Вплив охолодження зерна на процес зберігання

Добре достиглі партії зерна, які м’яко просушили й охолодили, можуть зберігатись до десяти років без суттєвих втрат борошномельно-хлібопекарських якостей. Але зі збільшенням тривалості зберігання зерна, наприклад круп’яних сортів, їхнє ядро стає крихкішим.

Зернові культури є одними з найважливіших продуктів харчування. Тому технології їхнього висіву й збирання врожаю розробляють дуже ретельно. За статистичними даними, щороку у світі в результаті псування пропадає понад 20% врожаю зернових. Основна частина цих втрат обумовлена діяльністю комах і розвитком грибів. Використання технології консервації зерна охолодженням дає змогу ефективно цьому перешкоджати.

Мільйони тонн злакових культур, олійних, рису, кукурудзи та інших зернових у всьому світі зберігають саме за допомогою цієї технології.

За неправильного зберігання зерна спостерігається поодиноке або масове його проростання, що зумовлене низкою причин. Розглянемо їх детальніше.

1. Дихання зерна із виділенням вільної вологи, яка, у свою чергу, сприяє інтенсивнішому газообміну й розвитку мікроорганізмів (плісняви). Інтенсивність дихання дуже сухих насінин зернових культур із вологістю до 11–12% і олійних — до 4–5% несуттєва. Навпаки, надто сире зерно вологістю більше як 30% і олійних — понад 15–20%, що перебуває в неохолодженому стані та ще й із вільним доступом повітря, втрачає до 0,2% сухої речовини за добу. Варто зазначити, що за тривалого збільшення температури інтенсивність дихання зернової маси збільшується, що негативно впливає на якість зерна через тривалий вплив негативного чинника. 
2. Післязбиральне дозрівання. Процес дозрівання зерна досягає свого піку під час його відлежування. Після збирання зерно продовжує дозрівати, воно дихає. В процесі дихання вуглеводи під впливом кисню розкладаються (з виділенням тепла) вуглекислий газ і воду, що спричинює втрати сухої маси. Партії щойно зібраного зерна не завжди мають достатньо хороші посівні якості, адже зерно ще «не достигло » і в ньому ще не завершився синтез поживних речовин. У зерні під час відлежування в певних умовах зменшується кількість водорозчинних речовин, підвищується схожість та енергія проростання. Із цукру синтезується крохмаль, а з жирних кислот і гліцерину — жир. У міру дозрівання зерна різко збільшується його схожість і знижується інтенсивність дихання. Якщо неможливо притримати зерно на відлежуванні для дозрівання, то його в швидкому порядку або сушать із застосуванням м’яких режимів, або ж консервують методом охолодження. Ž
3. Життєдіяльність мікроорганізмів та комах у зерновій масі суттєво впливає на якість зерна. Охолодження зібраного врожаю до температури нижче як 13°C дає змогу ефективно попередити втрати від пошкодження комахами. За досить низьких температур комахи впадають у сплячку. Якщо ж температура й вологість сприятливі для них, то в результаті життєдіяльності шкідливих комах виникають значні втрати від пошкодження ними зерна та забруднення екскрементами. Ці втрати зростають через швидке розмноження комах за сприятливих умов. Більшість жучків мають дуже короткий цикл розвитку — за ідеальних умов цикл відтворення, наприклад, довгоносика займає всього лише 25 днів. Оптимальні значення температур, за яких комахи розвиваються, це 6–42°C. Поза цими межами (як у бік збільшення, так і зменшення) комахи й кліщі стають майже нерухомі. Вже за температури понад 35°С зупиняється процес відкладання самками яєць. За низької температури настає холодове оціпеніння, а за підвищеної — стан теплового шоку. Подальше відхилення температури в той чи інший бік призводить до смерті комах.
4. Наявність у зерновій масі травмованого зерна теж сприяє розмноженню комах і кліщів, тому що мілкі частинки зерна й органічний пил стають доступними харчами для кліщів і комах. Також шкідники хлібних запасів полюбляють неосвітлені частини насипу продуктів, у нічний час вони перелітають на різні місця локації. За подальшого зберігання без створення консервувальних умов (пониження температури) зараженість лише збільшується. Отже, температура навколишнього середовища й зернової маси є одним із головних факторів, що впливає на стан збереження зернового (насіннєвого) матеріалу. Тому його й було враховано для створення оптимальних умов для тривалого збереження завдяки застосуванню повітря з низькою температурою. Такий спосіб базується на принципі термоанабіозу. Чутливість живих компонентів зернової маси до пониження температури дає змогу різко знизити їхню життєдіяльність або й призупинити зовсім. Зберіганню в охолодженому стані сприяє велика теплова інерція зернових мас. Якщо врахувати, що зернова маса будь-якої вологості добре зберігається й за температури 5…10°С, то за зниженої температури й постійної вологості зерно взагалі можливо зберігати десятиліттями. А такий спосіб, як активне вентилювання, дає змогу особливо ефективно використовувати перепади температур повітря протягом доби.

ЗБЕРІГАННЯ ЗЕРНА В ОХОЛОДЖЕНОМУ СТАНІ

Принцип роботи установки для охолодження зерна такий: вентилятор охолоджувача зерна всмоктує атмосферне повітря. Це повітря охолоджується до потрібної температури й осушується в охолоджувачі повітря — випарнику із видаленням води. Далі холодне вологе повітря нагрівається в блоці, що знижує відносну вологість повітря. Блок використовує енергію з холодильного контуру і не потребує витрат на електроенергію. Сухе холодне повітря підводиться шлангом до повітряного розподільника зерносховища й продувається через зернову масу. Цю технологію можна застосовувати як у підлогових сховищах, так і в елеваторах силосного типу. Відпрацьоване повітря через отвори виходить в атмосферу й виносить із собою відібрану в зерна вологу та тепло.

