谷物科学 第六章谷物安全贮藏

谷物科学原理第六讲,谷物安全贮藏,2,自从人类社会粮食生产以来，就有粮食的贮藏。我国粮食的贮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贮藏。谷物安全贮藏的概念在不同的国家，不同的历史时期含义不同，谷物“安全贮藏”的概念也在不断发展。,3,第一节谷物贮藏概述,特点：以保持粮食品质为目的。在贮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。粮食贮藏时间比较短，流通较快。立筒仓贮所占的比重大，贮粮的机械化程度高。,一、发达国家粮食贮藏现状,4,（一）美国,1.粮食中气味和挥发性物质的研究粮食中挥发物和气味与其品质、霉变、害虫污染等因素有关。通过挥发物测定推断粮食是否有生霉、长虫、品质变化的趋势，以便采取相应的措施。2.粮食害虫防治方法的研究化学杀虫剂的使用受到限制。因为：环境污染（溴甲烷对臭氧层破坏）和残留。生物杀虫剂的研究开发。利用环境因素和自然因素的方法：首选生物方法，其次是物理方法，不得已化学方法。,5,3.粮食害虫防治专家系统的研究专家系统使用方便，能使仓贮管理人员在各种条件下作出正确的判断。如通风，杀虫，放气、除湿、降温等的问题都可从专家系统得到帮助。4.生物技术利用生物技术，特别是基因工程在贮粮害虫防治方面的应用（如不育基因的导入），耐贮藏粮食作物育种等。,6,（二）英国,贮粮新技术的研究重点在粮食微生物和CO2贮粮方面。贮粮的呼吸作用与霉菌的消长关系；水分活度与贮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贮粮效果，该设备能产生高CO2、低氧环境，对贮粮害虫有高致死率，无副作用。,7,（三）澳大利亚,近年来主要致力于气调贮粮和熏蒸技术的研究。在气调贮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，使磷化氢浓度在粮堆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。贮粮害虫对化学药剂的抗性研究较为深入。,8,（四）加拿大,信息素对害虫的诱捕作用和生物气体防治害虫；粮食微生物方面关于毒素的研究；粮食对CO2的吸附作用以及CO2气调贮粮对粮食品质的影响；干燥方面研究干燥速度模型，干燥对粮食品质影响以及避免干燥过热的措施。,9,二、中国粮食贮藏技术研究进展,50年代初期，采用物理机械方法防治害虫；50年代末，采用化学方法保藏稻谷、小麦；60年代，应用塑料薄膜密封充N2缺氧保藏大米的方法；70年代，用不同的装备和技术充N2和CO2，缺氧贮藏技术得到进一步发展；80年代，大城市发展低温贮粮技术，与此同时“双低”和“三低”贮粮技术得到应用；90年代，我国贮粮技术有了较大的发展。,10,（一）仓贮技术,机械通风降水技术日趋完善；粮情计算机检测技术在全国推广使用；环流熏蒸技术日趋完善；气调贮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了一个新的层次；1998后政府投入巨资修建粮食贮藏仓库，采用了较为先进的贮粮技术手段和不同的仓型，机械化程度提高；露天贮粮技术研究的开展：如器材的选用和性能比较，露天囤垛熏蒸技术等。,11,（二）贮粮害虫防治,仍以化学防治为主，特别是磷化氢的使用。但由于害虫对磷化氢的抗性越来越强，相比之下物理防治和生物防治是一个比较薄弱的环节；双低贮粮是我国贮粮技术专家对粮食贮粮技术的一大贡献。贮粮环境中较低的氧气浓度或较高的CO2浓度对磷化氢具有增效作用，即当O2浓度小于12%或CO2浓度大于4%时可提高磷化氢的杀虫效果；环流熏蒸技术的实施大大提高了施药效率；近年来采用磷化氢以外的熏蒸剂（如沼气，乙炔等），取得明显效果。,12,三、贮藏技术发展趋势,粮食贮藏目的：减少粮食损失，保持粮食品质(加工品质，营养品质，食用品质，种用品质等)，也成为未来粮食贮藏重点；首选低温贮藏，未来粮食贮藏技术发展的趋势。但低温制冷所需投入较大；气调贮粮具有无污染的特点和优势，但该方法对粮仓的密封性能要求较高；化学防治方法仍将在粮食贮藏中发挥重要作用，虽然化学防治有着不可避免的污染或残留。