮害虫防治方面的应用（如不育基因的导入），耐储藏粮食作物育种等。粮温变化模型、信息素的研究、储粮害虫对磷化氢的抗性及其对策方面都有新进展。（二）英国储粮新技术的研究重点在粮食微生物和二氧化碳储粮方面。储粮的呼吸作用与霉菌的消长关系，水分活度与储粮真菌毒素形成的关系；气调和熏蒸对粮食微生物的影响。近几年英国推出的一种Aerogenerator的产气设备具有良好的储粮效果，该设备能产生高二氧化碳，低氧环境，对储粮害虫有高致死率，无副作用。（三）澳大利亚近年来主要致力于气调储粮和熏蒸技术的研究。在气调储粮方面建立了不同谷物仓库中磷化氢浓度分布预测模型。成功的运用Siroflo熏蒸系统，使磷化氢浓度在粮对内的分布处于最佳状态，熏蒸的安全性增加，残留降低，费用也降低。储粮害虫对化学药剂的抗性研究进行的较为深入。（四）加拿大近年来，加拿大在粮食储藏方面的研究主要集中在以下几个方面：粮害虫生物防治着重于信息素对害虫的诱捕作用和生物气体防治害虫方面。2粮食微生物方面主要是关于毒素的研究，如黄曲霉毒素，桔青霉与肾毒素产生的条件；辐照对真菌毒素产生的影响，感染相似带菌量相同菌相的不同玉米品种在相同储藏条件下产生黄曲霉毒素的差异。粮食对二氧化碳的吸附作用以及二氧化碳气调储粮对粮食品质的影响。4干燥方面的研究主要是就仓干燥，其中包括干燥速度模型，干燥对粮食品质的影响以及避免干燥过热的措施。二、中国的粮食储藏技术研究进展50年代初期，更多的采用物理机械的方法防治害虫。50年代末，采用化学保藏稻谷、小麦等方法。60年代，研究应用塑料薄膜密封充氮缺氧保藏大米的方法。70年代，用不同的装备和技术充氮、充二氧化碳，缺氧储藏技术得到了进一步的发展。80年代，上海、北京等大城市大批量发展了低温储粮技术，在全国范围内研究推广了单管、多管地槽、通风竹笼和储气厢式通风降温技术。与此同时“三低”和“双低”储粮技术得到了应用。进入九十年代，我国储粮技术有了较大的发展。（一）仓储技术高水分玉米，稻谷机械通风降水技术日趋完善，原始水分在16.5%18%的粮食可采用辅助加热机械通风技术，可使粮食的水分降到安全水分之内。在粮情计算机检测技术, 在九十年代初大量研究实验的基础上，现已经在全国范围内大面积推广使用，并取得了良好的经济效益和社会效益；环流熏蒸技术日趋完善；气调储粮技术从单一的实用技术向机理研究的深度发展，不同气体配比的杀虫效果及其对粮食品质影响的研究进入一个新的层次。1998以年我国政府投入巨额资金修建粮食储藏仓库，并采用了较为先进的储粮技术手段（机械通风，环流熏蒸，谷物冷却和粮情计算机监测等）和不同的仓型（如高大平房仓，浅圆仓和高大筒仓等）。粮食仓库的机械化程度在不断提高。在露天储粮方面也进行了大量的研究，如露天储粮器材的选用和性能比较，露天储粮安全渡夏试验，新型露天储粮围垛和遮盖布的研究，露天囤垛熏蒸技术，防虫防霉双功能涂塑蓬布的研制等。尽管国家在粮食储备方面投入了大量的资金扩大粮食仓容，但是由于近年来我国粮食连年大丰收，仓容仍然不足。露天储粮在一定的时期内仍然是一个不可缺少的应急储粮措施。 （二）储粮害虫防治 储粮害虫防治，在我国仍然以化学防治为主，特别是磷化氢的使用。但是近年来储粮害虫对磷化氢的抗性越来越严重。相比之下物理防治和生物防治在我国是一个比较薄弱的环节。双低储粮是我国储粮技术专家对粮食储藏技术的一个重大贡献。1980年梁权等人报道了储粮环境中较低的氧气浓度或较高的二氧化碳浓度对磷化氢具有增效作用，即当氧气浓度小于12%或二氧化碳浓度大于4%时可以提高磷化氢的杀虫效果，在过去的几年里大量的研究都证实了这一点。环流熏蒸技术的实施大大地提高了施药效率，间歇熏蒸有效的维持熏蒸过程的有效杀虫浓度，使得杀虫效果更好。近年来我国许多学者对磷化氢以外的熏蒸剂也进行了研究（如沼气，乙炔等），并取得了明显的成绩。（三）农村储粮技术虽然我国国库粮食储藏损失量很低，但农村储粮技术仍然比较落后，其储藏过程中的损失高达8-15%。虽然每户的储粮量并不大，但总量数目巨大，因此损失量是十分惊人的。此方面的工作应进一步加强。农村储粮损失比较严重的主要原因包括以下几个方面：1学保粮意识较差，缺乏粮食储藏的基本知识。调查结果显示绝大部分农民虽然年年都在使用杀虫剂，防虫剂，但是对所使用的化学药剂的性质不了解。2. 粮设施落后，没有正规的储粮设施或性能良好的储粮装具。3. 没有归口管理部门。4. 储藏过程中的损失没有引起足够的重视。5缺乏有效的化学药剂和得力的推广措施（熏蒸剂磷化氢虽然在国家粮食储备库广泛使用多年，但农户应谨慎使用。用户在没有对该熏蒸剂的性质及使用规范搞清楚之前，应禁止使用，以免造成人员伤亡）。三、 储藏技术发展趋势粮食储藏是以减少粮食损失，保持粮食品质为目的的。在粮食储藏技术发展的初期， 粮食储藏主要是以减少粮食损失为主要目的。