中国CO2气调粮库的建设与气调储粮技术的应用
郭道林涂杰兰盛斌严晓平丁朝明高影王双林张华昌杨昭丁建武玮
（国家粮食储备局成都粮食储藏科学研究所）
马洪林何其乐曹乐欣廖贵永马中萍龙立光
（中央储备粮绵阳直属库）
摘要本文一方面从CO2供配气系统、粮仓CO2浓度自动监控系统、粮仓气密材料和气密工艺等方面介绍了中国首座现代化CO2气调储粮示范库的建设情况；另一方面，着重介绍了在5000吨仓容的气调仓中进行CO2气调储粮技术的应用效果。结果表明：该示范库工艺设计科学合理，空仓气密性达500Pa的半衰期12min，有效地保持了仓内CO2浓度，设备可实现全过程的自动供配气及监测。通过对玉米象等6种储粮害虫的杀虫试验验证了在高大平房仓中充入35%～75%的CO2处理14d以上，对玉米象、谷蠹和赤拟谷盗的PH3敏感品系和抗性品系均具有100%的杀灭效果；粮食带菌量无明显变化；经CO2气调储藏的安全水分、质量良好的籼稻谷储藏10个月后，品质优于常规储藏的粮食，启封后品质稳定。
关键词 CO
2气调粮库建设 CO
2
气调储粮技术应用
随着人们生活质量的提高和对生存环境的日益重视，对品质优、无污染绿色食品的需求日益
增强，使得储粮技术也正以减少化学药剂在储粮上使用并向低温、气调等物理与生物综合防治的生态储粮方向迅速发展。CO2气调储粮技术，就是在密闭性能良好的粮仓内充入CO2气体达到有效浓度，改变害虫及霉菌生态环境，抑制粮食呼吸，达到杀虫、抑菌、延缓粮食品质陈化的效果，从而达到绿色储粮的目的来进行粮食储藏的方法。
我们于2000年开始，在中国四川绵阳建设了4.5万t库容的中国第一座现代化CO
2
气调粮库；
首次在5000t仓容的气调仓中采用CO
2
气调储粮技术安全储粮，并进行了与常规储粮的对比试验，取得了良好的应用效果。
1CO2气调粮库建设
1.1 气调仓建设
CO
2
气调储粮技术应用的关键在于气密仓房的建设，只有气密性能良好的仓房，才能有效保持
CO
2
浓度、降低储粮成本。
1.1.1 气调仓的基本情况
示范库气调仓为5栋24m×96m和1栋24m×72m双廒间拱板屋架高大平房仓，仓高7.8m，装粮高度6m，设计气调库容4.5万t，单廒间仓容达5000t；建设中在原常规平房仓建设基础上进行了仓房的气密性改造。同时，同期建设了1栋24m×96m双廒间拱板屋架常规高大平房仓。
1.1.2 密封材料
按照CO
2
气调仓的密封要求，我们对比筛选了几种综合性较好的密封材料。它们具备以下特点：对粮食无毒无污染；透气性较低，具有柔韧性和延展性；抗腐蚀性好，性能稳定、不易变型、老化；具有良好的粘附力；具有较好的耐磨性；易于施工、修补、施工周期短；价格合理，使用期长。
1.1.3 密封的部位和方法
在常规仓的建设基础上进行了如下密封处理：
1.1.3.1采用气密保温门窗、轴流风机窗及气密保温通风筒。
1.1.3.2仓房内壁涂刷筛选出的气密涂料A。
1.1.3.3仓壁及与仓顶、地坪连接处的密封处理。主要为将各交接处做成R150mm弧形，并采用
涂料B进行二布三涂，达到密封要求。
1.1.3.4拱板下弦的缝隙中灌入高弹性气密接缝材料。
1.1.3.5采用高耐候中性气密胶密封所有出入仓洞口。主要有：粮仓进出粮口、通风管道口、轴
流风机口、检修口、CO2工艺供气孔、粮情检测电源管线、供电管线等。
1.1.4 仓房的气密性
由中国测试技术研究院计量测试研究所（具备国家实验室资格和计量授权证书）对气调仓进行了气密性检测。
从500Pa降到250Pa的半衰期达12min以上，达到了国内领先水平，为气调储粮的成功应用迈出了关键的一步（常规对照仓的气密性为40秒）。通过监测气调仓内CO2浓度衰减，证实了气调仓良好的气密性能有效地保持仓内CO2浓度，一次充气即达到工艺要求，节约了用气量，保证了CO2气调储粮效果。
1.2 气调粮仓配套工程建设
CO
2气调储粮技术应用的重点在于CO
2
气调仓设备设施的配置。我们在建设中首次使用了固定
式CO
2供配气系统和粮仓CO
２
浓度自动监测分析系统，采用了集中供气和自动监控方式。工艺流程