粮食的贮藏和运输将以散装为主，贮运技术将向机械化和自动化的方向发展。辐射贮粮虽在我国不普遍，但对未来粮食贮藏将有重要作用。,13,第二节粮食贮藏生态系统,生态系统的定义：把生物群体及其非生物的环境作为一个有机功能系统，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、一个粮库都可认为是一个生态系统。,14,贮粮生态系统的组成,围护结构：立筒库仓、地下仓等，背景系统。粮食籽粒：生物群落的主体，能量的来源。有害生物：影响贮藏稳定性及品质的重要因素。物理因子：温度、湿度、气体、水分等，与生物群落的变化演替密切相关。,15,贮粮生态系统的特点(与自然生态系统的区别),1.营养物质只减不增(一个有限资源)。粮食是粮堆生物群落的主体，在贮藏过程中只能被动地受消费者及分解者的消耗，同时为维持自身生理活动须自我供应；2.贮粮生态系统受环境干扰大，生物量小，种群层次有限，食物链短，食物网简单，种群控制以非生物为主，故粮堆属于未成熟的生态系统；,16,3.动植物的选择是人工的而不是自然的。贮粮生态系统中有害生物受到人为控制，这是贮粮生态系统的一个显著特点；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。贮粮生态系统，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。,17,(一)水分微生物(特别是真菌)是谷物劣变的主要原因。水分是控制真菌在粮食上生长速率的最重要的因素。当水分达到14或稍微超过这个水平时，真菌即开始生长；在粮食贮藏过程中重要的是最高水分，而不是平均水分；谷物的品质和贮藏稳定性与Aw关系密切。Aw不仅与微生物的繁殖有关，与自动氧化，褐变反应等也密切相关。,第三节谷物在贮藏过程中的变化,一、影响谷物贮藏稳定性的主要因素,19,(二)温度粮食贮藏过程中，温度主要影响：(1)粮食自身呼吸作用；(2)粮食害虫的生长以及粮食微生物的生长。呼吸作用是酶催化的一系列生化过程，温度直接影响酶促反应，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。粮食体内某个生化过程能够进行的最高温度或最低温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，升高10时，反应速率增大到22.5倍。（温度系数Q10)影响谷物贮藏生态系统温度的外部因素：太阳辐射、大气温度、地温和生物群落呼吸作用。粮温变化受到仓温和外界温度变化的影响：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。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。年变振幅：钢板仓露天堆垛土圆仓塔形仓房式仓地下仓。一般在夏季：气温仓温粮温。,20,(三)气体,谷物在贮藏过程中不可避免地受到氧的影响，即使处于休眠或干燥条件下，谷物仍有各种生理活动，这是粮食新陈代谢的基础，又直接影响粮食的贮藏稳定性。呼吸作用是粮食籽粒维持生命活动的一种生理表现。通过呼吸作用，消耗O2、放出CO2并释放能量。呼吸作用越强有机物质的损耗越大，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、粮食微生物和贮粮害虫呼吸作用的总和。,21,呼吸作用分为有氧呼吸和无氧呼吸,有氧呼吸是有生命的籽粒在游离氧存在下，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，反应式为：C6H12O6+6O26CO2+6H2O+674kcal产生的能量大约有70%贮藏在ATP中，其余的能量则以热能散发出来，这是呼吸作用使粮食发热的原因之一。有氧呼吸的特点：有机物的氧化较彻底，同时释放出较多的能量，从维持生理活动来看是必需的，但对粮食贮藏则是不利的，因此贮藏期间应人为地将有氧呼吸控制到最低水平。