我国既是稻谷生产大国也是消费大国，稻谷在国内居民的饮食结构中占据重要的地位，稻谷的安全储藏是保障国民用粮的基础环节之一。稻谷不耐高温，温度是影响稻谷储藏安全的主要因素，高温会引起籽粒呼吸代谢增强，加快品质劣变[1-3]，同时引起害虫和微生物的大量繁殖[4-5]，对储备粮的质量和数量均造成威胁。因此，储粮行业工作者不断研究和探索，利用多种控温技术延缓储粮温度上升，尽可能将其控制在低温（15 ℃）或准低温（20 ℃）范围。目前，全国范围内推广的控温措施多样，应用较广泛的主要有内环流控温、谷物冷却机控温、空调控温等。其中，空调控温是使用粮仓专用空调控制仓内环境温度，从而达到控温储粮的目的，是一种安全、经济、绿色的储粮技术。该技术在我国的中温干燥[6]、中温高湿[7-10]、中温低湿[11]及高温高湿[12]储粮生态区的储粮实践中，都取得了一定的应用效果[13]。在针对空调控温技术的储粮效果评价上，局限于表层及整仓粮堆温度和品质的变化研究，如乐大强等[8]研究了氮气气调与空调控温技术联用的稻谷仓度夏期间的三温，及整仓稻谷脂肪酸值变化；杜志文等[10]研究了食品级惰性粉与空调控温技术联用后整仓稻谷脂肪酸值的变化；王鑫等[11]研究比较了空调控温和通风控温粮种技术在整仓平均粮温控制和整仓稻谷水分、脂肪酸值变化上的差异；王平坪等[12]通过海口、温州、资阳等地高大平房仓空调控温后全仓和表层粮温监测，分析了不同粮种空调控温效果的差异。有部分研究进行了不同粮堆深度上粮食温度或品质的整体评价，如熊文等[7]研究分析了稻谷仓度夏期间表层、中层、底层的粮温变化；周涛等[9]研究了空调控温后距粮面0.5、2.5和4.5 m三层稻谷的水分、黄粒米、脂肪酸值在度夏期间的变化。大量研究表明，空调控温稻谷储藏整仓储粮效果评价良好，但实际储粮中，经常会出现局部霉变发热的情况，找出易出现问题的位置，才能更高效地利用空调控温技术，提高储粮效果。
本文通过华北地区某高大平房仓的空调控温稻谷储藏实践，分析夏季空调控温期间不同粮堆深度上不同位点的粮温分布情况，以及对具体位置上稻谷水分、发芽率、脂肪酸值和霉菌生长的影响，为华北地区空调控温技术的应用实践提供更为精准指导。
1 材料与方法
1.1 实验材料
华北地区某粮库稻谷仓，仓房经气密性改造后半衰期为30 s，采用壁挂式空调进行控温储藏。实验粮于2016年1月入仓，产地黑龙江，粮堆尺寸60 m*24 m*6 m，入库水分14.5%，储藏期两年，本实验在靠西墙半个仓房进行。
1.2 仪器设备
AS-01粮情质量安全监测系统：国家粮食和物资储备局科学研究院；SMART显微镜：卡尔·蔡司股份公司；PL3002-IC电子分析天平：梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司；DHG-9246A型电热恒温鼓风干燥箱：上海精宏实验设备有限公司；JSFM-1粮食水分测试粉碎磨：成都粮食储存科学研究院。
1.3 实验方法
1.3.1 粮堆检测点布置
如图1所示，在稻谷粮堆布置9个检测点，检测点距离各墙0.5 m。在粮面下0.4 m布置粮情质量安全监测系统检测探头，度夏期间每10天采集粮堆表层粮情信息，粮堆深度1.6 m和5.5 m层利用测温电缆在2016年6、7、8、9月中旬和2017年的7、8、9月中旬的粮温信息进行粮堆状况分析。以上三个粮堆深度各检测点在度夏前、后取样检测稻谷水分、霉菌生长情况、脂肪酸值和发芽率等。
图1 粮堆检测点布置图
Fig.1 The layout of the inspection point of the grain pile
1.3.2 储粮霉菌检测方法
储粮霉菌检测依照LS/T 6132—2018 《粮油检验 储粮真菌的检测 孢子计数法》[14]。
1.3.3 稻谷品质检测方法
水分测定依照GB/T GB 5497—1985《粮食、油料检测 水分测定法》[15]中105 ℃ 恒重法；脂肪酸值测定依照GB/T 20569—2006《稻谷储藏品质判定规则》[16]附录A的方法；发芽率测定依照GB/T 5520—2011《粮油检验 籽粒发芽试验》[17]的方法。
1.4 数据分析
