谷物科学 第六章

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贮粮生态系统的组成
围护结构：立筒库仓、地下仓等，背景系统。 粮食籽粒：生物群落的主体，能量的来源。 有害生物：影响贮藏稳定性及品质的重要因素。
物理因子：温度、湿度、气体、水分等，与生
物群落的变化演替密切相关。
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贮粮生态系统的特点(与自然生态系统的区别)
1. 营养物质只减不增 (一个有限资源 ) 。粮食是粮 堆生物群落的主体，在贮藏过程中只能被动地 受消费者及分解者的消耗，同时为维持自身生 理活动须自我供应；
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同样，水分较低时温度对呼吸的影响不明显，当温度升高 时，温度所引起的呼吸强度变化非常激烈。 人们从实践中总结出来的粮食安全水分值称作粮食贮藏安 全水分 一般禾谷类粮食的安全水分是以温度为0℃时，水分安全值 18%为基点。温度每升高5℃，安全水分降低1%
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4、粮食贮藏环境中气体成分 氧分压的高低对粮食呼吸强度有明显的影响。通常随着氧 分压的降低，有氧呼吸减弱，无氧呼吸加强。 CO2 是呼吸作用的产物，环境中 CO2的浓度增高时，就会 抑制呼吸作用的进行，使呼吸强度减弱。 控制贮藏环境中的气体成分，是使粮食贮藏后仍然保持新 鲜品质的重要技术措施，是气调贮藏的基础。
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（二）贮粮害虫防治
仍以化学防治为主，特别是磷化氢的使用。但由于害虫对 磷化氢的抗性越来越强，相比之下物理防治和生物防治是 一个比较薄弱的环节； 双低贮粮是我国贮粮技术专家对粮食贮粮技术的一大贡献。 贮粮环境中较低的氧气浓度或较高的CO2浓度对磷化氢具 有增效作用，即当 O2 浓度小于 12%或 CO2 浓度大于 4%时 可提高磷化氢的杀虫效果； 环流熏蒸技术的实施大大提高了施药效率；
0~10℃：水分对呼吸作用影响较小
>13~18℃：水分对呼吸作用明显 因此，在低温时水分较高的粮食也能安全贮藏。如在我国东 北及华北地区，冬季气温很低，高水分玉米 (25%)也可短期 安全贮藏。 夏季气温回升时，必须降水(干燥)才能安全贮藏。 北京大米度夏安全水分为13.5%，而气温较高的上海就必须 控制在12.0%才能过夏，而现在低温或准低温贮藏大米，水 分可高达15%。
《谷物科学原理》第六讲
谷物安全贮藏
自从人类社会粮食生产以来，就有粮食的贮藏。 我国粮食的贮藏大约出现在一万年以前，即从旧石 器时代的晚期到新石器时代的原始农业形成便出现 了粮食贮藏。 谷物安全贮藏的概念在不同的国家，不同的历史 时期含义不同，谷物“安全贮藏”的概念也在不断 发展。
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第一节 谷物贮藏概述
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（三）澳大利亚
近年来主要致力于气调贮粮和熏蒸技术的研究。
在气调贮粮方面建立了不同谷物仓库中磷化氢浓度分布 预测模型。
成功的运用 Siroflo 熏蒸系统，使磷化氢浓度在粮堆内的 分布处于最佳状态，熏蒸的安全性增加，残留降低，费用 也降低。 贮粮害虫对化学药剂的抗性研究较为深入。
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（四）加拿大
90年代，我国贮粮技术有了较大的发展。
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（一）仓贮技术
机械通风降水技术日趋完善； 粮情计算机检测技术在全国推广使用； 环流熏蒸技术日趋完善； 气调贮粮技术从单一的实用技术向机理研究的深度发展， 不同气体配比的杀虫效果及其对粮食品质影响的研究进入 了一个新的层次； 1998后政府投入巨资修建粮食贮藏仓库，采用了较为先进 的贮粮技术手段和不同的仓型，机械化程度提高； 露天贮粮技术研究的开展：如器材的选用和性能比较， 露天囤垛熏蒸技术等。


化学杀虫剂的使用受到限制。因为：环境污染（溴甲烷对 臭氧层破坏）和残留。
生物杀虫剂的研究开发。

利用环境因素和自然因素的方法： 首选生物方法，其次是
物理方法，不得已化学方法。
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3.
