Основы правильного хранения и послеуборочной подработки зерновых культур

Сохранить собранный урожай — задача не менее сложная, чем его вырастить. В процессе хранения значительная часть продукции растениеводства теряется, не доходя до потребителя. Главная причина кроется в том, что хранение в искусственных условиях противоестественно для живых растительных организмов, и создать для них идеальную среду удается далеко не всегда.

Потери при хранении обусловлены тремя основными факторами:

• Несоответствие условий в хранилищах природным потребностям живых объектов.
• Сложный химический состав растительной продукции, затрудняющий ее консервацию.
• Недостаточная изученность физиологических процессов, происходящих в собранном урожае.

Для минимизации этих потерь специалистам необходимы практические навыки послеуборочной подработки, правильной подготовки продукции к хранению и ее переработки.

Почему портится урожай: состав зерновой массы

Зерновая масса — это сложная живая биосистема, которая формируется после обмолота. Она состоит не только из семян основной культуры, но и из сопутствующих компонентов. Агроному важно помнить, что в насыпи постоянно протекают биологические процессы, напрямую влияющие на сохранность урожая.

В состав любой зерновой массы входят три основных компонента:

1. Зерно основной культуры, а также семена других культурных растений, близких к нему по характеру использования.
2. Органические и минеральные примеси, включая семена сорных растений.
3. Насекомые и клещи — опасный живой компонент, для которого зерно служит средой обитания.

Физика насыпи: сыпучесть и самосортирование

Сыпучесть — ключевое физическое свойство зерновой массы, определяющее ее подвижность. Она характеризуется углом трения (минимальным углом, при котором зерно начинает скользить по поверхности) и углом естественного откоса — углом конуса, который образуется при свободном падении зерна. На этот показатель влияют форма и влажность зерен, количество примесей, а также материал транспортирующих каналов. Наиболее сыпучими являются сухие округлые семена с гладкой поверхностью, такие как горох, просо и люпин.

При загрузке складов и силосов неизбежно происходит самосортирование — неравномерное распределение компонентов по объему насыпи. Мелкие, щуплые зерна, легкий сор, пыль и микроорганизмы скапливаются у стен хранилища. Крупное, выполненное зерно и тяжелые минеральные примеси оседают в центральной части насыпи.

При выгрузке зерна из силосов характер его движения напрямую зависит от геометрии емкости и расположения выпускного отверстия. Различают три основных типа истечения массы, каждый из которых по-разному влияет на перераспределение компонентов внутри насыпи:

• Нормальное — когда сначала движется вертикальный столб над отверстием, который постепенно увлекает за собой верхние боковые слои.
• Симметричное (в узких силосах) — когда вся зерновая масса опускается одновременно, но центральная часть движется быстрее.
• Асимметричное (в широких силосах с несимметричными отверстиями) — когда движение слоев происходит неравномерно, усиливая расслоение.

Самосортирование нарушает однородность насыпи и создает очаги повышенной влажности и активности вредителей. Если вовремя не обнаружить эти зоны, локальный нагрев быстро перерастет в общее самосогревание. В результате хозяйство рискует получить полную порчу заложенной на хранение партии.

Скважистость. Зерновая масса при размещении в складах или силосах не образует плотной массы: между ее твердыми компонентами остаются свободные промежутки, заполненные воздухом.

Скважистость — состояние, когда часть объема зерновой массы занята зерном и другими твердыми частицами (примеси, семена других культурных растений и пр.), что характеризует плотность укладки зерна, а другая часть объема зерновой массы заполнена воздухом. Плотность укладки зерна и скважистость выражают в процентах от общего объема зерновой массы.

Перемещение воздуха по скважинам способствует передаче тепла путем конвекции, перемещению влаги через зерновую массу в виде пара. Благодаря скважинам возможны сушка, активное вентилирование и газация зерна.

Скважистость и плотность укладки зерновой массы в хранилище зависят от следующих факторов:

• формы, упругости, размеров и состояния твердых компонентов зерновой массы;
• количества и вида примесей в ней;
• размера партии и влажности зерновой массы;
• формы и размеров хранилища;
• срока хранения.

Зерновая масса, состоящая из крупных, мелких, тонких и коротких зерен и других частиц, укладывается более плотно и обладает меньшей скважистостью, чем выровненная зерновая масса. Влажное и сырое зерно лежит менее плотно и занимает больший объем в хранилище, чем сухое зерно при прочих одинаковых условиях. Однако повышение влажности зерна во время хранения сопровождается увеличением объема единичных зерен за счет межзерновых пространств и уплотнением всей массы. В хранилище с большим поперечным сечением зерно размещается плотнее, чем с малым сечением.

В связи с самосортированием скважистость в различных участках зерновой массы может быть неодинаковой. Это приводит к неравномерной обеспеченности воздухом отдельных участков зерновой массы.

Термоустойчивость — способность зерна к сохранению в процессе сушки семенных, продовольственных и других качеств. При определенных тепловых режимах белки свертываются, что приводит к потере их способности к набуханию. Как следствие, резко ухудшаются технологические свойства зерна при помоле, приготовлении теста, резко снижается способность семян к прорастанию.

