自然冷資源低溫儲藏倉設計與稻谷儲藏試驗

施燦璨 周福君 夏吉慶 賈富國

(東北農業大學工程學院， 哈爾濱 150030)

自然冷資源低溫儲藏倉設計與稻谷儲藏試驗

施燦璨 周福君 夏吉慶 賈富國

(東北農業大學工程學院， 哈爾濱 150030)

為解決稻谷在高溫干燥和儲藏過程中品質損失問題，設計了自然冷資源低溫儲藏倉，利用冬季環境下形成的自然冰為高含水率稻谷制冷，以減少高溫干燥稻谷工序并減少儲藏期間稻谷的品質劣變。試驗檢測自然冷資源低溫儲藏倉內稻谷的儲藏品質與加工品的變化，并與傳統常溫倉做對比，結果表明：所設計的自然冷資源低溫儲藏倉供冷均勻、能耗低、無污染，其制冷系統的能效比為3.54；初始含水率為16.5%的高含水率稻谷在自然冷資源低溫儲藏倉中能安全儲藏5個月，平均含水率呈緩慢下降趨勢，最終達到(15.1±0.5)%；自然冷資源低溫儲藏倉中稻谷糧溫穩定，平均糧溫為9.8℃；儲藏期結束后，稻谷脂肪酸質量比為18.3 mg/(100 g)，發芽率為86.75%，霉菌總數為5.1×104CFU/g，自然冷資源低溫儲藏倉中稻谷的出糙率和整精米率比常溫儲藏的稻谷分別提高了5.41個百分點和9.57個百分點，裂紋率比常溫倉的稻谷降低了13.88個百分點，自然冷資源低溫儲藏倉中稻谷的儲藏品質和加工品質顯著優于常溫倉中稻谷。

自然冷資源； 低溫儲藏； 稻谷； 儲藏品質

引言

我國是稻谷生產和食用大國，稻谷的年產量達2億t以上，居世界首位[1]。稻谷在入倉前需要高溫干燥，使其含水率降至安全含水率(14%)以下，以減少儲藏期間品質劣變[2-3]。然而，稻谷為熱敏性谷物，高溫干燥工序會造成稻米香味物質損失和爆腰率增加，降低稻谷食用品質和加工品質[4-8]。大量研究結果表明，稻谷含水率在15.5%～16.5%時碾磨品質最佳且食味品質較好[9-12]。基于上述原因，可通過自然晾曬通風方式干燥稻谷使其含水率下降至16.5%，以減少熱風干燥工序對稻谷加工品質的影響。然而，根據前人和本研究的前期試驗結果可知，稻谷含水率在16.5%時儲藏穩定性差，儲藏溫度需要達到10℃才能抑制霉菌和儲糧害蟲的生理活動和生長繁殖，實現稻谷安全儲藏[13-14]。

我國現行的糧倉降溫方法主要包括：自然通風降溫、機械通風降溫、利用谷物冷卻機制冷降溫等。其中，自然通風降溫和機械通風降溫受環境溫度影響較大，降溫速度慢，降溫效果較差[15]。谷物冷卻機購置費用高，運行能耗大[16-18]。為減少糧倉降溫的能源消耗，國內外學者開始研究利用新型能源為糧倉降溫。YANG等[19]利用地下熱源泵為平房倉制冷，實現大豆在年平均溫度13.9℃的條件下低溫儲藏，然而地下熱源泵的制冷溫度較高，不能達到低溫儲藏高水分稻谷對溫度的要求。修方瓏等[20]利用熱管技術對小麥進行降溫并有效抑制倉儲害蟲生長，然而此種技術只能在環境氣溫較低的季節為糧倉降溫。基于上述分析，研發低能耗、持續制冷的稻谷低溫儲藏方法是當前需要解決的問題。

黑龍江省是優質稻谷的產地，屬于溫帶大陸性季風氣候，年平均溫度在2.45～5.72℃之間[21]，受環境溫度影響，5—9月份的糧食溫度高，其余月份糧溫較低，因此控制稻谷高溫月份的糧溫即可實現全年低溫儲糧。我國東北地區冬季冰雪儲量豐富，將自然環境中冰雪等自然冷資源應用于稻谷低溫儲藏，減少制冷劑的使用量，是稻谷綠色儲藏的新方法[22-23]。目前，自然冷資源主要應用在果蔬保鮮方面[24-26]，自然冷資源應用于稻谷儲藏領域的研究鮮見報道。

為此本試驗利用自然冰為冷源，設計適用于稻谷儲藏的自然冷資源低溫儲藏倉，設置儲藏倉的儲藏溫度為10℃，研究含水率16.5%稻谷的儲藏品質和加工品質變化情況，并與常溫儲藏倉中稻谷品質作對比，為自然冷資源低溫儲藏倉儲藏大量高含水率稻谷提供理論依據。

