气调储藏基本原理.doc

气调储藏基本原理上一层 气调储藏防治虫害的作用 抑制霉菌的作用 降低呼吸强度 对粮食品质的影响 在密封粮堆或气密库中，采用生物降氧或人工气调改变正常大气中的N2、CO2和O2的比例，使在仓库或粮堆中产生一种对储粮害虫致死的气体，抑制霉菌繁殖，并降低粮食呼吸作用及基本的生理代谢。这种以控制调节环境气体成分为依据，使粮食增加稳定性的技术叫气调储藏。 实验证明，当氧气浓度降到2%左右，或二氧化碳浓度增加到40%以上，或在高N2浓度下霉菌受到抑制，害虫也很快死亡，并较好保持粮食品质。 气调储藏的途径有生物降氧和人工降氧两大类，二者有不同的理论依据。 生物降氧是通过粮食生物体的自身呼吸，将塑料薄膜帐幕或气密库粮粒孔隙中的氧气消耗殆尽，并相应积累了较高的二氧化碳，它们能达到缺氧的机理，是以生物学因素为理论根据的。 人工气调则是应用一些机械设备，如燃炉、制氮机，它们的燃料可以用木炭、液化石油气、煤油等，亦可用分子筛或真空泵，先抽真空再充入氮气或二氧化碳气体。这些应用催化高温燃料、变压循环吸附、充入、或置换等方法借以改变粮堆原有的气体成分，强化密封系统，使大气达到高浓度的氮、高浓度的二氧化碳或其它气体，因此是以人工气调为依据的。 一、气调储藏防治虫害的作用 储粮害虫的生活条件，与所处环境的气体成分、温度、湿度分不开。使用最有效的杀虫气体组成，按粮种提高温度到一定范围，并按实际情况延长处理时间，均能提高气调杀虫的效果。当氧浓度含量在2%以下，储粮害虫就能致死。当有高二氧化碳和低氧混合气体同时起作用时就更具毒性。杀虫率所需的时间取决环境温度，大气温愈高，达到95%杀虫率所需的暴露时间则愈短，所以高温可以增加气调的效力。此外，在比较低的湿度下处理比在较高的湿度下处理更为有效。因为害虫生存中经常面临的一个重要问题是保持体内水分，免于过分散发以确保生命的持续，生活在干燥状态的储粮害虫，常具有小而隐匿的气门，气门腔中存在阻止水分扩散的疏水性毛等，在正常情况下，所有气门处于完全关闭或部分关闭状态，如果在低氧和一定二氧化碳以及相对湿度为RH60%以下的干燥空气中，则能促使害虫气门开启，害虫体内的水分因此逐渐丧失，经试验，黄粉虫幼虫在高二氧化碳和低氮气混合处理时，其相对湿度与害虫致死呈现负相关。赤拟谷盗、杂拟谷盗、锯谷盗的致死率均随相对湿度降低而显著增加（见表10-1）。 此外，气调杀虫的规律与充入气体浓度和处理时间有着密切关系，小麦水分11.5-12%，粮温30-35，密闭12天，含氧量在1.4-2.4%,玉米象达到致死程度只须12-30小时,氧气浓度在2.8-4.5%时,48小时害虫死亡率只占20%,以后随含氧量增高,害虫死亡时间延长。人工气调时，低氧和高二氧化碳两种气体相配合时对杀死各种害虫更具增效作用，当粮堆中单一充入36%-80%的二氧化碳，其杀虫效果，随二氧化碳浓度增高，其毒性增加，杀虫效果就大。当氧气含量低于5%，有15-38%的二氧化碳混合时，对害虫的毒效作用增加，能取得明显的气调杀虫效果。表10-1 不同湿度下混合气体与害虫死亡率的关系平均气体浓度%相对湿度%害虫致死率%O2N2赤拟谷盗杂拟谷盗锯谷盗0.9799.03680.63.01.55.23.74.11.20.7699.24540.675.96.339.19.217.03.20.7699.24330.694.83.295.91.327.54.70.8099.209498.50.898.10.940.07.0注:(1)赤拟谷盗、杂拟谷盗暴露24小时，锯谷盗暴露6小时；（2）温度为26.3。 据斑克斯.