氣調保鮮技術在糧食儲藏中的應用*

孫 磊，寇潤蕾，孫少振，王金菊，劉 霞，蘇偉東

（1.天津市寶坻京東糧油儲運貿易有限公司，天津 301800；2.天津科技大學食品科學與工程學院，天津 300450；3.寧夏金雙禾糧油有限公司，寧夏 靈武 750401）

近年來， 隨著科技水平的發展和生活水平的提高， 人們對于糧食安全關注的焦點從數量安全逐漸上升到質量安全，“精品糧倉”、“優糧優儲”、“優糧優價”等新興概念越來越多地被提起[1]。 糧食儲藏不當很容易發生霉變或生蟲， 對糧食品質造成很大的影響。 傳統的化學熏蒸滅蟲防霉容易帶來農藥殘留問題而引發消費者擔憂。 氣調保鮮技術是一種經濟有效的貯藏保鮮新技術， 符合綠色環保安全高效的發展趨勢，與傳統儲糧方式方法相比，具有較多優點，特別在綠色儲糧方面具有顯著優勢， 對于儲糧技術的提升意義重大。

1 氣調保鮮技術概述

氣調保鮮技術是指在密閉的環境下， 通過改變貯藏環境中氣體的成分和濃度， 主要是增加CO2含量，降低O2含量，來防止所儲存的糧食發生劣變或延緩劣變過程，從而實現保鮮的目的。隨著氣調保鮮技術的發展和應用， 其顯著的經濟效益和社會效益逐漸得到了糧食倉儲、加工行業以及消費者的認可，也為其進一步推廣應用提供了新的發展機遇。

1.1 氣調保鮮技術的特點

1.1.1 安全綠色無污染

氣調保鮮技術是通過改變環境中的氣體成分，使得糧食籽粒的呼吸作用得到抑制，利用溫度、濕度和氣體之間的相互作用來抑制病蟲害的發生， 從而達到保鮮的目的。 氣體處理不會造成機械損傷和微生物污染，同時也能夠滿足相關安全標準。

1.1.2 減少貯藏損失

氣調保鮮技術改變了糧食籽粒所處環境的氣體成分和濃度，導致其呼吸作用或代謝作用被抑制，成熟和衰老的進程被延緩， 可使糧食籽粒的生理活動降到最低，減少了營養成分和其它物質的損失，很大程度上保留了產品原本的風味。 與此同時糧堆中的微生物及儲糧害蟲的生長繁殖也受到了抑制， 可以減少甚至不使用化學藥劑，減少藥劑殘留，提高其食用安全性。

1.1.3 延長保鮮期

經過氣調保鮮處理后糧食都會有后效作用[2]。解除低氧高二氧化碳環境后， 將其轉移到正常環境中，在不用保鮮劑的條件下，仍然能夠在較長的時間內保持新鮮度，延長糧食的保鮮期。

1.2 國內外研究進展

氣調技術在國外發展比較早， 歷史悠久。 早在12 世紀初，就已經出現改變環境中的氣體成分來儲運鮮牛肉的例子。 現代氣調貯藏技術可追溯到19世紀，1821 年法國科學家采用隔絕氧氣的技術對蘋果進行保鮮，為提出氣調這個概念奠定了基礎。法國科學家最早對氣調的技術原理進行了闡述， 獲得了大眾的接受和推廣， 使得氣調技術開始走進大眾的視線， 此后隨著英國首套氣調保鮮技術商業設備的落地，美國對氣調技術的商業化應用等，世界范圍內的氣調技術開始蓬勃發展， 大量相關學者開始對氣調技術進行深入研究。 美國利用氣調技術處理糧食后發現，其可以起到抑制害蟲生長繁殖的作用[4]。 澳大利亞也有大量學者在氣調保鮮方面做了大量的論證， 結論均表明氣調技術在保存糧食方面起到了較好的作用[5]。 近年來，隨著各國研究的深入，氣調保鮮技術蓬勃發展， 部分發達國家的氣調庫已經廣泛應用于多種果蔬的保鮮， 果蔬在采摘后大多數都可以直接進入預冷，之后送入氣調庫進行保鮮貯藏，同時應用冷鏈輸送果蔬， 因此在最大的限度上延長了果蔬的貯藏時間[6]。 為促進氣調保鮮技術在儲糧方面應用的快速發展，聯合國在意大利、以色列、加拿大等國多次召開行業交流會議。 這些都說明了氣調保鮮技術有著良好的應用前景， 但氣調保鮮材料的研制以及相應的技術成本仍是目前技術推廣的最大問題。

