CN102812826A - 一种户用气调贮粮系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种户用贮粮系统与贮粮方法。针对现有气调贮粮技术中存在工业CO₂源价格较贵、N₂纯化成本较高，无法在农户家庭粮食贮藏中使用的缺陷，本发明提供了一种以气调为特征的粮食脱氧贮藏的系统与方法。贮粮系统包括通过气路连接的储粮仓体与微生物脱氧装置，储粮仓体中存放粮食，微生物脱氧装置利用含有机碳生物质废弃物原料经微生物作用消耗O₂产生CO₂，并将高CO₂与高N₂比例的气体送入储粮仓体中进行气体置换。经循环置换，在储粮仓体中造成高CO₂与高N₂环境贮藏粮食。本系统与方法还可用于其它农产品或中药材贮藏。本发明技术方案结构简洁、原理可靠，设备造价与运行成本都很低廉，特别适用于农村家庭型粮仓使用。

Description

一种户用气调贮粮系统及方法

技术领域

本发明涉及一种户用贮粮系统，特别是涉及一种气调贮粮系统的结构组成与使用方法，属于谷类的微生物保存领域。

背景技术

粮食产后损失是一个世界性问题，根据联合国粮农组织的调查，全世界每年粮食霉变损失3％，虫害损失5％，合计8%。我国国家粮食局调查显示，我国农村有2.4亿多农户存粮，每年储存量约占全国粮食总产量的60%以上。由于农民在粮食产后储藏、运输等方面的不科学，我国粮食产后损失8%至10%。其中，主要是农户储粮损失，全国每年仅农户储存粮食损失即达1500万吨至2000万吨，造成损失180亿到240亿元。调查发现，我国粮食主产区农户大多采用传统方式，储粮装具大多十分简陋，防护措施少，储粮性能差，鼠害、虫害、霉变问题严重，导致了粮食在储存环节损失浪费巨大。

目前，我国粮食储藏技术主要包括自然脱氧和真空充氮、CO₂置换、分子筛或膜分离制氮、使用除氧剂等方式。其中，自然脱氧储存的应用主要是通过粮食、微生物和害虫自身的呼吸作用，将塑料薄膜密闭帐幕或气密库内粮粒孔隙中的O₂消耗殆尽，并相应积累了高浓度的CO₂，改变了气体组成，从而在低氧条件下达到抑菌、杀虫的效果。自然脱氧储存方式操作简单，但是周期长，降氧缓慢，同时降低了粮食的品质。真空充氮、CO₂置换等人工气调技术能将O₂浓度降低到2%以下，使霉菌生长受到抑制，害虫也很快死亡，这种技术可实现工业化生产，在实际应用中能较快达到设计所需的低氧状态，并能较好保持粮食的品质，但工业CO₂源价格较贵、氮气纯化成本较高，无法在农户家庭粮食贮藏中使用。

发明内容

为解决粮食自然脱氧储存的周期过长以及人工气调储存耗能大、成本高的难题，本发明提供了一种适用于农户的粮食贮藏系统。本发明通过选取含有机碳生物质废弃物等为底物，利用微生物的呼吸与发酵作用产生CO₂供粮食贮藏使用。这样既能有效利用生物质废弃物，又能低能耗地完成贮粮脱氧，绿色环保。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种户用气调贮粮系统，包括存放粮食的储粮仓体，其特征在于：户用贮粮系统还包括通过气路管道与储粮仓体连接的微生物脱氧装置；所述微生物脱氧装置是利用含有机碳生物质废弃物原料经微生物作用产生CO₂的装置。

上述户用气调贮粮系统由储粮仓体与微生物脱氧装置两部分构成，储粮仓体与微生物脱氧装置间通过气路管道连接。具体是微生物脱氧装置下部开口连接抽/加气泵经气路管道连接至储粮仓体下部的进气阀；储粮仓体上部的排气阀经气路管道连接至微生物脱氧装置。储粮仓体中存放粮食，微生物脱氧装置利用微生物呼吸与发酵原理消耗系统中O₂并产生CO₂泵入储粮仓体，置换出储粮仓体中空气送入微生物脱氧装置，O₂供微生物继续消耗利用。在优化结构中，储粮仓体内腔下部固定多孔隔板，多孔隔板与储粮仓体底板之间保留间距，微生物脱氧装置中送入的气体从多孔隔板下部的开口进入储粮仓体，在充满多孔隔板与储粮仓体底板之间的空间后向上扩散，能够均匀进入粮食颗粒间的空隙，较完全地实现气体置换。储粮仓体还可以连接干燥器，当气体置换完毕后对储粮仓体进行干燥。