李前泰试验报道,单一二氧化碳气调杀虫的效果,对不同虫种和虫期的综合防治,与二氧化碳浓度、暴露时间、温度及湿度有关，二氧化碳浓度15%时已具防治、抑制虫种发育效果，使各虫期发育滞后7-15天，当二氧化碳控虫的最低有效浓度45%，暴露时间应153.4小时，随湿度的降低，温度的增高，不同虫期的LT50、LT99.5相应减小，不同虫期对其二氧化碳的忍耐力大小排序为杂拟谷盗赤拟谷盗玉米象米象谷蠹，不同虫期对二氧化碳的忍耐力顺序为成虫期幼虫期蛹期卵期。 目前国内外为防止仓库储粮害虫因使用单一气体气调熏蒸而产生抗性的问题作了众多的研究，试验证实采用二种或两种以上或与空气混合来控制害虫，效果更为显著，如二氧化碳与溴甲烷，二氧化碳与磷化氢混合使用，都能提高二氧化碳对仓库害虫的毒性，据德斯马查利丁报道：就防治赤拟谷盗和杂拟谷盗来说，用二氧化碳25%和剂量为50ml/L的磷化氢熏蒸配合，其防治效果明显优于高二氧化碳或高剂量磷化氢熏蒸，也同样适用于防治谷班皮蠹和谷蠹，这就称为混合气调。 混合气体毒杀仓储害虫的效果比单一气体好，当采用二氧化碳浓度为40%-60%；氮气20%，氧20%的气体处理粉班螟卵时，经48小时，受试卵全被杀死，可见有氧的存在比纯二氧化碳气体毒力更高。 例：在26及RH57%，氧含量为2%-8%，二氧化碳为5%-30%的气体中暴露96小时以上，对两种成虫产生明显的增效作用（见图10-1）。 二、抑制霉菌的作用 气体对真菌的代谢活动有明显的影响。能理想地将氧降低至0.2-1.0%，不仅控制了储藏物的代谢，也明显地影响到气体对真菌的代谢活动。 当粮堆氧浓度下降到2%以下时，对大多数好氧性霉菌具有显著的抑制作用，特别是在安全水分范围内的低水分粮以及在粮食相对湿度在65%左右的低湿条件下，低氧对霉菌的控制，其作用尤为显著。但是有些霉菌对氧气要求不高，极能忍耐低氧环境，例如灰绿曲菌、米根霉，能在0.2%氧浓度下生长。当气调粮堆表面或周围结露时，在局部湿度加大的位就会出现上述霉菌，有些兼嫌气性的霉菌如毛霉、根霉、镰刀菌等亦能在低氧环境中生长。 国外资料表明，对刚收获的湿玉米（水分17-23%）采用缺氧密闭储藏，由于缺氧的结果，微生物区系逐渐减小，杂色曲霉分生孢子的发芽率降低到20%以下，娄地干酪青霉和烟曲霉等真菌亦不能生长，但水分超过23%的玉米，会出现轻微的酒精味，最好在密闭2-3个月以后进行烘干处理，降低水分至安全储藏时再继续存放。 粮食上的霉菌对低二氧化碳有较强适应能力，只有当二氧化碳浓度提高到40%以上才能有明显的抑制作用。 图10-2表明温度和二氧化碳等气体对麦氏青霉孢子发芽的交互作用,随着二氧化碳浓度的增加显著地降低孢子的发芽率,虽然此例中氧浓度恒量,二氧化碳已增加到足以单一气调制菌的能力。如果采取低氧气调，应尽可能将粮堆间隙中的氧排除或将氮提高到99%以上、氧控制到0.5%以下才能见效。 气体组成中二氧化碳对真菌的代谢活动有明显的影响，当二氧化碳浓度增加到60%-90%时，能抑制小麦或玉米内的霉菌生长及青霉或黄曲霉毒素的产生，据报道，用二氧化碳保藏11.8-25.4%高水分花生仁时，可防止黄曲霉和黄曲霉毒素的形成，其气体成分混合比例如表10-2所示。表10-2 防止黄曲霉毒素形成的二氧化碳配比条件CO2浓度%其它气体成分v%温度相对湿度%O2N220206015-1786402040159940204025866020202586-92 将高水分及低水分两种不同粮食，置空气及氮气中气调储藏，氮气储藏能影响霉菌数量及其种类。氮气气调的谷物霉菌总数较空气储藏均少，如图10-3所示。 高水分粮采用人工气调，证明氮气同样能收到抑制霉菌的效果，见图10-4。因此气调储藏可作为高水分粮应急储藏措施，是可行的。 霉菌类型的演变是：田间真菌如芽枝霉及交链孢霉逐渐减少，储藏真菌（青霉和曲霉）在各种情况下还会增加。 