粮食害虫防治专家系统的研究
专家系统使用方便，能使仓贮管理人员在各种条件 下作出正确的判断。如通风，杀虫，放气、除湿、降 温等的问题都可从专家系统得到帮助。 4. 生物技术
年变振幅：钢板仓＞露天堆垛＞土圆仓源自文库塔形仓＞房式仓＞地下仓。
一般在夏季：气温>仓温>粮温 。
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(三)气体
谷物在贮藏过程中不可避免地受到氧的影响，即使处于休 眠或干燥条件下，谷物仍有各种生理活动，这是粮食新陈代 谢的基础，又直接影响粮食的贮藏稳定性。呼吸作用是粮食 籽粒维持生命活动的一种生理表现。通过呼吸作用，消耗O2、 放出 CO2 并释放能量。呼吸作用越强有机物质的损耗越大， 结果造成粮食品质下降，甚至丧失利用价值。 粮堆的呼吸作用是粮食、粮食微生物和贮粮害虫呼吸作 用的总和。
化学防治方法仍将在粮食贮藏中发挥重要作用，虽然化学 防治有着不可避免的污染或残留。
粮食的贮藏和运输将以散装为主，贮运技术将向机械化和 自动化的方向发展。 辐射贮粮虽在我国不普遍，但对未来粮食贮藏将有重要作 用。 12
第二节 粮食贮藏生态系统
生态系统的定义：把生物群体及其非生物的环境 作为一个有机功能系统，包括能量和物质的循环。 生物群体包括在一个特定区域的植物和动物。 生态系统是一个敞开体系，其中有能量和物质的 不断进出。生态系统的边界可以是人为的。因此， 一袋粮食、一个粮仓、一个粮库都可认为是一个 生态系统。
大米经贮藏过夏后，蛋白质中的巯基(SH)含量了明显的变化，
这种巯基含量在很大程度上反映了蛋白质与大米品质变化的 关系。
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大米密闭贮藏过程中Osborne蛋白质溶解性变化
蛋白质组分 贮藏前 5℃贮藏5个月 25℃贮藏5个月 35℃贮藏5个月
清蛋白 （%）
球蛋白 （%） 醇溶蛋白（%） 谷蛋白（%） 不溶性蛋白（%） 蛋白提取率（%）
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2、水分
水是粮粒呼吸过程中一切生化反应的介质。随着水分的增 加，粮、油籽粒呼吸强度升高。
3、温度
在一定范围内，呼吸作用随温度的上升而增强，当温度上 升到一定的程度以后，呼吸作用会随温度的上升而显著下 降。一般谷物的温度上限为45~55℃。
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水分与温度的关系
水分与温度是影响粮食呼吸作用的主要因素，二者相互制约
2. 贮粮生态系统受环境干扰大，生物量小，种群 层次有限，食物链短，食物网简单，种群控制 以非生物为主，故粮堆属于未成熟的生态系统；
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3. 动植物的选择是人工的而不是自然的。贮粮生 态系统中有害生物受到人为控制，这是贮粮生 态系统的一个显著特点； 4. 这个生态系统通常受到人类的控制，这种控制 通常是外部的有目的的，而不是在天然生态系 统中通过内部反馈控制的。贮粮生态系统，由 于强烈的人为活动干扰，在一般情况下处于非 生态学稳定状态。
信息素对害虫的诱捕作用和生物气体防治害虫；
粮食微生物方面关于毒素的研究；
粮食对CO2的吸附作用以及CO2气调贮粮对粮食品 质的影响； 干燥方面研究干燥速度模型，干燥对粮食品质影 响以及避免干燥过热的措施。
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二、中国粮食贮藏技术研究进展
50年代初期，采用物理机械方法防治害虫； 50年代末，采用化学方法保藏稻谷、小麦； 60年代，应用塑料薄膜密封充N2缺氧保藏大米的方法； 70年代，用不同的装备和技术充N2和CO2，缺氧贮藏技术得 到进一步发展； 80 年代，大城市发展低温贮粮技术，与此同时“双低”和 “三低”贮粮技术得到应用；
利用生物技术，特别是基因工程在贮粮害虫防治方 面的应用（如不育基因的导入），耐贮藏粮食作物育 种等。
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（二）英国
贮粮新技术的研究重点在粮食微生物和 CO2 贮粮方 面。 贮粮的呼吸作用与霉菌的消长关系； 水分活度与贮粮真菌毒素形成的关系； 气调和熏蒸对粮食微生物的影响。 近几年英国推出的一种 Aerogenerator的产气设备具 有良好的贮粮效果，该设备能产生高 CO2 、低氧环 境，对贮粮害虫有高致死率，无副作用。
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第三节 谷物在贮藏过程中的变化
一、影响谷物贮藏稳定性的主要因素
(一)水分
微生物(特别是真菌)是谷物劣变的主要原因。水分是控 制真菌在粮食上生长速率的最重要的因素。当水分达到 14％或稍微超过这个水平时，真菌即开始生长；
