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氮气气调储粮:向化学药剂说“不”

粮食储藏是粮食供应链上的重要一环。防止粮食污染,减少虫霉危害,确保粮食的数量和质量安全。日前从中国储备粮管理总公司(以下简称“中储粮”)获悉,由该公司研发并推广应用的氮气气调储粮技术,向粮堆中充入氮气替代化学药剂熏蒸对粮食进行害虫防治,在储粮中实现化学药剂的“零排放”。

因显著的保鲜及虫霉防治效果和良好社会效益,2014年1月该技术荣获中国粮油学会科学技术奖一等奖。

传统方法不绿色

粮食储藏是一门技术活,除了要保证适宜的温度和湿度,还要防虫。

据统计,全国每年由于霉变、虫害和鼠害造成的粮食损失约为总产的3%,折合150亿公斤。其中,霉烂粮食达75亿公斤,按人均每年250公斤口粮计算,相当于6000万人一年的口粮。

过去,全国一直通用的是磷化氢气体熏蒸技术,但对保粮工作人员的身体有一定的潜在危害。近年来,储粮害虫抗药性增强的问题也越来越受重视。

目前,低温储粮是公认的绿色储粮方式,特别是利用自然低温储粮,是一种经济有效的绿色储粮技术。然而受地域限制,低温储粮在冬季低温资源丰富的东北、西北、华北等地优势明显,而在中国南方地区,低温储粮成本就相对较高。而实施控温储粮,每年一般也要用磷化氢熏蒸,不能真正实现粮食的绿色储藏。

低温和气调是国际公认绿色储粮技术

目前迫切需要合理的稻谷储藏技术,确保稻谷的安全储藏并保持稻米的原有的风味、新鲜的品质和良好的口感。为此,中储粮总公司开展了绿色储粮技术的研发和推广应用。这项技术是从空气中分离氮气,制氮机的制氮过程对环境无污染,也不会对操作人员健康造成危害。

低温和气调是国际公认的绿色储粮技术。在北方地区,中储粮总公司推广了低温和准低温储粮技术。通过自然通风降温、机械通风降温、利用地下冷源降温和采用必要的隔热、保冷处理,使粮食处于低温(15℃以下)或准低温(20℃以下)状态,以防止储粮虫霉危害,控制储粮品质。目前,该公司在我国东北、西北、华北等年均气温较低的地区普遍采用低温(15℃以下)或准低温(20℃以下)储粮。

在华中、华东、华南及西南地区,因为气候相对炎热,实现低温或准低温储粮的成本高,气调储粮是行之有效的绿色保鲜储藏技术。氮气气调储粮是制氮机从空气中分离氮气,通过粮库地下预埋的供气管道,充入气密性达标的粮仓中,置换出粮堆内的氧气,长期保持高浓度氮气,在粮堆内形成不利于害虫、霉菌生长繁殖的生态环境,减弱粮食自身的呼吸代谢,实现虫霉物理防治、延缓粮食品质变化、抑制发热生霉等安全储粮目的。

氮气气调储粮改变了储粮害虫防治主要依靠化学药剂的传统模式,实现了储粮化学药剂的“零使用、零排放”,避免了微生物生长可能产生的真菌毒素,防止了仓储保管人员接触化学药剂可能的身心健康和安全生产风险。

高浓度的氮气让害虫活不过5天

“氮气气调储粮基本的技术原理是这样的,空气中79%左右是氮气,还有20.8%是氧气,我们的制氮机就是要通过排除空气中的氧气,提取高浓度的氮气,达到让粮食减少氧化,让害虫缺氧窒息而死、防止粮食霉变的目的。”中储粮总公司技术人员介绍说。

然而,氮气气调规模化应用国际上没有先例。虽然从上世纪80年代我国就逐步开展了相关研究和试验,但因害虫防治、保鲜等关键技术未取得明显突破。2004年,技术人员针对氮气储粮技术,多次立项开展研究,从储粮专用制氮机、粮仓气密性改造、气调充气及氮氧高效置换工艺、氮气浓度长期保持及作业智能控制等方面,全面掌握了各项核心技术和工艺设备。