微生物脱氧装置是微生物利用含有机碳的生物质废弃物等通过发酵与呼吸产生CO₂气体的装置，主要包括相互连接的生物脱氧室与O₂检测仪。装置上部开有进料口，用于向生物脱氧室内填装含有机碳的生物质废弃物以及接种发酵菌种。生物质废弃物在生物脱氧室内经微生物作用产生CO₂。O₂检测仪用于检测生物脱氧室的O₂含量。当O₂检测仪检测值保持在2%以下时，表明储粮仓体中O₂含量达到粮食保藏条件，脱氧操作结束。在优选设计下，生物脱氧装置上设有气体收集袋与减压阀。

基于上述粮食贮藏系统，本发明还提供一种利用上述系统完成的粮食贮藏方法，具体技术方案如下：

一种利用上述户用气调贮粮系统实现的粮食贮藏方法，首先将粮食存放于储粮仓体中并密闭储粮仓体；其特征在于：其次在生物脱氧室内填装含有机碳生物质废弃物，接种微生物菌剂，密闭生物脱氧室，将微生物脱氧装置连接至储粮仓体，打开抽/加气泵与进气阀使生物脱氧室中气体经气路管道进入储粮仓体，同时打开排气阀保持储粮仓体与生物脱氧室间的循环气路畅通；当生物脱氧室内O₂含量保持在2%以下时，关闭储粮仓体与生物脱氧室间气路，打开干燥器，对储粮仓体干燥除湿。

上述方法中，微生物菌剂可以选择根霉（Rhizopus sp.）与酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）的混合菌。含有机碳生物质废弃物中接种微生物菌剂后密闭生物脱氧室，微生物以生物质废弃物中的纤维素、淀粉等作为底物，通过呼吸过程消耗O₂，随后通过液化、糖化、发酵转化为醇、有机酸类并产生CO₂。这样，生物脱氧室中的气体以CO₂与N₂为主。连接储粮仓体与微生物脱氧装置之间的气路管道，打开抽/加气泵与储粮仓体上的进气阀，使生物脱氧室内气体经气路管道进入储粮仓体进行气体置换。

同时打开储粮仓体排气阀，保持储粮仓体与生物脱氧室间的循环气路畅通。生物脱氧室内气体从下部进入储粮仓体，将空间内O₂含量相对较高的空气向上挤压通过排气阀进入生物脱氧室，微生物利用O₂呼吸产生的CO₂以及空气中剩余的N₂又进入储粮仓体，如此循环往复，最终将储粮仓体中的空气置换为以CO₂与N₂为主要成分的气体，造成了储粮仓体内高CO₂与N₂的粮食贮藏环境。当微生物脱氧装置中的O₂含量保持在2%以下时，关闭储粮仓体与微生物脱氧装置间的气路，继续保持储粮仓体的密封，打开干燥器，对储粮仓体进行干燥除湿。干燥除湿程度根据储藏粮食品种有所不同，分别干燥至相应的安全水分标准。当气调贮粮系统设计有气体收集袋时，在上述操作方法中，系统运行时可以通过气体收集袋膨胀程度监测系统内部压力，当系统内压力过大时，打开减压阀排出气体。

上述操作方法中，含有机碳生物质废弃物等可以先进行预处理，具体是将含有机碳固体废弃物等截成2～3cm长，煮沸10min，沥水冷却至室温，干燥至含水量55~65%待用。

本发明提供的户用气调贮粮系统还可采用分体式设计，即储粮仓体与微生物脱氧装置间的气路连接可拆卸。当微生物脱氧装置为一个储粮仓体脱氧后，关闭储粮仓体的所有出入气口，并将微生物脱氧装置移至下一处储粮仓体，连接气路后进行脱氧操作。