但用氮气控制真菌时，采用含O2在0.3%的工业N2气中，只能减少霉菌发展速度；只有在纯氮，含氧在0.01%时，真菌生长、繁殖才能全部被抑制。 氮气抑制黄曲霉毒素产生，这在湿小麦、花生仁与湿玉米中均获得证实，而黄曲霉毒素的产量与真菌的生长成正比。 在空气及氮气中，黄曲霉在湿小麦内（水分18-19%）的生长及黄曲霉毒素B1产量的影响，根据塞检菲尼等试验，在严密的充氮条件下，四种霉菌，其中特别是黄曲霉受到致命的杀伤。 法国曾采用20%左右高水分玉米进行密闭储藏一年，除假丝酵母有增长趋势，其它真菌、细菌、乳酸菌均未增长。用粮食麦角甾醇来衡量菌丝体，说明在自然缺氧开始4-5天后当氧气下降到0.5%，霉菌和粮食的代谢将受到极大抑制。 三、降低呼吸强度 呼吸是和生命密切相关的，呼吸强度是粮食主要的生理指标。在储藏期中，粮食呼吸作用增强，有机物质的损耗会显著增加，粮食易劣变。在缺氧环境中，粮食的呼吸强度显著降低，当粮食处于供氧不足或缺氧的环境条件下，并不意味着粮食呼吸完全停止，而是靠分子内部的氧化来取得热能，在细胞进行着呼吸来延续其生命活动。这种呼吸过程就称谓缺氧呼吸或叫分子间内呼吸。缺氧呼吸的一般反应式参见第二章。 由于正常的呼吸作用是一个连续不断从空气中吸收氧的氧化过程。缺氧吸呼所需氧是从各种氧化物中取得的，即是从水及被氧化的糖分子中的OH-根中获得的，与此同时，必须放出H+。所以缺氧呼吸是在细胞间进行的氧化过程与还原过程。有氧呼吸与缺氧呼吸两者间共同途径是相同的，都由复杂的各种酶参与反应，其中脱氢酶、氧化酶是起着决定性作用的酶。呼吸产物的共同点是都要放出二氧化碳和热能。也都有氧化过程。但当粮食由需氧呼吸方式变迁为缺氧呼吸方式时，由于粮堆环境中氧受到限制，粮食呼吸强度也相应降低到最低限度。缺氧呼吸时氧化1克分子葡萄糖所放出的热量（28千卡）较之有氧呼吸时放出的热量（674千卡）缩小了30倍。可见缺氧呼吸可降低粮食生理活动，减小干物质的损耗。与此同时，不论缺氧呼吸或有氧呼吸所产生的二氧化碳都能积累在粮堆中，相对地抑制粮食的生命活动，并抑制虫霉繁殖。但积累高浓度的二氧化碳只有在密闭良好的条件下才能取得。据文献报道，当二氧化碳积累量达40%以上浓度时，就可杀死储粮害虫，高二氧化碳浓度到70%以上时，绝大部分有害霉菌可被抑制。因此，在实践中缺氧储藏具有预防和制止储粮发热的效果，而且，干燥的粮食采用缺氧储藏，可以较好地保持品质和储粮稳定性。因为在干燥的粮食中，它们呼吸的共同途径是都兼有缺氧呼吸，即不仅发生着正常的需氧呼吸，而且还发生缺氧呼吸过程，常常由于整个呼吸水平极其微弱，即使有缺氧呼吸在细胞中进行，它们所形成的呼吸中间产物也是极其有限的、微不足道的，对粮食的品质和发芽力都不致有重大影响。 然而，在高水分粮采用缺氧储藏技术时，粮粒的呼吸方式几乎由缺氧呼吸替代了正常的呼吸，它虽然产生的能量很低，亦应注意到它的另一方面，缺氧呼吸的最终产物是酒精或其它中间产物及有机酸类。粮食和其它有机体一样，是需要维持正常功能的，在长期缺氧条件下，如果由于酒精、二氧化碳、水的积累达到了一种平衡状态或对粮粒的细胞原生质的毒害作用，将会使机体受到损伤或完全丧失生活力，这种现象特别对于高水分粮、种用粮不利。一般地说，粮食水分在16-16.5%以上，往往就不宜较长时期的采用缺氧储藏方法，以免引起大量酒精的积累，影响品质。对种子粮来说，氧气供应不足或缺乏时，其呼吸方式由需氧转向缺氧呼吸，即使是偏高一些水分的种子粮，也会由于供氧不足，加速粮粒内部大量氧化作用和不完全氧化产物的积累，并有微生物的参与，以导致发芽率降低和种子寿命的衰亡。所以，缺氧储藏对粮粒生活力的影响取决于原始水分的多少。