Для пшеницы и крахмала характерны следующие изменения при нагреве:

Теплопроводность — способность тел проводить тепло, характеризуется коэффициентом теплопроводности. Температуропроводность — зависит от скорости изменения температуры в зерновой массе и характеризуется коэффициентом температуропроводности. Зерновая масса имеет низкую теплопроводность и температуропроводность. Это обусловлено ее органическим составом и наличием воздуха в межзерновых пространствах.

С теплофизическими свойствами зерновой массы тесно связано явление термовлагопроводности — направленное перемещение влаги в зерновой массе, обусловленное градиентом температуры. Влага из зоны с повышенной температурой вместе с потоком тепла перемещается в менее нагретые участки, где и конденсируется. Это наблюдается, например, при засыпке теплой зерновой массы на асфальтированный или бетонный пол. Теплоемкость — определяется количеством тепла, необходимого для повышения температуры 1 кг зерна на 1°С.

При повышении влажности теплоемкость материала увеличивается, поскольку теплоемкость воды почти втрое превышает теплоемкость сухого веш,ества зерна, и для нагревания той же зерновой массы требуется значительно больший расход энергии.

Гигроскопичность - способность зерновой массы поглош,ать (сорбция) и отдавать (десорбция) пары воды.

Сорбционные свойства обусловлены капиллярно-пористой структурой входятттих в зерно химических веш,еств - способных поглош,ать и задерживать определенное количество воды.

Поглощение водяных паров происходит до тех пор, пока не наступит гигроскопическое равновесие. При этом давление водяного пара в зерне и воздухе уравняется, обмен между зерном и воздухом прекратится, влажность зерна стабилизируется, такая влажность зерна называется равновесной. Максимальной равновесной влажности зерно и семена достигают при относительной влажности воздуха 100%. Чем меньше относительная влажность, тем суше воздух, тем больше воды он может поглощать, и тем меньше равновесная влажность зерна.

Таким образом, равновесная влажность - это такой уровень влажности зерна, который устанавливается при данной относительной влажности воздуха.

Жизнедеятельность зерна. Каждый организм для поддержания жизни нуждается в систематическом притоке энергии. У всех высших растений и многих микроорганизмов энергия освобождается в результате диссимиляции органических веществ, главным образом сахаров.

При хранении зерна и семян в них наблюдается два вида диссимиляции, конечный результат которой может быть выражен следующими уравнениями, получившими название уравнений дыхания:

СбН120б + 6О2 = 6СО2 + 6Н2О + энергия (1)

Уравнение (1) характеризует аэробное дыхание (окисление сахароза). Уравнение (2) - анаэробное дыхание (уравнение спиртового брожения).

При достаточном доступе воздуха в зерне и семенах преобладает процесс аэробного дыхания. Если не обновлять воздух в межзерновых пространствах, в них накапливается выделяемый при дыхании углекислый газ. Клетки зерен и другие организмы, способные к анаэробному дыханию, вынуждены переходить на этот вид дыхания.

При хранении продовольственного и фуражного зерна ключевую роль играет интенсивность его дыхания. Чем активнее протекает этот процесс, тем больше сухого вещества теряет насыпь и тем выше риск быстрой порчи урожая. Дыхание приводит к накоплению в зерновой массе гигроскопической влаги и повышению температуры. При этом интенсивность дыхания напрямую зависит от условий в хранилище и физиологического состояния самой партии.

На скорость дыхания влияют влажность, температура, степень зрелости, крупность и целостность зерна. В сырой насыпи процесс резко ускоряется не только из-за жизнедеятельности семян, но и за счет активизации микроорганизмов. Мучнистое зерно мягкой пшеницы дышит интенсивнее, чем стекловидное зерно твердых сортов. Схожие закономерности характерны и для семян сорных растений, которые могут присутствовать в партии.

Как возникает и развивается самосогревание

Зерновая масса обладает низкой теплопроводностью, поэтому выделяющееся при дыхании тепло не рассеивается, а накапливается внутри насыпи. Этот процесс называют самосогреванием. Из-за него быстро ухудшаются органолептические показатели зерна: исчезает естественный блеск, меняются цвет, вкус и запах. В результате химических изменений сырье теряет свои технологические, пищевые и фуражные достоинства.

Процессы самосогревания подразделяют на три вида: гнездовое (возникает очагом на любом участке), пластовое (очаг идет слоем) и сплошное. Вертикальные пласты обычно образуются в металлических бункерах из-за нагрева или охлаждения одной из стен склада. Горизонтальные пласты локализуются в зависимости от сезона и направления движения температурных фронтов.

Низовое самосогревание считается наиболее опасным, поскольку в негодность может прийти вся партия зерна. Если процесс запустить, температура внутри насыпи быстро преодолеет критический порог. В результате зерно темнеет, плесневеет, начинает пахнуть разложением и теряет сыпучесть. Финальной стадией процесса становится обугливание массы и ее превращение в плотный монолит.

• Температура глубокого самосогревания — 50 °C и более
• Высота низкой насыпи — 1–1,5 м
• Очаг низового прогрева от пола — 20–50 см