Влияние охлаждения зерна на процесс хранения

Хорошо созревшие партии зерна, которые мягко просушили и охладили, могут храниться до десяти лет без существенных потерь мукомольно-хлебопекарных качеств. Но с увеличением продолжительности хранения зерна, например крупяных сортов, их ядро становится хрупким.

Зерновые культуры являются одними из важнейших продуктов питания. Поэтому технологии их посева и сбора урожая разрабатывают очень тщательно. По статистическим данным, ежегодно в мире в результате порчи пропадает более 20% урожая зерновых. Основная часть этих потерь обусловлена деятельностью насекомых и развитием грибов. Использование технологии консервации зерна охлаждением позволяет эффективно этому препятствовать.

Миллионы тонн злаковых культур, масличных, риса, кукурузы и других зерновых во всем мире хранят именно с помощью этой технологии.

При неправильном хранении зерна наблюдается одиночное или массовое его прорастание, что обусловлено рядом причин. Рассмотрим их подробнее.

Дыхание зерна с выделением свободной влаги, которая, в свою очередь, способствует интенсивному газообмену и развитию микроорганизмов (плесени). Интенсивность дыхания очень сухих семян зерновых культур с влажностью до 11-12% и масличных – до 4-5% несущественна. Наоборот, слишком сырое зерно влажностью более 30% и масличных – более 15-20%, находящееся в неохлажденном состоянии да еще и со свободным доступом воздуха, теряет до 0,2% сухого вещества в сутки. Стоит отметить, что при длительном увеличении температуры интенсивность дыхания зерновой массы увеличивается, что негативно влияет на качество зерна через длительное воздействие негативного фактора.

Послеуборочная созревания. Процесс созревания зерна достигает своего пика во время его отлеживания. После уборки зерно продолжает созревать, оно дышит. В процессе дыхания углеводы под воздействием кислорода разлагаются (с выделением тепла) на углекислый газ и воду, что вызывает потери сухой массы. Партии только что собранного зерна не всегда имеют достаточно хорошие посевные качества, ведь зерно еще «не созрело» и в нем еще не завершился синтез питательных веществ. В зерне во время отлеживания в определенных условиях уменьшается количество водорастворимых веществ, повышается всхожесть и энергия прорастания. Из сахара синтезируется крахмал, а из жирных кислот и глицерина – жир. По мере созревания зерна резко увеличивается его всхожесть и снижается интенсивность дыхания. Если невозможно придержать зерно на отлежке для созревания, то его в скором порядке или сушат с применением мягких режимов, или консервируют методом охлаждения.

Жизнедеятельность микроорганизмов и насекомых в зерновой массе существенно влияет на качество зерна. Охлаждение собранного урожая до температуры ниже 13°C позволяет эффективно предупредить потери от повреждения насекомыми. При достаточно низких температурах насекомые впадают в спячку. Если же температура и влажность благоприятны для них, то в результате жизнедеятельности вредных насекомых возникают значительные потери от повреждения ими зерна и загрязнения экскрементами. Эти потери растут из-за быстрого размножения насекомых при благоприятных условиях. Большинство жучков имеют очень короткий цикл развития – при идеальных условиях цикл воспроизводства, например, долгоносика занимает всего лишь 25 дней. Оптимальные значения температур, при которых насекомые развиваются, это 6-42°C. Вне этих пределов (как в сторону увеличения, так и уменьшения) насекомые и клещи становятся почти неподвижными. Уже при температуре выше 35°С останавливается процесс откладывания самками яиц. При низкой температуре наступает холодовое оцепенение, а при повышенной – состояние теплового шока. Дальнейшее отклонение температуры в ту или иную сторону приводит к смерти насекомых.

Наличие в зерновой массе травмированного зерна тоже способствует размножению насекомых и клещей, так как мелкие частицы зерна и органическая пыль становятся доступными продуктами для клещей и насекомых. Также вредители хлебных запасов любят неосвещенные части насыпи продуктов, в ночное время они перелетают на различные места локации. При дальнейшем хранении без создания консервирующих условий (понижение температуры) зараженность только увеличивается. Следовательно, температура окружающей среды и зерновой массы является одним из главных факторов, влияющих на состояние хранения зернового (семенного) материала. Поэтому он и был учтен для создания оптимальных условий для длительного хранения благодаря применению воздуха с низкой температурой. Такой способ базируется на принципе термоанабиоза. Чувствительность живых компонентов зерновой массы к понижению температуры позволяет резко снизить их жизнедеятельность или и приостановить совсем. Хранению в охлажденном состоянии способствует большая тепловая инерция зерновых масс. Если учесть, что зерновая масса любой влажности хорошо хранится и при температуре 5-10°С, то при пониженной температуре и постоянной влажности зерно вообще возможно хранить десятилетиями. А именно так, как активное вентилирование, позволяет особенно эффективно использовать перепады температур воздуха в течение суток.

