陶瓷微粒水性反射隔熱涂料在油罐中的應(yīng)用試驗

◎ 張藝林，王曉彎，郝芳囡，馬國平，吳宗霖，王 彬

（1.中央儲備糧新鄭直屬庫有限公司，河南 新鄭 451100；2.河南工業(yè)大學(xué) 糧食和物資儲備學(xué)院，河南 鄭州 450001）

菜籽油是由我國第一大油料作物油菜的種子壓榨而成，具有營養(yǎng)價值高、易吸收等優(yōu)點，因此受到廣大消費者的喜愛。菜籽油作為我國主要食用油之一，每年消費量約占我國食用植物油總量的35%，成為市場上的重要油品[1]。植物油在儲藏過程中，外界因素如氧氣、溫度、日照強度等的作用會使其發(fā)生自動氧化反應(yīng)，從而降低其感官品質(zhì)，破壞營養(yǎng)價值[2]。因此，隨著我國菜籽油儲存規(guī)模的擴大，實現(xiàn)低溫儲油、延緩油脂氧化變質(zhì)成為儲糧工作中的重要課題。

溫度是影響糧食安全儲藏的重要因素，低溫儲糧已成為一項公認的綠色儲糧技術(shù)，具有安全、可靠、合理和符合綠色儲糧發(fā)展方向等優(yōu)勢，也是確保糧食安全儲藏和品質(zhì)保鮮的重要方式[3]。對于油脂來說，其也是防止和減緩油脂氧化酸敗的重要手段之一[4]。目前，常通過建設(shè)罩棚、聚氨酯保溫、罐頂噴水、使用罐壁隔熱材料等方法對油罐進行“降溫”[5]。近年來，反射隔熱涂料逐漸被應(yīng)用于糧食儲藏設(shè)備改造中。其中，熱反射材料除能起到隔熱保溫作用外，還具有防腐性能較強、使用壽命較長、安全、環(huán)保等優(yōu)點[6]。

使用陶瓷微粒水性反射隔熱涂料是一種成本低、效果優(yōu)的控溫儲糧措施，該涂料的反射原理類似于普通太陽熱反射涂料，能將主要熱量來源的近紅外波段光（0.72～2.50 μm）反射出去，其吸收的熱能則主要以紅外輻射（8.0～13.5 μm）的方式通過大氣紅外窗口發(fā)射到外部空間。因此，該涂料應(yīng)當(dāng)具有0.72～2.50 μm波段內(nèi)強反射，8.0～13.5 μm 波段內(nèi)強輻射，且其中含有的改性阻熱材料能有效減少熱傳遞，從而有效減小被涂物體表面及內(nèi)部溫度的升高幅度[7]。本研究旨在通過對罐頂表面涂有陶瓷微粒水性反射隔熱涂料的油罐與未涂反射隔熱涂料的油罐進行對比，探究該涂料的隔熱效果，以及對儲藏菜籽油品質(zhì)的影響。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

選取中央儲備糧新鄭直屬庫26 號罐為試驗油罐，罐頂表面噴涂陶瓷微粒水性反射隔熱涂料；27 號罐為對照油罐，罐頂表面未噴涂陶瓷微粒水性反射隔熱涂料；兩罐均為鋼板結(jié)構(gòu)，高17.85 m，直徑10.0 m，鋼板厚度為1 cm，設(shè)計容量為1 000 t，儲存油量為750 t。

陶瓷微粒水性反射隔熱涂料；硫代硫酸鈉；三氯甲烷-冰乙酸混合液；碘化鉀飽和溶液；1%淀粉指示劑；氫氧化鉀；乙醚-異丙醇混合液；酚酞指示劑。

1.2 儀器與設(shè)備

WSC-01C 數(shù)字測溫儀，上海浦東三聊儀表廠；FED115 恒溫烘箱，賓得；AL204 電子天平，梅特勒；DMA4501 檢驗用電爐，IKA；UPR-II-10T 優(yōu)普系列超純水機，四川優(yōu)普超純科技有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 罐內(nèi)油溫及罐頂表面溫度的檢測

