結構空間熱處理殺蟲技術應用進展

呂建華 張豫麒 康宇龍

(河南工業大學糧油食品學院糧食儲藏與安全教育部工程研究中心，鄭州 450001)

在糧食儲藏環境、糧食及食品加工場所中時常發生儲糧害蟲的危害，對儲糧品質和數量產生不利影響，造成了巨大的經濟損失[1]。糧食及食品加工場所害蟲的發生一直是困擾我國糧食加工行業健康發展的重要問題，每年因害蟲為害引發的投訴問題長期得不到徹底解決。目前國內外主要使用化學防治方法控制儲糧害蟲。但是由于長期不合理使用化學藥劑，害蟲產生了嚴重的抗藥性，并且還伴隨著農藥殘留、環境污染、人畜中毒等負面問題[2-7]，迫使人們尋求一種安全、高效、可持續、環境友好的害蟲防治方法來替代化學防治。

熱處理殺蟲技術對環境安全、高效、無殘留，被認為是可持續的非化學防治方法，用于控制儲藏物中的害蟲和螨類[8,9]。由于儲藏物害蟲生活在可以人為控制的環境，因此可以通過對儲藏物害蟲棲息地溫度的控制減緩害蟲種群增長或將其完全殺滅[10,11]。在開展熱處理殺蟲時一般將儲糧空倉、糧食及食品加工場所空間溫度加熱升高到50～60 ℃，并保持該溫度24～36 h以殺死其中存在的害蟲[12-14]。

本文綜述了結構空間熱處理殺蟲技術的發展歷史、基本原理、實施方法、技術要求以及優缺點等，以期為今后高效實施結構空間熱處理殺蟲及開展相關研究提供參考。

1 熱處理殺蟲技術的發展歷史

利用熱處理殺蟲有較長歷史。1762年，法國學者記錄了用熱處理來控制儲藏物害蟲，在麥蛾Sitotrogacereallela(Oliver)嚴重爆發時，使用烤箱在69 ℃下加熱3 d，可以消滅谷物中麥蛾幼蟲。1885年，美國使用熱處理方式防治儲藏物害蟲[15]。美國農業部昆蟲局的工作人員和各州的昆蟲學家對這種方法進行了測試，發現熱處理是一種高效、成本低廉且對人沒有危害的殺蟲方法。Dean[8]提供了工廠使用高效熱處理的溫度相關數據，鼓勵食品加工廠使用這項技術。雖然許多工廠開始使用熱處理，但由于加熱會在一定程度上損壞工廠的木制地板、設備和生產線，并且在實際熱處理中無法達到和保持理想的溫度[16-18]，這項技術很快就被氰化氫、氯化苦和溴甲烷等廉價熏蒸劑熏蒸殺蟲處理取代[19]。

21世紀初，隨著工廠建筑和配套設施設備設計的進步以及溴甲烷從市場上淘汰、化學殺蟲劑引起嚴重的環境污染、農藥殘留及害蟲抗藥性等負面影響，人們重新對在食品加工場所中使用熱處理殺滅儲藏物害蟲產生了興趣[20,21]，甚至在某種情況下熱處理殺蟲已成為食品加工場所中防治儲藏物害蟲的理想選擇。目前，在北美洲、歐洲和澳洲已被廣泛應用于殺滅空倉和食品加工廠中的害蟲[22,23]。

2 熱處理殺蟲的基本原理

昆蟲是變溫動物，其體溫隨著環境溫度的變化而變化，新陳代謝的速率和運動行為必然受環境溫度的影響[22]。昆蟲在一定的溫度范圍內正常生存、發育和繁殖，當溫度低于或高于一定的溫度時，昆蟲不能正常發育。極端低溫和高溫均會導致昆蟲大量死亡。當溫度高于最適宜生存和發育溫度時，昆蟲的生長發育就會受到抑制[24]。當溫度在40 ℃以上時，大多數昆蟲表現出熱休克，并最終在長時間暴露下死亡。一般來說，儲藏物昆蟲暴露在40 ℃下24 h內就會死亡，暴露在60 ℃下30 s內即會死亡。根據昆蟲的生命活動情況，影響昆蟲生命活動的溫度范圍被劃分為5個溫區：致死高溫區、亞致死高溫區、適宜溫區、亞致死低溫區、致死低溫區(圖1)[24]。

圖1 儲藏物昆蟲溫區的劃分

在亞致死高溫范圍內，昆蟲各種代謝過程的速度不一致，表現出熱昏迷狀態。隨著處理時間的延續，亦會導致昆蟲死亡。昆蟲的死亡取決于高溫的程度和持續時間。該溫區的溫度一般在40～50 ℃。在致死高溫范圍內，昆蟲經短時興奮后即死亡。這是由于高溫直接破壞酶系的作用，甚至蛋白質遭到破壞[22]。這一破壞過程是不可逆的。對于儲藏物昆蟲而言，該溫區的溫度為50 ℃以上。