如图1所示。
图1 CO
2
气调储粮工艺流程示意图
1.2.1 CO2供配气系统
主要由贮气槽、汽化器、减压装置、气体平衡罐、仓外气体输送系统、仓内气体分布系统、
气体的循环系统、PLC自动控制系统构成，主要实现安全贮存液态CO
2
，及汽化、减压、安全输送
CO
2气体入仓的功能，同时具有强制循环以维持仓内CO
2
气体浓度均匀的作用。
1.2.2 粮仓CO2气体自动监控分析系统
该系统由气体采集管网、气体管路控制、红外CO
2
气体测量装置、数据通信、供气控制、监
控微机及监控软件等构成，见图2。
图2 粮仓CO2气体自动监控分析系统功能原理图
它能对仓内多个特征点的CO
2
浓度进行自动定期/适时测量、记录和分析；及时、正确地作出响应；具有计算机智能化自动监控、中控室手动监测和现场手动测量及手动/自动操作自由切换功
能，能适应多种条件下的CO2浓度测量、分析和控制工作，快速、准确地检测仓内CO
2
气体浓度，
合理地利用CO
2
气体资源，达到高效、经济运行的目的。
系统硬件采用先进的分布式结构及标准化的配件、接口，并留有扩展功能；系统软件采用视窗化图形用户界面，容易操作，并能实现系统参数的开放式设置与调整，便于升级更新。
该系统经中测院按流程式标准检测，其测量范围0～100%；基本误差≤1.0%（F·S）；重复性≤0.5%F·S；零点及跨度漂移<1.0%（F·S）/48h。
1.2.3 安全设施
1.2.3.1 仓房压力平衡装置
我们在气调仓每廒间配置了2台油压式仓房压力平衡装置，以稳定仓内压力在所需工艺范围内。压力调节范围为±2000Pa，精度为±20Pa。
1.2.3.2 背负式氧呼吸器
我们为入仓工作人员，配置了4套背负式氧呼吸器，呼吸器有效使用时间≥2h，呼吸器重量（不包括氧气和吸收剂）≤7kg。
1.2.3.3 安全措施
根据CO
2
气调储粮的特殊性和专业性，制定了一套安全操作规程以确保气调储粮时设备及人员的安全。
2CO2气调储粮技术应用
在建设完成后，我们进行了近一年的CO
2气调储粮应用试验。采用CO
2
气调储粮与自然低温相
结合的方法进行储粮管理，确定了CO
2气调储粮中分2阶段控制仓内CO
2
浓度的工艺路线：第一阶
段控制仓内CO
2
浓度从70％降至35％的时间长于14天，以达到对储粮害虫100％的杀灭效果；第
二阶段采取多种措施减少仓内CO
2
气体的损失，使其在气调期间不低于工艺浓度，以实现防虫、抑菌、延缓储粮陈化的目的。
2.1 杀虫效果
2.1.1 试验材料与方法2.1.2.1试验虫种
将对PH
3敏感和对PH
3
具有抗性的米象、谷蠹和赤拟谷盗（其PH
3
抗性倍数分别为196、204
和8倍）等分成10组。每组内各有上述6种试虫的标准成虫（2周龄）20头和其它混合虫态（如
卵、蛹、幼虫）。另设一对照组，每组含上述6种试虫的标准成虫20头，1个月后检查其死亡率。
2.1.2.2仓库原有害虫的检测
在CO2气调处理前，用深层扦样器按标准方法扦取粮堆样品、检查仓内四周及仓顶虫害情况，以检测仓库内主要储粮害虫的种类、数量，并计算整仓的平均数量（头/Kg），经过CO2气调处理后开仓用相同方法检测，比较处理前后的结果。
在气调处理后扦取一定数量的粮样带回试验室培养42天后检验其是否有成虫出现，从而判定CO
2
气调对仓库内原有害虫的卵、蛹和幼虫的杀灭情况。
2.1.2.3试虫的处理
上述10组试虫的第1～6组在封仓前用扦样器放置在气调仓内粮堆的四角不同深度、中心及
粮仓空间中央，气调处理后取出。检验四种试虫（PH
3
敏感和抗性）成虫的死亡情况。并按虫种的最适需要放置在25±1?C、相对湿度70±5％和30±1?C、相对湿度70±5％的两个养虫室内培养42天后检验其是否有成虫出现，从而观察对虫卵、蛹和幼虫的处理效果。
第7～10组试虫放在粮情检测小门和通风口附近，以便于在气调处理过程中快速取出，在气调处理15天、30天时各取两组试虫带回实验室作上述同样的检验。
2.1.2 试验结果与分析
2.1.