1 自然冷資源低溫儲藏倉設計

試驗用自然冷資源低溫儲藏倉由儲藏室、儲冰室、設備室、制冷系統和控制系統組成，結構如圖1所示。

圖1 自然冷資源稻谷儲藏倉結構示意圖Fig.1 Sketch map of experimental equipment of NCR warehouse1、15.傳感器 2.儲藏室 3.風道 4.換熱器 5.軸流風機 6.通風口 7.設備室 8.流量計 9.閥門 10.水泵 11.冷水池 12.過濾器 13.出水口 14.儲冰室

儲藏室尺寸為3.8 m×2.8 m×3 m。墻體部分采用0.5 mm厚不銹鋼板，中間層為厚度100 mm的阻燃性聚氨酯夾芯隔熱板，導熱系數為0.265 W/(m2·K)，小于GB/T 29890—2013《糧油儲藏技術規范》中第三儲糧生態區域墻體傳熱系數要求。

儲冰室建造于距地面0.5 m的地下，尺寸為4 m×3 m×2.5 m。墻體為240 mm的磚混結構，墻內壁鋪設厚度為200 mm聚氨酯保溫板和防水層，儲冰室通過出水管道與冷水池聯通，冷水利用自身重力流入冷水池中。冷水池為不銹鋼箱體結構，外層鋪設200 mm聚氨酯保溫板，冷水池的尺寸為1 m×1.2 m×0.8 m。

制冷系統由翅片管式換熱器、軸流風機、水泵、過濾器、流量計以及其他輔助設備組成[27]。其中翅片管式換熱器的換熱管為蛇形紫銅管，銅管直徑10 mm，厚度為0.7 mm。管間距為25 mm，換熱翅片為厚度0.22 mm的鋁制翅片，翅片間距為2.3 mm。翅片管式換熱器與風機通過不銹鋼槽體固定，空氣由風機推送入換熱器進行冷量交換。

通風系統由設備室中風機、風道以及通風口組成。風機與換熱器位于儲藏室與設備室之間的墻壁下部，風道與風機通過矩形變徑管相連，風道為地上籠式矩形結構，開孔率為25%，截面積為0.01 m2。冷空氣通過風道孔垂直射入稻谷通風垛，與糧堆內部空氣和稻谷進行冷量交換，換熱后的空氣沿墻壁方向通過上部通風口進入設備室，與換熱器進行熱量交換，完成空氣制冷循環。

控制系統利用溫濕度傳感器(JWSL-3型，濕度測量范圍：0～100%，溫度測量范圍：0～50℃，靈敏度分別為3%和0.5℃)進行數據采集并傳輸給RMA411數據采集模塊，通過 RS232/485 串口將信號匯總并輸入PC機，利用LabVIEW 軟件對溫度信息參數范圍進行判斷，當儲藏溫度高于設定儲藏溫度時，通過輸出RM4024模塊將啟動信號以電壓形式傳遞給繼電器開啟制冷系統，進行制冷操作。當倉溫降低至設定溫度閾值時，輸出RM4024模塊將關閉信號以電壓形式傳遞給繼電器關閉制冷系統，完成制冷操作。

2 自然冷資源低溫儲藏倉的設計計算

自然冷資源低溫儲藏倉位于東北農業大學工程學院，地理位置45°44′N, 126°43′E。將含水率為16.5%的稻谷以包裝糧形式儲藏，堆碼成井字形通風垛形式，通過計算儲藏溫度為10℃的自然冷資源低溫儲藏倉的冷負荷、制冷用冰量、送風量等參數，為該倉的設計建造提供技術參數并匹配相應的設備。

2.1 自然冷資源低溫儲藏倉冷負荷計算

自然冷資源低溫儲藏倉的冷負荷主要包括：圍護結構傳熱、通風換氣、糧食冷卻、糧食呼吸熱、電動機運轉熱流量以及操作熱。由于稻谷儲藏入庫時間為5月初，此時稻谷糧溫低于設定試驗儲藏溫度10℃，并且在10℃時稻谷的呼吸作用微弱，因此，計算自然冷資源低溫儲藏倉的冷負荷時忽略稻谷冷卻和糧食呼吸熱。

圍護結構傳熱量Q1的計算公式為

Q1=KAa(Tw-T0)=268.40 W

(1)

式中K——圍護結構傳熱系數，0.265 W/(m2·K)

A——圍護結構的計算傳熱面積，50.24 m2

a——圍護結構兩側溫差修正系數，取1.6

Tw——圍護結構外側溫度，取最熱月份(7月)的平均氣溫，295.75 K

T0——儲藏倉的倉儲溫度，283.15 K

為減少因換氣造成的冷量損失，儲藏過程中嚴格控制通風換氣次數，換氣頻率為每周1次，換氣熱Q2計算公式為

(2)