实验数据采用EXCEL 2010软件进行整理，并使用SPSS 19.0软件进行数据描述统计量分析。
2 结果与分析
2.1 度夏期间仓房环境
实验仓在每年度夏期间（6～9月）开启空调控温，仓内环境温度超过 23 ℃时开启空调。度夏期间仓温均控制在22.0 ℃以下，第一年和第二年度夏期间仓温最高值分别为21.3、21.5 ℃，均出现在6月下旬至7月上旬，持续时间小于15 d，空调控温效果良好。仓房内环境相对湿度最低39.0%，最高71.3%，平均维持在55.5%±9.8%。
2.2 度夏期间粮温变化情况
温度是稻谷储藏的关键影响因素之一，在实际储粮中需要利用控温技术延缓粮堆温度上升，尽可能将其控制在低温或准低温范围内。本研究中的实验仓采用仓房空间空调控温，目标是控制粮温低于22 ℃。选取0.4、1.6、5.5 m三个粮堆深度，储藏两年过程中度夏期间（6～9月）的温度监控数据进行统计分析，粮堆不同层各检测点及层均温变化情况见表1。
表1 各检测点度夏期间粮温情况表
Table 1 Table of grain temperature during the summer period at each inspection point
注：不同小写字母表示同列数据经 Tukey HSD检验在0.05水平上的差异显著性。
Note: Different lowercase letters indicate the significance of the difference in the same column of data at the 0.05 level by Tukey HSD test.
检测点 0.4 m 1.6 m 5.5 m 温度/℃ 所在粮堆深度/m 检测时间度夏均温/℃ 度夏最高温1 21.8 ± 1.5a 22.8 ± 2.5d 20.2 ± 1.9d 26.2 1.6 2016/8/11 2 21.2 ± 1.3a 16.0 ± 3.1abcd 12.9 ± 2.2bc 23.7 0.4 2016/8/26 3 21.7 ± 1.5a 20.6 ± 4.1cd 18.4 ± 6.2cd 27.4 1.6 2016/8/11 4 22.2 ± 1.3a 20.5 ±1.5cd 12.0 ± 1.2ab 24.5 0.4 2016/8/26 2016/9/21 5 19.7 ± 1.6a 9.7 ± 3.7ab 7.3 ± 0.9ab 22.9 0.4 2016/6/30 6 20.8 ± 1.4a 17.0 ± 3.7bcd 10.5 ± 2.2ab 23.4 0.4 2016/8/26 7 22.9 ± 1.3a 20.4 ± 3.0cd 12.7 ± 1.3abc 24.8 1.6 2016/8/11 8 21.1 ± 1.7a 9.1 ± 3.4a 6.8 ± 0.8a 24.4 0.4 2016/6/23 9 20.5 ± 1.6a 13.8 ± 3.5abc 9.6 ± 1.4ab 21.8 0.4 2016/8/26均温 21.3 ± 1.7 16.7 ± 5.7 12.3 ± 5.0 – – –
由表1可见，整个度夏期间不同粮堆深度粮温均值存在较大差异，在粮面下0.4 m粮温均值为21.3 ℃，随着粮堆深度的增加，层均温逐渐降低。从层均温的角度，控温效果已达到目标。但从同一粮堆深度不同检测点的粮温分析，表层受空调控温影响各点粮温均值差异不显著（P>0.05），而1.6和5.5 m局部位置温度高，检测点均温差异显著（P<0.05），在原始粮温数据中，在1.6 m的1、3点在2016年8月下旬分别出现过26.2、27.4 ℃的高温，由图1可知，这两点分布在西侧两个墙角，这与西墙受夕照热辐射影响密切相关。靠近南墙的 4、7点温度高于北墙 6、9点，明显高于粮堆中心位置5、8点，实验仓受外界环境热辐射影响，存在“冷心热皮”的现象。空调控温主要控制了粮堆表层温度，而对粮堆四壁温度作用较小，粮堆四壁受墙体保温隔热效果影响更大。
