Интенсивность физиологических процессов, происходящих в зерновой массе при хранении, зависит от таких важнейших факторов, как Влажность Зерновой массы и содержание влаги в окружающей среде (воздухе, элементах конструкций хранилища, таре), Температура Зерновой массы и окружающих ее объектов, Доступ воздуха к зерновой массе. Эти внешние условия закономерно воздействуют на жизнедеятельность всех живых компонентов зерновой массы: зерна, микроорганизмов, семян сорных растений, насекомых и клещей.
На регулировании параметров указанных факторов основаны три режима хранения зерновых масс:
1) в Сухом состоянии, то есть с влажностью зерна ниже критической;
2) в Охлажденном состоянии, когда температура зерновой массы понижена до пределов, оказывающих значительное тормозящее влияние на все жизненные функции ее компонентов;
3) без Доступа воздуха (в герметических условиях).
Выбор режима хранения определяется многими условиями, в числе которых обязательно должны быть учтены: климатические особенности местности, в которой должно храниться зерно; типы и вместимость зернохранилищ; технические возможности предприятия для приведения партий зерна в стойкое состояние; целевое назначение хранящегося зерна; качество партий зерна; экономическая целесообразность применения того или иного режима. Лучшие результаты достигаются при комплексном использовании режимов, например, при хранении сухого зерна в условиях низких температур или при хранении сухого зерна без доступа воздуха.
Режим хранения зерновых масс в сухом состоянии.
Режим хранения зерновых масс в сухом состоянии основан на пониженной физиологической активности многих компонентов зерновой массы при отсутствии в ней свободной воды, то есть при влажности зерна ниже критического уровня. В зернах и семенах с влажностью в пределах до критической физиологические и биохимические процессы проявляются лишь в форме замедленного дыхания и практически не имеют значения. Объясняется это отсутствием свободной воды, которая могла бы принимать непосредственное участие в процессе обмена веществ в клетках семян. Отсутствие свободной воды в зерне не дает возможности развиваться в зерновой массе и микроорганизмам. Следовательно, этот режим хранения зерна и семян основан на принципе Ксероанабиоза. В сухой зерновой массе из-за недостатка влаги также прекращается развитие клещей и в значительной степени сокращается жизнедеятельность некоторых насекомых – вредителей зерновых запасов.
Таким образом, зерновая масса всех злаковых и бобовых культур влажностью 12-14 %, не имеющая признаков заражения вредителями-насекомыми, при правильной организации хранения будет находиться в анабиотическом состоянии.
Несколько другие границы влажности характерны для семян масличных культур. Для семян подсолнечника современных высокомасличных сортов (40-50 % жира) критическая влажность составляет 8-6 %, ниже которой можно обеспечить их длительное хранение независимо от температуры. В целом оптимальная влажность для длительного хранения партий зерна и семян должна быть на 1-2 % ниже критической влажности.
Хранение в сухом состоянии – необходимое условие для поддержания высокой жизнеспособности семян в партиях посевного материала всех культур и хорошего качества зерна продовольственного назначения на протяжении всего срока его хранения.
Сухое зерно успешно перевозят всеми видами транспорта на дальние расстояния. Перевозки сырого зерна вообще допустимы лишь на небольшие расстояния.
Сухое зерно можно хранить при большой высоте насыпи, что обеспечивает высокую эффективность использования хранилища. При этом создаются благоприятные условия для сохранения качества зерна, поскольку его температура и влажность подвержены меньшим колебаниям, чем в зерновой насыпи небольшой высоты.
Режим хранения в сухом состоянии является наиболее приемлемым для долгосрочного хранения зерновых масс. Систематическое наблюдение за состоянием партий сухого зерна, их своевременное охлаждение и достаточная изоляция от окружающих внешних воздействий (резких колебаний температуры наружного воздуха и его повышенной влажности) позволяют хранить такое зерно с минимальными потерями в течение нескольких лет. Опыт показал, что зерновые массы, хорошо подготовленные к хранению (очищенные от примесей, обеззараженные и охлажденные), можно хранить без перемещения в обычных зерновых складах 4-5 лет, а в силосах элеваторов – 2-3 года.