式中hw——溫度22.6℃、相對濕度70%時空氣的比焓，51.4 kJ/kg

h0——溫度為10℃、相對濕度55%時空氣的比焓，20.6 kJ/kg

n1——儲藏倉每日換氣次數，每周換氣1次，1/7

V——儲藏倉的容積，31.92 m3

ρ——10℃條件下儲藏倉空氣密度，1.25 kg/m3

風機運行時電動機產生的冷負荷Q3計算公式為

Q3=1 000Pξδ=61.88 W

(3)

式中P——風機電動機功率，0.25 kW

ξ——電動機效率，0.75

δ——電動機運轉時間系數，取0.33

操作熱量Q4是工作人員進行倉庫管理操作時產生的熱量，包括開門熱量Q4a和操作人員熱量Q4b，開門熱量Q4a計算公式為

(4)

式中n2——儲藏倉門樘數，1

M——無空氣幕效率修正系數，取1

操作人員熱量Q4b的計算公式

Q4b=βmQr=5.83 W

(5)

式中β——每日操作時間系數，1/48

m——操作人員數，1人

Qr——單個操作人員產生的熱量，280 W/人

自然冷資源低溫儲藏倉7月份平均單日冷負荷Qd的計算公式為

Qd=Q1+Q2+Q3+Q4=340.17 W

(6)

2.2 儲冰量計算

自然冷資源低溫儲藏倉的儲冰量根據儲藏期內儲藏倉的總冷負荷計算得出，單日冷負荷根據5—9月份的平均氣溫計算，平均分別為：12.2、18.5、22.6、21.3、13.6℃，根據公式(1)～(6)計算出不同月份中的儲藏倉的每日冷負荷。試驗期間稻谷自然冷資源低溫儲藏倉的總冷負荷Qt為

(7)

式中n——每月的天數，d

自然冷資源低溫儲藏倉的儲冰量W計算公式為

(8)

式中QL——1 kg冰的可利用熱焓量，包括冰水相變時吸收的熱量以及水溫上升至4℃時吸收的熱量，351.7 kJ/kg

ηXL——儲冰蓄冷效率，78%

ηHR——換熱器冷量利用效率，84%

試驗根據計算的儲冰量值，于2016年1月底進行室外取冰，密封存放于儲冰室中，于5月初開啟儲冰室開始儲藏稻谷試驗。

2.3 風機風量和風壓計算

自然冷資源低溫儲藏倉采用風機送風，冷空氣通過風道送入糧堆，為糧堆以及儲藏倉提供制冷風量。因此，需要確定風機的風量和風壓。

2.3.1風機風量計算

為保證風機在試驗期間能夠提供足夠的制冷風量，以哈爾濱地區7月份歷史最高溫度36℃為環境溫度，根據公式(1)～(6)計算自然冷資源低溫儲藏倉的日最大冷負荷Qmax，并計算出相應的風機風量，風機風量φ計算公式為

(9)

式中Qmax——自然冷資源倉的最大冷負荷，628.67 W

S1——風量系數，取1.16

cp——空氣比熱容，1.005 kJ/(kg·K)

ΔT——倉內與倉外的溫度差，26 K

2.3.2風機風壓計算

送風系統的送風阻力由風道阻力、篩孔阻力以及糧層阻力組成，由于稻谷堆碼成通風垛形式，糧袋間有相對較大間隙，通風效果好。因此，計算時忽略通風垛的糧堆阻力。

風道阻力包括風道直長管的延程摩擦阻力和異型管段的局部阻力。風道的摩擦阻力Hf計算公式為

Hf=ΔHfL=55.00 Pa

(10)

式中 ΔHf——管內單位摩擦力，25 Pa/m

L——通風管長，2.2 m

異型管段局部阻力Hp的計算公式為

(11)

式中ζ1——局部阻力系數，取0.11

v1——通風管內風速，4 m/s

風道總阻力Hc的計算公式為

Hc=Hf+Hp=56.10 Pa

(12)

篩孔阻力Hs的計算公式為

(13)

式中ζ2——空氣分配器阻力系數，取9.75

v2——篩孔風速，0.19 m/s

送風系統的風道總阻力Ht為

Ht=Hc+Hs=56.32 Pa

(14)

實際工作中的風機風壓Hi計算公式為

Hi=S2Ht=67.58 Pa

(15)

式中S2——風壓系數，取1.2

根據上述計算結果，為自然冷資源稻谷儲藏倉配備相應設備，試驗選擇有效換熱面積為2 m2翅片管式換熱器1臺，其余設備參數見表1。

表1 自然冷資源低溫儲藏倉的結構參數和工作參數Tab.1 Structure parameters and working parametersof NCR warehouse

2.4 自然冷資源低溫儲藏倉性能分析

系統能效比是用來評價制冷系統能耗的指標，表示為制冷系統的制冷量Qk與總輸入功率Pt的比值。其中，自然冷資源低溫儲藏倉的制冷系統制冷量等于翅片管式換熱器的換熱量，其計算公式為

Qk=Lwρwcw(Tout-Tin)=3 721.78 W

(16)

