熱管低溫儲糧技術對小麥品質的影響

李新宇 熊旭波 張 巖 王世清 姜文利 修方瓏

（青島農業大學食品科學與工程學院1，青島 266109）

（青島澳維康生物科技工程有限公司2，青島 266071）

（青島市糧食局3，青島 266112）

熱管低溫儲糧技術對小麥品質的影響

李新宇1熊旭波2張 巖1王世清1姜文利1修方瓏3

（青島農業大學食品科學與工程學院1，青島 266109）

（青島澳維康生物科技工程有限公司2，青島 266071）

（青島市糧食局3，青島 266112）

為研究熱管低溫儲糧技術在儲糧方面的實際應用效果，設計建造了基于熱管原理的低溫儲糧倉，研究了儲藏過程中糧食溫度、水分減量、電導率值、過氧化氫酶活動度、脂肪酸值的變化情況；結果發現：在一年（2012年9月到2013年9月）的試驗周期內，試驗倉糧食降溫速度和低溫時間明顯高于對照倉，在小麥品質方面：試驗倉水分、過氧化氫酶活動度分別下降了0.12%、14 mgH2O2／g，比對照倉低0.11%、39.13%；脂肪酸值和電導率值分別增加7.65 mgKOH／100 g、5.1μS／cm，比對照倉低42.48%、45.16%，證明該低溫儲糧技術蓄冷效果明顯，同時具有降低糧食水分減量、抑制脂肪酸值升高、保持籽?；钚裕乐辜Z食劣變陳化的效果，為該儲糧技術的大規模應用和推廣提供理論參考。

低溫儲糧 溫度 品質 陳化

目前，我國每年糧食儲藏期間的糧食品質劣變，已造成了巨大的糧食浪費，給國家造成了重大的經濟損失［1］。低溫儲糧能殺蟲抑菌、減少化學藥劑的用量；抑制糧食呼吸，減少干物質損失和水分損耗；保證糧食的食用品質和營養品質，延緩糧食劣變速率［2-4］?，F在國內外主要是利用機械降溫和自然降溫實現低溫儲糧。機械降溫系統復雜、成本高、能耗大，很難大規模推廣，而自然降溫受地理環境等因素的影響，降溫效果不理想［5］，尋找一種低成本、能耗小，易實施的低溫儲糧新方法是目前所面臨的關鍵問題。

青島農業大學食品學院利用低溫分離式重力熱管單向導熱的工作原理，設計開發了無能耗、無污染、無值守的自動循環熱管模組自然冷源儲糧倉［6-7］。修方瓏等［8］研究發現：新型熱管儲糧試驗倉蓄冷量為50.95 MJ，降溫速度達到了0.28℃／d，分別較對照倉高出31.62%和47.37%，并且試驗倉降溫均勻，沒有結露、霉變現象。我國北方地區自然冷源豐富［9］，基于熱管原理利用自然冷源低溫儲糧技術，具有廣闊的應用前景和潛在的市場價值。本試驗將進一步對該儲糧技術在糧食儲藏品質方面的影響進行研究，以期為該低溫儲糧技術的實際應用和推廣提供借鑒。

1 材料與方法

1.1 材料與設施

材料：2012年收獲的小麥（濟麥22），除雜晾干，含水量在安全貯藏水分范圍（≤12.5%）以內，小麥由青島市第二糧庫提供。

糧倉：根據糧食平房倉設計規范［10］，建造3間規格完全相同的小型倉房（長×寬×高為2.0 m×2.4 m×2.16 m），編號為1、2、3，3號倉為試驗倉，1號倉為對照倉（對照倉熱管模組不充工質，其他條件相同），如圖1所示，圍護結構為彩鋼夾芯板（外層為輕鋼結構，內層為聚乙烯泡沫復合板），為了減緩糧倉冷量的散失，在糧倉的內壁和糧堆的上面分別安裝和鋪蓋聚丙乙烯保溫板。糧倉主要由倉體、熱管模組、和糧溫檢測系統組成，熱管模組由直徑為25 mm的無縫鋼管構成，其結構由蒸發端、冷凝端、工質灌注口組成，如圖2所示（熱管組的具體結構設計和其他參數可見本團隊的發明專利 201010500067.3）。糧倉修建于青島農業大學內。