3 結構空間熱處理殺蟲的實施方法

3.1 結構空間熱處理殺蟲的加熱方式

利用固定式或移動式的加熱器產生高溫氣體，經風機輸入到處理環境中，使處理空間環境溫度達到50～60 ℃，并維持24～36 h，達到殺蟲的目的[25-27]。一般采用蒸汽加熱、電加熱和燃氣加熱3種方式。蒸汽加熱成本較低，但升溫較慢。電加熱升溫較快，使用方便，但成本較高。燃氣加熱升溫較快，成本適中[28]。為保證處理環境加熱的均勻性，必要時可在處理環境中設置風機或通風管道，幫助熱空氣循環以加速其均勻分布。

3.2 結構空間熱處理殺蟲的設備

熱空氣處理殺蟲使用設備主要有蒸汽加熱器、燃氣加熱器和電加熱器。蒸汽加熱使用的加熱器有固定式加熱器和移動式加熱器兩種類型。許多食品加工廠中通常配備有固定式加熱鍋爐或移動式加熱鍋爐用于生產[29]，這些蒸汽加熱鍋爐可以作為加熱器提供熱空氣處理殺蟲過程中的熱源。另外，一些食品加工廠配有固定式蒸汽加熱器或便攜式低壓蒸汽加熱器提供足夠的熱量進行熱空氣處理殺蟲[29-31]。蒸汽加熱需要通過專用管道或者軟管將熱蒸汽輸送到需要進行殺蟲處理的空間。蒸汽是用于熱空氣處理殺蟲過程中成本最低的加熱方式，但由于其殺蟲處理需要的時間較長，特別是固定式蒸汽加熱器需要占據一定的生產空間，這種加熱方式實踐中使用較少。

燃氣加熱器是熱空氣處理殺蟲處理中比較常用的加熱方式[24，30,31]。在進行熱空氣處理殺蟲時，燃氣加熱器將加熱后的空氣輸送到需要進行殺蟲處理的場所空間，熱空氣處理場所空間內的空氣每小時交換4～6次。這種加熱方式一般使用天然氣或丙烷作為燃料，加熱效率高，使用成本適中，在熱空氣處理殺蟲實踐中使用較多。

當使用電或蒸汽加熱器時，被處理空間空氣交換的次數是每小時1～2次。燃氣加熱能夠使熱量到達建筑物空間和加工設備的縫隙，比電加熱器或蒸汽加熱器穿透性好。由于在燃料燃燒過程中會有明火，所以燃氣加熱器通常被放置在設施外，通過特制的尼龍管道將熱力輸送到設施內。電加熱器使用成本最高[29]，所以一般在小規模的實驗中使用[32]。

3.3 結構空間熱處理殺蟲的基本過程

熱處理殺蟲基本過程為：對整個將要進行熱處理殺蟲的空間環境徹底清理，清除各種設施設備管道內部、地板上面殘留的粉塵、糧粒等殘留物[33]；移除不耐熱的設施設備或零部件；對整個將要進行熱處理殺蟲的空間進行密封處理；實施熱處理殺蟲，通過監測不同部位環境溫度及其持續時間確保徹底殺蟲[33]；解除密封，進行散熱降溫[29]；恢復原來的設施設備工作狀態，完成熱處理殺蟲過程。

3.4 結構空間熱處理殺蟲的技術條件及要求

進行熱處理殺蟲時，熱處理溫度在處理空間內有水平和垂直分布的趨勢。因此在熱空氣處理過程中保證加熱環境的空氣循環至關重要。良好的空氣循環可以使熱量在環境中分布均勻，消除低于殺蟲溫度的區域，并避免局部過熱造成的損失[29]。進行熱空氣處理殺蟲時一般在處理空間內的不同位置、不同樓層合理擺放風扇，促進空氣循環，使空間熱量均勻分布。在熱空氣處理期間，應根據實際溫度分布情況移動風扇，促使熱空氣處理向溫度低于50 ℃的區域流動。

熱空氣處理殺蟲的有效性取決于熱空氣處理區域是否達到設定致死溫度(50～60 ℃)并保持足夠的時間[34,35]。在熱空氣處理過程中，被處理設施空間內部溫度的水平和垂直分層導致熱量分布不均勻，可能造成某些部位過熱或加熱不足[36-38]。過熱可能會損壞設施空間內部的熱敏設備，加熱不足可能導致昆蟲在熱空氣處理后仍然存活。一般來說，如果沒有適當的加熱能力和空氣循環，在地板、房間角落和地板墻壁連接處附近很難達到致死溫度(50～60 ℃)[39]。昆蟲傾向于從溫度較高的地區遷移到溫度較低的地區，以避免過度失水而死亡[5]。Mahroof等[12]研究了熱空氣處理過程中小麥粉廠和飼料廠的空間溫度變化，以及溫度變化對赤擬谷盜各個發育階段死亡率的影響，發現熱空氣處理空間存在水平和垂直的溫度分層，空氣流動不好，加熱器和熱力輸送管道擺放不佳，門窗、地板、屋頂通風口密封不嚴會造成熱量損失，這些都可導致工廠內熱力分布不均勻。因此，在熱空氣處理過程中定期監測處理空間不同位置的溫度，并采取調整措施，通過使用額外的加熱器、風扇合理地將熱量從溫度較高的地方重新分配到溫度較低的地方是熱空氣處理成功的關鍵[40]。在熱空氣處理期間，昆蟲暴露在逐漸升高的環境溫度下，不同發育階段的昆蟲對逐漸升高溫度的適應能力差異可能影響其隨后的高溫敏感性[41]。