3.1 小麦气调仓的试验结果
该试验仓于4月26日进行CO
2
气调处理，15天后取出第7、8组试虫，30天后取出第9、10组试虫，7月3日取出第1至6组试虫，所有试虫取出后带回试验室进行检查其死亡率后按试验方法进行饲养。试验结果为所有成虫的校正死亡率为100％，其混合虫态（卵、蛹、幼虫）经处理后培养42天孵出成虫的数量为0只。
2.1.
3.2稻谷气调仓的试验结果
该试验仓于5月11日进行CO
2
气调处理，15天后取出第7、8组虫，30天后取出第9、10组虫，所有试虫7月3日取出后带回试验室进行检查其死亡率后按试验方法进行饲养，试验结果为所有成虫的校正死亡率为100％，其混合虫态（卵、蛹、幼虫）经处理后培养42天孵出成虫的数量为0只。
2.1.
3.3仓库中原有害虫处理前后的检测结果
13号气调小麦仓由于进粮时间长，且进粮时气温较高，在气调处理前发生了长虫现象，经检查，主要为玉米象、麦蛾等虫种，虫口密度达15头/Kg粮。经气调处理后入仓取样查虫、及半年后跟踪检查，均未发现生虫现象。
14号小麦气调仓在处理前，入仓检查过程中曾发现有书虱的活动，但未统计虫口密度。经气调处理后几次检查均未发现书虱的活动。
2.1.
3.4分析与结论
2.1.4.1从上述对四种储粮害虫（PH
3
敏感和抗性）的防治效果可以看出，在高大平房仓中用浓度
70%～35％的CO
2
处理14天对几种储粮的成虫、卵、蛹及幼虫是非常有效的，可达到100%的死亡率，并且不会产生药剂残留。
2.1.4.2从实仓试验可以看出，CO
2
气调可以杀死仓库中原有的书虱，为书虱的防治提供了一种有效的处理方法。
2.1.4.3根据半年内CO
2气调仓内的害虫防治效果跟踪调查的结果，一方面可证明CO
2
气调杀虫的
彻底性，同时从一个侧面证明了其对害虫的防治效果。
2.2 抑菌效果
2.2.1 试验材料与方法
2.2.1.1仓房和粮样
仓房：选取新建的12、13、14和15号气调仓作为实验仓。
粮种及装粮数量：储粮为2000年和2001年四川和湖北等地出产的稻谷和小麦，水分11.6%～12.3%，每仓装粮3000～5000t。
取样时间：每3～4个月扦取一次粮样进行粮食真菌区系分析,储藏期为1年。
2.2.1.2取样方法
按国家标准GB4789-1-94取样和样品制备方法制取粮样。
2.2.1.3分析方法
菌相分析方法：冷却至45～50℃热溶培养基倾注(倒碟) 冷凝
粮粒表面消毒在培养皿中种植(点植50-100粒) 适温培养菌种鉴定检出率菌量分析方法：称取样品无菌水定量混合无菌水振荡洗涤稀释定量移液至培养皿倒碟加入冷至45～50℃的热溶培养基摇匀适温培养菌落计数
2.2.2 试验结果与分析
2.2.2.1结果
气调储粮，粮食真菌带菌量检测结果见下表1,菌相检测结果略。
经过370天的实仓CO
2
气调储粮与常规储粮粮食真菌带菌量检测结果单位：个/g 表1示范库CO
2
仓号及类型储粮品种初始185天370天
10#常规仓稻谷 5.4×103 2.5×103
11#常规仓小麦 5.6×1028.95×103 1.5×103
12#气调仓稻谷 2.7×104 2.5×103
13#气调仓小麦 3.7×1028.5×102 4.7×103
14#气调仓小麦7.8×1028.2×102 1.9×103
15#气调仓小麦 6.1×102 5.7×102
2.2.2.2分析
从实仓带菌量及菌相的检测数据可以看出：经过CO
气调储粮1年的小麦和稻谷，粮食真菌
2
带菌量在整个储藏期内的变化不大；但在粮食霉菌菌相检测和分析中，由于受气调处理取样限制，