式中Lw——冷水循環流量，0.8 m3/h

ρw——水密度，取1 000 kg/m3

cw——水定壓比熱容，4.187 kJ/(kg·K)

Tout——換熱器出水口水溫，281.15 K

Tin——換熱器入水口水溫，277.15 K

系統能效比計算公式為

(17)

式中Pf——風機功率，250 W

Pp——水泵功率，400 W，制冷系統中使用2個水泵，分別為換熱器供水和為系統提供冰水換熱用冷水

通常，普通型號的谷物冷卻機能效比在1.8～2.83之間，與谷物冷卻機相比自然冷資源低溫儲藏倉的制冷系統能耗比低，能源利用率高，能更有效地為稻谷制冷。

3 材料與方法

3.1 試驗材料

五優稻4號(五常糧原谷物有限公司)。

3.2 儀器與設備

SY88-TH型實驗壟谷機，韓國雙龍公司；SY88+TR100型實驗連續碾米機，韓國雙龍公司；BGZ-76型電熱鼓風干燥箱，上海博迅實業有限公司；LRH-250型生化培養箱，上海一恒科技有限公司；FZ102微型植物試樣粉碎機，天津泰斯特儀器有限公司。

3.3 試驗方法

3.3.1稻谷儲藏試驗設計

稻谷儲藏試驗于自然冷資源低溫儲藏倉中進行，儲藏溫度設定為10℃。將未經熱風干燥的稻谷在儲藏前晾曬調質至含水率16.5%，以包裝糧形式分裝于編織袋中(10 kg/袋)，將一部分袋裝稻谷儲藏于自然冷資源低溫儲藏倉中，并擺放成通風垛形式，每層堆碼12袋稻谷，共堆碼5層，橫向糧袋間的距離為10 cm，糧垛與糧庫墻壁間距離大于0.5 m，具體結構見圖2。分別于倉體的墻壁中心處和倉頂中心處布置1個溫濕度傳感器，以測定倉溫和倉濕；于糧堆上層、中層和下層各布置1個溫度傳感器，測定糧溫。按照相同堆垛方法將另一部分稻谷儲藏于常溫倉中作為對照組，比較在自然冷資源低溫儲藏倉和常溫倉中含水率為16.5%稻谷的儲藏品質以及加工品質變化情況。儲藏試驗從2016年5月1日開始至2016年9月30日結束，稻谷的倉儲試驗周期153 d。

圖2 自然冷資源低溫儲藏倉稻谷儲藏試驗現場圖Fig.2 Physical picture of paddy storage with NCR warehouse

3.3.2稻谷指標測定

稻谷含水率按照GB 549—85方法測定。

稻谷的儲藏品質測定：脂肪酸質量比按照GB/T 15684—1995方法測定，稻谷發芽率按照GB/T 5520—2011方法測定，霉菌菌落總數按照GB 4789. 15—2010方法測定。

稻谷加工品質測定：出糙率按照GB/T5495—2008方法測定，整精米率按照GB/T21719—2008方

法測定，裂紋率按照GB 5496—85方法測定。

3.4 數據處理

Excel軟件處理數據，利用SPSS 20.0軟件對稻谷品質進行LSD方差分析，Origin 9.0軟件作圖。

4 結果與分析

4.1 自然冷資源低溫儲藏倉溫度變化

圖3為試驗周期內室外氣溫以及自然冷資源低溫儲藏倉和常溫倉中倉溫、糧溫的變化情況。如圖3所示，自然冷資源低溫儲藏倉在整個試驗周期內倉溫變化范圍為7.3～11℃，平均倉溫(9.8±1.1)℃，糧溫變化范圍為5.5～11.9℃，平均糧溫(9.8±0.7)℃。其中，自然冷資源低溫儲藏倉在初始階段的倉溫和糧溫低于10℃，這是由于5月份夜間溫度較低，試驗采用自然冰制冷與自然通風相結合的方法共同為自然冷資源低溫儲藏倉降溫。試驗期間，常溫倉的倉溫和糧溫受室外氣溫影響較大，總體呈先增大后減小的趨勢。常溫倉倉溫變化范圍為6.4～27.5℃，平均溫度(18.3±4.8)℃，糧溫變化范圍為6.6～24.5℃，平均糧溫(16.9±4.2)℃。稻谷儲藏試驗期間內，自然冷資源低溫儲藏倉的倉溫比常溫倉低8.5℃，糧溫比常溫倉低7.1℃。由溫度數據可知，自然冷資源低溫儲藏倉的倉溫和糧溫比常溫倉低，并且倉溫和糧溫保持恒定。