储藏第一年和第二年开启空调的时间分别为6月21日和5月17日，仓内空调启动时间对粮堆表层及整体温度控制有一定影响。第二年提前了 1个月左右开启空调，度夏期间粮温均值15.7 ℃，比第一年的17.5 ℃降低了1.8 ℃。储藏第一年8月下旬至9月下旬3、4和7号检测点表层粮温有出现25.0 ℃以上的现象，持续时间在一个月左右，最高值分别达到26.0、26.1、26.4 ℃。第二年度夏期间各检测点表层粮温均在 25.0 ℃以下。适宜的空调启动时间，具有更好地控温效果，更利于稻谷的安全储藏。
2.3 稻谷水分变化情况
稻谷水分过高储藏过程中存在发热霉变的安全隐患[18]，水分过低会影响加工及食用品质[19-20]，通常北方粳稻储藏水分在13.5% ～15.5%，具体根据储藏当地气候和仓储条件而定。实验仓处于华北地区，稻谷入库平均水分14.5%，仓房容量6 000 t，水分存在不均匀现象。同样选取储藏两年度夏前后（6月初、9月底）不同粮堆深度取样检测，并进行统计分析，水分均值变化情况见表2。
表2 稻谷在不同粮堆深度水分分布情况
Table 2 The distribution of paddy moisture at different grain pile depths %
检测时间 0.4 m 1.6 m 5.5 m第一年度夏前 14.1 ± 0.7 14.1 ± 0.7 –第一年度夏后 14.0 ± 0.7 14.1 ± 0.8 –第二年度夏前 13.8 ± 0.5 13.9 ± 0.7 14.0 ± 0.4第二年度夏后 14.0 ± 0.5 14.3 ± 0.7 13.9 ± 0.9
由表2可知，粮堆各层水分均值在 13.8%～14.3%之间，与入仓水分相比有所下降，下降幅度小于1.0%。各层水分均值差异不明显（P>0.05）。而均值的标准差普遍较大，说明水分在同一粮层各检测点之间分布不均匀。水分是影响霉菌生长的关键性因素，局部高水分区域将成为霉菌优先生长的区域，应在储藏过程中重点关注。度夏前后水分在不同检测点的具体分布情况如图2所示。
图2 各检测点度夏前后水分变化情况
Fig.2 Changes in moisture at each inspection point before and after summer
如图2所示，1～3点水分最低，这3点位于西墙附近，根据粮库储粮经验，度夏期间西墙夕照时间长，粮温普遍偏高，表1中实际检测的粮温数据也有体现，粮堆高温点是易发生粮食霉变的关键控制点，因此稻谷入库时，为确保储粮安全，预先将这一区域稻谷水分控制到明显低于储粮霉菌生长临界水分（14.0%）。第一年度夏前4～9点水分都在 14.0%及以上，且水分分布不均匀，其中5和8号检测点在粮面下0.4 m和1.6 m达到15.0%及以上，即粮堆中心位置稻谷水分整体偏高。实验仓为冬季入仓，满仓后通风均温，保持粮堆中心温度处于较低水平，表1中可见5、8点中下层度夏温度均低于 10 ℃，即使水分偏高，也可降低霉变风险。两年储藏期度夏过程中，对于靠近墙壁，特别是南墙的4、7点，水分均呈升高趋势，受“冷心热皮”影响，稻谷粮堆内存在水分迁移。
第一年度夏后，秋冬交替季节实验仓进行了缓速通风降温，稻谷水分损失0.2%左右。第二年度夏后，稻谷计划出库，推测实验仓可能采取了一定的通风措施，因此出现了底层水分总体降低，而中上层水分略微升高的现象。
2.4 储粮期间霉菌生长情况
稻谷储藏期间，霉菌生长初期会影响稻谷色泽气味，后期导致品质劣变，部分霉菌的生长繁殖甚至会产生真菌毒素，构成食品卫生安全隐患[21-22]。本文跟踪检测了稻谷控温储藏两年期间霉菌的生长情况。第一年度夏前，表层9个检测点中5和8号检测点有少量检出，检出量分别为3.3×105 个/g和0.9×105 个/g，粮面下1.6 m的检出量与表层基本一致，估计为同一批粮食。根据图2中稻谷初始水分分布情况，有霉菌检出的点与初始水分偏高的点基本吻合。第一年度夏前所有检测点霉菌检出量均处在安全或临界水平[14]，整仓稻谷初始状况良好。稻谷经过两个夏季的储藏，粮堆不同深度霉菌的检出情况见表3。
表3 储粮霉菌在不同粮堆深度上的检出情况表
Table 3 Table of the detection status of stored grain molds at different grain pile depths 105个/g