因此，未来的粮食储藏将向着保持粮食品质（其中包括加工品质，营养品质，食用品质，种用品质等）。低温储藏是最好的储藏方法之一，也是未来粮食储藏技术发展的趋势。但是，低温制冷通常所需要的投入较大，这需要在粮食储藏品质要求和投入之间找一个平衡点。根据不同的储粮生态条件，因地制宜选择适当的储粮温度。气调储粮以其无污染的特点，与其它储粮方法相比具有明显的优势。但是该方法对粮仓的密封性能要求较高，密封性能差的仓房难以达到气调储藏的要求。以上两种方法或单独使用，或结合使用在适当的条件下都会收到非常好的储藏效果。化学防治方法不管是过去、现在和将来都将在粮食储藏中起非常重要的作用，虽然化学防治有着不可避免的污染或残留。未来的储粮害虫防治方法将优先采用生物方法，其次是物理方法，在迫不得已的情况下才采用化学方法，这充分说明化学方法的重要性。粮食的储藏和运输将以散装的形式为主，储运技术将向机械化和自动化的方向发展。辐射储粮虽然在我国还实施的非常少，但是在未来的粮食储藏方面将会起到非常重要的作用。第二节 粮食储藏生态系统粮食是一个组成复杂而具有活性的有机体，其组成远比一般的有机材料复杂。在正常的粮食储藏过程中，粮食进行着微弱的生命活动，粮食在储藏过程中并非独立存在，而是以粮堆形式与其他因素相互作用，形成一个人工的储藏生态系统。粮食的储藏不同于食品和一般物资的储藏。大部分食品在加工的过程中往往采取一些措施以利于食品的保藏，同时加工过程钝化了食品中的绝大部分活性成分，使得食品更稳定；一般的物资其化学组成远没有粮食和食品那样复杂，而且通常都没有活性，更重要的是一般物资不直接进入人体。由于粮食组成的复杂性，同时粮食组分之间在储藏的过程中的相互作用，使得粮食储藏过程中的变化机理研究难度更大。Odum（1989年）把生态系统定义为：把生物群体及其非生物的环境作为一个有机功能系统，其中包括能量和物质的循环。生物群体包括在一个特定区域的植物和动物。生态系统是一个敞开体系，其中有能量和物质的不断进出。生态系统的边界可以是人为的。因此，一袋粮食、一个粮仓、一个粮库都可以认为是一个生态系统。储粮系统是由粮堆围护结构、粮食籽粒、有害生物和物理因子四部分组成的生态体系。各组成之间有着密切的联系，相互影响，相互作用，构成了一个独特的生态系统。首先，粮堆是一人工生态系统。人类将粮食和油料储存于一定的围护结构内，自觉或不自觉(不自愿)地把一些其他生物类群和杂质也带到了这个有限的空间中，形成储粮生态系统。该系统时刻受到外界生物类群的侵染和不良气候因子的影响。但随着储粮技术的发展，今天人类已经能够对该系统实现有效控制。无论是生物群落及环境因子都是可控的。如人们可以通过气调储藏改变粮堆内气体组成，低温储藏调节温湿度，并对粮堆中的有害生物进行人为地控制，这是储粮生态系统的一个显著特点 ，也是区别自然生态系统的一个重要标志。储粮生态系统内没有真正的生产者。粮食是粮堆生物群落的主体，已完成营养制造和能量固定的光合作用，在储藏过程 中只能被动地受消费者及分解者的消耗，同时为了维持自己生理活动还必须自我供应，营养物质只减不增，是一个有限资源。在储粮生态系统中，之所以将粮食籽粒称为“生产者”，因为它们是食物链中第一个营养级，是粮堆中一切生物的能量和物质的源泉。但这个“生产者”是不生产的“生产者”，只能是物质和能量的储存者。另外一方面, 储粮生态系统具有不平衡性。储粮生态系统，由于强烈的人为活动干扰，在一般情况下处于非生态学稳定状态。消费者的多种层次均处于抑制状态，分解者也同样处于不活动状态。更由于粮食本身的休眠，造成系统本身很少有自我调节和补偿能力(物质循环)，整个系统的热焓始终保持下降趋势。一旦压抑消费者的环境因子失控而变得对它们有利，就会很快引起一级消费者(储粮微生物或植 食性储粮虫、螨)生物量急剧增加，加速该系统热的散失。通过控制环境条件，使储粮生态 系统处于非生态学稳定状态，是粮食安全储藏的根本。与成熟生态系统比较，储粮生态系统受环境干扰大，生物量小，种群层次有限(种群营养水平一般只处于两个层次，一级是粮食，一级是植食 性虫螨和微生物，只在管理粗放的粮堆中，才能发现食菌性虫、螨和捕食寄生虫螨的天敌 )，食物链短，食物网不复杂，个体或物种的波动大，生活循环简单，个体寿命短，种群控制以非生物为主，故粮堆属于未成熟的生态系统。围护结构可以看作是储粮生态系统的背景系统(因为很少有无围护结构的粮堆)，它决定了储粮生态系统的“几何”边缘，对储粮生态系统中生物群落的动态变化及演替有非常密切的关系 。围护结构不仅关系外界环境因素对储粮的作用，也关系到有害生物(害虫及微生物)侵袭粮 堆生态系统的可能性及危害程度。不同围护结构的储粮生态系统，一般都会表现出不同的特征，即表现出不同的储粮性能。如立筒库仓（结构包括钢混、砖混和钢板仓）、地下仓、房式仓、拱形仓、土圆仓、露天储粮垛等。