,22,无氧呼吸：籽粒在无氧或缺氧条件下呼吸，生命活动所需能量不是来自于空气中氧直接氧化营养物质，而是依靠内部的氧化与还原作用获得能量。无氧呼吸也叫缺氧呼吸，由于无氧呼吸的氧化不完全性，产生乙醇：C6H12O66C2H5OH+2CO2+28kcal在贮藏过程中，粮食既存在有氧呼吸，也存在无氧呼吸。通气良好的粮堆，以有氧呼吸为主，但粮堆深处以无氧呼吸为主，尤其是较大的粮堆更为明显；长期密闭贮藏的粮堆，以无氧呼吸为主。,23,粮食籽粒在贮藏中的呼吸强度可作为粮食陈化与劣变速度的标准。呼吸强度增加，即营养物质消耗加快，劣变速度加速，贮藏年限缩短。因此，粮食保鲜的基础：在贮藏期间维持正常的、低水平呼吸强度、保持粮食贮藏期间基本的生理活性。,24,影响粮食籽粒在贮藏过程中呼吸作用的因素：1、粮食种类胚/籽粒比例大的粮种呼吸作用强（玉米高于小麦）；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。,25,2、水分水是粮粒呼吸过程中一切生化反应的介质。随着水分的增加，粮、油籽粒呼吸强度升高。3、温度在一定范围内，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。一般谷物的温度上限为4555。,26,水分与温度是影响粮食呼吸作用的主要因素，二者相互制约010：水分对呼吸作用影响较小1318：水分对呼吸作用明显因此，在低温时水分较高的粮食也能安全贮藏。如在我国东北及华北地区，冬季气温很低，高水分玉米(25%)也可短期安全贮藏。夏季气温回升时，必须降水(干燥)才能安全贮藏。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贮藏大米，水分可高达15%。,水分与温度的关系,27,同样，水分较低时温度对呼吸的影响不明显，当温度升高时，温度所引起的呼吸强度变化非常激烈。人们从实践中总结出来的粮食安全水分值称作粮食贮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%,28,4、粮食贮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。CO2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。控制贮藏环境中的气体成分，是使粮食贮藏后仍然保持新鲜品质的重要技术措施，是气调贮藏的基础。,29,(四)光线,光照在粮食贮藏过程中的作用几乎没有报道。紫外线可能缩短收获前的种子寿命和加速贮藏种子的变质。,30,二、谷物贮藏过程中主要组分的变化,粮食在贮藏过程中蛋白质的总含量基本保持不变。在40和4条件下贮藏一年的稻米，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。这是部分酸溶性蛋白与大米中糖及类脂相互作用形成其它产物的结果。大米经贮藏过夏后，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。,(一)蛋白质,31,大米密闭贮藏过程中Osborne蛋白质溶解性变化,32,（二）碳水化合物,淀粉在贮藏期间，其含量下降不明显；粘性下降，糊化温度升高，吸水率增加，碘蓝值明显下降；不溶于热水的直链淀粉含量逐渐上升；非还原糖含量的下降和还原糖含量的增加。,由于淀粉分子与脂肪酸之间相互作用改变了淀粉的性质，特别是粘度；淀粉(特别是直链淀粉)间的分子聚合，降低了糊化与分散的性能；高水分粮食由于酶作用，非还原糖含量下降。,机理,现象,33,（三）脂质,稻米在陈化过程中游离脂肪酸增多，米饭硬度增加，流变学特性受到损害，产生异味小麦在贮藏期间，在物理性状还未显示品质劣变之前，脂肪酸早已升高，种子生活力显著下降,粮食中脂类变化主要有两方面：氧化作用不饱和脂肪酸产生羰基化合物水解作用脂肪产生甘油和脂肪酸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,由于贮粮的原始状况和仓贮条件的差异，仅以脂肪酸值的大小作为指标欠妥当，而以游离脂肪酸的增长速度作为指标较合理,现象,机理,34,（四）挥发性物质,新鲜粮食与贮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。