在粮食贮藏过程中重要的是最高水分，而不是平均水分； 谷物的品质和贮藏稳定性与Aw关系密切。Aw不仅与微生 物的繁殖有关，与自动氧化，褐变反应等也密切相关。
近年来采用磷化氢以外的熏蒸剂（如沼气，乙炔等），取 得明显效果。
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三、贮藏技术发展趋势
粮食贮藏目的：减少粮食损失，保持粮食品质(加工品质， 营养品质，食用品质，种用品质等)，也成为未来粮食贮藏 重点； 首选低温贮藏，未来粮食贮藏技术发展的趋势。但低温制 冷所需投入较大； 气调贮粮具有无污染的特点和优势，但该方法对粮仓的密 封性能要求较高；
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(二)温度
粮食贮藏过程中，温度主要影响： (1)粮食自身呼吸作用； (2)粮食害虫 的生长以及粮食微生物的生长。
呼吸作用是酶催化的一系列生化过程，温度直接影响酶促反应，因此呼 吸作用对温度变化很敏感。谷物呼吸作用最适温度一般在 25~35℃。粮食 体内某个生化过程能够进行的最高温度或最低温度分别称为最高点和最 低点。在最低点与最适点之间，粮食的呼吸强度随温度的升高而加强， 升高10℃时，反应速率增大到2~2.5倍。（温度系数Q10) 影响谷物贮藏生态系统温度的外部因素：太阳辐射、大气温度、地温和 生物群落呼吸作用。 粮温变化受到仓温和外界温度变化的影响：仓温的变化与围护结构的隔 热条件直接相关，隔热条件好的粮仓受外界气温变化的影响小。如钢板 仓与砖木结构、水泥仓相比较受外界温度影响较大一些。
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(四)光线
光照在粮食贮藏过程中的作用几乎没有报道。紫 外线可能缩短收获前的种子寿命和加速贮藏种子的 变质。
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二、谷物贮藏过程中主要组分的变化 (一)蛋白质
粮食在贮藏过程中蛋白质的总含量基本保持不变。 在40℃和4℃条件下贮藏一年的稻米，总蛋白含量没有明显
的差异，但水溶性蛋白和盐溶性蛋白明显下降。这是部分酸 溶性蛋白与大米中糖及类脂相互作用形成其它产物的结果。
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粮食籽粒在贮藏中的呼吸强度可作为粮食陈化与 劣变速度的标准。 呼吸强度增加，即营养物质消耗加快，劣变速度 加速，贮藏年限缩短。 因此，粮食保鲜的基础：在贮藏期间维持正常的、 低水平呼吸强度、保持粮食贮藏期间基本的生理 活性。
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影响粮食籽粒在贮藏过程中呼吸作用的因素：
1、粮食种类 胚/籽粒比例大的粮种呼吸作用强（玉米高于小麦）； 未熟粮粒较完熟粮粒的呼吸作用强； 当年新粮比隔年陈粮呼吸作用旺盛； 破碎籽粒较完整的籽粒呼吸强度高； 带菌量大的粮食较带菌量小的粮食呼吸能力强。
一、发达国家粮食贮藏现状 特点：
以保持粮食品质为目的。在贮藏技术方面尽量避免 化学药剂的使用，减少化学药剂对粮食的污染，保 护消费者的健康。 粮食贮藏时间比较短，流通较快。立筒仓贮所占的 比重大，贮粮的机械化程度高。
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（一） 美国
1. 粮食中气味和挥发性物质的研究
粮食中挥发物和气味与其品质、霉变、害虫污染 等因素有关。通过挥发物测定推断粮食是否有生霉、 长虫、品质变化的趋势，以便采取相应的措施。 2. 粮食害虫防治方法的研究
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呼吸作用分为有氧呼吸和无氧呼吸
有氧呼吸是有生命的籽粒在游离氧存在下，通过一系列 酶的催化作用，有机物质彻底氧化分解成 CO2和H2O，并释 放能量的过程。 有氧呼吸是粮食呼吸作用的主要形式，反应式为： C6H12O6 + 6O2 6CO2 + 6H2O + 674 kcal 产生的能量大约有 70%贮藏在 ATP 中，其余的能量则以 热能散发出来，这是呼吸作用使粮食发热的原因之一。 有氧呼吸的特点：有机物的氧化较彻底，同时释放出较 多的能量，从维持生理活动来看是必需的，但对粮食贮藏 则是不利的，因此贮藏期间应人为地将有氧呼吸控制到最 低水平。
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无氧呼吸：籽粒在无氧或缺氧条件下呼吸，生命活动所需 能量不是来自于空气中氧直接氧化营养物质，而是依靠内 部的氧化与还原作用获得能量。无氧呼吸也叫缺氧呼吸， 由于无氧呼吸的氧化不完全性，产生乙醇： C6H12O6 6C2H5OH + 2CO2 + 28 kcal
在贮藏过程中，粮食既存在有氧呼吸，也存在无氧呼吸。 通气良好的粮堆，以有氧呼吸为主，但粮堆深处以无氧呼 吸为主，尤其是较大的粮堆更为明显；长期密闭贮藏的粮 堆，以无氧呼吸为主。