2023 年4 月12 日至6 月15 日每 天14:00 對大氣溫度、油溫、罐內(nèi)空間溫度、罐頂溫度進行測量。采用普通溫度計測量大氣溫度；采用數(shù)字測溫儀分別從菜籽油上液面下1 m、油高中部、下液面上1 m 處測量溫度，取3 個測量點油溫的算術(shù)平均值作為平均油溫。如果其中有1 個測量點油溫與平均油溫相差大于1 ℃，則必須在上部和中部、中部和下部測量點之間各加測1 個測量點，最后取這5 個測量點的算術(shù)平均值作為最終油溫；采用表面熱電偶溫度計對罐頂溫度進行測量，分為東、南、西、北4 個方位，每個方位等距離取2 個點進行測量，具體位置見圖1。

圖1 罐頂表面溫度測溫點示意圖

1.3.2 油脂扦樣方法

使用油脂扦樣器按《中央儲備糧質(zhì)量抽查扦樣檢驗管理辦法》及《糧食、油料檢驗扦樣、分樣法》（GB/T 5491ü 1985）規(guī)定的扦樣要求，從油罐的上、中、下層位置扦取油脂樣品后按照1 ∶3 ∶1 比例混合。

1.3.3 油脂品質(zhì)指標(biāo)檢測方法

每隔10 d 從26 號罐及27 號罐油罐扦取國產(chǎn)菜籽油油樣，對其水分及揮發(fā)物、酸價和過氧化值進行測定。油脂的水分及揮發(fā)物、酸價、過氧化值的測定分別參照《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 動植物油脂水分及揮發(fā)物的測定》（GB 5009.236ü 2016）、《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中酸價的測定》（GB 5009.229ü 2016）、《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中過氧化值的測定》（GB 5009.227ü 2016）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

利用Excel 2016 進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，SPSS 25.0 處理數(shù)據(jù)；利用單因素方差分析法分析差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同溫度下陰、晴天對罐頂表面溫度的影響

由于陰、晴天日照強度不同，為探究不同溫度下日照強度對反射隔熱涂料的影響，對2023 年4 月12 日至6 月15 日陰、晴天罐頂表面溫度數(shù)據(jù)進行分類整理取平均值，結(jié)果如圖2 所示。隨著溫度的升高，26 和27 號罐的罐頂溫度也呈上升趨勢，且在相同溫度范圍內(nèi)，26 號和27 號罐陰天的罐頂表面溫度均低于晴天。查閱文獻[8]發(fā)現(xiàn)，由于油罐本身是鋼板結(jié)構(gòu)，高強度日照會對罐頂溫度造成較大影響。在相同的溫度范圍內(nèi)的晴天條件下，涂有反射隔熱涂料的26 號罐的罐頂溫度顯著低于27 號罐（P＜0.05），而陰天條件下26 號和27 號罐的罐頂溫度沒有顯著性差異。結(jié)果表明，晴天條件下油罐的隔熱效果顯著優(yōu)于陰天（P＜0.05），日照強度越強，反射隔熱涂料的效果越好。

圖2 不同溫度下油罐陰、晴天罐頂表面溫度圖

2.2 反射隔熱涂料對罐頂表面溫度的影響

由圖2 可知，日照強度對反射隔熱涂料的效果具有一定影響，且在日照強度高時反射隔熱涂料能起到更好的隔熱作用。因此，本試驗選取晴天的測量數(shù)據(jù)并作圖，如圖3 所示。試驗期間，26 號罐的罐頂表面溫度均顯著低于27 號罐（P＜0.05）。在日照強度較高的條件下，兩罐的罐頂表面溫度之差也較高，最大溫差可達到6.9 ℃。由此可知，反射隔熱涂料能夠有效減少罐頂受日光照射升溫的幅度，從而達到隔熱的效果。