糧溫測量系統：Labview軟件和熱電偶（美國NI儀器有限公司）進行糧溫數據采集、記錄。

1.2 試驗原理

試驗倉工作原理：冬季糧倉中的糧食為“冷皮熱心”，熱量不易導出［11-12］，熱管具有良好的導熱性［13］當糧溫和室外溫差達到熱管的工作溫差時，熱管中的液態工質在糧堆中的蒸發端吸熱汽化，氣體通過氣體上行管，上升到暴露在空氣中的冷凝端，凝結成液態工質，釋放潛熱，液態工質在重力和壓差共同作用下，通過液體下行管又回流到蒸發端，不斷往復循環以達到給糧堆降溫效果，如圖2所示。

圖1 試驗設施

圖2 試驗倉結構簡圖

根據試驗溫度要求，工質采用的是氟利昂R22，在此試驗條件下工質的沸點在5℃左右，理論中當室外溫度低于5℃左右，糧溫和環境溫度存在正向溫差，熱管開始給糧食降溫蓄冷。

1.3 試驗方法

1.3.1 糧溫測量

兩個糧倉內分別設置7個測溫點，位置如圖2所示，利用熱電偶、labview軟件測量和記錄糧溫。糧溫從2013年12月1日開始記錄，各測溫點每10秒記錄1次，精確到0.01℃。

1.3.2 小麥儲藏品質測定

1.3.2.1 扦樣

參照GB／5491—1985糧食、油料檢驗抽樣、分樣法，把糧倉分為上下2層，各層5個扦樣點：中央1個，四周距倉壁20 cm處4個，將取得樣品混勻后測量。為減少新收獲小麥后熟對小麥品質的影響［14］，從2012年9月份開始扦樣測量，以后每3個月扦樣測量1次。

1.3.2.2 試驗方法

水分參照GB／T 5497—1985糧食、油料檢驗水分測定方法

電導率值測定（浸出液電導率測定法）：取 50 mL蒸餾水于三角瓶中，用電導率儀測量其電導率A。取25粒小麥樣品，平行樣稱重質量差≤0.01 g。將試樣用蒸餾水沖洗3次，用濾紙吸干小麥表面水，放入盛有50 mL蒸餾水的三角瓶中。在25℃條件下浸泡12 h后，測定浸出液的電導率B，則小麥浸出液的電導率為 R＝B-A［15］。

脂肪酸值 參照GB／T 5510—2011糧食、油料脂肪酸值測定。

過氧化氫酶活動度 參照GB／T 5522—2008糧食、油料的過氧化氫酶活動度的測定。

2 結果與分析

2.1 溫度分析

圖3是2012年12月1日到2013年5月1日試驗倉、對照倉的平均溫度曲線圖，從圖3中可以看出，前80 d，室外平均溫度低于5℃（工質沸點），是熱管工作的主要時期，試驗倉降溫期間的降溫速率達到0.33℃／d，比對照倉快了48.48%；試驗倉平均糧溫1.2℃，對照倉為4.5℃，兩者相差3.3℃，顯現出熱管明顯的蓄冷效果；80～150 d，由于室外溫度上升，熱管基本停止工作，糧倉主要是利用冬季蓄冷量延緩糧溫的升高，進而延長了試驗倉的低溫時間。此外，在整個試驗期間，試驗倉降溫均勻，沒有結露霉變現象。

圖3 小麥溫度變化曲線

圖4為2012年12月4日到7號4日（96 h）的試驗倉內溫度變化情況。從圖4中可以看出，當室外溫度低于3℃時，糧倉內熱管蒸發段開始啟動，蒸發段熱管溫度隨著室外溫度的下降而下降，但熱管蒸發段溫度變化滯后于室溫變化?？梢酝瞥觯涸诒驹囼灄l件下，該熱管的啟動溫度應當低于3℃。此時糧倉的平均糧溫為5℃左右，室溫低于3℃熱管開始工作，推出：該熱管的工作溫差為2℃左右。符合氟利昂r22潛熱小，熱管易啟動，和熱管良好的均溫性等特點。