它们的气密性、隔热性、防潮性以及隔离有害生物入侵的能力都有所不同。粮食籽粒是储粮生态系统生物群落的主体，是粮堆生态系统中能量的来源和能流的开端。参与对系统“气候”变化和生物群落演替的调节，是主要因素。在储藏过程中不能再制造养分，而是处于缓慢的分解状态，可以认为是储粮生态系统中的特殊“生产者”。不同的粮食由于其子粒结构及组成的差别，表现出不同的储藏性能。如原粮与成品粮之间的储藏性能有很大的差别，不同粮种之间的这种差别更是明显。有害生物包括昆虫、螨类及其他节肢动物和微生物，能够适应一般储粮环境，大部分时间生活于储粮中。有害生物的活动直接或间接地消耗粮食营养，造成极大损失，导致品质下降，故称有害生物。这些有害生物是储粮生态系统的消费者，昆虫、螨类及其他动物处于相同的或不同的营养层次，直接或间接地依赖于粮食而生存。微生物是储粮生态系统的分解者或转化者，通过分泌出酶，将粮食中的营养物质分解。是影响储粮稳定性及品质的重要因素。影响储粮稳定性的非生物因子主要指温度、湿度、气体、水分等。非生物因子的变化，都与生物群落的变化或演替有着十分密切的关系。将这些非生物因子控制到理想的水平，就十分有利于粮食的安全储藏。所以粮堆生态系统和其他的生态系统一样，也是由生物群落和环境条件构成的，其构成主要是从功能上划分的。储粮生态系统与自然生态系统的区别表现在以下几个方面：1能量是由燃料、人类和动物的活动提供的，而不是通过光合作用提供的。粮食及油料是粮堆生物群落的主体，已完成营养制造和能量固定的光合作用，在储藏过程 中只能被动地受消费者及分解者的消耗，同时为了维持自己生理活动还必须自我供应，营养物质只减不增，是一个有限资源。2品种的多样性由于人类的干预而减少。储粮生态系统受环境干扰大，生物量小，种群层次有限(种群营养水平一般只处于两个层次，一级是粮食及油料，一级是植食性虫螨和微生物，只在管理粗放的粮堆中，才能发现食菌性虫、螨和捕食寄生虫螨的天敌 )，食物链短，食物网不复杂，个体或物种的波动大，生活循环简单，个体寿命短，种群控制以非生物为主，故粮堆属于未成熟的生态系统。3动植物的选择是人工的而不是自然的。储粮生态系统中的有害生物受到人为地控制，这是储粮生态系统的一个显著特点 ，也是区别自然生态系统的一个重要标志。4这个生态系统通常受到人类的控制，这种控制通常是外部的有目的的，而不是在天然生态系统中通过内部反馈控制的。储粮生态系统，由于强烈的人为活动干扰，在一般情况下处于非生态学稳定状态。消费者的多种层次均处于抑制状态，分解者也同样处于不活动状态。更由于粮食本身的休眠，造成系统本身很少有自我调节和补偿能力(物质循环)，整个系统的热焓始终保持下降趋势。一旦压抑消费者的环境因子失控而变得对它们有利，就会很快引起一级消费者(储粮微生物或植 食性储粮虫、螨)生物量急剧增加，加速该系统热的散失。通过控制环境条件，使储粮生态系统处于非生态学稳定状态，是粮食及油料安全储藏的根本。第三节 谷物储藏过程中的变化一、影响谷物储藏稳定性的主要因素（一） 水分一般来说粮食是能够进行相当长时间的储存，谷物通常收获时水分较低，若储存中不受气候影响而又能防止害虫及鼠类的危害则很容易储存数年。在理想的储存条件下(低温，惰性气体等)安全储存期可达数十年。通常谷物一年收获一次，在某些热带地区收获两次，但是谷物的消费则是一年到头在进行。因此实际所有的谷物都要储存，储粮方法多种多样，不管采用那种储存方式，粮食的水分含量总是影响储粮质量的第一要素。除非采取特殊措施，否则所有谷物总是含有一些水分。水分多少取决于很多的因素，而且对于任何关心粮食的人都是首先要考虑的。水分在谷物的安全储存中也是极为重要的。微生物，特别是某些种类的真菌是谷物劣变的主要原因。三个主要因素控制着真菌在粮食上生长速率的因素是水分、时间和温度。三个因素中水分是最重要的。在低含水量时，真菌不会生长。但是当水分达到14或稍微超过这个水平时，真菌即开始生长。当水分含量在14到20之间。只要稍微提高水分水平，即会改变真菌的生长速率，同时也会改换真菌品种发展，因此如果要使粮食储存一段时期。重要的是要了解储粮任何一部位的水分含量，而不是粮食的平均含水量。因为在实践中，某粮堆的平均含水量可能是14%，而粮堆内的不同部位，或不同的粮粒的含水量可能是很大的。因此在粮食储藏过程中我们应该密切注意最高含水量，而不是平均含水量。 人们看到一个仓库中的粮堆表面之似乎是均匀的，就会根容易地联想整个仓库中粮食含水量的不均匀性也是均匀的。事实上这种情况即使有的话，那也是很少的。从块地上收获的谷物在水分含量上可能由于土壤的不同及成熟度不同而有很大的差异。在单颗粮粒内部每颗粮粒之间在水分含量上可能也确实不一样。如果谷物来自不同地段，则水分含量肯定是不一样的。过去我们总以为经过一定时期，粮堆会趋向平衡。