圖3 儲藏期間溫度變化曲線Fig.3 Temperature variation curves during storage periods

4.2 儲藏倉的環境相對濕度和稻谷含水率變化

圖4為儲藏倉環境相對濕度和稻谷含水率的變化情況。試驗期間，自然冷資源低溫儲藏倉的環境相對濕度變化范圍為53%～60%，常溫倉的環境相對濕度變化范圍為46%～53%。儲藏期結束后，自然冷資源低溫儲藏倉中稻谷含水率下降至(15.1±0.5)%，常溫倉中稻谷含水率降至(14.7±0.7)%。根據稻谷吸附與解吸CAE方程[28]可知，稻谷平衡含水率與環境相對濕度成正比，與環境溫度成反比。當自然冷資源低溫儲藏倉的環境相對濕度為53%～60%、倉溫為10℃時稻谷的平衡含水率小于15.1%；當常溫倉的環境相對濕度在46%～53%之間、糧溫在6.4～24.5℃之間時稻谷的平衡含水率小于14.7%，因此，在儲藏期間兩種倉中的稻谷均處于解吸狀態，表現為稻谷的含水率降低。并且，自然冷資源倉稻谷的含水率下降速度小于常溫倉，其稻谷的最終含水率比常溫倉中稻谷含水率高0.4個百分點，通過比較兩個儲藏倉稻谷含水率標準差可知，自然冷資源倉中稻谷的含水率差異度較小，均勻度好。

圖4 糧倉的環境相對濕度和稻谷含水率變化趨勢Fig.4 Variation trends of relative humidity and paddy moisture content in warehouse

4.3 稻谷儲藏品質分析

稻谷脂肪酸含量、發芽率和霉菌總數的變化情況見表2。在儲藏試驗結束后，自然冷資源低溫儲藏倉中稻谷脂肪酸質量比18.32 mg/(100 g)，與初始脂肪酸質量比相比增加了63.4%，常溫倉中稻谷脂肪酸質量比為42.5 mg/(100 g)，與初始脂肪酸質量比相比增加了279.5%。自然冷資源低溫儲藏倉中稻谷發芽率從94.00%下降至86.75%，常溫倉稻谷發芽率從94.00%降低至79.25%，自然冷資源儲藏倉中稻谷的發芽率比常溫倉高7.5個百分點，兩者差異極顯著(Plt;0.01)。自然冷資源儲藏倉中稻谷的霉菌總數從1.5×103CFU/g增加至5.1×104CFU/g，常溫倉內稻谷的霉菌總數從1.5×103CFU/g增加至1.3×105CFU/g，表現為儲藏后期常溫倉中稻谷出現霉變氣味，局部有霉變粒產生。由試驗結果可知，自然冷資源低溫儲藏倉中稻谷的儲藏品質顯著高于常溫倉稻谷，自然冷資源低溫儲藏倉的低溫環境有效抑制了稻谷的儲藏品質劣變和微生物的生長繁殖。

表2 稻谷脂肪酸含量、發芽率和霉菌總數變化Tab.2 Changes of moisture content, fat acid valueand molds count

注：同一列中不同字母表示差異顯著(Plt;0.05)，下同。

4.4 稻谷加工品質分析

表3為儲藏期結束后稻谷加工品質的變化情況，儲藏試驗結束后，自然冷資源低溫儲藏倉中稻谷的出糙率、整精米率、裂紋率與初始值無顯著性差異，常溫倉中稻谷的加工品質與初始值相比有顯著差異(Plt;0.05)。自然冷資源低溫儲藏倉中稻谷的出糙率和整精米率比常溫倉稻谷相比分別高5.41個百分點和9.57個百分點，裂紋率比常溫倉低13.88個百分點，從試驗結果可知，自然冷資源低溫儲藏倉的低溫環境更有利于保持稻谷的加工品質。

表3 自然冷資源低溫儲藏倉與常溫倉的稻谷加工品質對比Tab.3 Paddy processing quality of NCR warehouseand ordinary warehouse %

通過稻谷儲藏試驗結果可知，自然冷資源低溫儲藏倉能為稻谷提供有效的低溫儲藏環境，并減少稻谷的儲藏品質和加工品質損失。試驗期結束后進入10月，此時東北地區氣溫普遍降低，夜間溫度可達10℃以下，經自然冷資源低溫儲藏倉儲藏后的稻谷最終含水率為15.1%，已達到東北地區秋冬季節稻谷安全儲藏含水率，可以將稻谷轉入常溫倉繼續安全儲藏。

5 經濟性分析

5.1 自然冷資源低溫儲藏倉建設成本

自然冷資源低溫儲藏倉的建設成本包括：土建工程成本和設備購置成本，其中土建工程成本為10 980元，翅片管式換熱器、風機等設備購置成本為5 900元，自然冷資源低溫儲藏倉總建設成本為16 880元。

5.2 稻谷耗電量

自然冷資源低溫儲藏庫的耗電量如圖5所示，其耗電量與環境溫度顯著正相關(Plt;0.01)，試驗期內7月耗電量最大，耗電量為132 kW·h。總耗電量為517 kW·h，月平均耗電量為103.4 kW·h。按照一般工業用電電價0.866 5元/(kW·h)計算，自然冷資源稻谷儲藏倉用于稻谷儲藏的總電費為448元。

