粮油储藏技术.docx

粮油储藏技术一、粮粒及粮堆的构成粮食是小麦、稻谷、玉米、谷子、大麦等禾谷类籽粒及薯类、豆类等的 总称。由于受到遗传特性、地理环境和栽培条件等因素影响，每一种粮 食的形态特征各不一样，具有独特的形态结构、物理性质和化学性质, 既有共性，又有个性，这些都对粮油储藏产生有利或不利的影响。粮食的构成归纳为：从粮油储藏的角度出发，粮食中包围在胚和胚乳外部的种皮，形成了抵 御不利储藏环境的保护组织，对粮食储藏是有利的。而粮粒的胚部则含 有较多的营养成分和水分，生命活动旺盛，最容易受到虫霉感染。一般 说来，胚越大，储粮稳定性越差，这是储粮不利的一面。因此，各种粮 食构造不同，是导致各种粮食储藏稳定性差异的原因之一。粮食颗粒堆聚而成的群体叫做粮堆。粮食储藏研究的对象是粮食群体, 而不是单一的粮食籽粒。据测定500克稻谷约20000粒、小麦15000 粒、玉米 15002000 粒、蚕豆 400600 粒、油菜籽 170000240000 粒。通常粮仓装粮50250万千克，形成数目相当大的粮粒组成的粮 食群体粮堆。影响粮食储藏稳定性和粮食储藏质量的主要物理因素是粮食的散落性、 自动分级、孔隙度，对于各种蒸气和气体的吸收、吸附和解吸能力以及 粮食的热传导、湿热扩散与热容量等。在粮堆这个特定的环境中，这些 基本物理因素直接影响储粮稳定性。二、粮食的流散特性粮食的流散特性主要包括散落性、自动分级、孔隙度等。这是颗粒状粮 食所固有的物理性质。粮食具有流散特性的根本原因是粮粒之间的相互 作用力内聚力小，不足以在重力的作用下使粮粒保持垂直稳定，致 使粮食在堆装、运输、干燥、加工等过程中表现出流散特性。1、散落性粮食在自然形成粮堆时，向四面流动成为一个圆锥体的性质称为粮食的 散落性。粮食的颗粒大小、成熟度的差异、杂质数量的多少等都和散落 性密切相关。粮食散落性的好坏通常用静止角表示。静止角是指粮食由高点落下，自然形成圆锥体的斜面与底面水平线之间 的夹角。静止角与散落性成反比，即散落性好，静止角小；散落性差, 静止角大。粮粒在粮堆斜面上停止或运动与否，受到粮粒在斜面上受力的制约。图 1-2是粮粒在斜面上受力分析图：重力G可分解为垂直压力N和倾斜 分力P,如忽略粮粒间高低不平的相互作用力，粮粒在斜面上还受到摩 擦力Fz如果粮粒与粮堆的斜面摩擦系数为f ,则摩擦力F为N*f图 中分力P是使粮粒下落的力，F是阻碍粮粒下滑的力，当P>F时，粮 粒就下落，当P<F时，粮粒就停留在斜面上。粮粒的大小、形状、表面光滑成度、容量、杂质含量都对粮食的散落性 有影响。粒大、饱满、圆型粒状、比重大、表面光滑、杂质少的粮食散 落性好，反之则散落性差。不同粮食之间，上述外观特征明显不同，因 此，具有不同的散落特性。表中给出了主要粮种静止角的大小。表1-1主要粮食的静止角（度）粮种静止角起静止角止变动范围小麦233815大麦284517玉米304010稻谷37458大米233310糙米27281大豆24328黍20255芝麻24308油菜籽20277表中所示，大豆粒大、呈圆型、表面光滑，其散落性比粒形较小、表面 粗糙的稻谷好的多。此外，粮食中含杂量增加，其散落性会降低，粮食水分含量增加散落性 也降低。这是由于粮食水分增加，使粮食表面粘滞，粮粒间的摩擦力增 大的结果。当粮食发热霉变后，散落性会完全丧失，形成结顶。表1-2 给出了同一种大豆含水量、含杂率与散落性的关系。表1-2大豆水分含量与含杂率对静止角的影响粮种水分静止 角含杂 率静止 角大豆11.223.33.025.0大豆17.725.41.023.8粮食散落性的另一量度是自流角。自流角是粮粒在不同材料斜面上，开 始移动的角度，即粮粒下滑的极限角度。自流角是一个相对的值，它既 与粮粒的物理特性有关，又与测试时用的材料有关。同种粮食在不同的 材料上测定的自流角不同，不同种粮食在相同的材料上自流角也不相同。 粮食的自流角是粮堆的外摩擦角。表1-3给出了三种麦类在不同材料上 的自流角。表1-3三种麦类在不同材料上的自流角粮种刨光木板铁板小麦24-2724-28大麦26-2725-30燕麦26-2821-25自流角表示的是某种粮食在某种材料上的滑动性能。