事实上只有当谷物储存于稳定的条件下才会发生这样的情况，而事实上这种情况不会发生。此外其它一些力量也常常干扰这种平衡。水分含量的测量即使在最有利条件下也是非常困难的，为了完全正确，我们必须测出水分，而不是其它易挥发的物质。因此我们不能单纯测量重量的损失，这就意味着要使用费歇尔试剂或等价物。另外，一个总是非常重要的因素是如何取样进行分析。初看起来，获得均匀的样品似乎是相当简单的，事实上这是极为困难的。当我们买卖粮食时取得一个均匀的或者说平均的样品可能是非常重要的。可是当我们关心的是如何储存粮食时，这种样品就没有什么价值，或者根本就没有价值。重要的水分水平不是平均数而那一堆粮食中的最高水分。 如果粮堆中的某一区域有很高的水分含量，那末微生物就会在那里生长。由于新陈代谢的结果，在微生物生长的过程中，它们既要产生水分又要产生热量，从而导致更大的损害。 粮堆中的水分和其周围空气中的水分是处于平衡的状态；这种平衡的水分含量被认为是与某一相对湿度的大气相平衡的水分含量。不同种类的谷物，即使是属于同一类型的谷物也可能有不同的水分含量，尽管如此所有谷物都与其粮堆中的空气的相对湿度处于平衡状态。如图6-1所示，于同一相对湿度空气中的同种谷物也可能有不同的水分含量，这取决于这种谷物是获得还是失去水分。这种现象叫滞后现象。图6-1 粮食吸附/解吸等温线示意图粮食的安全储存水分含量几乎完全取决于该谷物对水分的吸附滞后特性。在储存中谷物与其周围空气的水分含量逐渐趋于平衡，谷物储存中最具有损害性的因素之一是霉菌的生长。当谷物与低于70的相对湿度的空气相平衡时，霉菌不会生长。主要粮食的最高水分水平通常被认为是：玉米13，小麦14，大麦13，燕麦13，高梁13，稻谷1213。象所有的规则一样，本规则也经常也有例外。最高水分将因湿度、粮堆中水分的均匀性以及其它因素而发生变化。 粮食的品质和储藏稳定性与Aw有相当密切的关系，这样关系比与水分含量的关系更密切。Aw不仅与微生物的繁殖有关，就是与自动氧化，褐变反应等也密切相关（图6-2）。简单地说水是粮食劣变的主要因素之一，是欠合理的,因为粮食是活的有机体，在储藏过程中进行着生命活动，从这个意义上来说，水对粮食储藏是不可缺少的。有研究表明：大米储藏过程中，过低的水分对其食用品质的保持是不利的。但是，粮食在储藏过程中，由于水存在的量及其状态，在一定的条件下却能使得粮食品质发生劣变。 图6-2 水分活度与粮食劣变速度示意图（二）温度温度是影响粮食安全储藏的主要因素之一。在粮食储藏过程中，温度主要影响粮食本身的呼吸作用，同时影响粮食害虫的生长以及粮食微生物的生长。温度对酶促反应有直接的影响，呼吸作用是有酶催化的一系列生化过程，因此呼吸作用对温度变化很敏感。谷物呼吸作用最适温度一般在2535之间。粮食体内的某一个生化过程能够进行的最高温度或最低温度的限度分别称为最高点和最低点，在最低点与最适点之间，粮食的呼吸强度随温度的升高而加强。根据凡霍夫定律，当温度升高10时，反应速率增大到22.5倍，这种由温度升高10而引起的反应速率的增加，通常以温度系数(Q10)表示。影响谷物储藏生态系统（温度变化）的外部因素主要包括太阳辐射、大气温度、地温和生物群落的呼吸作用。太阳辐射少部分直射储粮围护结构，引起围护结构表层升温。围护结构的热能一部分返回大气，另一部分以传导的方式透过围护结构，再以辐射、对流或传导的方式向粮堆内部传入。大部分热能被仓内空间吸收或散射，引起仓温升高，这部分能量以对流方式进入粮堆内。大气温度升高会引起外层围护结构升温，当仓温或粮温较低时，就向里传导热能，引起仓温或粮温升高；另外，热空气可通过门窗及其洞、缝以较快的速度对流，从而引起粮堆温度上升。地温的变化也会引起粮温的变化，但一般对地上仓影响较小，地下仓影响较大。储粮微生物和储粮害虫的呼吸作用也会影响粮食的温度，在某些条件下这种影响还很大。另外，当储藏条件发生变化时，粮食自身的呼吸作用也会加剧粮温的上升。 虽然粮堆温度的变化情况比较复杂，但有一定的周期性变化规律。粮温的变化往往受到仓温和外界温度变化的影响，在正常情况下气温的日变（气温在一昼夜间发生变化称为日变）的最高值发生在午后2小时左右，最低值则发生于日出之前。一昼夜间气温最高值与最低值之差，称为气温的日变振幅。在北半球，年变（气温在1年各月间发生的变化，称为年变）的最热月份常发生于7-9月份，最冷月份发生于13月份；在南半球(如澳大利亚)，年变的最热月份正好和北半球相反。在一年中最热月份的平均气温与最冷月份的平均气温之差，称为气温的年变振幅。通常仓温的变化主要受气温影响，它也有日变与年变的规律。仓温日变的最高值与最低值的出现，通常较气温日变推迟14小时。一年中，气温上升季气，仓温低于气温；气温下降季节，仓温高于气温。仓温变化的昼夜振幅与年变振幅，通常较气温的变化振幅小，而仓温最高值低于气温的最高值，仓温的最低值高于气温的最低值。