国外绿色储粮技术研究进展

国外绿色储粮技术研究进展陶诚汪海鹏方茜（国家粮食局成都粮食储藏科学研究所610031）摘要简要介绍了近10年来国外在低温、密闭与气调、智能通风等储粮技术研究，物理与生物方法防治储粮害虫技术研究，天然植物源农药在储粮害虫防治中的开发应用研究，环境友好的熏蒸剂研究与开发的研究进展。提出了我国今后一段时期绿色储粮技术的发展方向。关键词国外绿色储粮害虫防治技术进展《国家中长期科学和技术发展纲要》在第19个专题“农产品精深加工与现代储运”中提出，要重点研究开发“粮油产后减损及绿色储运技术与设施”[1]。在“国家农业领域拓展战略研究”中提出：未来二十年，我国将以可持续发展战略作为粮食储藏指导方针，重视发展绿色储藏技术，在农产品储运保鲜方面实施“农产品绿色储运战略”和“最佳效益食物安全战略”[2]。在《十一五粮食流通科技发展战略研究专题报告》的“粮食储藏科技发展问题研究专题报告”中靳祖训教授又提出“……实现保质减损、绿色安全、节能增效、和谐发展”的战略目标[3]。由此可见，研究开发绿色储粮技术，既符合国家中长期科技发展需要，又符合行业发展要求，更符合全面建设小康社会对绿色食品的需求,这是今后相当长一段时期内粮食储藏技术的发展重点。近些年来，国际社会对食物安全的重视提高到了空前的程度，在绿色储粮技术研究方面取得了重要进展。主要体现在低温、密闭与气调储粮、智能通风、物理方法和生物方法防治储粮害虫、天然植物源农药在储粮害虫防治中的开发应用研究、环境友好的熏蒸剂研究与开发等方面。1低温储粮技术由于人类面临着生存与环境的严峻挑战，低温储粮技术将得到越来越多国家的重视。低温储粮作为一种先进、科学、可优先考虑的绿色储藏方式，得到了越来越多有识之士的普遍认同。世界各国专家普遍认为低温储粮将成为21世纪主要的粮食储藏方式之一[4～13，19，30]。低温储粮是指粮食在一定的低温条件下，虫霉不能正常发育、粮食呼吸缓慢、保鲜粮食品质和避免虫霉危害的一种储藏方式。低温储藏可借助自然低温空气或机械制冷冷却空气，与粮食温度进行热交换，降低储粮温度，使粮食保持在低温条件下。也可完全借助于机械制冷，利用制冷机产生的冷量对自然空气进行冷却降温、除湿，经风机及粮仓内的通风管道使冷却后的空气穿过粮堆，使粮食自身温度降到15℃以下陶诚，国家粮食储备局成都粮食储藏科学研究所，高级工程师，成都市花牌坊街95号，610031粮油储藏科技信息、粮油仓储标准研究等，e-mail:lscctc@126com。（有专家认为应降到12℃以下），以此实现粮食低温储藏。低温储粮具有以下的优点：①能有效抑制霉菌的发生发展，使储粮害虫活动大为减弱，繁殖基本停止，有效防止虫霉危害。②由于避免使用化学药物杀虫，既减少了保粮人员的工作量，保障保粮人员的身体健康，节省药剂开支，又避免了对粮食和生态环境的污染。③可降低粮食80%～90%的呼吸量，使粮食生物体处于极其微弱的代谢过程。④有效抑制高水分粮食品质的陈化，延长储存期。⑤可储存水分相对较高的粮食，与烘干机配合使用时，可减少烘干机脱水量，从而提高烘干机处理能力，节省能源消耗。⑥可减少或避免储藏过程中粮食的倒仓，节省费用。由于低温储粮的诸多特点，对于保持粮食质量，延缓粮食陈化，防止虫霉危害所造成储粮数量损失，保障粮食安全将起到重要而极其有益的作用。世界上已有50多个国家应用了低温储粮技术，大大降低了储粮化学药剂的用量和使用范围。特别是欧、美、日等国家和地区，低温储粮技术发展具有代表性。20世纪初，德国首次提出机械制冷低温储粮的概念，于1958年成功开发了机械制冷低温储粮专用设备——谷物冷却机，并投入工业化生产和推广应用。而今，机械制冷低温储粮技术被德国粮食仓储业普遍采用，完全替代了化学药剂的使用。在英、法、西班牙等西欧国家，该技术也在广泛地应用。美国从1989年开始针对粮食主产区气候等条件，对机械制冷低温储粮技术进行了大量试验和计算机模拟。分析研究表明，无论从经济上还是在技术上，机械制冷低温储粮技术都是一种行之有效的方法。