从表10-3可以看出，水分越高，缺氧越严重，保管时间延长，对发芽率影响较大。由于种子水分的增高，必然会引起籽粒的强烈呼吸，这时需要更多的氧源来补充才能适应种子生理的要求，但这时处于密闭储藏条件，氧被消耗，粮粒将因长期缺氧而窒息死亡，特别当水分提高到14%以上时，发芽率有降低到0的可能，这在实践中是应该注意的。表10-3 缺氧储粮对种子发芽率的影响粮种水分%储藏时间（月）最低氧浓度%发芽率%小麦12.2166.487.5小麦11.2169.994小麦14.1120.839.5对照11.212-82稻谷12.7143.485.5稻谷14.714062稻谷17.41401对照12.714-92.5豌豆12123.491.7豌豆222040对照1212-94 四、气调储藏对粮食品质的影响 控制储粮环境的主要原因是控制或防止害虫、真菌、螨类的侵害。对气调储藏能否保持粮食品质，正在受到人们的极大的关注。 国内外在近几年的研究中，对此问题作了详尽的分析与评定。实践证明，影响储粮品质的首要因素是温度的影响，其次才是其它条件。从大米缺氧储藏的效果分析，对苯二酚14.05%水分的大米采用缺氧储藏的品质与空气（对照）储藏相比较，缺氧储藏组品质变化显然优于常规储藏，其中对照组粘度下降，脂肪酸值增高，淀粉糊化特性改变明显的较缺氧储藏的快（见表10-4），其适口性都优于空气（正常大米）中储藏的大米品质。 影响大米品质的条件，除了与气体成分有一定关系外，更重要的是温度对品质的影响。大米经五个月的储藏，品质随储藏期的延长表现为不同成度的陈化。具体品质陈化指标表现为脂肪酸增加，硬度增高，粘度降低，淀粉溶出固形物减少，淀粉膨润时间加长。在仓房条件过夏，粮温度变幅最高达31-32，较之在地下室自然低温（稳定粮温15-16）条件下变化尤为明显。表10-4 缺氧储藏大米品质变化测定项目及单位原始样品缺氧储藏对照(地下室)低温自然缺氧高温(房式仓)房式仓包装酸度KOH毫克/10克0.721.641.341.43脂肪酸KOH毫克/100克38.1828.4939.5850.51硬度(市斤/粒)4-8.94-8.94-8.94-8.9所占%879788100碘兰值透光率%47.54949.755.4粘度厘沲3.582.572.42.3淀粉糊化特性糊化温度83838383最高粘度Bu530635650710最高粘度温度90899091粘度终点Bu440525590610粘度终点温度90949494 面粉品质变化较大米快，即使在缺氧条件下也在所难免。表现为脂肪酸值增高，面筋含量减少，粘度下降，淀粉溶出固形物减少。和大米相似，受高温影响变化加速。如表10-5。表10-5 缺氧储藏面粉品质变化测定项目及单位原始样品缺氧储藏对照(地下室)低温自然缺氧高温(房式仓)房式仓包装酸度KOH毫克/10克0.721.641.341.43脂肪酸KOH毫克/100克45.0181.9190.35109.04面筋湿重%292221.522酸度KOH毫克/10克3.392.942.262.94碘兰值透光率%51.14951.562.2粘度厘沲-3.1753.0392.99淀粉糊化特性糊化温度77777777最高粘度Bu540652719885最高粘度温度85878686粘度终点Bu450510595675粘度终点温度92929292注:面粉原始水分13.07% 从表10-5中可以看出,缺氧储藏5个月后,面粉品质不及新鲜的。缺氧储藏组优于对照组，低温组优于高温组。对照组其脂肪酸较原绐样品增加一倍，碘兰值透光率增加11%，粘性降低，可见低温对减轻品质劣变具有一定的作用。湖南湘潭第一粮库对面粉缺氧储藏后的品质变化分析得出相似的结果。