Режим хранения в сухом состоянии не только является лучшим с технологической точки зрения. В южной зоне он также экономически наиболее выгоден, так как в летний период при уборке ранних зерновых культур, как правило, не требуются затраты на проведение сушки зерна.
Однако полную длительную сохранность даже сухого зерна не всегда можно гарантировать. Причиной его порчи может быть сильное развитие насекомых, вредителей хлебных запасов, способных существовать и размножаться в зерне влажностью ниже критической. Поэтому лучшие условия для хранения зерна и семян обеспечиваются тогда, когда оно не только сухое, но и охлаждено до низких температур, исключающих активное развитие вредителей.
Портится сухая зерновая масса и при образовании капельно-жидкой влаги и повышения влажности в каком-то участке насыпи вследствие перепадов температур и явления термовлагопроводности.
Надежную сохранность сухого зерна обеспечивает только постоянный контроль за его состоянием во время хранения. Поэтому зерно размещают в хранилищах так, чтобы к каждой партии был свободный доступ для проведения контроля. Для ликвидации возможных неблагоприятных процессов в зерновой массе хранилище оборудуют установками для активного вентилирования, средствами механизации для быстрой загрузки и разгрузки зерна.
Режим хранения зерновых масс в охлажденном состоянии.
Режим хранения в охлажденном состоянии основан на чувствительности всех живых компонентов зерновой массы к пониженным температурам. Жизнедеятельность семян основной культуры, семян сорных растений, микроорганизмов, насекомых и клещей при пониженных температурах резко снижается или приостанавливается совсем. Своевременным и умелым охлаждением зерновой массы различного состояния достигают ее полного консервирования на весь период хранения. Основан этот режим на принципе Термоанабиоза.
Хранению зерновых масс в охлажденном состоянии способствует их плохая Теплопроводность. В результате этого свойства представляется возможным в условиях центральной и северной зон Украины сохранить в массе зерна пониженные температуры в течение большей части года. Этот режим следует применять и в южных регионах, где только возможно достаточное естественное охлаждение зерновых масс в ночное время суток летом, а также в осенний и зимний периоды.
Хранение в охлажденном состоянии является одним из эффективных средств, обеспечивающих сокращение потерь зерна. Даже при хранении сухого зерна его охлаждение дает заметный дополнительный эффект и увеличивает степень консервирования сухой зерновой массы.
Особое значение приобретает временное хранение в охлажденном состоянии партий сырого и влажного зерна, которые не представляется возможным высушить в короткое время. Для таких партий охлаждение является основным и почти единственным методом сохранения их от порчи.
В практике послеуборочной обработки зерновых масс по мере возможности стремятся охладить все партии зерна, даже сухого. С наступлением холодной погоды хранящееся зерно должно быть охлаждено независимо от предполагаемых сроков его хранения. Необходимо охлаждать и партии зерна, предназначаемые для перевозок. Это в значительной степени обеспечивает сохранение их качества на время пребывания в пути.
Исключительно важно своевременное охлаждение семенных, продовольственных и кормовых фондов зерна в сельскохозяйственных предприятиях. Дело в том, что в период уборки урожая зерно с поля от комбайнов поступает на ток, имея температуру около 30 °С, то есть наиболее оптимальную для энергичной деятельности всех живых компонентов зерновой массы. В случае появления влаги они начинают энергично функционировать и могут в короткий срок привести зерно в испорченное состояние. Значительные потери в массе и качестве зерна в отдельных хозяйствах очень часто являются следствием невнимания к охлаждению.
Охлажденными считаются только партии зерна, имеющие в насыпи температуру не более 10 °С. При этом зерновые массы с температурой во всех слоях насыпи от 0 до 10 °С считают охлажденными в Первой степени, а с температурой ниже 0 °С – во Второй степени.