在熱處理過程中實時監測空間環境不同位置的溫度是成功實施熱空氣處理殺蟲的關鍵環節[42]。在整個加熱和降溫過程中，應每小時或更短的時間間隔來測量記錄空間環境溫度數據。歐美一些進行商業熱空氣處理殺蟲的公司在熱空氣處理過程中，每隔1 h用手持式溫度計測量空間環境內每一個角落的溫度，一旦所有角落測量溫度都達到50 ℃，就保持這個溫度至少24 h[33]。在對空間環境必要的部位進行溫度監測的同時，一般利用預設蟲籠和在熱空氣處理后使用誘捕器來檢驗熱空氣處理的最終殺蟲效果。研究表明，多數儲藏物害蟲在50 ℃左右的環境中短時間內便可徹底被殺死[10,43]。

3.5 結構空間熱處理殺蟲的注意事項

熱處理殺蟲應注意的問題包括幾個方面：實施熱處理前要做好整個空間的清潔衛生工作[42]；做好整個進行熱處理殺蟲的空間環境不同部位的溫度監測，確保各個部位均達到預定殺蟲溫度[33]；防止局部溫度過高對設施設備造成破壞，或達不到預定殺蟲溫度影響熱處理效果；在不同部位預設蟲籠，檢測殺蟲效果[29]；做好個人防護，避免高溫對身體的不利影響[35]。

4 熱處理與其他方法的聯合使用

熱處理也可以與其他技術結合起來用于防治儲藏物害蟲。與單獨使用某種技術相比，相互結合使用能夠顯著提高殺蟲效果。在溫度為50 ℃的環境中使用硅藻土，可以殺死全部赤擬谷盜成蟲[44]。氟氯氰菊酯和生長調節劑烯蟲酯在熱處理過程中的有效性不受影響，并可增強其對赤擬谷盜的作用效果[45]。在商品檢疫處理的過程中也可以使用冷熱結合的處理方式殺滅害蟲[46]。在環境溫度或典型儲存溫度下進行氣調(Controlled atmospheres，CA)殺蟲處理通常需要幾天時間才能完全控制節肢動物害蟲，而在高溫條件下，則僅需要數小時即可達到控制效果[47]。

5 熱處理殺蟲技術的優點和局限性

熱處理殺蟲技術對環境友好，操作簡單，對工作人員幾乎沒有風險。在歐美等國使用殺蟲劑需要得到有關管理機構的批準，而熱處理殺蟲處理則不需要通過監管機構注冊。與熏蒸殺蟲相比，熱處理殺蟲適用于整個工廠或局部區域，在對某個車間進行熱處理殺蟲時其他車間也能正常運作[29]。雖然熱處理殺蟲有許多優點，但這項技術也有一些局限性。一是熱處理的成本較高；二是熱量分布不均，不能很好地滲透到儲藏物產品內部[10,43]；三是加熱可能使小麥粉廠中的塑料和木材制品、傳輸帶和軸承等損壞，影響建筑物結構的完整性[18]；四是高溫可能導致電子設備損壞，在進行熱處理殺蟲時應加以妥善保護[29]。因此，在熱處理前需要進行大量的清潔衛生工作。在熱處理過程中，必須將殘留產品從設備中移出，以防止害蟲將其作為庇護所逃脫熱處理過程。

6 結論與展望

儲糧害蟲的生存空間多為人為環境，且昆蟲對環境溫度的變化最為敏感，在此環境中人工調控生態因子控制害蟲是一種有效、可行的手段。熱處理殺蟲技術作為一種操作簡單、與環境相容性好、基于生態原理的害蟲防治方法，近年來已重新成為世界儲糧害蟲防治領域的研究熱點。在不考慮房屋結構和機械損傷的情況下，結構空間熱處理殺蟲技術是一種經濟有效的殺滅空倉、糧食及食品加工廠中害蟲的方法。今后，對于如何使熱處理殺蟲過程中結構空間不同部位的溫度分布均勻、明確儲糧害蟲在熱處理殺蟲過程中的行為反應等問題需要進一步研究，為在實踐中科學高效實施熱處理殺蟲技術提供理論支持。