自流角愈大，滑动 性能愈差；自流角愈小，滑动性能越好。粮食的散落性在粮食储藏、装卸运输机械及储藏设施的设计中都是一个 重要因素。储藏期间散落性的变化,可在一定程度上反映粮食的稳定性。 安全储藏的粮食总是具有良好的散落性。如果粮食出汗、返潮，水分增 大，霉菌滋生，就会使散落性降低；严重的发热结块会形成90度角的 直壁状，完全丧失散落性。散落性好的粮食，在运输过程中容易流散，对于装车、装船、入仓出库 操作较方便，可节省劳力与时间。但是散落性较大的粮食对装粮容器的 侧压力也大。装粮时对散落性大的粮食就要降低堆装高度，对散落性较 小的粮食则可酌情增加高度。粮堆对仓壁的侧压力可按下式简化计算:P=l2h2tg（45o-2）式中：P每米宽度的仓壁上受的侧压力（千克/米）；Y粮食的 容重（千克/立方米）；h粮食的堆高（米）;a一粮食的静止角。生产中计算侧压力，用于确定不同粮食的堆粮缔口堆垛形式，对仓墙强 度不够的仓房，常采取包打围的作法。散落性是确定自流设备的理论依据。当使用输送机送粮食时，输送机皮 带和水平面的夹角应小于自流角和静止角；当安装淌筛和自流管时，淌 筛面、自流管面和水平面的夹角应大于自流角和静止角，这样才能保证 设备的正常运转。2、自动分级一般说来，任可一批粮食，都是非均质的聚集体。粮粒有饱满的、瘪瘦 的、完整的、破碎的，形态多种多样。杂质也轻重不同，大小不一。在 散落时彼此受到的摩擦力和重力不同，运动状态也不同。因此粮食在震 动、移动或入库时，同类型、同质量的粮粒和杂质就集中在粮堆的某一 部分，引起粮堆组成成分的重新分布，这种现象称为自动分级。例如， 小麦在形成粮堆时的自动分级现象，从顶部到底部各个部位的组分呈现 出有规律的分布：破碎粒、轻浮夹杂物、杂草种子在底部比顶部为多（见 表 1-4）。表1-4自然形成粮堆时的分级情况品质指标圆锥体顶部圆锥体基部容重（克/升）70.766.7绝对重量16.315.2破碎粒1.842.20较轻杂质0.512.14杂草种子0.321.01砂石杂质0.130.49瘪粒0.090.47自动分级现象的发生与粮食输送移动时的作业方式、仓库类型密切相关。 作业方式不同，自动分级状况也不相同；仓房不同，自动分级现象也不 相同。按其作业方式、仓房类型和粮堆形成的条件可大体分为四种情况：(-)自然流散成粮堆粮食自高点自然流散成粮堆时，粮粒与粮粒之间、粮粒与杂质之间以及 杂质与杂质之间受到的重力、摩擦力不同，同时落下时受到的气流浮力 也不相同。这些差异相互作用的结果使较重的杂质落在圆锥体的中心部 位,而较轻的、破碎的粮粒及杂草种子就沿着斜面下滑至圆锥体的底部。 因此，随着圆锥体的不断扩大，杂质就在圆锥粮堆的底部不断积累，最 终形成基底杂质区。(二)房式仓入粮房式仓粮食入库一般有输送机进粮和人工入粮两种。输送机进粮又分移 动式和固定式。若移动式入库，一般是输送机头先从仓山墙处开始，随 入粮逐步由内向外退移。因此，饱满的粮粒和沉重的杂质多汇集于机头 落下的粮堆中央部位;沿输送机两侧的粮食含有较多的瘪粒和较轻的杂 质，形成带状的杂质区；在皮带输送机下形成糠壳杂质区。若固定式入 库，粮食入库就有多个卸粮点，那么像自然流成堆一样，在一个仓房内 部形成多个圆窝状杂质区，即每个卸粮点有一个基底状杂质区。房式仓人工入粮时，由于倒粮点分散，边倒边匀，自动分级就不明显, 杂质组合比较均匀。（）立筒仓进粮 立筒仓因筒身较高,粮粒从高处落下,下落的粮食流动会带动空气运动, 在仓内形成一个涡旋气流，涡旋气流的运动，将粮面细小的、较轻的杂 质吹向筒壁。随着粮面在仓筒内逐渐升高，靠近筒壁处形成环状轻型杂 质区。而沉重的杂质多集中在落点处，形成一个柱状重型杂质区。出仓 时正好相反J匕较饱满和比重大的粮粒首先流出，靠近仓壁的瘪小籽粒 和轻浮杂质后流出。所以粮食品质也因出仓的先后不同而差异（表1-5 ）表1-5筒仓粮食进、出仓自动分级现象作业部位容重（克/升）碎粒不饱满 粒杂质进仓中心704.11.840.090.60仓壁667.52.200.473.80出仓出粮30分钟6661.801.542.50经3.5小时6603.505.02.98经4.5小时4961.709.019.90按自动分级形成的原因，自动分级又可归纳为重力分级、浮力分级和气 流分级。