Избыточное охлаждение зерновых масс часто приводит к отрицательным результатам. Как правило, при значительном охлаждении (до –20 °С и более) создаются условия для очень большого перепада температур в весенний период, что обычно и приводит к повышению влажности зерна, к развитию процесса самосогревания в верхнем слое насыпи. Избыточное охлаждение может быть вредным и для партий посевного материала, так как при наличии свободной воды в семенах возможна потеря ими всхожести уже при температурах минус 20 °С и ниже.
Охлаждение зерновых масс до 0 °С или небольших минусовых температур обеспечивает их сохранность и облегчает спокойный переход к условиям весенне-летнего хранения.
Способы охлаждения зерновых масс. Способы охлаждения атмосферным воздухом можно разделить на две группы: Пассивные и активные.
При пассивном охлаждении зерновую массу не перемещают и не нагнетают в нее воздух. При этом способе температуру зерновых масс снижают, проветривая зернохранилища, открывая двери и окна, устраивая приточно-вытяжную вентиляцию. Такое пассивное охлаждение применяют для всех хранящихся партий зерна во всех случаях, когда температура воздуха ниже температуры зерновой массы. В летне-осенний период его проводят в ночные часы, а с наступлением устойчивой холодной и сухой погоды – круглосуточно.
Пассивное охлаждение не всегда дает достаточный эффект, так как воздух, циркулируя у поверхности зерновой насыпи, медленно, постепенно, послойно охлаждает ее. В связи с плохой тепло — и температуропроводностью зерновой массы ее внутренние участки поддаются охлаждению медленно. Эффект охлаждения будет зависеть от разницы температур воздуха и зерновой массы, а также и от продолжительности периода охлаждения.
Наилучшие результаты при пассивном охлаждении наблюдаются в партиях зерна сухого и средней сухости. В зерновой массе с высокой влажностью и значительной положительной температурой
(20 °С и более) при высоте насыпи более 1 м охлаждение всех ее слоев не происходит и угроза самосогревания не исчезает.
Несмотря на недостатки метода пассивного охлаждения, он всегда приносит значительную пользу, не требуя при этом расхода механической энергии и больших затрат труда. Кроме того, охлаждение пола, стен хранилища является мероприятием, ограничивающим развитие вредителей-насекомых.
При Активном Охлаждении зерно пропускают через зерноочистительные машины, конвейеры и нории. Зерновые массы охлаждают также с помощью стационарных или передвижных установок для активного вентилирования.
В связи с невысокой технологической эффективностью и большой трудоемкостью перелопачивание нельзя рекомендовать как средство охлаждения зерновой массы. Его применяют лишь при воздушно-солнечной сушке зерна.
Перемещение зерновых масс при помощи последовательно установленных конвейеров или через зерноочистительные машины, снабженные аспирационными установками, дает хороший технологический эффект. При этом, чем длиннее путь движения зерна, тем больше оно соприкасается с окружающим воздухом и быстрее охлаждается. Наибольший эффект достигается при пропуске зерна через зерноочистительные машины, снабженные вентиляторами (сепараторы, аспирационные колонки).
Наиболее прогрессивным методом охлаждения является активное вентилирование. При активном охлаждении результаты его выявляют определением температуры и влажности зерновой массы до и после проведения работ. Одновременно проверяют партию зерна на зараженность вредителями хлебных запасов.
Обязательным условием охлаждения зерновой массы является проведение его без увеличения влажности последней. Зерно не должно быть подмочено атмосферными осадками, не должна быть также увеличена его влажность в результате сорбции паров воды из воздуха. Поэтому активное охлаждение любой партии зерна необходимо проводить с учетом ее фактической и равновесной влажности, температуры и влажности воздуха.
Исключение составляют зерновые массы в состоянии самосогревания. Охлаждение их возможно и даже необходимо при любой влажности воздуха, так как даже холодный, насыщенный водяными парами воздух при соприкосновении с нагревшейся зерновой массой заметно повышает свою температуру и увеличивает влагоемкость, тем самым способствуя охлаждению зерна и снижению его влажности.