在空仓或在包装储藏的仓库中，仓温高低有分层现象，上部仓温较高，下部仓温较低。仓温的变化与围护结构的隔热条件直接相关，隔热条件好的粮仓受外界气温变化的影响小，而隔热条件差的粮仓受外界气温变化的影响较大。如钢板仓与砖木结构、水泥仓相比较受外界温度影响较大一些。另外仓温的变化幅度也与仓壁和仓顶的颜色有关，仓壁与仓顶刷白的仓房，仓温要比未刷白的低23。仓内吊顶的要比未吊顶的低35。外界温度影响粮仓温度，而粮仓温度的变化必然影响到粮食温度的变化。但是，由于粮食的导热性较差，粮堆中空气流动十分微弱，因此，粮温的变化尽管也受外温影响，但有其特殊的规律。粮温的日变化也有一最低值和最高值，其出现的时间比仓温最低值和最高值的出现迟12h 。通常能观察到的粮温日变化的部位仅限于粮堆表层至30cm50cm深处；再深处粮温的变化即不明显，特别是近年来兴建的高大平房仓和浅圆仓，即使在一年的高温季节粮堆深层的温度也很低，有的粮堆深层的温度在89月份也只有45或更低。一般情况下，粮堆表面以下15cm处，日变化为0.51，早晨8：00左右粮温与气温比较接近，适合于粮食入仓。一般粮温年变的最低值与最高值的发生较气温年变的最低值和最高值推迟12个月，地下仓可能迟23个月。粮温最高值出现在89月份，最低温出现于23月份。3月份以后开始升温，9月份以后则开始降温。粮温年变振幅要比气温、仓温小，不同的围护结构，年变振幅也不相同。一般情况下，钢板仓露天堆垛土圆仓塔形仓房式仓地下仓。对常规储粮来说，不同季节，粮温变化也不相同。在冬季粮温和仓温高于气温；而夏季，气温高于仓温，仓温高于粮温。在春秋转换季节，外温、仓温和粮温的变化会发生交错，规律不稳定。由此可见，在某一地区，气温、仓温、表层粮温都呈现一种周期性日、年变化规律，利用这些规律，在适当的条件下可以对粮堆进行通风降温，并对粮堆的围护结构进行适当的隔热处理就会达到比较好的储粮效果。（三）、气体氧与水一样都是自然界普遍存在的物质。氧的反应性很强，氧易于和许多物质起化学反应。氧能使得粮食中的各种成分氧化，降低营养价值，甚至有时产生过氧化物等有毒物质，在大多数场合下使粮食的外观发生变化。因为粮食是有生命的有机体，一般对生命体来说，多余的氧在大多数场合下是有害的。然而对生命有机体而言氧又是不可缺少的。通常情况下，谷物在储藏过程中几乎不可避免的受到氧的影响，即使处于休眠或干燥条件下，谷物仍进行各种生理生化变化，这些生理活动是粮食新陈代谢的基础，又直接影响粮食的储藏稳定性。呼吸作用是粮食籽粒维持生命活动的一种生理表现，呼吸停止就意味着死亡。通过呼吸作用，消耗O2、放出CO2并释放能量。呼吸作用以有机物质的消耗为基础。呼吸作用强则有机物质的损耗大，结果造成粮食品质下降，甚至丧失利用价值。粮堆的呼吸作用是粮食、粮食微生物和储粮害虫呼吸作用的总和。呼吸作用分为有氧呼吸和无氧呼吸。有氧呼吸是活的粮食籽粒在游离氧存在的条件下，通过一系列酶的催化作用，有机物质彻底氧化分解成CO2和H2O，并释放能量的过程。有氧呼吸是粮食呼吸作用的主要形式，其总反应式为：C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 674 KCal产生的能量大约有70%储藏在ATP中，其余的能量则以热能散发出来。这就是为什么呼吸作用是粮食发热的重要原因之一。有氧呼吸的特点是有机物的氧化比较彻底，同时释放出较多的能量，从维持生理活动来看是必需的，但对粮食储藏则是不利的，因此储藏期间人为的将有氧呼吸控制到最低水平。无氧呼吸是粮食籽粒在无氧或缺氧条件下进行的。籽粒的生命活动取得能量不是靠空气中的氧直接氧化营养物质，而是靠内部的氧化与还原作用来取得能量的。无氧呼吸也叫缺氧呼吸，由于无氧呼吸基质的氧化不完全，产生乙醇，因此，与发酵作用相同。无氧呼吸可用下式表示：C6H12O6 6C2H5OH + 2CO2 + 28 KCal一般情况下，粮食和在储藏过程中，既存在有氧呼吸，也存在无氧呼吸。处于通气情况下的粮堆，以有氧呼吸为主，但粮堆深处可能以无氧呼吸为主，尤其是较大的粮堆更为明显；长期密闭储藏的粮堆，则以无氧呼吸为主。 有氧呼吸与无氧呼吸之间既有区别又有密切的联系，有氧呼吸是无氧分解过程的继续，为此考斯德契夫提出了共同途径学说，即呼吸基质分子的无氧分解是有氧呼吸与无氧呼吸的共同途径。碳水化合物经过糖酵解生成丙酮酸。丙酮酸经无氧呼吸生成乙醇和二氧化碳，并产生能量；丙酮酸经有氧呼吸（三羧酸循环、电子传递和氧化磷酸化）产生二氧化碳、水和能量。 粮食籽粒在储藏中的呼吸强度可以作为粮食陈化与劣变速度的标准，呼吸强度增加，也就是营养物质消耗加快，劣变速度加速，储藏年限缩短，因此粮食在储藏期间维持正常的、低水平呼吸强度、保持粮食储藏期间基本的生理活性，是粮食保鲜的基础。