圖3 26 號和27 號罐的罐頂表面溫度變化曲線圖

2.3 反射隔熱涂料對菜籽油罐內(nèi)空間溫度和油溫的影響

為探究反射隔熱涂料對油溫的影響，記錄2023 年4 月12 日至6 月15 日間，晴天條件下26 號和27 號罐罐內(nèi)空間溫度和上、中、下3 層油溫數(shù)據(jù)，并進行分類整理。由表1 可知，越接近油罐底部，油溫越低，這可能是由于熱傳導(dǎo)的作用，油罐上層油溫往往最高[9]。與未涂熱反射涂料的27 號油罐相比，26 號油罐罐內(nèi)溫度較低，罐內(nèi)空間溫度降低0.89 ℃，上層油溫降低0.43 ℃，中層油溫降低0.18 ℃，下層油溫降低0.15 ℃，說明反射隔熱涂料對油溫具有一定影響，并且對上層影響最大。

表1 罐內(nèi)空間平均溫度及上、中、下3 層平均油溫比較表

2.4 反隔熱射涂料對菜籽油罐內(nèi)平均油溫的影響

表2 為26 號罐和27 號罐2023 年4 月12 日至6 月7 日間晴天條件下的罐內(nèi)平均油溫。由表2 可知罐內(nèi)菜籽油的溫度受氣溫的影響較大。反射隔熱涂料有效地抑制了存油受日光照射發(fā)熱而產(chǎn)生的升溫，26 號和27 號罐存油的最高平均油溫存在一定差異，27 號罐的最高油溫普遍高于26 號罐0.1～2.0 ℃。且在氣溫較高時，如2023 年5 月15 日兩罐的最大溫差甚至達到了2 ℃，而氣溫較低時，兩罐的平均油溫則相差不大。由此說明，罐內(nèi)油溫受氣溫影響較大，反射隔熱涂料能有效減少氣溫對油溫的影響，具有一定的隔熱效果。

表2 中央儲備菜籽油26 號和27 號罐平均油溫比較表 單位：℃

2.5 反射隔熱涂料對菜籽油品質(zhì)的影響

為探究反射隔熱涂料對菜籽油品質(zhì)的影響，對兩個油罐的菜籽油樣品每隔10 d 取樣，進行水分及揮發(fā)物含量、酸價和過氧化值的檢測。如表3 所示，兩罐菜籽油水分及揮發(fā)物和酸價均無明顯變化。水分及揮發(fā)物含量均為0.05%，這可能是由于水分及揮發(fā)物會隨著儲藏時間的延長慢慢降低直到平衡，其與外界環(huán)境達到相對穩(wěn)定狀態(tài)時的含量為0.05%～0.06%[9]。26 號罐和27 號罐的過氧化值則由3.4 mmol·kg-1分別增長到3.5 mmol·kg-1和3.7 mmol·kg-1，說明反射隔熱涂料在減少罐頂表面溫度及罐內(nèi)油溫升高的同時，也有效抑制了菜籽油的氧化變質(zhì)。

表3 中央儲備菜籽油26 號和27 號罐的水分及揮發(fā)物、酸價和過氧化值比較表

3 結(jié)論

在相同的溫度范圍內(nèi)，日照強度會影響反射隔熱涂料的隔熱效果，且日照強度越強，隔熱效果越好。同樣，通過26 號罐和27 號罐的對比試驗，發(fā)現(xiàn)反射隔熱涂料能有效降低油罐罐頂表面溫度和油溫，且對上層油溫的影響最大，極大地減少了存油受外界環(huán)境的影響，因此在食油保管中具有一定的應(yīng)用價值。通過檢測與對比兩罐菜籽油的品質(zhì)，發(fā)現(xiàn)反射隔熱涂料能夠減緩菜籽油過氧化值的升高，從而抑制其氧化變質(zhì)。綜上，陶瓷微粒水性反射隔熱涂料可作為一種較好的控溫儲油、儲糧措施使用，在糧油倉儲領(lǐng)域有較好的應(yīng)用前景。