重力分级的情况明显地发生在有震动运输过程中。如散装粮食长途运输 后，大而轻的物料就会浮在最上面，细而重的物料就会沉到底部，而较 细、较轻、较重的物料分于两者之间，从而形成了分层现象。浮力分级是说明粮粒下落过程受力不同而造成自动分级的。粮粒g由高 点下落，会受到空气的阻碍作用，空气对粮粒产生浮力p（见图1-5 ）。 当P>g时，粮粒飘浮走；P<g时，粮粒下落；P=g时,粮粒悬浮。显 然,当气流的浮力一定时,重的粮粒下落速度较快,轻的粮粒下落较慢。 而轻的杂质在慢慢的下落过程中，由于物体重力、受力方向的改变也随 时变化，使较轻的杂质飘移落点，从而形成分级现象。气流分级通常发生在露天堆粮的过程中。当输送机在风天卸粮时，在下 风处就会聚集较多的轻杂质，从而形成自动分级现象。这种情况在皮带 输送机、扬场机的作业中都会发生。自动分级现象使粮堆组分重新分配，这对安全储粮十分不利。杂质较多 的部位，往往水分较高，孔隙度较小，虫霉易滋生，是极易发热霉变的 部位，如不能及时发现还能蔓延危及整堆粮食。因此，对自动分级严重 的地方，要多设检测层点，密切注意粮情变化。自动分级中灰尘集中的部位，孔隙度小，吸附性大，在熏蒸害虫时，药 剂渗透困难，影响杀虫效果。同时，在通风降水降温过程中，也因空气 的阻力加大，使风速达不到规定要求，造成局部温度、水分偏高。在粮食储藏过程中也可利用自动分级有利的一方面。如利用气流分级清 理粮食，使用筛子震动去掉重杂质等。防止自动分级最积极的办法是预先清理粮食。此外，在粮仓上安装一些 机械装置，使粮食均匀地向四周散落，减轻自动分级现象。如皮带输送 机头部的抛粮机构，在卸粮时扇面不断旋转，借助粮流惯性冲力，将粮 食均匀地抛出。也可在入粮口安装锥形散粮器或旋转散粮器。立筒仓采 用中心管进粮与中心管卸粮的方式，可以有效减缓粮食分级现象。3、孔隙度孔隙度是由粮粒本身结构与粮堆中粮粒间存在空间所造成的。在整个粮 堆中，粮粒所占体积百分比叫做密度，孔隙所占的百分比叫做孔隙度。从宏观上讲，粮堆中的孔隙是粮粒与粮粒之间的空间，这是粮食在储藏 中维持正常有氧呼吸，进行水分、热量交换的基础。从微观上讲，构成 孔隙的一个容易被忽视的因素是粮粒内部存在的微孔，它虽然在整个孔 隙度中占有较少的比例，但它的作用远远复杂于宏观的孔隙。这些微孔 是粮食呼吸代谢、吸湿、解吸、吸着、吸收的基础，胡口粮食干燥密切 相关。利用水银孔隙测定计可测定单位粮食微孔的总体积。在粮食储藏中，检验定等的主要依据之一是单位体积内某种粮食的重量, 即容重。这是和孔隙度密切相关的物理量。容重与孔隙度成反比。几种 粮食的比重、容重、孔隙度见表1-6。表1-6几种粮食的比重、容重、 孔隙度粮种比重容重（千克/立方 米）孔隙 度小麦1.22-1.35687-78135-45大米1.33-136800-82143玉米1.11-1.25675-80735-55大豆1.14-1.23658-76238-43油菜籽1.11-1.38607-83538-40面粉1.30594-60540-60花生仁1.01600-65140-48粮食的孔隙度和密度都用百分比来表示。可根据粮食的容重和比重来推 算:密度=容重/比重*100%孔隙度二（I-容重/比重）*100%或=（IOO-密度）粮食孔隙度的大小受许多因素的影响，粮粒形态、大小、表面状态、含 水量、杂质的特征与数量、堆高、储藏条件等都能影响粮堆的孔隙度和 密度。粮粒大、完整、表面粗糙的，孔隙度就大；粒小、破碎粒多、表 面光滑的，孔隙度就小。含细小杂质多的粮食，可降低粮堆的孔隙度。 对于一个粮堆，各部位的孔隙度是不一样的。特别是自动分级明显的部 位更为突出。粮堆底层所受压力大，孔隙度较小。此外，粮堆吸湿膨胀 后，也会造成孔隙度降低。粮食的密度与孔隙度在粮食储藏上具有重要的意义。孔隙度的存在，决 定了粮堆气体交换的可能性，是粮粒正常生命活动的环境。孔隙中空气 的流通，粮堆内湿热易散发，粮食就耐储藏；如果孔隙度小，气体交换 不足，当某些部位湿热高时，粮堆内就会湿热郁积不散，易引起发热、 霉变。