气调处理，反映粮食新鲜程度的田间真菌代表取样较少，结果无大的变化。但总的说来，经CO
2
菌细交链孢霉和镰刀菌逐步减少，而以灰绿曲霉、黄曲霉、白曲霉等为代表的储藏真菌检出率尽管较高，但基本恒定；随着储藏时间的延长，被检出的真菌种类逐渐减少。可见，对于完全水分气调储藏，粮食真菌无论在数量上还是种类上都无明显变化。
的粮食，采用CO
2
2.3 品质影响效果
2.3.1 试验材料和方法
2.3.1.1试验方法
选用示范库新建的三间气调仓（12号稻谷、13号和14号小麦）和同期新建的2间常规仓（10
号稻谷仓和11号小麦仓）作为试验仓，进行CO 2气调储粮试验及常规储粮（主要指PH 3环流熏蒸杀虫）对比试验；并于试验前、同年10月份和第二年3、4月份取样测定粮食品质。 2.3.1.2品质检测方法
籼稻谷和小麦品质测定方法均按国标执行。其中水分测定按GB5497-85中105℃恒重法执行；脂肪酸值测定按GB/T15684-1995谷物制品脂肪酸测定法执行；粘度测定按GB5516-85中毛细管运动粘度测定法执行。 2.3.1.3品质判定方法
本试验测定的品质指标一方面根据国家粮食储备局和国家质量技术监督局1999联合颁发的《粮油储存品质判定规则》（试行）中籼稻谷和小麦储存品质控制指标进行品质判别；另一方面根据国家粮食储备局1999年颁发的国标GB1350－1999《稻谷》和GB1351－1999《小麦》中的粮食定等标准进行粮食定等。
2.3.2 试验结果与分析
2.3.2.1籼稻谷品质效果
试验结果见下表2：
表2 示范库CO 2气调储藏与常规储藏籼稻谷品质检测结果
由表2可以看出：经过10个月的储藏，CO 2气调储藏与常规储藏回归评分值分别下降8.8分
和11.4分，脂肪酸值分别上升 2.1KOHmg/100g 干样和 4.8KOHmg/100g 干样，酸度分别上升0.3KOHml/10g 干样和0.4KOHml/10g 干样，粘度分别下降3.7mm 2/s 和4.2mm 2/s ，发芽率分别下降28%和43%，说明CO 2气调储藏比常规储藏品质变化缓慢。继续储藏下去，两者的差异会增大，特别是在高温高湿的恶劣环境中CO 2气调储藏的优越性会更加显现出来。
2.3.2.2小麦品质效果
试验结果见表3：
表3 示范库仓CO 2气调储藏与常规储藏小麦品质检验结果
气调储藏和常规储藏10个月之后小麦品质均得到改善，且两者的差异由表3可以看出：CO
2
气调储不明显，小麦品质改善的原因是小麦生理后熟和工艺后熟的结果。由于小麦耐储性好，CO
2
藏的优越性要经过很长时间才能显现出来。
2.4 CO2气调储藏启封后品质变化
2.4.1 试验方法
12号气调仓进行CO
气调储藏的籼稻谷于启封当天开始到启封后50天内，每10天定期取样
2
测定其水分、脂肪酸、酸度、粘度、发芽率、品尝评分值、色泽和气味的变化；在启封当天和启封后50天测定其出糙率、整精米率、杂质含量、不完善粒、谷外糙米和黄粒米率；并分析其品质变化速度。
2.4.2 试验结果与分析
试验结果见下表4：
表412号仓CO2气调储藏启封后的籼稻谷品质变化
气调工艺储藏，不存在启封后粮食品质迅速劣变的情况。
品质好的粮食经过合理的CO
2
3经济效益分析
在气调库建设完成，装粮压仓进行实仓应用试验中，我们对CO
气调储粮及常规储粮进行了
2
为期一年的储粮费用统计与经济效益对比分析与预测。
3.1 试验条件与方法
选择12号稻谷气调仓及13号小麦气调仓与同期建设的、同种仓型的10号稻谷常规仓及11号小麦常规仓进行储粮费用统计。并对压仓试验一年来所耗的直接材料费(CO
2
气体与磷化氢)、辅助材料费、消耗的水电费，维修费、环保性及预期收益等方面进行了综合性的对比分析。