本发明提供的系统与方法还可用于其它农产品或中药材的贮藏。

本发明提供了一种以气调为特征的粮食脱氧贮藏的系统与方法。本发明系统将微生物脱氧装置与储粮仓体结合，利用微生物产生CO₂通过气体置换实现粮食的CO₂与N₂气调贮藏。与现有技术相比，本发明为普通农户家庭粮食储藏提供了一种简便易行的气调贮藏技术的装置和方法，解决了粮食储藏技术中的CO₂源成本高，氮气气调装置需要专门纯化设备，造价不菲的技术缺陷，使农户户用粮仓也能够通过运用气调技术实现粮食的低氧贮藏；本系统利用微生物呼吸与发酵作用提供CO₂，发酵所需的含有机碳生物质废弃物等在农村常年可得，无需专门购买，系统运行经济节约；利用含有机碳生物质废弃物等发酵为粮食储藏提供CO₂，还能够同时解决农村秸杆处置的常见的问题，避免秸杆焚烧造成的环境污染，系统运行经济节约绿色环保；分体式设计的户用贮粮系统可利用一个微生物脱氧装置为多个储粮仓体脱氧，如果几个家庭共同使用本发明系统，可以节约可观的投资成本。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是一种户用气调贮粮系统的结构示意图。

附图中的数字标记分别是：

1储粮仓体    11进粮口    12出粮阀    13进气阀    14排气阀

15多孔隔板    16干燥器    2微生物脱氧装置    21生物脱氧室

22O₂检测仪    23抽/加气泵    24气体收集袋    25减压阀。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明技术方案作进一步详细的说明。

实施例一

如图1所示，制备一种户用气调贮粮系统。

图1是户用气调贮粮系统的结构示意图。户用气调贮粮系统，包括存放粮食的储粮仓体1，还包括可通过气路管道与储粮仓体1连接的微生物脱氧装置2；微生物脱氧装置2是利用含有机碳生物质废弃物原料经微生物作用产生CO₂的装置。

微生物脱氧装置2包括相互连接的生物脱氧室21与O₂检测仪22，生物脱氧室21下部开口连接抽/加气泵23再经气路管道连接至储粮仓体1下部的进气阀13。

微生物脱氧装置2上部开口连接气体收集袋24，微生物脱氧装置2与气体收集袋24间有必要的阀门。气体收集袋24采用塑料、橡胶等不透气材料制成。微生物脱氧装置2上部有减压阀25。

储粮仓体1上部开有排气阀14，排气阀14经气路管道连接至生物脱氧室21。储粮仓体1内腔下部固定多孔隔板15，多孔隔板15与储粮仓体1底板之间保留间距；进气阀13开口于多孔隔板15与储粮仓体1底板之间的空间。储粮仓体1还连接干燥器16。

本实施例中，户用气调贮粮系统可采用分体式结构，即储粮仓体1与微生物脱氧装置2间的气路管道可拆卸。

实施例二

采用实施例一中的户用气调贮粮系统进行粮食贮藏的方法。

含有机碳生物质废弃物：玉米秸秆；

微生物菌剂：根霉与酿酒酵母菌液混合物，菌液浓度1×10⁷cfu/ml～1×10⁹cfu/ml，混合比例（V/V）1:1~2:1。

首先将粮食存放于储粮仓体1中并密闭储粮仓体1；将玉米秸秆截成2～3cm长，煮沸10min，沥水冷却至室温，干燥至含水量55%~65%待用；将冷却后的玉米秸秆装入生物脱氧室21，玉米秸秆的体积可占总容积的2/3以上；向生物脱氧室21中接种微生物菌剂，接种量为玉米秸秆重量的1%～10%；密闭微生物脱氧装置2，玉米秸秆经有氧呼吸与发酵后产生CO₂，并将微生物脱氧装置2与储粮仓体1连接。