所以粮堆中有一定的孔隙度，对保证粮食安全储藏是必要的。根据粮堆内部的气体可交换的性质，可人为地利用惰性气体改变粮堆内 的气体成分，改变粮堆内粮粒与害虫、霉菌的生活环境，以抑制粮食呼 吸及虫霉的活动。气调储藏就是在此基础上发展起来的储粮技术措施之 -O自然通风和机械通风，也是促进粮堆内气体的对流，散发粮堆内湿 热空气，换进干冷空气，以达到降温降水的目的。进行药剂熏蒸和化学 保管时，孔隙度大，药剂就易渗透，杀虫抑菌的效果就好；孔隙度小, 毒气渗透困难，有时会影响熏蒸效果。孔隙度大的粮堆，粮情易受环境条件的影响，粮堆温湿度随外界环境变 化丸 孔隙度小的粮堆，粮情就不易受外界环境的影响。三、粮食的热特性 粮食总是具有一定的温度，即处在一定的热状态中，并随时与外界进行 着热交换。因此粮食的热特性也是粮堆物理性质之一，它包括粮食的导 热性和导温性。L导热性在组成粮堆的主要成分中,粮粒对热的传导速度较慢,是热的不良导体。 虽然粮堆中空气的流动可有助于热传导,但粮堆内微气流动缓慢。因此, 整个粮堆的导热性是很差的。如正常的粮温总是落后于外温，深层粮温 度变化总是落后于表层，就是粮堆导热性不良的具体表现。传热学表明：粮食中进行的热传导是一个相当复杂的物理过程，即有传 导传热,又有对流传热和辐射传热,三种传热方式总是相互伴随而存在, 其中以导热和对流为主。这是由于粮食的温度一般较低，粮堆中存在的 气体受热而发生对流的原因。粮堆的导热性就是粮堆传递热量的能力，通常以粮食的导热系数的大小 来衡量。粮堆的导热系数是指1米厚的粮层在上层和下层的温度相差1度时在 单位时间内通过1平方米的粮堆表面面积热量。用符号人表示，其单位 是Wm.k0具有一定的导热性是粮堆进行通风降温、干燥去水的条件 之一。导热系数一般由实验测出。粮堆的入值一般很小，约在 0.117-0.234Wm.k之间。如小麦水分在20%时导热系数入为0.232 , 水分10%时导系数入为0.107o这表明，粮堆的导热泪盈眶系数随着粮 堆中空气的水分含量和粮食的水分含量增加而增加。尤其与粮食的含水 量呈正比关系。粮食水分越高，粮食的导热能力越大。另外，单粒粮食 的导热系数比粮堆的导热系数高45倍，这是因为粮堆中空气存在的 结果。空气的导热系数入为0.0234Wm.k显然，较小的导热系数决定了粮堆是热的不良导体。粮堆对热的传入、 传出都很缓慢。粮堆这一性质，对粮食储藏有有利的一面，也有不利的 一面。当粮堆局部发热时，由于粮堆难以传热，接近发热层处的粮食温 升比发热中心慢得多。据测定，在距离发热中心L5米和2米处，分别 要经过10和20昼夜才有明显的温升距离2.5米处,要经过30昼夜； 距离3米处z30昼夜仍察觉不到温升。因此在检查粮情时要合理布点， 以尽早发现局部发热。粮堆的不良导热性的有利作用是在合理保管时，低温进仓的粮食甚至在 热的季节里，也能保持较低的粮温，抑制和推迟虫霉的危害。近年来发 展的小麦热入冷储的储藏方法，就是充分利用粮食导热性不良的特性。2、热容量、导温系数 物体在传热的同时，本身也会吸收部分热量而加热。粮食也不例外，它 不仅传热，而且也吸热升温。研究指出：同样重量的物体吸收同样的热 量，其升温的幅度也会不同。为了准确地表示物体这种性质，人们定义 了热容量和导温系数的概念。导温系数表示为：=c.式中：a 一导温系数（平方米/小时）；c粮食的比热（kj/kg.k） ; 粮 食的容重（千克/立方米）；入导热系数（wm.k）o粮食的导温系数是个综合系数，包括了粮食的导热系数及热容量。它表 示了粮食的热惯性，即受到同样的热量，粮食温度升高的快慢程度。a 大表明粮食易被干燥冷却，a小表明不易干燥和冷却。通常粮堆的a值 约为 6.15*10-46.86*10-4 平米/小时。c.的乘积为体积热容量，表明物体储热能力的大小。如果粮食的人值一 定，C.的值越大,则C（值越小。也就是粮食的储热能力大，不易加热升 温/也不易冷却。应该看到：当给定粮堆后，入就随之确定。因此，粮食的导温系数就取 决于粮食的热容量，即比热。比热大，a就减少；比热小，a值增大。 粮食的比热指的是1千克粮食升高1。C时所需的热量。粮食的热容量的 大小，取决于粮食的化学成分或各种成分的比例。