但强烈的呼吸作用对储藏是不利的。首先，呼吸作用消耗了粮食籽粒内部的储藏物质，使粮食在储藏过程中干物质减少。呼吸作用愈强烈，干物质损失愈大。其次呼吸作用产生的水分，增加了粮食的含水量，造成粮食的储藏稳定性下降。另外，呼吸作用中产生的CO2积累，将导致粮堆无氧呼吸进行，结果产生的酒精等中间代谢产物，将导致粮食生活力下降，甚至丧失，最终使粮食品质下降。呼吸作用产生的能量，一部分是以热量的形式散发到粮堆中，由于粮堆的导热能力差，所以热量集中，很容易使粮温上升，严重时会导致粮堆发热。影响食粮籽粒在储藏过程中呼吸作用的因素很多，主要包括以下几个方面：（1）粮食的种类一般来讲，胚/籽粒比例大的粮种呼吸作用强，如玉米比小麦的呼吸强度在相同的外部条件下要高；未熟粮粒较完熟粮粒的呼吸作用强；当年新粮比隔年陈粮呼吸作用旺盛；破碎籽粒较完整的籽粒呼吸强度高；带菌量大的粮食较带菌量小的粮食呼吸能力强。(2) 水分在影响粮食劣变速度的诸因素中，水分是最主要因素。水分对于粮粒呼吸的重要意义在于，水是粮粒呼吸过程中以及一切生化反应的介质。一般情况下，随着水分含量的增加，粮、油籽粒呼吸强度升高，当粮食水分增高到一定数值时，呼吸强度就急剧加强。（3）温度在一定的温度范围内，粮食的呼吸作用随温度的上升而增强，当温度上升到一定的程度以后，呼吸作用会随温度的上升而显著下降，着是因为过高的温度对酶的钝化或破坏所致。这个温度的上限在一般谷物中为4555（与谷物的种类以及品种有关系）。呼吸作用与温度的关系，通常有温度系数来表示，即温度每升高10呼吸作用所增加的倍数。如发芽小麦在10是的呼吸强度为0时的2.86倍。水分与温度是影响粮食呼吸作用的主要因素，但二者并不是孤立的，而是相互制约的。水分对粮食呼吸作用的影响受温度条件的限制，温度对粮食呼吸作用的影响受含水量制约。在010时，水分对呼吸作用影响较小，当温度超过1318时，这种影响即明显地表现出来。因此在低温时，水分较高的粮食也能安全储藏，如在我国东北及华北地区，冬季气温很低，高水分玉米(一般含水量为25%)也可以作短期安全储藏，夏季气温回升时，必须降水(干燥、烘干)才能安全储藏。北京大米度夏安全水分为13.5%，而气温较高的上海就必须控制在12.0%才能过夏，而现在低温或准低温储藏大米，水分可高达15%。同样，温度对粮食的呼吸作用的影响与粮食含水量有关。水分较低时，温度对呼吸的影响不明显，当温度升高时，温度所引起的的呼吸强度变化非常激烈。利用温度、水分对粮食呼吸作用的综合作用，实践中可通过严格控制粮食的含水量，使粮食安全度夏，或在低水分条件下进行热入仓高温杀虫(小麦)，保持粮食品质；同样利用冬季气温低的有利条件，降低粮温，使高水分粮安全储藏。人们从实践中总结出来的粮食安全水分值称作粮食储藏安全水分。一般禾谷类粮食的安全水分是以温度为0时，水分安全值18%为基点。温度每升高5，安全水分降低1%。 （4）粮食储藏环境中气体成分氧分压的高低对粮食呼吸强度有明显的影响。通常随着氧分压的降低，有氧呼吸减弱，无氧呼吸加强。二氧化碳是呼吸作用的产物，环境中CO2的浓度增高时，就会抑制呼吸作用的进行，使呼吸强度减弱。控制储藏环境中的气体成分，是使粮食储藏后仍然保持新鲜品质的重要技术措施，是气调储藏的基础。（5）光线光照在粮食储藏过程中的作用几乎没有报道。Harrington指出：紫外线可能缩短收获前的种子寿命和加速储藏种子的变质。关于这方面报道很少的原因大概是粮食储藏过程中很少经受光线的直接照射。 日光中的紫外线具有较高的能量，能活化氧及光敏物质，并促进油脂的氧化酸败，油脂在日光的紫外线作用下，常能形成少量的臭氧，与油脂中的不饱和脂肪酸作用时就形成臭氧化物，臭气化物在水分的影响下，就能进一步分解为醛和酸，使油脂酸败变苦。另外，在日光照射下，油脂中的天然抗氧化剂维生素E会遭到破坏，抗氧化作用减弱，因此，油脂的氧化酸败速度也会增加，另外油脂在550nm附近的黄色可见光谱具有最大吸收。因此，在550mm附近的可见光对油脂氧化影响很大。二、谷物储藏过程中主要组分的变化（一）蛋白质粮食在储藏过程中蛋白质的总含量基本保持不变，一旦发现变化即为质变。研究发现，在40和4条件下储藏1年的稻米，总蛋白含量没有明显的差异，但水溶性蛋白和盐溶性蛋白明显下降，醇溶蛋白也有下降趋势。H.Balling等人报道，大米在常规条件下储藏，3年后(乙)酸溶蛋白有明显降低，到第7年，所有样品的酸溶性蛋白含量几乎降低到了原来的一半，可能是部分酸溶性蛋白与大米中糖及类脂相互作用形成其他产物的结果，但另有其他学者则认为是稻米蛋白中巯基氧化为二硫键所致。 大米经储藏过夏后，蛋白质中的巯基(SH)含量了明显的变化，这种巯基含量在很大程度上反映了蛋白质与大米品质变化的关系。