В процессе охлаждения отдельных партий зерна наблюдается снижение их влажности. В партиях сырого зерна при контакте их с холодным сухим воздухом и особенно с температурой ниже 0 °С потеря зерном влаги может достигать нескольких процентов.
С наступлением весеннего потепления во всех зернохранилищах принимаются меры, обеспечивающие сохранение в зерновой массе зимних низких температур на возможно длительный период. В складах, где зерновая масса более доступна воздействию воздуха, с первым потеплением закрывают окна, двери, вентиляционные приспособления. Переходить на летние режимы хранения нужно постепенно, так как в противном случае возможны конденсация водяных паров в верхних слоях насыпи, увлажнение зерна, что может привести к его самосогреванию.
Наступление тепла особенно опасно для охлажденных партий влажного или сырого зерна. Если такие зерновые массы невозможно просушить, то сохранить их можно, только поддерживая низкие температуры.
В связи с важностью проведения работ по своевременному охлаждению всех партий зерна на каждом предприятии обязательно составляют план мероприятий по переводу зерна на зимнее хранение. В этом плане определяют очередность обработки партий в зависимости от их состояния, намечаемых сроков хранения и целевого назначения. План составляют с учетом максимального использования всех технических средств, которыми располагает хозяйство.
Режим хранения зерновых масс без доступа воздуха.
Потребность подавляющей части живых компонентов зерновой массы в кислороде позволяет консервировать ее путем изоляции от атмосферного воздуха или в специальной среде, не содержащей кислорода. Основан режим хранения зерновых масс без доступа воздуха (в герметических условиях) на принципе Аноксианабиоза.
Отсутствие кислорода в межзерновых пространствах и над зерновой массой значительно сокращает интенсивность ее дыхания. Зерна основной культуры и семена сорных растений переходят на анаэробное дыхание и постепенно, по мере снижения содержания кислорода в воздухе межзерновых пространств, понижают свою жизнеспособность. Почти полностью прекращается жизнедеятельность микроорганизмов, так как подавляющая масса их состоит из аэробов. Исключается возможность развития клещей и насекомых, также нуждающихся в кислороде.
При содержании зерновой массы влажностью в пределах до критической в условиях бескислородной среды хорошо сохраняются ее мукомольные и хлебопекарные качества, пищевая и кормовая ценность. При влажности от критической и выше хранение зерновых масс без доступа воздуха также дает положительные результаты. Однако в этом случае наблюдается некоторое понижение качества зерна (потеря блеска, потемнение, образование спиртового и кислотного запахов, рост кислотного числа жира) при сохранении хлебопекарных и кормовых свойств.
Большие отрицательные воздействия на состояние зерновой массы при недостатке или отсутствии кислорода в воздухе межзерновых пространств проявляются в условиях очень высокой ее влажности. Так, при влажности более 20 % активно развиваются дрожжи, при 35 % наблюдается молочнокислое и спиртовое брожение, которое приводит к снижению потребительской стоимости зерна или даже к его порче.
Совершенно исключается возможность хранения без доступа воздуха всех партий зерна, которые предназначены для сева, так как при этом режиме (в зависимости от влажности и срока хранения) неизбежна частичная или полная потеря всхожести. Однако следует иметь в виду, что при очень низкой влажности семян, которая практически не встречается, их можно хранить в герметических условиях.
Создание бескислородных условий при хранении зерновых масс достигается обычно одним из трех путей:
1) естественным накоплением диоксида углерода при снижении содержания кислорода в зерновой массе в результате дыхания всех живых компонентов, отчего и происходит ее самоконсервирование;
2) созданием в зерновой массе вакуума;
3) введением в зерновую массу газов, вытесняющих воздух из межзерновых пространств.
Первый путь более доступный и дешевый, наиболее распространен в практике хранения. Его недостаток состоит в том, что для полного консервирования зерновой массы требуется то или иное время, в течение которого имеющийся в замкнутом пространстве хранилища кислород будет использован семенами, микроорганизмами и вредителями. В связи с этим, возможно некоторое изменение качества зерна. Так, в зерновых массах повышенной влажности до наступления полного консервирования развиваются микроорганизмы, а в партиях сухого зерна – различные вредители-насекомые. Однако, вполне возможно и целесообразно самоконсервирование для кормовых целей зерновой массы кукурузы и сорго с высокой влажностью.