打开微生物生物脱氧装置2与储粮仓体1间的气路，用抽/加气泵23将微生物生物脱氧装置2中的气体泵入储粮仓体1。从下部进入储粮仓体的气体通过多孔隔板15向上扩散入粮堆，并将储粮仓体1中原有的空气从储粮仓体1上部挤入微生物脱氧装置2实现气体置换。进入微生物脱氧装置2的O₂被消耗，新产生的CO₂与空气中剩余的N₂继续进入储粮仓体1。经过反复循环，储粮仓体1中空气最终被置换为以CO₂、N₂为主的气体。当O₂检测仪22显示微生物脱氧装置2内O₂含量保持在2%以下时，关闭储粮仓体1与生物脱氧室21间气路，打开干燥器16，对储粮仓体1干燥除湿。

系统运行时应注意气体收集袋24变化，当气体收集袋24膨胀过大时，表明系统中压力过大，需打开减压阀25排气。

对一个粮仓脱氧完毕，可将微生物脱氧装置2储粮仓体1上移除，连接到下一个储粮仓体1，继续进行脱氧储粮。除采用玉米秸秆作为含有机碳底物外，本发明提供的家用粮食贮藏方法还可采用其它作物秸秆，玉米芯，麦麸，米糠等作为含有机碳底物。

本发明的户用气调贮粮系统的装置结构及使用方法已经通过具体的实例进行了描述，本领域技术人员可借鉴本发明内容，适当改变原料、工艺条件等环节来实现相应的其它目的，其相关改变都没有脱离本发明的内容，所有类似的替换和改动对于本领域技术人员来说是显而易见的，都被视为包括在本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种户用气调贮粮系统，包括存放粮食的储粮仓体（1），其特征在于：还包括通过气路管道与储粮仓体（1）连接的微生物脱氧装置（2）；所述微生物脱氧装置（2）是利用含有机碳生物质废弃物原料产生CO₂的装置；所述储粮仓体（1）与微生物脱氧装置（2）的之间是不可拆卸的固定连接，或者是可拆卸的固定连接。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：所述微生物脱氧装置（2）包括相互连接的生物脱氧室（21）与O₂检测仪（22）。

3.根据权利要求1或2所述的系统，其特征在于：所述生物脱氧室（21）下部开口连接抽/加气泵（23）再经气路管道连接至储粮仓体（1）下部的进气阀（13）；所述储粮仓体（1）上部开有排气阀（14），排气阀（14）经气路管道连接至生物脱氧室（21）。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于：所述储粮仓体（1）内腔下部固定多孔隔板（15），多孔隔板（15）与储粮仓体（1）底板之间保留间距，所述进气阀（13）开口于多孔隔板（15）与储粮仓体（1）底板之间的空间。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：所述微生物脱氧装置（2）上部开口连接气体收集袋（24），微生物脱氧装置（2）与气体收集袋（24）间有必要的阀门；微生物脱氧装置（2）上部有减压阀（25）。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于：所述储粮仓体（1）还连接干燥器（16）。

7.一种利用权利要求6所述的户用气调贮粮系统实现的粮食贮藏方法，首先将粮食存放于储粮仓体（1）中并密闭储粮仓体（1）；其特征在于：其次向生物脱氧室（21）内填装含有机碳生物质废弃物，接种微生物菌剂，密闭生物脱氧室（21），连接储粮仓体（1）与微生物脱氧装置（2），打开抽/加气泵（22）与进气阀（13）使生物脱氧室（21）中气体经气路管道进入储粮仓体（1），同时打开排气阀（14）保持储粮仓体（1）与生物脱氧室（21）间的循环气路畅通；当检测氧气含量保持在2%以下时，关闭储粮仓体（1）与生物脱氧室（21）间气路，打开干燥器（16），对储粮仓体（1）干燥除湿。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：微生物菌剂接种量为含有机碳生物质废弃物原料重量的1%～10%，所述微生物菌剂是根霉与酿酒酵母菌液的混合物，菌液浓度1×10⁷cfu/ml～1×10⁹cfu/ml，混合体积比例1:1～2:1。

9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于：所述含有机碳生物质废弃物经预处理，具体是将生物质废弃物原料截成2～3cm长，煮沸10min，沥水冷却至室温，干燥至含水量55～65%待用。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于：应用于农产品或中药材的贮藏。

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