如干淀粉的热容量为 1.55kjkg.k,纤维的热容量为L34kjkg.k,脂肪热容量为2.05kjkg.k,谷 类粮食干物质的热容量为L55kjkg.ko粮食的热容量是干物质与水分 热容量之和，而同种粮食的热容量因水分含量不同而有差别。因此，粮 食的导温系数是粮食热容量的函数，粮食的热容量又是水分的函数。粮食的热容量通常用下式计算：C=Cg + (Cs-Cg)100).w式中:C 热容量；Cg粮食干物质比热；Cs水的比热；w粮食样品 含水量。粮食热容量与水分含量密切相关,粮食含水量愈高其热容量愈大。此外， 粮食温度在零度以下时，它的热容量与温度无关；粮食温度在零度以上 时，则粮食热容量随着温度升高而增大。粮食的导温系数小、热容量大对粮食储藏是不利的。储粮温度在正常情 况下总是比外温变化幅度小。在冷天，粮食的温度比外温高。在热天， 粮食温度比外温低，这极易导致粮堆湿扩散和湿热循环，使粮食结露变 质。如不及时处理还会造成损失。四、粮食的吸附特性气体与固体接触时，气体分子浓集和滞留在固体表面的特性称为吸附性。 在粮食储藏中碰到的吸附现象主要是粮食对惰性气体的吸附,对熏蒸气 体及一些污染物如香料、煤油、汽油、桐油、咸鱼味、樟脑等的吸附。 粮食吸附性能在储藏中表现的最明显的是对水汽的吸附。粮食对水汽的 吸附与储藏品质的变化具有密切的关系，是粮食结露、湿热扩散的重要 原因。因此，了解粮食的吸附特性对粮食的安全储藏十分重要。L吸附特性(-)吸附内因物质在相界面上，气体分子自动发生浓集的现象，称为吸附。吸附作用 可以发生在各种不同相界面上，如气固，液固，气液，液 液等界面上。粮食中发生的吸附主要是气-一固表面上的吸附作用，其 次还有不应有的固液吸附作用。粮食能够吸附气体分子，主要是粮粒的表面和内部的微观界面上的各种 分子受到内部分子的拉力、合力不等于零，处于力场不平衡的状态。该 不平衡力场往往由于吸附某些物质而得到补偿。所以粮食表面可以自动 地吸附某些物质。在吸附过程中，气体的吸附看作是液化过程，故吸附 过程是放热的。相反，解吸过程是吸热的。吸附剂+吸附物一一(吸附与解吸)吸附体+吸附热在吸附过程中，人们关心的是在一定条件下，谷物吸附某种气体吸附量 的大小。吸附量常用单位质量的固体所吸附的气体摩尔数或体积来表示。 如m千克重的谷物，吸附X体积的气体，则吸附量为x/m ,对于一定 量的固体吸附剂，吸附平衡时，吸附量x/m是温度和气体压力的函数。即：xm=f(P. T)实验中，为了方便，常常固定一个变数，求出其它二个数之间的关系。 在恒温下，测定不同压力下的吸附量，所得曲线称为吸附等温线。即：T二常数 xm=f(P)自然界中测定大量物系的吸附等温线，大致有五种类型、典型的有两种如图1-9所示。研究证明：谷物对二氧化碳等气体在低压阶段的吸附等温线为郎格茂型。 而水分在谷物上的吸附为B、E、T曲线。其中的差异主要是单分子层吸 附与多分子层吸附的差别。通常吸附剂的吸附性能与吸附剂的比表面和表面活性成正比。粮食是多 孔性的胶体物质,据测定,在粮粒细胞中存在着很多大小不同的毛细管， 大的直径约为10-3 -10-4厘米,而小的直径约为10-7厘米，毛细 管的壁面由于含有氨基酸、淀粉、脂肪等基团，具有良好的表面活性， 是吸附的有效表面。此外，当考虑粮粒多孔结构时，粮食的比表面就高 达48-200米2/千克。所以，粮食具有吸附气体和蒸气的能力。（二）吸附类型L物理吸附粮食对气体的吸附主要是物理吸附，即吸附表面的分子和吸附气体分子 之间的作用力是分子间引力（即范德华力）。这类吸附的特点是越易液 化的气体，越易被吸附；吸附的速度和解吸速度都较快；吸附量随温度 升高而下降。釉米在25。C时和35时吸附和解吸二氧化碳的情况如图（略）所示。按照吸附剂吸附的位置，吸附又可分为：吸着吸收、毛细管凝结。外界 气体或蒸气分子被吸附在粮粒表面的现象，称为吸着。气体或蒸气分子 扩散到粮粒内部而被粮粒内部活性部位吸收，称为吸收。被吸入的气体 或蒸气分子在粮粒内的毛细管中达到饱和而凝结，称毛细管凝结。这几 种吸附在粮堆中同时存在。粮堆内发生的吸附过程是气体分子在粮堆通 过扩散进而在粮面吸着,粮粒内吸收的连续过程,它们统称为吸附作用。