例如在氮气分离设备方面,首次研发并不断升级的储粮专用制氮设备与其它行业常规制氮机相比,可节约能耗30%—50%,因此其也带动了制氮行业的技术进步。

良好的气密性是氮气气调储粮成败的关键。我国大部分砖混粮仓气密性普遍较差,若采用常规气密改造方法,不但成本高,气密性维持时间也短。通过攻关,技术人员首次提出了采用塑料薄膜对粮仓进行五面密闭提高仓房气密性的新工艺,针对墙体敷设薄膜和粮面薄膜的无缝连接,开发了塑钢异形双槽管和充气膨胀气密压条,大大提高了仓房气密性,为气密达标提供了新方法,简化了操作,降低了成本,特别是发明的实仓挂膜工艺,进一步减轻了劳动强度,从实用性角度提升了储粮技术水平。

如何维持粮仓内的氮气浓度是实现氮气气调储粮的另一难题。之前,国内外均未解决。自然状态下,将高浓度氮气充入粮堆后,因存在压差,氮气会迅速向仓外扩散,粮堆内氮气浓度迅速降低。

“为了破解这个难题,我们在粮面敷设的塑料薄膜内充入98%以上浓度的氮气,在粮面上形成氮气气

囊,利用气囊体积的自然变化使气囊内维持微正压,从而长时间保持粮仓内氮气高浓度。”与此同时,他们开发了气调储粮智能控制系统,对气密处理完成的仓房,实现了充氮工艺的自动控制,降低氮气气调储粮技术的劳动强度,提高其性能和精度。

实验表明,98%的氮气浓度维持时间28天以上,可完全防治甲虫、蛾类、螨类等储粮害虫的成虫、幼虫、卵等各种虫态;长期维持95%氮气浓度,可抑制害虫种群繁殖,直至种群消失;98%以上氮气浓度可抑制储粮真菌生长,预防粮食发热生霉。目前,中储粮的技术可使粮堆内氮气浓度达到98%,而主要储粮害虫成虫在这样的气体中活不过5天。

保鲜效果好且成本低

经检测,氮气储粮对粮食温度、水分没有明显影响,而且在减少了氧气的氧化作用之后,粮食营养成分的代谢更少,粮食籽粒呼吸作用减弱,新陈代谢缓慢,粮食籽粒生活力保持好,干物质损失小,粮食色泽、气味、加工、蒸煮、食用、营养等品质保持好。

迄今该公司已开展气调储粮建设库点150多个,建设规模超过1000万吨。推广应用区域由南方高温高湿地区逐渐向中部地区扩展,储藏品种由稻谷逐渐扩展到大豆、玉米、小麦,使我国的气调储粮技术实现了跨越式发展。规模化的应用实践表明,氮气气调储粮技术是我国长江流域及以南地区经济可行的粮油产后减损及绿色保鲜储粮技术,与传统储粮技术相比,其优势明显。

在经济成本方面,相对低温储粮,氮气成本较低。而为了进一步降低成本,针对体积数千立方米到一万立方米的大粮仓,如何用氮气高效置换粮堆内的氧气,中储粮总公司开展了大量充气工艺优化研发,形成了包括稀释法、环流法、置换法、尾气利用、抽气强排法等多种工艺。目前,通过设备创新升级、充气工艺优化及仓房气密性改造技术革新,氮气气调储粮技术的运行成本已与使用化学药剂防治储粮害虫相当。

制氮机在中储粮的应用带动了整个粮食行业技术进步,目前,上海、福建、广东、浙江、广西、北京、山西等省市,已有50多家地方粮库开始应用氮气气调储粮技术,为全行业绿色储粮技术应用起到显著示范效果。

第八届国际储藏物气调与熏蒸大会在成都召开时,36个国家的100多位外宾和260多位国内专家、学者对中国气调技术取得的成果给予了高度评价。

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