圖5 自然冷資源儲藏倉耗電量Fig.5 Power consumption of NCR warehouse

因此，自然冷資源低溫儲藏倉的建設和運行費用為17 328元。然而，利用自然冷資源低溫儲藏稻谷可減少稻谷干燥費用80元/t。并且，按照現行的稻谷常規儲藏方式，稻谷經過干燥和倉儲通風后出庫時含水率通常下降至12%以下，儲藏期間干耗較大。通過試驗結果可知，利用自然冷資源低溫儲藏倉儲藏稻谷減少3%的稻谷干耗，按照粳稻收購價格3 000元/t計算，利用自然冷資源儲藏倉儲藏稻谷每噸至少降低90元的干耗損失。因此，與常規糧

倉相比，利用自然冷資源低溫儲藏倉儲藏稻谷每噸可增加170元的收入。

通過對比可知，自然冷資源低溫儲藏倉可在減少干燥成本的同時保證稻谷的儲藏品質和加工品質，并降低稻谷儲藏期間干耗，但建造和運行成本較高，因此，建議此種稻谷低溫儲藏方法應充分利用地域優勢，儲藏食味品質優良、稻米單價高的優質稻谷(如五常稻花香、響水大米等)，以平衡自然冷資源低溫儲藏倉的建設和儲藏成本。

6 結論

(1)設計并建造了自然冷資源低溫儲藏倉，采用冬季自然冰為冷源并結合稻谷通風堆碼方法，實現了稻谷在高溫季節的低溫儲藏。自然冷資源低溫儲藏倉的平均倉溫為(9.8±1.1)℃，稻谷平均糧溫為(9.8±0.7)℃，制冷系統的能效比為3.54，與常規機械制冷相比自然冷資源低溫儲藏倉具有供冷均勻、能耗低、無污染等特點。

(2)初始含水率16.5%的稻谷在自然冷資源低溫儲藏倉中儲藏5個月，稻谷平均含水率呈緩慢下降趨勢，最終達到(15.1±0.5)%，減少了熱風干燥工序。

(3)儲藏期結束后，自然冷資源低溫儲藏倉中稻谷的脂肪酸質量比為18.3 mg/(100 g)，發芽率86.75%，霉菌總數5.1×104CFU/g。與常溫儲藏的稻谷相比，自然冷資源低溫儲藏倉中稻谷的出糙率和整精米率分別高了5.41個百分點和9.57個百分點，裂紋率低了13.88個百分點，無黃粒米檢出，自然冷資源低溫儲藏倉很好地保持了稻谷的儲藏品質和加工品質。

1 國家統計局.中國統計年鑒[J]. 北京：國家統計出版社, 2014-2016.

2 王玉鳳,夏吉慶,孫培靈.糙米低溫儲藏技術的發展及應用前景[J].東北農業大學學報,2009,40(4):136-140.

WANG Yufeng，XIA Jiqing，SUN Peiling. Advances and application prospect of storage technique of brown rice in low temperature[J]. Journal of Northeast Agricultural University, 2009,40(4):136-140.(in Chinese)

3 GENKAWA T, UCHINO T, INOUE A, et al. Development of a low-moisture-content storage system for brown rice: storability at decreased moisture contents[J]. Biosystems Engineering,2008, 99(4):515-522.

4 徐鳳英,陳震,李長友,等. 稻谷熱風、微波干燥品質與玻璃化轉變研究[J/OL]. 農業機械學報,2015,46(2):187-192. http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20150228amp;flag=1. DOI：10.6041/j.issn.1000-1298.2015.02.028.

XU Fengying, CHEN Zhen, LI Changyou, et al. Effect of drying methods on quality and glass transition temperature of rice[J/OL]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2015,46(2):187-192.(in Chinese)

5 夏吉慶,鄭先哲.稻谷熱變性溫度的試驗[J].農業機械學報,2000,31(1):76-78.

XIA Jiqing,ZHENG Xianzhe. The experiment research on paddy thermal denatuiation[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2000,31(1):76-78.(in Chinese)

6 劉立意,郝世楊,張萌,等.基于CFD-DEM的稻谷通風阻力數值模擬與試驗[J/OL].農業機械學報,2015,46(8):27-32,158. http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20150805amp;flag=1. DOI：10.6041/j.issn.1000-1298.2015.08.005.

LIU Liyi, HAO Shiyang, ZHANG Meng, et al. Numerical simulation and experiment on paddy ventilation resistance based on CFD-DEM[J/OL]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2015,46(8):27-32,158. (in Chinese)

7 張慧明,鄭先哲,宋翔宇. 不同收獲期稻谷及時干燥與延時干燥后品質對比研究[J]. 東北農業大學學報,2012,43(8):30-33.

ZHANG Huiming, ZHENG Xianzhe, SONG Xiangyu. Study of rice quality compared immediately drying with deferred drying in different harvest time[J]. Journal of Northeast Agricultural University, 2012,43(8):30-33.(in Chinese)

8 陳銀基,蔣偉鑫,曹俊,等. 溫濕度動態變化過程中不同含水量稻谷的儲運特性[J]. 中國農業科學,2016,49(1):163-175.