2、化学吸附粮堆中发生的吸附有部分是化学吸附。如熏蒸药剂的残留，一些液体污 染物的吸附等等。粮粒发生化学吸附的原因，是由于粮粒中的某些部位 分子上原子的价未完全被相邻原子所饱和，还有剩余的成键能力。因此 吸附剂与粮粒之间发生电子转移,生成化学键。化学吸附具有以下特点： 由于形成化学键，只有单分子层吸附；随着温度升高而增加。吸附温度 越高，吸附速率越快；一般条件下，不易吸附和解吸。在特殊条件下， 吸附剂与粮食某些部位的分子形成稳定的化合物，就不可能解吸了。这 就是一些化学药剂熏蒸后存在残毒的根本原因。如浸甲烷熏蒸后的残留： 剂量32mgl在15.5。C条件下密闭24小时，处理一次的小麦，漠甲烷 的残留量为35ppm漠甲烷与小麦蛋白质发生作用，并进一步分解为 无机浪甲烷及一系列甲基衍生物。应该看到，在粮堆中发生的吸附作用并不是物理吸附和化学吸附彼此相 对孤立存在的，根据吸附剂的不同而往往是物理吸附和化学吸附并存。()影响粮食吸附的因素粮食吸附能力和速度的大小，通常以单位时间内吸附气体的数量-吸 附速度和粮食在一定条件下吸附蒸气和气体的总量-吸附量来表示。 气体和蒸气的吸收能力和速度差别，取决于气体性质、温度、吸附气体 压力、粮粒的组织结构、化学成分等。在气体浓度不变的情况下,温度下降,物理吸附过程加强,吸附量增加， 化学吸附随着温度的下降，吸附量减少；反之，温度升高，物量吸附过 程减弱，吸附量减少，而化学吸附的速度增加，吸附量增加。釉米在 25。C和35。C对二氧化碳的吸附量有明显的差别，在25。C时，二氧化碳 的吸附量远远大于3 5。C时的吸附量。这是典型的物理吸附过程。表1-7 所列的是不同熏蒸条件下漠甲烷的残留量。残留量随着温度的升高而增 加，说明粮食对浸甲烷的吸附是一个化学吸附过程。表1-7澳甲烷的化学 吸附量药剂粮种熏蒸温 度密闭时 间投药剂量残留 量备 注澳甲烷大麦15.5243235小麦24243242在温度不变的情况下，气体浓度增加，超过粮堆内部的压力，吸附量增 加；相反吸附气体浓度降低，吸附动态平衡向解吸方向移动，吸附量减 少。花生吸附二氧化碳时的情况，在不同气体浓度下的吸附量，可见物 理吸附过程随着二氧化碳的浓度增加而增加。粮食的种类不同，也是导致吸附量不同的主要原因之一。在同一条件下， 各种粮食对二氧化碳的吸附能力依次是：花生 > 大豆 > 芝麻 > 玉米 > 稻谷> 大米 > 面粉。表1-8几种主要粮食的二氧化碳吸附量（温度20度，时间3小时）种类花生大豆芝麻玉米稻 谷小麦 和大 米面粉吸附量ml/kg560400230170857560吸附能力发生差异的原因，主要是粮种之间毛细管孑L存在着差别，吸 附活性表面大小不同，以及组织结构的差异。这些因素的综合结果，导 致不同粮种吸附量之间的差异。粮食的化学成分不同，也是影响气体吸附的主要原因之一。通常当被吸 附的化学性质与吸附剂的化学性质相近时,则吸附量就随着某一化学成 分含量增加而增加。如在相同条件下，含油量高的粮食比含油量低的粮 食吸收的水分较少，就是油和水不相溶而引起的。又如谷物对二氧化碳 的吸附，研究证实，吸收的一部分二氧化碳与粮食蛋白质肽链上的J氨 基酸、-氨基酸相结合形成不稳定的化合物或进行离子反应。即：R-NH3 + C02R-NHCOOH H20 +C02H2CO3HC03- + H+ PH<7.0 OH- + C02 «> HC03- PH>7.0 R-NH3+ +HCO3->(R-NH2)+ + (HC03-)因此，二氧化碳的吸附量往往与某种蛋白质的含量呈正相关。总之，粮食对气体的吸附过程是一个非常复杂的物理过程。影响吸附的 主要因素也不是一成不变的，而是随着条件的变化而改变。(四)气体吸附与粮食储藏的关系粮食储藏技术中的二氧化碳置换方法(CEM)就是利用谷物对二氧化碳 的吸附特性使粮食在包装袋内呈现胶着状态袋内负压200OPa以上), 有效地保持粮食品质。由于粮食的吸附特性存在，极容易吸附不良气体和液体，产生异味，如 汽油、煤油、药物等气味物质。轻者影响粮食的使用价值，重者造成污 染。因此，运输粮食的车辆、盛装粮食的器皿及使用的工具都要严加检 查，以免污染。