如表10-6所示。表10-6 面粉缺氧储藏八个月的品质变化处理水分%脂肪酸KOH毫克/10克粘度B.U湿面筋重克/100克面筋拉力(厘米)微生物降氧(一)12.17131.7446031.7220.5微生物降氧(二)1390.5440032.6621自然缺氧(一)13.21119.9842032.6621自然缺氧(二)13.1793.0844028.2323.2对照(一)13.97126.458028.4421对照(二)14.48120.5989028.4419.8 从表中看出经过缺氧储藏的粮食品质明显优于对照组。表现为储藏8个月的面粉面筋湿重高于对照组3%-4%，脂肪酸值大部分低于对照组。 根据四川省粮食科研所与广东、浙江、江西、天津、湖南、四川等省市16个单位协作研究，从大米缺氧储藏过夏的品质变化指标分析看：采用四种缺氧方式储藏大米，其品质在储藏150天后同样比采用常规储藏的对照组好。如表10-7所示。 表10-7 大米缺氧储藏品质变化测定项目原始储藏60天储藏150天对照自然缺氧燃烧脱氧充CO2充N2对照自然脱氧燃烧脱氧充CO2充N2脂肪酸(KOH/100g)81.15131.05133.13141.53130.08132.54145.29138.49158.561132.76141.98还原糖0.230.290.210.270.320.30.370.350.330.330.32非还原糖0.320.290.290.390.380.410.110.20.270.360.28植酸磷(mg/g)1.071.21.121.221.41.381.231.091.391.181.22过氧化酶(0.1NKmn)(0.4mn/g)14.2813.715.5213.9113.6115.1120.5319.8120.1720.4220.76粘度(Bu)330.6453.6395488.1373.1349.3559.5508.3546.9518.9436淀粉酶活性(B.U)84.4114.6118.782.5136.8137.590.4126.391.996.61118.8 而原粮如稻谷、小麦采用缺氧储藏后的品质变化较为稳定。据湖南湘潭中路铺粮店分析：缺氧保管16个月的稻谷，其品质变化与仓房条件保管的没有什么差异。如表10-8所示。表10-8 稻谷缺氧储藏后的品质变化处理水分%脂肪酸KOH毫克/100克粘度Bu还原糖占样品干基%非还糖占样品干基%米饭膨汤率%大米吸水率%米汤PH值米汤干物质（克/10米样）微生物降氧七个月13.49122.313900.321.04222.5149.270.25自然缺氧七个月13.26118.473800.251.16251149.170.25对照七个月12.7103.773900.221.15241.7146.56.70.21微生物降氧十六个月14.14129.954600.380.72247.5147.56.60.21自然缺氧十六个月14.08132.924700.410.68254.5146.26.90.21 据国外报道：稻谷及大米在低氧状态下储藏与一般空气中储藏相比较，其品质变化的差异是存在的。日本用糙米在低氧状态下储藏时，由好气性呼吸被抑制，有机酸含量显著减少，还原糖含量较在空气中储藏有所增加，但这种还原糖的增加并不是由于淀粉被分解所造成的，而是由于还原糖的进一步分解速度降低所致。其分解程序为：淀粉还原糖有机酸类二氧化碳与水。 试验还指出，淀粉酶的活性与氧浓度并没有什么关系，所以更证实在低氧条件下还原糖的增加，并非淀粉水解所致。如表10-9所示。表10-9 糙米在空气和二氧碳混合气体中的品质变化测定项目和单位原始数二氧化碳