圖4 試驗倉溫度曲線

2.2 水分變化

在安全水分內（≤12.5%），糧食儲藏期的水分減量，即降低了經濟效益，又影響了糧食的加工品質［16］。從圖5可以看出，儲藏1年后對照倉的水分含量下降了0.23%，而試驗倉的水分含量只下降了0.12%，兩者相差0.11%。糧食在儲藏期間水分變化貫穿于儲藏的全過程，與糧食內部的生理變化與物理變化有關，當儲糧溫度相對較低時，濕熱交換相對較少，水分損耗相對也較少，同時，低溫可以抑制糧食的生命活動，減少水分的損耗［17］。

圖5 小麥水分含量變化曲線

2.3 脂肪酸值變化

谷物儲藏期間酸敗是不可避免的，包括氧化酸敗和水解酸敗，影響因素包括儲藏溫度、水分活度、霉菌繁殖等［18-20］。從圖6中可知對照倉脂肪酸值上升了7.65mgKOH ／100 g，試驗倉上升了 4.4 mgKOH ／100 g，后者比前者低42.48%。相對的低溫可以減緩油脂的擴散速度，抑制脂肪酸酶的活性，減少霉菌的繁殖，進而減緩了脂肪酸值的上升速度。

圖6 小麥脂肪酸值變化曲線

2.4 過氧化氫酶的活動度變化

過氧化氫酶（CAT）具有提高植物的抗逆水平、增強植物防御能力和延緩衰老的能力，它是評價小麥籽粒新鮮程度的重要指標，隨著儲藏時間的延長，小麥種子內的膠體陳化，過氧化氫酶失活。從圖7中可知，試驗倉和對照倉過氧化氫酶的活性都是成下降趨勢的，小麥試驗倉下降了14 mgH2O2／g，對照倉下降了 23 mgH2O2／g，兩者相差 9 mgH2O2／g。儲藏環境是影響過氧化氫酶活性下降的因素之一，其中的環境因素也是多方面的，蟲害、霉變、溫度、脂肪酸值等都對CAT有一定的影響。相對低溫可以抑制蟲害、霉變的發生、抑制脂肪酸值的升高，進而減緩了過氧化氫酶的失活，維持了籽?；钚裕?1-23］。

圖7 小麥過氧化氫酶活動度變化曲線

2.5 電導率值變化

小麥浸出液電導率值反映的是籽粒細胞質滲透情況，可定量描述籽粒的活力，浸出液的電導率數值越大，種子活性越低［23-24］。從圖8中可知，試驗倉和對照倉的電導率值都是隨著儲藏時間的延長而增加，經過1年的儲藏，試驗倉增加了5.1μS／cm，而對照倉增加了 9.3μS／cm，試驗倉比對照倉低了45.16%，證明試驗倉小麥籽粒的細胞膜較完整，籽?；钚愿摺?/p>

圖8 小麥電導率值變化曲線

3 結論

3.1 熱管工作期間（2012年12月到2013年3月）試驗倉降溫期間的降溫速率達到0.33℃／d，比對照倉快了48.48%；試驗倉平均糧溫1.2℃，對照倉為4.5℃，兩者相差3.3℃，顯現出熱管明顯的蓄冷效果，熱管停止工作期間，試驗倉利用冬季蓄冷量延緩糧溫升高。由于熱管的良好的蓄冷效果，有150 d試驗倉溫度明顯低于對照倉。此外，在試驗過程中，糧食降溫均勻，沒有霉變結露現象。

3.2 在小麥儲藏品質方面，基于熱管原理的低溫儲量技術可降低糧食水分減量，抑制脂肪酸值升高，維持籽?；钚?，進而可以提高糧食儲藏年限，減少糧食資源浪費。

基于熱管原理利用自然冷源低溫儲糧技術，綠色無能耗，成本低，易實施，降溫效果明顯；同時低溫儲藏抑制了糧食的劣變陳化，延長了糧食的儲藏周期，減少了國家糧食資源的浪費，具有一定的現實意義和潛在的市場價值。但是，目前該技術在實際應用中還不是很完善，接下來需要在增大糧倉蓄冷以及熱管蒸發段和冷凝段結構優化等方面加大研究，以延長低溫儲藏時間，以實現糧倉的周年低溫或準低溫儲藏。

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TQ432.2

A

1003-0174（2015）01-0107-05

國家自然科學基金（31271963），山東省自然科學基金（2009ZRB01581）

2013-10-20

李新宇，男，1989年出生，碩士，食品工程

王世清，男，1961年出生，教授，食品安全保藏