При самоконсервировании для наиболее быстрого наступления бескислородного состояния очень важно иметь минимальный запас воздуха в хранилище. Последнее достигается его полной загрузкой, при которой полностью или почти полностью отсутствует надзерновое пространство.
Способ создания бескислородных условий в хранилищах путем Вакуума широкого распространения не получил в связи с повышенными требованиями к герметичности хранилищ и его экономической неэффективностью, хотя известны хранилища из синтетических мягких материалов (типа пленок), опирающихся при их заполнении зерновой массой на металлический каркас. После заполнения таких хранилищ воздух из них откачивают вакуумным насосом.
В настоящее время все большее распространение получает консервирование зерновых масс введением в них тех или иных газов. Приемлемым для этих целей является диоксид углерода. Его вводят в газообразном состоянии или используя сухой лед. Раздробленные на кусочки брикеты сухого льда помещают в зерновую массу в процессе загрузки хранилища, обеспечивая большее количество брикетов в верхних слоях насыпи. Диоксид углерода, как более тяжелый, быстро вытесняет воздух из межзерновых пространств. Применение диоксида углерода в виде брикетов льда сопровождается и охлаждением зерновой массы, что также способствует ее консервированию. Однако лед впоследствии тает, в результате чего повышается влажность зерна.
Перспективным приемом консервирования зерновых масс является введение в них смеси газов, образуемых в результате сжигания сжиженного газа в генераторах. Образующаяся при этом и предварительно охлажденная газовая среда (86-88 % азота, 11-13 % диоксида углерода, 0,5-1 % кислорода) вводится в зерновые массы, помещенные в герметичные хранилища. Однако это довольно дорогостоящий способ создания бескислородной среды.
Необходимым условием для успешного хранения зерновых, масс без доступа воздуха является наличие герметичных зернохранилищ. В случае недостаточной их герметичности к зерновой массе и в ее межзерновые пространства легко проникает воздух атмосферы, и создаются условия для дыхания всех ее компонентов. В связи с этим, для такого режима непригодны склады и даже обычные железобетонные силосные элеваторы. Для хранения зерна в герметических условиях используют металлические силосы, в которые периодически нагнетают газ, для поддержания давления несколько выше атмосферного.
Хранение без доступа воздуха – это почти единственный способ, обеспечивающий сохранность зерна с повышенной влажностью, исключающий необходимость применения тепловой сушки в зерносушилках. Особое значение приобретает этот способ при выращивании кукурузы и сорго, зерно которых во время уборки имеет, как правило, повышенную влажность, значительно выше критической. Применяя хранение без доступа воздуха, можно с успехом убирать урожай зерна кукурузы комбайнами с одновременным обмолотом початков. Такой способ уборки исключает необходимость хранения початков и последующего их обмолота.
Хранить без доступа воздуха рекомендуется и кормовое зерно с нормальной влажностью. Это целесообразно в южной зоне, где запасы зерна особенно подвержены заражению вредителями хлебных запасов.
Химическое консервирование зерна.
Основным условием успешного хранения зерновых масс в условиях Крыма является снижение влажности зерна ниже критического уровня, то есть ниже 14,5 %. Однако зерно поздно убираемых культур, а в отдельные годы и ранних зерновых, поступает после обмолота его комбайном с повышенной влажностью.
В большинстве хозяйств Крыма нет зерносушилок. Высушить большое количество зерна при помощи воздушно-солнечной сушки – дело сложное и требует довольно длительного периода времени. Раньше сырое зерно оставляли в поле – на корню или даже в валках, где оно не только снижало свою массу, но и теряло качество. В рыночных условиях хозяйствования такой вариант развития событий никого устроить не может. Кроме того, большие затраты энергоносителей на тепловую сушку зерна делать невыгодно, если это зерно фуражное и через некоторое время – месяц-два будет скормлено животным.