的研究表明，随储藏过程的进行，大米中SH基含量逐渐减少，并发现大米在储藏过程中米饭的V/H值(粘度/硬度比值)与SH基含量的变化是线性关系，回归方程y=-0.08+4.61x(相关系数r=+0.93)。而且SH基含量的变化超前V/H值的变化，说明大米储藏过程中还存在着蛋白质以外的其他影响大米流变学特性的因素。同时，经还原剂处理的大米，蒸煮的米饭粘度/硬度比值明显提高。进一步的研究表明，大米储藏过程中淀粉粒蛋白的量明显增加，这种淀粉粒蛋白量的增加与大米储藏过程中蛋白质提取率的下降似乎存在着某种关系。表6-1 大米密闭储藏过程中Osborne蛋白溶解性的变化（大米整粒）蛋白质组分储藏前在5储藏5个月在25储藏5个月在35储藏5个月清蛋白 （%）球蛋白 （%）醇溶蛋白（%）谷蛋白（%）全蛋白（%）不溶性蛋白（%）蛋白提取率（%）O.300.670.255.256.47l.6879.30.380.570.144.905.991.8776.10.250.59O.084.815.73l.9874.30.180.45O.133.744.503.1l59.0有研究表明，小麦在40和自然室温条件下储藏3年，蛋白质总量并没有发生变化，但储藏过程中盐溶、醇溶蛋白提取率降低，而麦谷蛋白的提取率逐渐增加，这种变化与小麦品质逐步改善密切关联。并认为储藏过程中盐溶、醇溶蛋白部分解聚，低分子量麦谷蛋白亚基进一步交联，与小麦面团流变学特性密切相关的高分子麦谷蛋白亚基含量增加。VSuduarao报导（1978），新收获的小麦醇溶蛋白含量最高，由于小麦的后热作用，谷蛋白含量逐步增加，储藏四个月（常规储藏）的小麦中，谷蛋白与醇溶蛋白的比例从原来的0.33：0.88转变为1.3：1.9。同时新收获小麦的蛋白质中疏基含量比储藏四个月后的疏基含量高的多，但二硫键比储藏后要低得多。（二）碳水化合物淀粉在储藏期间，其含量下降不明显。但随着储藏时间的延长，淀粉的性质发生改变，主要表现在粘性下降，糊化温度升高，吸水率增加，碘蓝值明显下降。值得注意的是，稻米在储藏过程中总的直链淀粉没有明显变化，但不溶于热水的直链淀粉含量却随储藏时间的延长而逐渐上升，这与米饭粘性下降，糊化温度升高相一致。 同粘度一样，不溶于热水的直链淀粉含量变化可作为反映稻米陈化的一个重要指标。储藏期间碳水化合物的另一个变化是非还原糖含量的下降和还原糖含量的增加，尤其是蔗糖含量的减少较为常见。但由于还原糖和非还原糖的变化不如脂类和胚中酶的变化来得快，所以实际中很少用其作为储粮安全指标。淀粉在粮食储藏过程中由于受淀粉酶作用，水解成麦芽糖，又经酶分解形成葡萄糖，总的含量降低，但在禾谷类粮食中，由于基数大(占总重的80%左右)，总的变化并不明显，在正常情况下淀粉的量变一般认为不是主要方面。淀粉在储藏过程中的主要变化是“质”的方面。具体表现为淀粉组成中直链淀粉含量增加(如大米、绿豆等)，粘性随储藏时间的延长而下降，涨性(亲水性)增加，米汤或淀粉糊的固形物减少，碘兰值明显下降，而糊化温度增高。这些变化都是陈化(自然的质变)的结果，不适宜的储藏条件会使之加快与增深，这些变化都显著地影响淀粉的加工与食用品质。质变的机理是由于淀粉分子与脂肪酸之间相互作用而改变了淀粉的性质，特别是粘度。另一种可能性是淀粉(特别是直链淀粉)间的分子聚合，从而降低了糊化与分散的性能。由于陈化而产生的淀粉质变，在煮米饭时加少许油脂可以得到改善，也可用高温高压处理或减压膨化改变由于陈化给淀粉粒造成的不良后果。还原糖和非还原糖在粮食储藏过程中的变化是另外一个重要指标。在常规储藏条件下，高水分粮食由于酶的作用，非还原糖含量下降。但有人曾报道，在较高温度下，小麦还原糖含量先是增加，但到一定时期又逐渐下降，下降的主要原因是呼吸作用消耗了还原糖，使其转化成CO2和H2O，还原糖的上升再度下降说明粮食品质开始劣变。（三）脂质在储藏过程中，粮食中的脂类变化主要是氧化和水解。氧化作用产生过氧化物和碳基化合物，水解作用产生脂肪酸和甘油，低水分粮食尤其是成品粮的脂类物是以氧化为主，而高水分粮食的脂类则以水解为主，正常水分的粮食两种解脂作用可以交替或同时发生。储粮温度升高时，解脂速度加快。脂肪酸的变化对粮食的种用品质、食用品质有影响。稻米在陈化过程中游离脂肪酸增多，使米饭硬度增加，米饭的流变学特性受到损害，甚至产生异味。小麦在储藏期间，通常在物理性状还未显示品质劣变之前，脂肪酸早已有所升高，而种子生活力显著下降。虽然脂肪酸含量与储粮品质有很好的相关性，但由于储粮的原始状况不同及仓储条件的差异，仅以脂肪酸值的大小作为储粮品质劣变指标尚欠妥当，而以游离脂肪酸的增长速度作为储粮变质敏感指标则比较合理。另外，粮食在储藏期间，极性脂类的分解比游离脂肪酸的增加更为迅速。从理论上讲，测定糖脂及磷脂等极性脂的变化比测定游离脂肪酸的变化更能反映储粮的早期劣变。但是，粮食籽粒中极性脂的含量甚少，测定方法繁琐，故实际应用起来尚有一定的难度。