美国国会在1989年一份研究报告中，明确指出了低温储藏作为防止粮食发生霉变和虫害的主要方法。美国农业部1994年出版的“溴甲烷的替代：研究发展规划”中提出，机械制冷低温储粮是淘汰溴甲烷的四种替代技术之一。日本是进行低温储藏研究最早的国家，上世纪50年代，日本人均GDP首次突破1000美元后的4年内（到1959年），就正式建造了低温储粮仓库，在采用聚苯乙烯泡沫塑料作隔热材料后，低温仓得以迅速发展，到70年代，日本有200余万吨低温仓容，70%的糙米采用低温储藏，包括5℃以下、15℃以下的低温仓和20℃以下的准低温仓，能调温调湿，糙米用纸袋包装，每袋30～60kg。日本还研究了利用海底低温水下储藏粮食的技术，20年后成功地用于实仓储粮，到目前为止也是唯一拥有这项技术的国家。1969年8月，日本开始研究地下储粮技术并进行了实仓试验，证明水中储藏和地下储藏稻米的品质变化极为缓慢，效果与低温储藏差不多。到1990年代，世界上采用了机械低温制冷储粮技术的粮食仓储量已达2千多万吨。到目前为止，实现低温的主要途径仍然是谷冷机等机械制冷、通风、地下低温、水下低温和太阳能吸附制冷等几种。低温储粮作为一种技术先进、经济实用的储粮保鲜方法，从我国粮食仓储发展趋势看，随着我国经济建设持续、稳定健康发展和综合国力的提高，可以肯定，在本世纪上半叶，低温储粮必将成为一种重点普及推广的绿色粮食储藏技术。其技术创新的关键是有效利用自然低温、地下低温和太阳能制冷等绿色低温能源。2密闭与气调储粮技术气调储粮技术的主要目的是通过改变空气中的O2、N2和CO2的浓度来杀死害虫。主要技术途径是往密闭的粮堆中充入CO2和N2或通过粮食以及粮堆中昆虫和微生物的呼吸作用，消耗粮堆中的O2，提高CO2浓度，达到杀虫抑菌的目的。往粮堆充入CO2和N2进行气调储粮的方法使用成本虽比一般熏蒸技术高，但能有效保持粮食品质，对储粮没有任何污染，是一种公认的绿色储粮方法[14～43]。早在上个世纪的70年代末就引起国际上的广泛兴趣，而且有过很多研究报告；一些发达国家还制订了相应的技术规范。利用气调技术防治储粮害虫不使用化学杀虫剂，对人的健康也没有影响。多年来，我国的许多专家也都做了大量的研究工作，许多应用基础性的问题都已基本解决，符合人们对食品卫生日益提高的要求。因此，可以预计，在今后应用条件逐步改善和处理成本逐步降低的过程中，该技术可用于储藏期较长、有特定要求的粮食和食品（如中央储备粮和优质、绿色粮油等）。气调储粮技术最早在英国进行试验，但在澳大利亚应用比较广泛。澳大利亚的粮食储藏科学家研究认为，气调对粮食生理、生物学、品质保持以及控虫防霉都比常规储藏效果好。澳大利亚粮食储藏研究所(SGRL)开发的CO2气调储粮技术已成功应用在西澳散粮公司KWINANA港口库的密封平房仓。相关研究证明：在20℃条件下,CO2浓度在60％以上至少保持10天或CO2浓度在35％以上至少保持14天就可以杀死粮堆中所有的储粮害虫。为了达到以上要求，必须建造专用的CO2气调仓。除了上述CO2气调储粮技术，还有以下一些研究成果：①高压CO2法高压CO2法是一种适用于食品工业中的农产品原料(如谷物、坚果、干果)在储藏前进行快速杀虫的新的害虫防治法。H.Nakatita等鉴于采用气调法防治储粮害虫所需时间比熏蒸处理的时间长，在已有报道基础上开发了高压CO2(3MPa，15min)处理与突然降压相结合的办法，使昆虫内部组织遭到破坏而死亡。试验证明，该法对常见害虫的各个发育阶段都有效，包括玉米象和谷蠹的卵，但在防治谷斑皮蠹时，则应与施用小剂量的熏蒸剂相结合。为提高该方法的效率，采用了回转阀，以便可连续处理大量粮食。所设计的这种商品化的回转阀杀虫装置，每小时可处理6t粮食(最多每小时可处理40t)。作者认为，该法可在检疫处理中替代溴甲烷[31]。