陈米的羰基化合物含量高于新米，特别是陈米味的高沸点正戊醛、正己醛含量。由于挥发物与大米新鲜程度密切相关，国外已将其作为稻米品质劣变的重要指标。,35,（五）酶,谷物随着贮藏期间的增长，各种酶的活性呈现出不同的变化。酶活变化趋势能反映贮粮的安全性。由于酶活与种子生活力密切相关，酶活力可作为粮食品质劣变的灵敏指标。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)活力降低。而水解酶类(如蛋白酶、淀粉酶、脂肪酶和磷脂酶)活性却增加。,36,三、生物所引起的粮食发热与霉变,1粮堆发热贮粮生态系统中由于热量的集聚，使粮堆温度出现不正常上升的现象。粮堆发热是贮粮生态系统内生物群落的生理活动与物理因子相互作用的结果。在贮藏过程中，贮藏真菌逐步取代田间真菌而起主导作用，在湿度7090%时，贮藏真菌即开始繁殖，为粮堆发热提供大量的热量。,37,粮堆发热条件和时间与粮食质量和贮藏环境有关，有以下四种情况：粮质过差或贮粮水分转移，劣质粮混堆、漏水以及热机粮(烘干粮或加工粮)未经冷却处理等；贮粮虫螨的高密度集聚发生，既可引起局部温、湿度升高，又为微生物创造了适宜的生态环境，造成贮粮“窝状发热”等；春秋季节转换时期，出现温差，贮粮结露等；一般质量差的粮食发热，多发生在春暖和入夏之后，粮食水分越高，发热出现越早，这是高水分粮难以度夏的根本原因。,38,粮食发热的类型,局部发热上层发热下层发热垂直层发热全仓发热,39,2.粮食霉变,粮食霉变是贮粮发热的继续；通常粮食发热不一定霉变，而霉变往往伴随着发热；贮粮环境条件是否有利于微生物活动，是决定粮食霉变与否的关键。,(1)粮食霉变过程和微生物的作用：,粮食霉变过程一般分为三个阶段：初期霉变阶段（大多数贮粮微生物与粮食建立腐生关系）生霉阶段（贮粮微生物在粮食上大量生长繁育）霉烂阶段（微生物使粮食严重腐解）通常以达到生霉阶段作为霉变事故发生的标志。,40,(2)粮食霉变的类型：,依据微生物生长发育所需条件和导致微生物活动的原因，分为：劣变霉变：因粮食质量差而易受微生物侵害结露霉变：因温差过大或水分过高而引起结露，有利于微生物侵害吸湿生霉：因外界湿度大而使粮食吸湿，受微生物感染水浸霉变：因粮食直接浸水或受雨，使微生物得以侵害粮食发热、霉变后，微生物生理活性增加，某些微生物(如黄曲霉)分泌的真菌毒素使粮食带毒，其中许多是致癌物质。,41,(3)由微生物引起的粮食品质变化：,微生物菌体或群落本身具有颜色，使粮食呈现不正常颜色；粮食有机成分在微生物作用下被分解形成有色物质。,变色,变味,微生物本身散发出来的气味；粮食有机成分在微生物作用下，生成许多有异味的物质。,发芽率降低,贮藏真菌的侵染使种子丧失发芽力已是无可置疑的事实。各种微生物对种子生活力的影响程度不同。,42,质量损耗,粮食上的微生物特别是霉菌能分泌大量的水解酶，将碳水化合物水解而吸收。在霉菌淀粉酶的作用下，非还原糖水解成还原糖，非还原糖减少，还原糖增加。还原糖最后转化为CO2和水。最终使粮食中的淀粉和糖损失，干重下降。,粮食食用品质变化：,脂肪酸值增加,粮食在霉变过程中，由于霉菌的脂肪酶分解作用，将粮粒中的脂肪分解为脂肪酸和甘油，致使脂肪酸值增高,43,粮食霉变中，总酸度也会升高（磷酸、氨基酸及有机酸的增加）。霉变过程中，粮食的总氮量一般变化不显著。但蛋白质氮的百分率减少，胺态氮和氨态氮的含量增加。,44,粮食加工工艺品质的变化：,粮粒组织松散易碎，硬度降低，加工时碎米率及爆腰率增高。小麦粉面筋质的含量和质量下降，影响发酵和烘烤性(面团很粘，发酵不良，面包体积小，横切面纹理和面包皮色都差)。,45,3粮堆发热霉变的预防,做好粮食入仓前的备仓工作。粮食入仓前进行空仓消毒，空仓杀虫，完善仓房结构(主要是仓墙、地坪的防潮结构和仓顶的漏雨)等。把好粮食入库关。“干、饱、净”做好粮食贮藏的管理工作。粮食的水分含量要在安全水分以下、对水分较高的粮食要及时降水，做好合理通风、适时密闭。定期对粮食贮藏劣变指标进行测定。发现粮食品质有劣变的迹象时，应对粮食及时处理。