粮食中脂类变化主要有两方面，一是被氧化产生过氧化物与由不饱和脂肪酸被氧化后产生的羰基化合物，主要为醛、酮类物质。这种变化在成品粮中较明显。如大米的陈米臭与玉米粉的哈喇味等。原粮中由于种子含有天然抗氧化剂，起了保护作用，所以在正常的条件下氧化变质的现象不明显。另一种变化是受脂肪酶水解产生甘油和脂肪酸。自30年代以来发现劣质玉米含有较高脂肪酸以来，各究者多用脂肪酸值作粮食劣变指标。特别是高水分易霉变粮食更明显，因霉菌分泌的脂肪酶有很强的催化作用。影响水解酸败和氧化酸败的许多因素是相同的，而且在许多情况下氧化酸败是由脂肪最初水解释放出来酯化的脂肪酸所引起的。影响酸败的因素主要包括以下几个方面的内容：1原料质量原料的质量对谷物及其产品的稳定性有很大影响，物理损伤及在收获前气候潮湿时，粮食污染有脂解性微生物会直接影响其储藏稳定性。比如说，污染真菌的小麦粉制成的饼干中会有肥皂异味，这是因为真菌中的脂解酶水解饼干中的奶脂所引起的。2加工条件用抗氧化剂来防止食品中的酶促酸败是不可行的，因此通常采用加热处理来钝化酶，这个条件必须严格控制，首先要“杀死”酶，但又不能使内源性抗氧化剂受到破坏（防止非酶促酸败），因此有必要强调酶对热的敏感性，随水分活度的增大而增大。在一些情况下，热处理可以破坏谷物的某些功能特性，如加热小麦粉会使面筋活性丧失，因此要选择其它方法，对胚强化的小麦粉应把胚分开蒸煮以钝化酶。3储藏条件温度：动力学作用，湿度降低反应速度变慢，稳定性增大，脂解作用依赖于油在物料中的扩散作用，在低温条件下，（油固化温度以下）这种作用的发生受到限制。水分活度：脂肪降解可以发生在比大多数谷物本身的水分活度低得多的条件下，如在小麦粉制品中水解酸败可在水分低达5%时发生。然而小麦制品中在环境条件下（Aw=0.65）的反应速度比在水合物料中要小得多。减少非酶促氧化酸败通常推荐的水分条件是小于5%。4空气除O2可以防止氧化酸败但不能防止水解酸败，脂肪有酶促成非酶促氧化仅需少量的氧通常1%左右就可以了。5抑制剂适合谷物制品中脂酶抑制剂（防止水解酸败）尚未发现，尽管抗氧化剂对脂氧合酶引发的氧化作用无效，但它可以延缓非酶促氧化酸败的发生。研究发现300ppm的薄荷提取物能有效地抑制麦片和米片的酸败，100ppm的香子兰醛对滚筒干燥的小麦片来说是特别有效的抗氧化剂。6颗粒大小颗粒小表面积大易发现氧化酸败，但颗粒大物理和感觉特性差些，所以两者必须协调起来。（四）挥发性物质新鲜粮食与储藏一段时间后的陈化粮食相比，其挥发性物质的组成与含量有较大差别。陈米中碳基化合物比新米中含量高，特别是高沸点的正戊醛、正己醛含量增加更为明显，这些高沸点的醛类使人感到难闻的陈米味。一般而言，质量好的大米挥发性物质中具有较多的硫化物和少量羰基化合物。米饭的气味取决于这两种化合物含量之间的平衡。与大米相似，小麦中挥发性物质与面包烤制中的香味显著相关。由于挥发物与大米新鲜程度密切相关，国外己将其作为稻米品质劣变的重要指标。我国虽没有将挥发物直接作为品质变化指标，但挥发物的变化对米饭或面包的香味有重大影响，品尝评分值在一定程度上间接反映了挥发物质的变化。（五）酶谷物随着储藏期间的增长，各种酶的活性呈现出不同的变化。当粮食籽粒活力丧失时，与呼吸作用有关的酶，如过氧化氢酶、过氧化物酶、谷氨酸脱羧酶和脱氢酶的活力降低，而水解酶类，如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和磷脂酶的活性却增加。酶活性的变化趋势在一定程度上能反映储粮的安全性。由于酶的活性与种子生活力密切相关，并且其活性降低也表现在发芽率减少之前，所以，酶活力可以作为粮食品质劣变的灵敏指标。随储藏时间的延长谷氨酸脱羧酶活力下降，特别是在有利于劣变的水分下。酶似乎只在胚中出现，储藏中酶活力下降的速度依赖谷物的水分含量。林可欧和索恩(1960年)发现在谷氨酸脱羧酶和发芽百分率之间存在着对数关系(小麦，r=0.920；玉米，r=0.949)。在小麦和玉米中这两个相关系数较发芽百分率与游离脂肪酸之间的相关系数(小麦，r=0.754；玉米，r=0.433”)高得多。 尽管在谷氨酸脱羧酶与发芽率之间存在高的相关性，但变化时有报道。组成(主要是蛋白质含量)、遗传及环境因素影响其结果，另外，谷氨酸脱羧酶在用作发芽的粮食中作为粮食健全程度的指标比其在用作面包制做及早餐谷物食品生产指标更有用。研究表明谷氨酸脱羧酶试验与脂肪酸度相比是人工干燥和储藏稻谷更可靠的生活力指标。在五种环境条件下储藏稻谷和玉米24周并定期测定发芽，四唑染色加速陈化的作用及谷氨酸脱羧酶活力，谷氨酸脱羧酶活力下降是在发芽率下降之前。三、 生物所引起的粮食发热与霉变由于微生物在粮食上的生长繁殖，导致粮堆发热乃至霉变，使粮食发生一系列的生物化学变化，造成粮食