Охолоджувальні агрегати мають задовольняти таким вимогам:

• використовувати лише екологічно безпечний холодоагент;

• бути з регульованою потужністю;

• бути довговічними;

• мати надійний теплообмінник;

• бути негроміздкими й мобільними;

• мати чутливі датчики мікроклімату;

• мати швидку дію в реагуванні;

• мати можливість охолоджувати як малі, так і великі партії зерна;

• бути простими в експлуатації.

Переваги консервування зерна холодом

1. Охолодження без застосування хімічних засобів захисту. Наразі хімічна обробка зерна строго регламентується. До того ж варто зазначити, що фумігація потребує значних витрат на хімічні матеріали й дороговартісну технологію. Слід також враховувати, що для фумігації часто застосовують метил бромід, який у багатьох країнах заборонений із 2005 року. 
2. Попередження розвитку грибів. Залежно від погоди й сівозміни, грибний збудник може виникати в певній місцевості (регіоні) з різною ймовірністю появи. Крім значних економічних втрат, є небезпека утворення мікотоксинів, які отруйні для людей і тварин. Наприклад, свині дуже чутливі до мікотоксину. Це проявляється у зменшенні апетиту тварин, зниженні їхніх приростів і погіршенні репродуктивної здатності. Розвиток грибів і продуктів їхньої життєдіяльності прискорюється за підвищеної температури. Охолодження зерна зупиняє ці процеси. Ž
3. Економія витрат на сушіння зерна. Пшеницю після збирання сушать, залежно від призначення, до 14–16% вологості. Для цього в спеціальній сушильній установці розігрівається повітря. Нагрітий агент сушіння відбирає вологу в зерна й виводить її назовні. Економія за використання консервації охолодженням пояснюється тим, що кожна разова операція охолодження додатково просушує зерно (щоразу знижує вологість зерна ще на 0,5–1,5%). За високої вологості зерна (понад 18%) ефект від додаткового просушування сильніший, ніж для сухого зерна (вологістю менше як 14%). Час перебування зерна в сушильній установці можна скоротити шляхом оптимізації процесів сушіння й охолодження. В такому разі економиться енергія й підвищується продуктивність сушіння. Зменшення часу та інтенсивності сушіння робить цей процес більш м’яким для зерна — менше утворюється тріщин і пошкоджень зерен від сушіння.
4. Уникнення втрат через пересипання зерна. За звичайного зберігання без охолодження часто виникає потреба в пересипанні зерна, оскільки його перемішування й пов’язаний з цим інтенсивний контакт зерна з повітрям призводять до усунення вогнищ підвищеної температури. Для цього завжди потрібен вільний силос, до того ж під час кожної операції пересипання через тертя зерна пропадає приблизно 0,3% від загальної його маси. Плюс до цього — додаткові затрати енергії на транспортування зерна, які становлять приблизно 1–3 кВт-год на одну тонну зерна. Натомість охолоджене зерно не потребує пересипання.
5. Охолоджене зерно довго залишається холодним. Зернова маса, яка відлежується, дуже повільно поглинає енергію. Причиною тому є ізолююча дія повітря в просторі між зернами й мала площа контакту між ними. Тоді як тепле зерно довго залишається теплим навіть за низької температури навколишнього середовища. Відповідно, охолоджене зерно довго залишається холодним.

Головні правила охолодження: будь-який спосіб охолодження виконують в умовах, що унеможливлюють зволоження зернової маси. Неприпустиме підмочування опадами, а також збільшення вологості зернової маси внаслідок сорбції парів води з повітря. Тому зерно охолоджують із розрахунку його фактичної вологості та температури, а також вологості повітря. Винятком є зерно в стані самозігрівання. Таке зерно охолоджують у швидкому порядку за будь-якої вологості. Під час охолодження вологість зернових мас може знизитись. Це особливо характерно для зернової маси в результаті впливу на сире зерно холодного сухого повітря з температурою нижче нуля. В таких умовах втрати вологи можуть досягати декількох відсотків.

Клітинне дихання зерна, з подальшим довільним його самозігріванням, є причиною псування зібраного врожаю. Ці процеси залежать від температури й вологості зерна: що вищі ці показники, то інтенсивніше воно дихає. Самозігрівання спричинює втрату сухої маси й сприяє розвитку в зерновій масі комах-шкідників і грибів. Відомо, що в зонах із помірним кліматом у холодну пору року виникає значно менше втрат під час зберігання зерна, ніж у літні місяці. Консервування охолодженням дає змогу штучно створити зимові кліматичні умови безпосередньо після збирання врожаю.

Спочатку технологію зберігання зерна з охолодженням розробляли для консервації вологого зерна перед сушінням. Тепер же частіше охолоджують сухе, ніж вологе, зерно — головним чином для попередження розвитку комах-шкідників. А от для партій зерна й насіння з підвищеною вологістю, особливо насіннєвого матеріалу, якщо немає змоги забезпечити своєчасне сушіння, охолодження є єдиним способом його збереження.

М. Федотова, Д. Трушаков, кафедра автоматизації виробничих процесів, Центральноукраїнський національний технічний університет

журнал "Пропозиція", №4, 2020 р.