3.2 试验结果与分析
3.2.1 试验结果
我们统计了示范库压仓期间的费用并分析了正常储粮期间的运行成本及对比效益，如下表5：
表5 示范库经济效益分析表
（单位：元）
仓号10号常规仓11号常规仓12号气调仓13号气调仓储粮品种稻谷小麦稻谷小麦
压仓期间吨储粮直接材料成本0.79 0.58 2.49 1.94
正常储粮期间吨储粮直接材料成本0.54 0.36 1.70 1.30
正常储粮期间吨储粮使用成本 1.87 1.31 2.95 2.25
预计年吨储粮新增效益0 0 47.05 47.75
注：1．以上费用统计为两种储粮方式的对比费用,不包括其共有的管理费用。
2．预期收益为以常规储粮为基准，气调储粮按储藏2年后每斤粮食经绿色储藏提高售价
0.05元计，吨粮年提高收入：50元/（t粮·年）。
3.2.2 分析
从以上数据分析可知：
3.2.1.2 CO2气调储粮年吨储粮使用费用：稻谷低于3.0元，小麦低于2.5元。如今后应用中采用
符合我国食品级液态CO
2
标准（GB10621-89）的气源，其价格将由现每吨960元降至600元，使用成本将降至每年每吨粮稻谷低于2.3元、小麦低于1.8元，直接材料成本也将
低于1.0元/（t粮·年）。
3.2.2.2 由于CO2气调储藏采用绿色储粮方式的特点，经气调储藏2年的粮食进入市场，按照优质
优价的原则，预计每吨粮食每年可新增效益40元以上。
3.2.3.2 由于气调储粮方式能有效杀虫、抑菌、延缓储粮陈化，并且避免了化学药剂对人员的危
害、粮食的污染和环境的破坏；并且不存在PH
3熏蒸时对粮仓配套设施的腐蚀，PH
3
材料
的处理及危害，加之能避免储粮害虫抗性增加等其它无法准确统计的因素；符合人们对绿色食品需求和粮食市场需求的趋势，这些潜在的社会、经济效益都是无法直接用金钱来核算的。使得其综合社会效益、经济效益高于常规储粮方式。
4示范效果与展望
4.1 示范效果
通过CO
2
气调储粮示范库的成功建设及实仓应用表明：
3.1.1我国目前建设的高大平房仓经过适当气密性改造，其仓房气密性能可达到500Pa的压力半
衰期12分钟，完全满足CO
2
气调储粮技术对仓房气密性能的要求。
3.1.2目前我国的技术、设备完全能实现粮仓大规模集中供气方式和仓内CO
2
浓度自动监控功能。
3.1.3合理的气调工艺可实现对粮仓储粮害虫的有效防治，且可完全避免使用化学药剂，从而实
现无公害、无污的绿色储粮方式。
3.1.4对于完全水分的粮食，采用CO
气调储藏，粮食真菌无论在数量上还是种类上都无明显变化。
2
气调储藏，其品质优于同样条件下常规储藏方式的品质。小麦由于3.1.5籼稻谷经过10月的CO
2
气调工艺储藏的粮食不存后熟期及其耐储性的原因，对比效果不明显。同时，经合理CO
2
在启封后品质迅速劣变的情况。
气调储藏方式，其储粮综合经济效益及社会效益高于常规储藏方式，其发展方向符3.1.6采用CO
2
合人们对绿色食品需求和粮食市场需求的趋势。
4.2 展望
3.2.1 CO
气调储粮技术作为一种绿色储粮先进技术，在我国的建设和应用是切实可行的。
2
气调扩大试点粮库的成功进一步说明了该技术在3.2.2 2002年我国又在上海等地建设了5个CO
2
中国的推广应用已经成熟。
3.2.3 该技术适应储粮方式朝着多样化、高质量、高效益、高营养、低损耗、低污染、低成本的方
向发展的需求，将会随着国民经济的发展和粮食市场体制的逐步完善得到进一步扩大与推广。
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