CHEN Yinji, JIANG Weixin, CAO Jun, et al. Storage and transportation characteristic of different moisture paddy rice dealt with dynamic temperature and humidity[J]. Scientia Aericultura Sinica,2016,49(1):163-175.(in Chinese)

9 夏吉慶,邢靚,施燦璨,等. 自然冷資源儲藏環境下稻谷質構特性及蒸煮品質的試驗研究[J]. 沈陽農業大學學報,2016,47(1):114-118.

XIA Jiqing, XING Liang, SHI Cancan, et al. Cooking quality variation and textural properties of rice under nature cold resource storage state[J]. Journal of Shenyang Aricultural University,2016,47(1):114-118.(in Chinese)

10 BASAVAIAH D, DEVENDAR B, ARAVINDU K, et al. Changes in culinary, viscoamylographic and sensory characteristics during rice storage at different temperatures[J]. Journal of Stored Products Research, 2013, 53(2):37-42.

11 TIAGO A K, AURI B, LEILA P da S, et al. Changes in culinary, viscoamylographic and sensory characteristics during rice storage at different temperatures [J]. Journal of Stored Products Research, 2013,53(2):37-42.

12 賈富國,蘭海鵬,左彥軍,等. 糙米二次加濕調質工藝優化與試驗[J]. 農業機械學報,2010,41(5):95-98,151.

JIA Fuguo, LAN Haipeng, ZUO Yanjun, et al. Optimization of technology for twice moisture conditioning treatment for brown rice[J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2010,41(5):95-98,151.(in Chinese)

13 周建新,張瑞,王璐,等.儲藏溫度對稻谷微生物和脂肪酸值的影響研究[J]. 中國糧油學報,2011,26(1):92-95.

ZHOU Jianxin, ZHANG Rui, WANG Lu, et al. Temperature influence on microorganism flora and fatty acid value of stored paddy under high humidity[J]. Journal of the Chinese Cereals and Oils Association,2011,26(1):92-95. (in Chinese)

14 COPATTI C E, MARCON R K, MACHADO M B. Evaluation of damage bySitophiluszeamais,OrizaephilussurinamensisandLaemophloeusminutusin stored rice grain[J]. Revista Brasileira De Engenharia Agricola E Ambiental,2013,17(8):855-860.

15 龐文淥. 高水分稻谷低溫儲藏技術的研究[J]. 糧食加工, 2007, 32(1):78-80,85.

PANG Wenlu. The research of storage high water rice by low temperature[J]. Grain Processing,2007, 32(1):78-80,85.(in Chinese)

16 XIAO Fengning, HE Li, TAE Hwan Kang, et al. Storage characteristics of low temperature grain warehouse using ambient cold air in winter[J]. Journal of Biosystems Engineering, 2012, 37(3):184-191.

17 王子彪,朱立,王培. 谷物冷卻機與低溫貯糧技術實驗研究[J]. 沈陽建筑大學學報:自然科學版,2007,23(3):465-468.

WANG Zibiao, ZHU Li, WANG Pei.Develop the mobile grain chilling unit for the low temperature grain storing technology[J].Journal of Shenyang Jianzhu University:Natural Science Edition,2007,23(3):465-468.(in Chinese)

18 周全申,卞科, 喬永欽. 谷物冷卻機處理量計算與評估[J]. 農業機械學報,2006,37(10):83-85.

ZHOU Quanshen, BIAN Ke, QIAO Yongqin. Estimation and judgment of handle capacity of grain refrigerator[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2006,37(10):83-85.(in Chinese)

19 YANG Weiqiao, LI Xiong, LIU Xia, et al. Improvement of soybean quality by ground source heat pump (GSHP) cooling system[J].Journal of Stored Products Research, 2015, 64:113-119.

20 修方瓏, 張巖, 王世清, 等.基于熱管技術的儲糧倉溫度特征及其抑蟲效果[J]. 農業工程學報,2013, 29 (14):256-261.

XIU Fanglong, ZHANG Yan, WANG Shiqing, et al. Temperature characteristic and inhibition effect on insect pest in grain storehouse based on heat pipe technology[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,2013,29(14): 256-261. (in Chinese)

21 賀偉, 布仁倉, 熊在平, 等.1961—2005年東北地區氣溫和降水變化趨勢[J].生態學報，2013,33(2):519-531.

HE Wei，BU Rencang, XIONG Zaiping, et al. Characteristics of temperature and precipitation in Northeastern China from 1961 to 2005[J]. Acta Ecologica Sinica,2013,33(2):519-531.(in Chinese)

22 楊光, 祁影霞, 劉漢尚. 季節性冰雪蓄冷空調系統的實驗研究 [J]. 制冷與空調,2010,24(2):6-9.