我國氣調技術起源于地窖封藏， 對于現代氣調技術的應用，我國的普及率與國外相比差距較大。近年來我國氣調技術有了顯著的提高和發展， 已廣泛應用于果蔬類保鮮、 新鮮肉類保鮮以及糧食儲藏等方面，越來越多的氣調庫建成并且投入應用，王益光等[7]對楊梅進行充氮降壓處理，進行“模擬式”運輸貯藏實驗，發現其保鮮效果比普通冷藏效果更好。張毅毅等[8]對鮮肉進行植物多酚協同氣調包裝處理，發現肉類品質得到改善并且貨架期得到延長。 氣調儲糧則是通過改變糧庫環境的氣體組成和濃度，來抑制糧食呼吸，預防蟲害，成為一種高效綠色的儲糧技術方法[9]。 趙斌杰等[10]通過對淺圓倉冬季機械通風、 夏季空調控溫并且結合氣調處理實現了糧食的準低溫儲藏， 獲得良好效果。 氣調儲糧方法環保實用，應用前景廣闊，受到了越來越多的關注。

2 氣調保鮮技術在糧食儲藏中的應用

2.1 真空儲糧

真空儲糧技術是指利用抽氣減壓的方式， 將糧堆中的空氣抽出后，使糧堆長期處于負壓狀態，從而保持糧食品質，抑制蟲害。真空儲藏技術對于控制糧食蟲害具有很好的效果，具有綠色環保無污染，節能高效又安全等諸多優點，可以延長糧食保存期。彭潤玲等[11]研究發現真空儲糧能夠將糧食儲藏時間延長1~2 年。真空儲糧技術在延長糧食的保存期的同時，可延緩害蟲的生長繁殖甚至直接殺死害蟲。 朱慶賀等[12]采用氣調方法處理芝麻，研究發現真空氣調儲存能夠延緩種子劣變，減緩種子發芽率下降的趨勢。目前對真空儲糧應用大多集中在成品糧真空包裝領域，如抽真空包裝的大米、小米、雜糧等，對于大規模儲存原糧的糧倉尚難以應用。

2.2 二氧化碳氣調儲糧

二氧化碳氣調儲糧技術就是向氣密性較好的糧倉中充入一定濃度的二氧化碳， 改變糧倉內的氣體成分，抑制霉菌生長以及蟲害活動，抑制糧食的呼吸作用，延緩糧食劣變，達到綠色儲糧的目的。 我國從“七·五” 計劃開始就對二氧化碳氣調儲糧技術進行了全面研究，并取得成功。劉旭光等[13]在原有二氧化碳氣調儲糧的基礎上, 研究開發了移動式二氧化碳氣化裝置，降低了氣調建設投資費用。郭軒宇等[14]對淺圓倉采用下充上排式的二氧化碳氣調工藝， 對試驗倉內CO2濃度變化， 大豆儲存品質進行研究，發現二氧化碳氣調儲藏可有效防治赤擬谷盜、 銹赤扁谷盜和玉米象等儲糧害蟲。 二氧化碳氣調儲藏具有良好的效果。 但是由于考慮到溫室效應以及二氧化碳制作成本較高等問題，其儲藏經濟性有待提高。