第一年度夏后 第二年度夏后粮堆深度/m 检出率 检出总量 最大值 检出率 检出总量检出 检出最大值0.4 6/9 60.3 17.1 6/9 52.5 17.7 1.6 6/9 36.6 17.1 6/9 30.6 16.8 5.5 1/9 0.6 0.6 0/9 0 0
从表3可知，第一年度夏后，粮面下 0.4 m和1.6 m的检出率基本一致，但0.4 m检出总量比1.6 m高出近1倍，粮面下5.5 m几乎未检出，随着粮堆深度的增加，粮层温度逐渐降低，储粮霉菌的生长呈现逐渐降低的规律。查看原始数据发现，三个粮层深度上1～3点均未检出霉菌，与其水分明显低于霉菌生长临界水分直接相关。0.4 m粮层深度的4、7、9点的霉菌检出量在8月底9月初达到了106水平（持续时间小于30 d），第一年度夏后，环境温度降低，粮温也随之降低，霉菌生长基本处于停滞状态。第二年度夏后，不同粮堆深度的霉菌检出规律与第一年度夏后基本一致，但检出总量有所下降，表明第二年度夏期间原有霉菌没有持续增长，由粮温控制情况可知，第二年度夏平均粮温比第一年降低 1.8 ℃，低温可抑制霉菌生长。可见，通过控制稻谷水分和储粮环境温度，能将储粮霉菌控制在一定水平，避免继续增长。
综上储粮实践，控温储粮可以通过控制仓房环境温度，达到控制粮堆表层温度的目的，但对于西侧和南侧墙体附近，因受阳光辐照影响，粮温仍可能偏高，易出现“冷心热皮”现象，进而引起水分迁移，造成墙体附近稻谷水分升高，导致霉菌生长。因此，墙壁的保温隔热效果对于控温储粮尤为重要。
2.5 稻谷发芽率的变化
稻谷籽粒是一个完整的生命体，发芽率是评价其生命活力的重要指标，也是判定粮食品质变化最敏感的指标，发芽率极易受到储藏温度和有害生物生长的影响[23-24]。本实验在第一年入夏前，对表层各检测点样品进行检测，发芽率范围为82%～96%，均值91.33%，稻谷的生命活力较强。经历两年控温储藏后，整仓稻谷发芽率均值59.77%，空调控温保持了稻谷大部分的生命活力。但不同检测点稻谷发芽率均值存在显著性差异（P<0.05），具体见表4。
表4 不同检测点稻谷发芽率变化情况表
Table 4 Variation of paddy germination rate at different inspection points %
注：不同小写字母表示同列数据经 Tukey HSD检验在0.05水平上的差异显著性。
Note: Different lowercase letters indicate the significance of the difference in the same column of data at the 0.05 level by Tukey HSD test.
取样位置 0.4 m 1.6 m 5.5 m 1 28.75 ± 3.30e 70.75 ± 5.74bc 95.25 ± 1.89ab 2 40.00 ± 0.82d 74.00 ± 6.93b 98.75 ± 1.50a 3 10.50 ± 2.08f 15.25 ± 2.06f 90.5 ± 1.73b 4 12.25 ± 5.44f 47.25 ± 6.18e 95.00 ± 2.16ab 5 61.50 ± 4.80b 88.50 ± 1.73a 98.25 ± 0.50ab 6 6.25 ± 3.30f 62.50 ± 5.74cd 79.25 ± 3.86c 7 7.75 ± 1.71f 56.00 ± 4.55de 75.00 ± 6.48c 8 51.50 ± 2.65c 86.00 ± 4.00a 92.25 ± 2.22ab 9 21.25 ± 0.96e 58.50 ± 4.80d 91.00 ± 0.82ab粮层均值 26.64 ± 19.11 62.08 ± 20.95 90.58 ± 7.75