В связи с вышеизложенным, проблема сохранения кормового зерна повышенной влажности актуальна и привлекает пристальное внимание ученых и производственников. Поиски новых, дешевых и удобных в обращении, легко и бесследно удаляемых из зерновой массы химических веществ – консервантов, ведутся уже более 100 лет. К настоящему времени в разных странах исследовано более 1000 различных химических соединений, начиная от поваренной соли до самых сложных препаратов.
При химическом консервировании зерновая масса приводится в состояние анабиоза или абиоза, в ней подавляется развитие микроорганизмов, вызывающих порчу зерна, особенно плесневых грибов. Поэтому химическое консервирование можно считать одним из режимов хранения зерновых масс.
В нашей стране широкое применение получил метабисульфит (пиросульфит) натрия (Na2S2O5), который применяли при консервировании фуражного зерна влажностью от 19 до 52 % в дозах 1-1,5 %. Этот препарат защищает зерно от плесневения в течение 40-60 суток. В зерне с высокой влажностью пиросульфит натрия впитывает влагу, растворяется и проникает в оболочки зерна, губительно действуя на микрофлору и зародыш. Затем он постепенно разлагается, превращаясь в безвредные для животных продукты, основной из которых – глауберова соль. При необходимости консервирование можно было повторить, применяя половинные дозы, что гарантирует сохранение зерна еще на 30-50 суток.
В более позднее время было установлено, что наиболее эффективными препаратами для борьбы с плесневыми грибами в зерновых массах являются низкомолекулярные карбоновые кислоты, особенно Пропионовая. На ее основе были созданы такие эффективные препараты для консервирования зерна, как «Пропкорн», «Люпрозил», «Кемстор» и др.
В нашей стране в качестве консервантов влажного фуражного зерна использовались кислоты – муравьиная, уксусная, пропионовая или их смесь – КНМК (концентрат низкомолекулярных кислот), которые в зависимости от сроков консервирования применяли в дозах 0,5-2,6 % от массы зерна.
Органические кислоты хорошо усваиваются животными и не являются для них инородными соединениями.
Расход органических кислот при консервировании в зависимости от влажности зерна приведен в таблице 3.1.
Таблица 3.1. Нормы внесения консервантов, кг/т
|
Наименование |
Влажность зерна, % |
||
|
25 |
30 |
35 |
|
|
Муравьиная кислота |
13 |
15 |
18 |
|
Уксусная кислота |
17 |
19 |
22 |
|
Бензойная кислота |
4 |
6 |
8 |
Расход пропионовой кислоты при консервировании в зависимости от влажности зерна и сроков хранения приведен в таблице 3.2.
Таблица 3.2. Нормы расхода пропионовой кислоты
для обработки влажного зерна, %
|
Влажность зерна, % |
Срок хранения зерна, мес. |
|||
|
До 1 |
До 3 |
До 6 |
До 12 |
|
|
22 |
0,55 |
0,72 |
0,83 |
0,94 |
|
24 |
0,61 |
0,77 |
0,94 |
1,04 |
|
26 |
0,66 |
0,80 |
1,04 |
1,15 |
|
28 |
0,77 |
0,99 |
1,15 |
1,26 |
|
30 |
0,88 |
1,10 |
1,26 |
1,43 |
|
32 |
0,99 |
1,21 |
1,36 |
1,80 |
В настоящее время рынок предлагает новое поколение консервантов зерна, среди которых наиболее эффективными являются импортные препараты AIV-3+ и AIV-2000.
Нормы введения консервантов AIV-3+ и AIV-2000 при консервировании влажного зерна приведены в таблице 3.3.
Таблица 3.3. Нормы введения в зерновую массу импортных консервантов, л/т
|
Влажность, % |
AIV-3+ |
AIV-2000 |
|
22-24 |
4,5 |
4,0 |
|
24-27 |
4,0 |
3,5 |
|
27-32 |
3,5 |
3,0 |
|
Более 32 |
3,0 |
2,5 |