2、吸湿特性粮粒对水汽的吸附与解吸的性能称为吸湿特性，它是粮食吸附特性的一 个具体表现。在储藏期间,粮食水分的变化主要与粮食的吸湿性能有关， 与粮食的储藏稳定性、储藏品质都密切相关,和粮食的发热霉变、结露、 返潮等现象有直接关系。所以粮食的吸湿特性是粮油储藏中最重要变量 因素之一。粮食之所以吸附水蒸气，其原因为：（1）粮粒是多孔毛细管胶体物质， 能够使水蒸气通过扩散进入其内部并凝聚；（2）粮粒具有很大的吸附 表面，使水蒸气分子能在表面发生单分子层或多分子层的吸附；（3 ） 粮粒中存在很多亲水基团，这些基团对水蒸气分子具有较强的吸附能力， 如小麦的淀粉含量约占粮粒的63% ,蛋白质约占16%纤维素约占13% , 这些物质都具有数个亲水基团，构成了粮粒吸湿的活性部位。（-）粮粒吸附水蒸气的各种力研究粮粒中水分存在的方式发现，粮粒中的一部分水是以毛细作用的形 式,保持在粮粒内部的颗粒间隙中，这些水具有自然界中水一样的性质， 通常将这一部分水叫做自由水。另一部分水则以化学形式与粮食中的某 一成分相结合,构成了粮粒物质整体的一部分,这部分水叫做结合水（化 合水）。但是，粮粒是由多种物质构成的，同时还有组织器官存在的，其中水是 以多种形式存在的。在通常情况下，粮食中的化合水受环境影响的 可能性不大。随着环境条件发生变化的主要是"自由水和吸附水。自由水又是吸附水在一定条件下凝聚的结果。因此对于吸附 水的研究就显得十分重要。水蒸气能被粮粒表面吸附，主要是由分子间力-范德华力和氢键作用 的结果。范德华力包括：极性分子相互靠近时，由永久偶极作用产生的 偶极力；极性分子和非极性分子相互靠近时产生的诱导力；非极性分子 相互靠近时，由瞬时偶极产生的色散力。这三种力都具有吸引作用。因 此，当粮粒的有效表面与水蒸气分子相接近时，在这三种力的作用下， 水分子就分别吸附在极性、非极性表面上。水分子是极性分子。因此，粮粒上所发生的作用力主要是：水分子与粮 粒极性部位分子之间发生的偶极力；水分子与粮粒非极性分子或部位之 间发生的诱导力。其中，水分子在偶极力作用下，强烈地吸附在极性物 质表面上。（二）粮食的化学结构与吸附粮粒含有大量的淀粉和蛋白质，都属于亲水胶体。它们含有能与水作用 的极性基团最多。淀粉链上不论直链或枝链,都具有羟基、环氧或氧桥。其中氧原子的孤立电子对未被饱和，因此水分子就通过氢键的作用而和 氧原子结合被吸附下来。蛋白质也是如此，除肽链以外，还有许多氨基 酸侧链。它们都带有各种不同的极性基团，水分子很容易与之发生反应。 如：-OH ,在丝氨酸、苏氨酸和酪氨酸上；-NH-,在色氨酸、组氨酸和 脯氨酸上；-NH2 ,在赖氨酸及多肽链上的未端氨基酸上；-COOH,在 天门冬氨酸、谷氨酸和多肽链的未端氨基酸上；0NH2 ,在谷氨酸上。 这些基团都会和水分子发生作用。(三)粮食水分子的吸附和解吸过程 粮粒吸附水分，首先是水分在粮粒表面形成蒸气吸附层，通过毛细管扩 散到内部，吸附在有效表面上，其中有少部分与固体表面不饱和电子对 发生作用，成为结合水。在吸湿过程中，存在着一个扩散吸附的物 理过程，即水分子先扩散到粮粒表面和内部，然后再在活性表面吸附。 因此，某种粮食吸收水蒸气速度快慢，取决于水蒸气分子向粮粒内部扩 散系数D和水蒸气与活性表面吸附作用常数Ko由于粮食的种皮含有蜡 层和角质层，对水分子的扩散起阻碍作用，因此，吸附水分子的快慢主 要受到扩散系数D的制约。显然，当水汽压在粮粒周围逐渐加大时，扩 散系数D增加，从而吸附速度加大。当水气吸入后，如果水汽压仍大于粮粒内的水汽压，水汽就会不断地进 入粮粒内，开始吸附在毛细管壁，形成单分子层，继续吸附而变成多分 子层，当毛细管壁上的水汽吸附层逐渐加厚至中央汇合时，就出现了毛 细管水分。这时，水分在毛细管中形成一个弯月面。根据开尔文公式： Ln(Prp0 )=(2-M)RTr式中:Pr-弯月面上的水蒸气分压；po 毛细管壁上水汽吸附面的水汽分压；-水分子的气液表面张力；P- 水的密度；R-气体状态常数；T-吸附时的温度；r-液滴的半径， 当液滴面为凸形时为正，凹形时为负。显然，形成弯月时，r<O,Ln(Prp0 )<0fPrpo <L则Pr<p°。