从表4得知，第二年度夏后，稻谷发芽率在各检测粮层的均值普遍下降，越接近粮面下降幅度越大。粮面下0.4 m发芽率均值下降至26.64%，各检测点与初始值相比都显著降低，且检测点之间差异显著；1～3号检测点基本没有储粮霉菌生长但粮温偏高，发芽率均降至40%以下；4、6、7和9号点不仅粮温偏高，储藏期间均检出一定数量的霉菌生长，发芽率基本都降至了20%以下；5和8号检测点位于粮堆中心，粮温低且霉菌生长数量相对少，发芽率保持在 50%以上。粮面下1.6 m发芽率均值降至62.08%，除5和8号检测点外均显著降低，降低最为明显的3、4、7、9点，或高温持续时间长，或霉菌生长数量多。粮面下5.5 m稻谷发芽率均值保持在90.58%。可见，持续高温和霉菌生长都是造成稻谷发芽率显著下降的重要因素。
仓储企业储存的稻谷是为了满足民众的日常生活需求，对发芽率的要求并不高。但一些特殊用途的粮食如种子用粮的储藏，主要为了保持种子的生命活力，就本研究的结果来看，设置22 ℃的空调控温对发芽率的保持并不理想，结合表1中层均温情况，种子用粮的储藏至少需要将粮食温度控制在15 ℃及以下。
2.6 稻谷脂肪酸值的变化
脂肪酸值是评价稻谷储藏过程中品质变化的重要依据之一，是稻谷是否宜存的主要判定指标[16]。实验第一年度夏前，整仓稻谷脂肪酸值范围在 13.7～19.8 mg KOH/100g之间，均值为17.58 mg KOH/100g。经过两个夏季的储藏，整仓稻谷脂肪酸均值23.57 mg KOH/100g，尚处在宜存范围内，但不同粮堆深度上稻谷脂肪酸均值之间存在显著性差异（P<0.05），具体变化情况见表5。
表5 不同粮堆深度稻谷脂肪酸值变化情况表
Table 5 Variation of fatty acid values of paddy at different grain pile depths mg KOH/100g
注：不同小写字母表示数据经 Tukey HSD检验在 0.05水平上的差异显著性。
Note: Different lowercase letters indicate the significance of the difference in the same column of data at the 0.05 level by Tukey HSD test.
粮堆深度/m 第一年度夏后 第二年度夏后0.4 21.84 ± 2.07b 25.99 ± 2.11c 1.6 19.39 ± 1.21a 23.83 ± 1.51b 5.5 20.89 ± 1.35ab
由表5可知，粮堆表层脂肪酸值升高幅度最大，随着粮堆深度的增加，脂肪酸值升高幅度逐渐减小。第一年度夏后，0.4 m和1.6 m两层脂肪酸值分别升高了24.2%和10.3%，第二年度夏后，三层分别升高了47.8%、35.6%和18.8%，第二年度夏后表层脂肪酸值升高最为明显，介于宜存与不宜存临界状态，1.6 m层和5.5 m层保存良好。0.4 m和1.6 m层虽有霉菌检出，但生长时间短，第一年度夏后未持续增长。稻谷有稻壳的保护，短期的霉菌生长对脂肪酸值的影响不明显。而对于 1、3点表层位点脂肪酸值分别达到 30和28.1 mg KOH/100g，局部稻谷处于不宜存状态，与两个位点夏季高温直接相关。
上述研究结果表明，除采用空调控制仓温粮温外，仍需根据外界环境和日照强度，对仓房墙壁四周进行保温隔热效果的提升，才能确保整仓稻谷储存品质良好。
3 结论
实验仓通过空调控温，仓内空间温度和表层粮温有效控制在 22 ℃及以下，随着粮堆深度的增加，粮层均温逐渐降低，同一粮层不同位点温度差异大，在表层、西墙、南墙附近局部位置粮温高于 25 ℃；实验稻谷整仓水分维持在 14.0%左右，度夏期间受“冷心热皮”影响，粮堆内存在水分迁移现象；水分和温度易升高的粮堆表层和仓房侧壁是霉菌易滋生的重点部位，也是发芽率降低和脂肪酸值易升高的位置，是控温储粮过程中尤其需要加强监控的位置；具体可通过仓房改造加强仓壁的保温隔热效果，以减少水分迁移，降低霉菌滋生的风险。
华北地区稻谷仓采取空调控温（22 ℃）的储粮措施，从整仓情况分析，储粮状况良好。但因仓房保温密闭隔热效果不同，入仓粮食初始状况存在差异等原因，粮堆内仍存在温度、水分不均匀等问题，易出现局部粮食霉变发热，是今后需要持续关注和研究解决的问题。
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