2.3 充氮氣調儲糧

充氮氣調是一種公認的經濟有效的綠色儲糧技術，是指在密閉的糧倉內抽出空氣，充入一定體積的高純氮氣，改變糧倉內的氣體環境，將倉內氮氣濃度控制在97%左右，達到抑菌殺蟲、延緩劣變的目的。王賀等[15]以江蘇普通晚粳大米為原料，研究其在不同氮氣濃度下氣調處理的大米品質變化情況， 發現充氮氣調能較好地保鮮普通晚梗大米，延緩劣變。元世昌等[16]研究發現在無法避免高溫情況時氮氣氣調儲糧可抑制優質稻脂肪酸值的快速增高和整精米率的降低，從而延緩優質稻的黃變及品質劣變。由于氮氣制作成本較低，經濟實用并且制作過程綠色環保，不會對人體造成危害， 具有突出的保鮮和蟲霉防治效果以及顯著的社會效益， 充氮氣調儲藏已成為氣調儲糧技術發展的主要方向。

2.4 除氧劑脫氧氣調

除氧劑是一類能與空氣中氧結合形成化合物的化學試劑（如二亞硫酸鈉、特制鐵粉等)。除氧劑與糧食密封在一起,能吸收糧堆中的氧氣,使糧食處于基本無氧的狀態， 從而抑制糧食的生理活動和蟲霉危害，達到安全儲藏的目的。陸榮林等[17]在總結已有的大米保鮮過夏技術的基礎上,采用在常溫下，除氧劑與硅橡膠薄膜氣調的聯合作用來探索高水分大米保鮮， 發現其品質要明顯優于采用其它方法保藏的大米的品質，效果最佳。 除氧劑無毒、無味、無污染、無殘留,除氧迅速,能使一個密封好的糧堆氧氣濃度在十幾個小時內降低到缺氧標準, 且具有操作簡單等優點, 可以彌補糧食自然降氧無法降至低氧狀態的不足。 除氧劑脫氧氣調主要運用于多種糧食的儲藏中，可以防霉、防氧化、防止蟲害，保鮮效果顯著，在20 世紀90 年代有一定程度的研究和應用， 然而由于除氧劑不能重復使用， 后期逐步被其它氣調技術取代。

3 氣調儲糧存在的問題

（1）氣密性較差。 在氣調過程中，密封效果差會導致氣體濃度下降，進而導致氣調效果較差。對于密封性的問題，在果蔬氣調保鮮，肉類氣調保鮮等其他領域有一定的控制措施，但是在糧食氣調儲藏方面，無論是國內還是國外，都有一些亟待解決的問題。我國大部分糧倉建造時間較早，氣密性較差，難以滿足氣調要求的密封性，維持有效氣體濃度需反復充氣，造成氣調成本增加[18]。為規范氣調儲糧技術，我國對氣調糧倉的氣密性提出了明確要求，空倉500 Pa 壓力半衰期≥300s， 實倉500Pa 壓力半衰期≥240 s。（2）氣調設備價格較昂貴。氣調儲糧在操作上并不復雜，但是目前我國應用的氣調設備大多比較落后，自主研發的氣調設備在應用時存在一定的問題， 多數都是在國外引進技術的基礎上加以改造[19]，這不僅會造成投資成本的增加，而且會導致推廣受限制，影響氣調技術的推廣應用。（3）存在安全隱患。 高濃度的惰性氣體能夠抑制糧食的呼吸， 也會造成氣調庫內的低氧環境， 對于糧食檢查員來說， 倉內低氧環境，容易導致窒息，造成儲糧安全事故。 為了避免事故的發生，首先氣調庫應當有明顯的標識，當氣調庫開始工作時應當保持密閉，禁止出入。當需要進入庫內查看時，首先要進行含氧量確定，在庫外有人監護情況下，佩戴呼吸器進入，避免意外發生[20]。

4 展望

我國作為糧食生產和消費大國，氣調儲糧技術發展及應用前景廣闊，隨著人民生活水平的提高，對糧食安全、食品安全的要求會越來越高，綠色環保安全高效的氣調儲糧技術將成為儲糧技術發展趨勢， 這就要求對氣調貯藏工藝、設備等有更深入、更全面地研究，使得這一新技術推廣應用條件更加成熟[21-22]。氣調儲糧是一個系統工程， 在未來的研究過程中，應當對倉房密封性、惰性氣體發生效率等進行更深入的研究；加強對氣調庫的監測，保證氣調質量，避免發生意外。