这说明 弯月面上的水汽分子氐于毛细管壁上的水汽分压，即存在着一个压力差。 因此，管壁中的水汽分子就向弯曲上运动，从而使弯面上的水汽分压， 即存在着一个压力差。从而使弯面上的水汽过饱和而发生凝结,这种现 象就称为毛细管凝结。这个动态过程的不断进行就使粮食水分不断增加, 直至完成吸湿过程。当外界环境中的水汽分压低于粮粒内部的水汽分压时，粮粒中的水汽分 子就向粮粒外扩散，即粮食中的水分发生解吸作用。解吸时首先是粮食 毛细管中的凝结水扩散到空气中，其次是多分子层的吸附水，最后是单 分子层的吸附水，直到粮食中的水汽分压平衡于环境中的水汽分压为止。(四)粮食吸湿与水分活度水分活度(AW)是根据拉乌尔定律导出来的。设P和P。分别代表溶液 和溶剂的蒸气压，nl和2分别代表溶质和溶剂的摩尔数，则可用于下 式表示：(Po -P)po =nl(nl+2)为简便起见,上式又表示为：PPo = nl(nl+2)即溶液和溶剂蒸气压的比值等于溶剂摩尔数与总摩尔数 的比值。通常这个比值叫做水分活度。水分活度与平衡相对湿度的关系为：AW= PPo =E.R.H100平衡相 对湿度受到大气的影响，而水分活度主要决定于粮食的水分特性。水分活度在粮食储藏及其产品的储藏加工方面具有重要的意义。粮食及 其制品的生化变化和品质劣变，者陌水分活度有关。利用水分活度来评 定粮食储藏的稳定性，比安全水分更能反映粮食安全储藏的真实情 况。在粮食水分含量相同的情况下，由于粮食内部水的存在状态不同， 就像溶剂中所溶的溶质不同。因此，粮食水分所产生的蒸汽压不同，从 而使微生物利用的水分和生化反应所需的水分不同，粮食的稳定性就不 同。对于各种粮食水分活度在某一范围内，其储藏则是安全的。一般 AW=0.65-0.7的情况下,粮食变质非常缓慢。水分活度与含水量相比是更有用的参数，它反映了粮食呼吸代谢过程中 可利用水分的程度。水分活度相同的粮食，其含水量可以不同。因此, 这就使评价水分对粮食储藏稳定性的影响有了统一的标准。粮食微生物的发展，主要取决于粮食的水分活度和温度。即使在适宜的 温度条件下,只要控制水分活度到达一定范围，微生物也不会生长为害。 因此，为了粮食储藏安全，就要控制粮食的水分活度在065左右。(五)粮食的吸湿等温线通常采用吸湿等温线来研究粮食吸湿特性，它表示了当温度恒定时在一 定湿度下粮食吸收水分的量。它量平衡水汽分压、水分活度或相对湿度 的函数。通常粮食样品在同一相对湿度下，其水分含量有两个数值，一 是当粮食吸湿时，一是当粮食解吸水分或干燥时。解吸时的水分含量高 于吸湿时的水分含量。因而等温线又分为吸湿等温线与解吸等温线。粮食的吸湿等温线呈S型。许多学者对此进行了研究,最成功的是布鲁 瑙尔、埃米特和泰勒三人提出的多分子层吸附理论。他们认为：粮食对 水分的吸附和解吸处在动态平衡中，范德华力在吸附中起主要作用；粮 食吸附表面对水分子的吸附能力相等，并能形成多分子层吸附。据此假 设导出了 BET 方程。即：V= CVmP(Po -P)l+(C-l)PPo 式中:V-温度恒定时,水汽压为P时粮食吸收水汽的体积；Vm为单分子 层全部覆盖粮食表面时能吸收水汽的体积；P-水蒸气分压；Po 一水 的饱和蒸汽压；C一吸附常数。在上式中：若PP。，相对湿度很低 时，BET方程为：V=VmCPP0 /(l+CPPo )这时吸湿等温线向相对 湿度轴。当P Po时，即在高湿度条件下上式为： V=CVmP(P-Po )l+(C-l)PPo -8 (无穷大)这时，水分含量趋于无限增加，等温线又弯向水分含量轴，因此，吸湿 等温线呈现S'型。这种类型是农产品包括粮食在内所特有的。粮食的吸湿等温线可分为三个线段，每段所涉及到水汽压和水分含量的 关系不同。在等温线开始的O-A段，水汽压与水分含量间的关系主 要受水分子和吸附表面的结合能所制约。等温线向含水量坐标轴移动的 范围就是水与吸附表面结合能的反应。等温线的A-B段,近似一条直线,这时水分吸附在第一层水分子之上, 形成多分子层吸附，其中一小部分是在非极性部位。在这一过程中主要 的作用力是水分的凝集力。在这一段，水的吸附量主要取决于水汽压的 大小。在等温线的B-C段,即高湿区,主要发生的是毛细管水分的凝结