,46,第四节谷物贮藏技术,一、机械通风目的：保持谷物温度一致，使温度降低至安全贮藏标准；消除谷物中的不良气味；平衡谷物水分；有利于熏蒸剂的使用；消除谷物干燥后的余热；可以在通风方式下贮藏高水分的粮食；,47,二、适时密闭目的：它是通过减少粮食与外界空气接触，避免外温外湿影响和害虫感染，来提高贮粮稳定性的一种措施。要求：水分、温度、害虫、杂质。实施时间：低温高温密闭方式：整仓密闭、压盖密闭,48,三、低温贮藏技术,1、理论依据：粮食呼吸作用以及其它分解作用，主要受温度、水分的影响：一般正常水分的粮食，只要粮温控制在15，就能抑制呼吸，使粮食处于休眠状态，延缓陈化，保持品质；贮粮害虫一般在2535时最为活跃，低于该温度，繁殖增长慢，17和温度46时，或水分17和温度安全水分或分布不匀、出机热小麦粉未经冷却就入库堆垛)时，霉菌大量繁殖引起。,59,四、小麦粉的贮藏方法,由于小麦粉是比较难贮藏的品种，故要严格控制水分和贮藏温度。水分13的，可在30安全贮藏；水分1414.5，可在20贮藏23个月；水分再高，贮藏期就更短。,1控制水分,2合理堆垛,堆装小麦粉的仓房和用具须清洁干燥无虫。堆装形式应随存放季节、小麦粉品质等情况决定。,3低温密闭,在低温条件下，对符合安全水分的小麦粉采用低温密闭贮藏，使其与外界环境隔离，可有效地防止吸湿和害虫感染，减少氧化，防止发热酸败变味，保持其较好的品质和新鲜度。,60,第六节稻谷和大米的贮藏,因稻谷籽粒质地疏松，对高温抵抗力弱。烈日暴晒或高温烘干，均会增加爆腰率和变色，降低食用品质与工艺品质。在贮藏期间稻谷出现陈化现象：脂肪酸值升高、出现粘性降低、发芽率下降、盐溶性氮降低、食味变劣，酶活性减弱。通常籼稻较为稳定，粳稻次之，糯稻最易陈化。,一、稻谷的贮藏特性,稻谷具有对虫、霉和温湿有一定保护作用的稻壳，与糙米和大米相比较具有较好的贮藏稳定性,1稻谷不耐高温，易陈化,61,2易发热、结露、生霉、发芽,新收获的稻谷生理活性强，入库后在12周内上层粮温常会突然上升，出现发热、结露和生霉现象。稻谷萌发的需水量低(25)，只要温度适宜，通气良好，就会发芽。,3易黄变,收获期间遇连续阴雨而未能及时干燥，常会在堆内发热产生黄变。变黄的稻谷称为黄变谷（黄粒米）。稻谷黄变后，发芽率下降，粘度降低，酸价升高，碎米增多，品质明显劣变。,62,二、稻谷的贮藏方法,(1)严格控制入库稻谷水分，使其符合安全水分标准。稻谷的安全水分随种类、季节与气候条件而变。一般粳稻的安全水分高于籼稻，晚稻高于早稻，冬季高于夏季，北方高于南方。,贮藏稻谷的原则：干燥、低温、气密。,1常规贮藏,63,(2)清除有机杂质，把稻谷中杂质含量降低到0.5。入库时因自动分级作用，杂质易聚积粮堆的某一部位，其中稗粒、杂草和瘪粒含水量高，带菌量多，吸湿性强，呼吸强度大。,(3)适时通风降温稻谷入库后，粮温高、生理活动旺盛，堆内积热难以散发，导致粮堆表层结露、生霉、发芽。,(4)防治虫害稻谷入库后易感染贮粮害虫，故应及时采取措施防治虫害。,(5)密闭贮藏完成通风降温与防治虫害后，在冬末春初气温回升以前粮温最低时，进行密闭贮藏，以保持粮堆处于低温(15)或准低温(20)状态，减少虫霉危害。,64,2低温密闭贮藏由于稻谷的耐热性较差，因而在有条件应尽量采用低温贮藏措施。方法有自然低温、机械通风和机械制冷等。3“双低”和“三低”贮藏“双低”(低温、低氧)贮藏“三低”(低温、低氧、低剂量)贮藏4气调贮藏5高水分稻谷特殊贮藏通风贮藏；低温贮藏。,65,三、大米的贮藏,1失去外壳保护，贮藏稳定性差；2大米易爆腰；,(一)大米的贮藏特性,66,(二)大米在贮藏期间变化,大米发热霉变与水、糠粉和碎米含量相关。加工精度低，糠粉阻塞米堆孔隙，吸湿能力强，很容易发热，积热不易散发，糠粉本身又含有大量的脂肪，容易分解氧化。,1热霉变,2大米的陈化,大米陈化到一定程度，就会出现特有的“陈米臭”,食味变劣。其主要原因是陈化过程中挥发性羰基化合物含量增加。戊醛和己醛是形成陈米气的主要成分。新米饭中低沸点羰基化合物含量较高，而陈米中高沸点羰基化合物含量较高(戊醛、己醛)，其含量比新米高2倍以上。故戊醛和己醛是大米陈化、品质下降的主要成