ХРАНЕНИЕ ЗЕРНА В ОХЛАЖДЕННОМУ СОСТОЯНИИ

Принцип работы установки для охлаждения зерна таков: вентилятор охладителя зерна всасывает атмосферный воздух. Этот воздух охлаждается до нужной температуры и осушается в охладителе воздуха – испарителе с удалением воды. Далее холодный влажный воздух нагревается в блоке, который снижает относительную влажность воздуха. Блок использует энергию из холодильного контура и не требует затрат на электроэнергию. Сухой холодный воздух подводится шлангом к воздушному распределителю зернохранилища и продувается через зерновую массу. Эту технологию можно применять как в напольных хранилищах, так и в элеваторах силосного типа. Отработанный воздух через отверстия выходит в атмосферу и выносит с собой отобранную в зерна влагу и тепло.

Охладительные агрегаты должны удовлетворять следующим требованиям:

• использовать экологически безопасный хладагент;

• быть с регулируемой мощностью;

• быть долговечными;

• иметь надежный теплообменник;

• быть негромоздкими и мобильными;

• иметь чувствительные датчики микроклимата;

• иметь быстрое действие в реагировании;

• иметь возможность охлаждать как малые, так и крупные партии зерна;

• быть простыми в эксплуатации.

Преимущества консервирования зерна холодом

Охлаждение без применения химических средств защиты. Сейчас химическая обработка зерна строго регламентируется. К тому же стоит отметить, что фумигация требует значительных затрат на химические материалы и дорогостоящую технологию. Следует также учитывать, что для фумигации часто применяют метил бромид, который во многих странах запрещен с 2005 года.

Предупреждение развития грибов. В зависимости от погоды и севооборота, грибной возбудитель может возникать в определенной местности (регионе) с различной вероятностью появления. Кроме значительных экономических потерь, есть опасность образования микотоксинов, которые ядовиты для людей и животных. Например, свиньи очень чувствительны к микотоксинам. Это проявляется в уменьшении аппетита животных, снижении их приростов и ухудшении репродуктивной способности. Развитие грибов и продуктов их жизнедеятельности ускоряется при повышенной температуре. Охлаждение зерна останавливает эти процессы.

Экономия затрат на сушку зерна. Пшеницу после уборки сушат, в зависимости от назначения, до 14-16% влажности. Для этого в специальной сушильной установке разогревается воздух. Нагретый агент сушки отбирает влагу в зерна и выводит ее наружу. Экономия при использовании консервации охлаждением объясняется тем, что каждая разовая операция охлаждения дополнительно просушивает зерно (каждый раз снижает влажность зерна еще на 0,5-1,5%). При высокой влажности зерна (более 18%) эффект от дополнительного просушивания сильнее, чем для сухого зерна (влажностью менее 14%). Время пребывания зерна в сушильной установке можно сократить путем оптимизации процессов сушки и охлаждения. В таком случае экономится энергия и повышается производительность сушки. Уменьшение времени и интенсивности сушки делает этот процесс более мягким для зерна – меньше образуется трещин и повреждений зерен от сушки.

Избежание потерь из-за пересыпки зерна. При обычном хранение без охлаждения часто возникает потребность в пересыпке зерна, поскольку его перемешивание и связанный с этим интенсивный контакт зерна с воздухом приводят к устранению очагов повышенной температуры. Для этого всегда нужен свободный силос, к тому же во время каждой операции пересыпки из-за трения зерна пропадает примерно 0,3% от общей его массы. Плюс к этому – дополнительные затраты энергии на транспортировку зерна, которые составляют примерно 1-3 кВт-ч на одну тонну зерна. Зато охлажденное зерно не требует пересыпки.

Охлажденное зерно долго остается холодным. Отлеживающаяся зерновая масса очень медленно поглощает энергию. Причиной тому является изолирующее действие воздуха в пространстве между зернами и малая площадь контакта между ними. Тогда как теплое зерно долго остается теплым даже при низкой температуре окружающей среды. Соответственно, охлажденное зерно долго остается холодным.

Главные правила охлаждения: любой способ охлаждения выполняют в условиях, исключающих увлажнение зерновой массы. Недопустимо подмокание осадками, а также увеличение влажности зерновой массы в результате сорбции паров воды из воздуха. Поэтому зерно охлаждают из расчета его фактической влажности и температуры, а также влажности воздуха. Исключением является зерно в состоянии самосогревания. Такое зерно охлаждают в быстром порядке при любой влажности. Во время охлаждения влажность зерновых масс может снизиться. Это особенно характерно для зерновой массы в результате воздействия на сырое зерно холодного сухого воздуха с температурой ниже нуля. В таких условиях потери влаги могут достигать нескольких процентов.

Клеточное дыхание зерна, с последующим произвольным его самосогреванием, является причиной порчи собранного урожая. Эти процессы зависят от температуры и влажности зерна: чем выше эти показатели, тем интенсивнее оно дышит. Самосогревание вызывает потерю сухой массы и способствует развитию в зерновой массе насекомых-вредителей и грибов. Известно, что в зонах с умеренным климатом в холодное время года возникает значительно меньше потерь при хранении зерна, чем в летние месяцы. Консервирование охлаждением позволяет искусственно создать зимние климатические условия непосредственно после сбора урожая.

Сначала технологию хранения зерна с охлаждением разрабатывали для консервации влажного зерна перед сушкой. Теперь же чаще охлаждают сухое, чем влажное, зерно – главным образом для предупреждения развития насекомых-вредителей. А вот для партий зерна и семян с повышенной влажностью, особенно семенного материала, если нет возможности обеспечить своевременную сушку, охлаждение является единственным способом его сохранения.