SabineProzell和Ch.Pechnuth以印度谷螟、药材甲、赤拟谷盗、谷象、粉斑螟、锈赤扁谷盗、土耳其扁谷盗、谷斑皮蠹，以及寄生昆虫米象小蜂为试虫，置于虫笼中，在温度10℃和CO2压力10～1.5MPa的条件下装入不同包装产品的容积为10m3的小室中进行试验。结果表明：完全杀死上述害虫的各个发育阶段所需的时间因产品的表面和包装材料而异。在CO2压力1.5MPa和温度8～10℃条件下处理10个小时，对某些虫种死亡率未能达到100％。作者认为，要取得完全杀死害虫的结果，应事先了解所处理的虫种；在确定处理时间时，应考虑温度和产品的特点[32]。②采用液态N2、PSA系统、膜过滤系统进行气调在澳大利亚新城港口粮库采用的液态N2气调储藏中，所用的气体比例是0.5％O2，用N2来平衡。20℃条件下暴露40天，充气速度6m3/min，3.5小时可充满。实际效果不错，但要求99％以上的N2浓度并保持40天，对仓房气密性要求比CO2气调高得多，否则需要多次补充N2,其应用成本比CO2气调高很多。其优点是N2是通过空气分离获得的，是一种纯天然的气体，因此，充N2气调储藏是真正的绿色储粮技术。PAS(Pressure-SwingAbsorbance)系统应用在Kembla港口库的1万吨立筒仓，O2浓度0.7％时，经过7天增加到1.5％，这种气调储藏技术仅看到文献介绍，目前没有见到其它国家和其它粮库应用的报道。膜过滤系统适合农场50t容量以下的立筒仓使用，空气过滤能力为1m3/h，当O2浓度为0.9％时，经过3天增长至2％。这种技术目前报道也很少。③应用真空技术和气调技术的可变形储藏装具S.Navarro等研究了以真空储藏防治储藏害虫的效果[14～17]。试验表明，在温度为30℃，相对湿度55％，真空处理的气压为6700Pa时，谷斑皮蠹、烟草甲、锯谷盗、赤拟谷盗、粉斑螟和印度谷螟达到99％的死亡率需要的处理时间分别为46，91，32，22，45，49h。此外，还发现当温度越低、相对湿度越高时，所需处理时间也越长。将这种真空处理技术应用到商业化产品：CocconsTM和VolcaniCubesTM（这两种产品均是由PVC垫子焊接而成的可变形装具）,在真空作用力下，实验装具的内壁发生皱缩，紧紧包围住装具内的粮食，可实现绝对气压为6700Pa的真空水平。美国俄克拉马荷州立大学的T.W.Phillips教授等的试验表明，在25℃下，利用可变形的PVCCocconsTM装具进行试验，在6700Pa真空处理的同时添加甲酸乙酯，可使处理时间减少至4小时。但是要进一步将该项技术产品推广应用，还需要进一步探索，尤其是对某些易碎的储藏产品，必须考虑到真空处理时外力可能对产品造成的破坏。此外，S.Navarro等还研究了在这种储藏装具中运用气调储藏技术，包括CO2和N2储藏。应用气调储藏的装具，储藏期间也无需再施用任何杀虫剂，液态CO2或N2通过进气阀注入一个Coccon的底部，并将其内的空气从装具顶部置换出来，CO2或N2的流量及浓度通过流量计控制和保持。S.Navarro等在土耳其研究了用高浓度CO2在可移动装置（约36m3）中处理干果的效果。结果发现，当CO2浓度为95％以上，O2浓度低于1％时，处理5天以后，供试害虫全部死亡。采用这种方法的成本与用溴甲烷相当。这种装具是根据昆虫呼吸降氧的原理设计的，既可用于大量粮食的储存，也可以用于可可豆等的快速熏蒸，还能在无需低温储藏的情况下保持种子的发芽率。这种可变形的便携式密闭储藏装具于20世纪90年代投入应用。对于一些在空气中容易变质的储藏物，如米糠和糙米，也能保证其储藏安全。目前已在大约20个国家得到了广泛应用。最大的Coccons可以储藏300t储藏物一年以上。在斯里兰卡，大约有90个粮库使用这种装具，所储藏粮食的品质稳定。CocconsTM和VolcaniCubesTM用于CocconsTM和VolcaniCubesTM的移动式充气装置④高度密闭的超级粮袋国际稻米研究所(（IRRI）JFRickmanandMGummert研制了一种用于粮食密闭储藏的超级粮袋（S