李 玉

（辽宁省粮食科学研究所，沈阳 110032）

我国是稻谷生产大国，辽宁又是产粮大省，其中2019年辽宁省稻谷产量高达400多万吨。受收获时气候影响，辽宁地区稻谷含水率在22%左右。新收稻谷含水率高，容易造成储藏过程品质劣变，为保证收获后稻谷品质稳定和储藏安全，低温储藏一直是粮库不断探索和努力的方向[1]。因此，选择合理的储藏条件以减少稻谷霉变、保证稻谷品质具有重要意义。本实验对高水分稻谷在不同温度条件下进行监测，测定其储藏过程中的品质指标变化规律，通过实验数据分析，研究季节温度与稻谷品质变化的相关性，分析稻谷保质储藏最佳技术参数，为粮食安全储藏提供参考。

1 材料与方案

1.1 实验材料

稻谷：产地辽宁本溪，指标见表1。

表1 稻谷初始指标

1.2 实验仪器与设备

实验用设备为模拟实验储粮仓，储粮仓骨架采用不锈钢材质的角钢（L50×5）焊接而成；通风式顶部采用不锈钢材质的角钢（L40×3）焊接成十字形支撑体；通风板为2 mm厚不锈钢筛板。单个小方仓截面尺寸1.1m×1.1m，仓高1.8m，其中装粮高度1.5 m，底部通风层高度300 mm，模拟实验仓如图1示。

图1 模拟实验仓

1.3 实验方法

1.3.1 温度检测

仓内铺设垂直测温电缆9条，每个测温电缆上每10 cm有一个测温点，每条16个测温点，分别排于仓四壁、中心点等不同位置。根据季节温度变化实测仓内不同点温度变化，对所测数据及时收集记录。并在温度变化相差2℃或以上时对粮食品质进行检测，寻找粮食品质随温度变化的规律。

1.3.2 稻谷品质检测方法

水分含量：参照 GB 5009.3-2016。

发芽率：参照 GB/T 5520-2011。

裂纹率：参照 GB/T 5496-1985。

脂肪酸值：参照 GB/T 15684-2015。

整精米率：参照 GB/T 21719-2008。

2 结果与分析

2.1 季节温度变化对稻谷水分的影响

水分是稻谷一个重要的化学成分，稻谷中的水分不仅对种子的生理有很大的影响，而且与稻谷的加工和保管以及稻米的价值都有很大关系[2]。正常情况下，一般稻谷含水量为13%～14%。稻谷干燥后的水分控制在13%左右，贮存后稻米的整精米率可以得到恢复，适当的含水量又是保证稻谷加工顺利进行的重要前提。水分过高是稻谷发热霉变的主要因素。当水分低于11%时，贮藏后期稻米的整精米率很低。粮堆中温度的不均匀分布是水分迁移的主要原因，实验中新粳稻水分随温度的变化规律如图2所示。

图2 稻谷水分随季节温度的变化规律

2.2 季节温度变化对稻谷发芽率的影响

发芽率是衡量种子质量好坏的重要指标，粮食的新鲜程度和食用品质好坏可以通过发芽率高低来体现。由图3可知，低温干燥时对稻谷发芽率的影响较小，而当稻谷储藏隔年后，稻谷的发芽率下降会很明显。这说明，低温储藏对稻谷的新鲜度保持更好，高温储藏使稻谷蛋白质变性和凝固，导致了酶活性丧失，所以高温储藏不适用于种子保存。稻谷发芽率随温度的变化规律如图3所示。

图3 稻谷发芽率随季节温度的变化规律

2.3 季节温度变化对稻谷裂纹率的影响

稻谷裂纹率（也称爆腰率）的高低直接影响碾米后的整精米率，从而影响稻谷的加工品质、产量和经济价值。由图4可以看出，稻谷裂纹率随着温度的升高而增加。主要是由于稻谷粒局部受热不均，造成局部收缩，内外湿度梯度过大产生应力变化造成[3]。通过对比稻谷样品的裂纹率还可发现，季节温度对裂纹率的影响不显著。

图4 稻谷裂纹率随季节温度变化规律

2.4 季节温度变化对稻谷脂肪酸值的影响

脂肪酸值是评价稻谷储存品质变化的重要指标之一。由图5可知，稻谷的脂肪酸含量受季节温度变化影响不明显。

图5 稻谷脂肪酸值随季节温度变化规律

2.5 季节温度变化对稻谷整精米率的影响

稻谷整精米率是稻谷分级定等的重要指标之一，直接反映稻谷的工艺品质及碾米产量[4]。由图6可知，随着季节温度的升高，稻谷的整精米率呈下降趋势，当季节温度大于20℃时，下降的幅度略微增大。稻谷的整精米率随着储藏时间增长而逐渐下降。

图6 稻谷整精米率随季节温度变化规律

3 粮食温度受季节温度影响的仿真校验

3.1 外温对仓内气流运动的影响

自然储藏过程中，粮堆内粮食颗粒孔隙间空气的流动为自然对流，其和粮堆内部水分的迁移都会影响粮食品质，外温对粮堆气流变化的影响如图7、图8所示。

图7 外温低于粮食温度时仓内气流流动方向

图8 外温高于粮食温度时仓内气流流动方向

3.2 利用MATLAB语言进行数据仿真校验

本文选择MATLAB语言进行仿真，MATLAB语言是一种基本不依赖于硬件机型的软件系统，可以在几乎所有硬件系统机上运行。在数值运算中，运算的可靠性与数值稳定性要高于其他高级语言。

粮温随外温的可预测与完全可预测性

函数 1：根据公式（1）计算能控矩阵对（A,B）的克莱姆矩阵。如果rankUc=n,则粮温状态可预测。

式中：ρo为粮堆密度，ρa为空气密度，A为仓外温变换矩阵，B为仓内某一点温度变换矩阵。

函数 2：根据公式（2）计算能控矩阵对（A,C）的克莱姆矩阵。如果rankUo=n,则粮温状态是完全可预测。

式中：A为仓外温变换矩阵，C为仓内平均温度变换矩阵。

由于局部热衡原理，粮食中水蒸气的分压力和周围空气的压力是相同的，可以认为达到瞬间平衡或者即时平衡。对温度变化速度进行仿真制图如图9所示。

图9 温度变化仿真图

4 结论

温度高时，微生物活动剧烈，粮温降低后，微生物活动微弱，也就是说粮温高时，粮堆内温度和湿度耦合促进微生物的呼吸作用，粮温低时，温度和湿度耦合抑制了微生物的呼吸作用。

短期季节温度对稻谷品质的影响并不明显。温度升高，稻谷发芽率略微降底，裂纹率增加不明显，整精米率略降低，稻谷品质略下降。长期储粮时，由于环境温度的周期性变化和粮堆内部粮食颗粒的吸湿与解吸湿以及呼吸作用的共同影响，粮食品质会随季节和温度变化劣变更明显，食味变差。因此为保证稻谷品质，应选择低温储藏[5]。