YANG Guang, QI Yingxia, LIU Hanshang. Experimental study on seasonal snow and ice storage air conditioning system[J]. Refrigeration and Air Conditioning,2010,24(2):6-9. (in Chinese)

23 李高鋒, 馬忠龍, 肖晟昊, 等.季節性冰蓄冷技術在空調系統中的應用研究[J]. 湖南生態科學學報, 2015,2(1):32-35.

LI Gaofeng, MA Zhonglong, XIAO Shenghao, et al. Research on seasonal ice cold energy storage technology in air conditioning[J]. Journal of Hunan Ecological Science, 2015,2(1):32-35. (in Chinese)

24 LI Lite, CHENG Yongqiang, XUE Wentong. A study on the technology keeping fruits and vegetables fresh by utilizing natural cooling resource[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering,1995,11(3):88-94.

25 陳曦, 周福君. 利用自然冷資源對油豆角保鮮的試驗研究[J]. 農機化研究, 2010, 32(9):159-161.

CHEN Xi, ZHOU Fujun. Experiment study of natural cool resources (NCR) freshness technology on bean[J]. Journal of Agricultural Mechanization Research,2010, 32(9):159-161.(in Chinese)

26 宮元娟,張建鵬,張研,等. 基于自然冷源保鮮庫貯藏的寒富蘋果保鮮條件優化[J]. 沈陽農業大學學報,2016,47(1):64-70.

GONG Yuanjuan, ZHANG Jianpeng, ZHANG Yan, et al. Optimize the fresh-keeping condition of hanfu apple based on nature source of cold storage[J]. Journal of Shenyang Agricultural University,2016,47(1):64-70.(in Chinese)

27 周福君, 張飛, 鄒春陽. 降溫加濕型熱交換裝置:中國, 20101053962.8[P]. 2011-04-13.

28 吳子丹, 李興軍.利用CAE方程調控我國稻谷倉庫通風[J]. 中國糧油學報，2011，26(2):73-78.

WU Zidan, LI Xingjun.The use of CAE model for controlling aeration in a Chinese rough rice sepot[J]. Journal of the Chinese Cereals and Oils Association,2011,26(2):73-78.(in Chinese)

DesignofCoolStorageWarehousewithNaturalColdResourceandPaddyStorageExperiment

SHI Cancan ZHOU Fujun XIA Jiqing JIA Fuguo

(CollegeofEngineering,NortheastAgriculturalUniversity,Harbin150030,China)

In order to solve paddy quality loss during drying process and storage, a natural cold resource (NCR) warehouse, which used the nature environment ice for providing cold energy to store high moisture paddy and reduce deterioration of paddy during storage period was designed. The NCR warehouse was composed by refrigeration system, paddy storehouse, ice storehouse, equipment room and control system. The paddy storehouse was a closed chamber with size of 3.8 m×3 m×2.8 m, the ice storage room was 0.5 m below ground with size of 4 m×3 m×2.5 m. When the warehouse temperature was higher than the set temperature, the temperature sensor sent the signal to RMA411 remote input capture module, then the data output adopted the distal RM4024 analog output module, achieving real time communication between the host computer and output mold, through the RS485 serial series sent out command to start water pumps. The cold water which exchanged the cold energy from ice as coolant flowed from top to bottom in the finned tube heat exchanger by use of a water pump. The heat exchanged between hot air and heat exchanger under the action of the fan, and then the cool air was blown into warehouse to keep the paddy storage temperature at 10℃. The ice which collected in the winter provided cold energy for NCR warehouse. The paddy with inertial moisture content of 16.5% was packed on the weight of 10 kg by woven bag. The paddy bags were stacked 5 layers and 12 bags per layer which stored in the NCR warehouse from May to September and another part of paddy was stored in an ordinary temperature warehouse stored in the same way as a control group. The physiological characters and processing characters of the paddy were evaluated at the end of every month. The result showed that moisture contents of paddy in the NCR warehouse was decreased less than the ordinary warehouse. The fatty acid value of paddy in the NCR warehouse was 18.3 mg/(100 g). The germination rate of paddy in the NCR was 86.75%, and the total of molds was 5.1×104CFU/g. Cracked rate of paddy in the NCR warehouse and ordinary warehouse was increased by 2.77 percentage points and 16.65 percentage points, respectively. The storage character of paddy in NCR warehouse was superior to ordinary warehouse paddy. The result indicated that NCR warehouse showed a better performance on storing high moisture paddy in high temperature season.

natural cold resource; low temperature storage; paddy; storage character

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.11.046

S379.2

A

1000-1298(2017)11-0375-08

2017-07-30

2017-08-28

國家自然科學基金項目(51575098)

施燦璨(1986—)，女，博士生，主要從事農產品加工與儲藏研究，E-mail： www.shicancan@163.com

周福君(1969—)，男，教授，博士生導師，主要從事農業機械化工程及農產品加工與儲藏研究，E-mail： fjzhou@163.com