Основи правильного зберігання та післязбиральної підробки зернових культур

Зберегти зібраний урожай — завдання не менш складне, ніж його виростити. У процесі зберігання значна частина продукції рослинництва втрачається, не доходячи до споживача. Головна причина криється в тому, що зберігання в штучних умовах є протиприродним для живих рослинних організмів, і створити для них ідеальне середовище вдається далеко не завжди.

Втрати при зберіганні зумовлені трьома основними чинниками:

• Невідповідність умов у сховищах природним потребам живих об'єктів.
• Складний хімічний склад рослинної продукції, що ускладнює її консервацію.
• Недостатня вивченість фізіологічних процесів, що відбуваються в зібраному врожаї.

Для мінімізації цих втрат фахівцям необхідні практичні навички післязбирального обробітку, правильної підготовки продукції до зберігання та її переробки.

Чому псується урожай: склад зернової маси

Зернова маса — це складна жива біосистема, яка формується після обмолоту. Вона складається не тільки з насіння основної культури, а й із супутніх компонентів. Агроному важливо пам'ятати, що в насипу постійно протікають біологічні процеси, які безпосередньо впливають на збереження врожаю.

До складу будь-якої зернової маси входять три основні компоненти:

1. Зерно основної культури, а також насіння інших культурних рослин, близьких до нього за характером використання.
2. Органічні та мінеральні домішки, включаючи насіння бур'янів.
3. Комахи та кліщі — небезпечний живий компонент, для якого зерно слугує середовищем існування.

Фізика насипу: сипкість і самосортування

Сипкість — ключова фізична властивість зернової маси, що визначає її рухливість. Вона характеризується кутом тертя (мінімальним кутом, при якому зерно починає ковзати по поверхні) та кутом природного укосу — кутом конуса, який утворюється при вільному падінні зерна. На цей показник впливають форма і вологість зерен, кількість домішок, а також матеріал транспортних каналів. Найбільш сипким є сухе округле насіння з гладкою поверхнею, таке як горох, просо і люпин.

При завантаженні складів і силосів неминуче відбувається самосортування — нерівномірний розподіл компонентів за об'ємом насипу. Дрібне, щупле зерно, легкий бур'ян, пил і мікроорганізми накопичуються біля стін сховища. Велике, виповнене зерно і важкі мінеральні домішки осідають у центральній частині насипу.

При вивантаженні зерна із силосів характер його руху безпосередньо залежить від геометрії ємності та розташування випускного отвору. Розрізняють три основні типи витікання маси, кожен із яких по-різному впливає на перерозподіл компонентів усередині насипу:

• Нормальне — коли спочатку рухається вертикальний стовп над отвором, який поступово захоплює за собою верхні бічні шари.
• Симетричне (у вузьких силосах) — коли вся зернова маса опускається одночасно, але центральна частина рухається швидше.
• Асиметричне (у широких силосах із несиметричними отворами) — коли рух шарів відбувається нерівномірно, посилюючи розшарування.

Самосортування порушує однорідність насипу і створює осередки підвищеної вологості та активності шкідників. Якщо вчасно не виявити ці зони, локальне нагрівання швидко переросте у загальне самозігрівання. У результаті господарство ризикує отримати повне псування закладеної на зберігання партії.

Скважистість. Зернова маса при розміщенні в складах або силосах не утворює щільної маси: між її твердими компонентами залишаються вільні проміжки, заповнені повітрям.

Скважистість — стан, коли частина об'єму зернової маси зайнята зерном та іншими твердими частинками (домішки, насіння інших культурних рослин тощо), що характеризує щільність укладання зерна, а інша частина об'єму зернової маси заповнена повітрям. Щільність укладання зерна та скважистість виражають у відсотках від загального об'єму зернової маси.

Переміщення повітря через скважини сприяє передачі тепла шляхом конвекції, переміщенню вологи через зернову масу у вигляді пари. Завдяки скважинам можливі сушіння, активне вентилювання та газація зерна.

Скважистість і щільність укладання зернової маси у сховищі залежать від таких чинників:

• форми, пружності, розмірів і стану твердих компонентів зернової маси;
• кількості та виду домішок у ній;
• розміру партії та вологості зернової маси;
• форми та розмірів сховища;
• строку зберігання.

Зернова маса, що складається з великих, дрібних, тонких і коротких зерен та інших частинок, укладається щільніше і має меншу шпаристість, ніж вирівняна зернова маса. Вологе і сире зерно лежить менш щільно і займає більший об'єм у сховищі, ніж сухе зерно за інших рівних умов. Однак підвищення вологості зерна під час зберігання супроводжується збільшенням об'єму поодиноких зерен за рахунок міжзернових просторів та ущільненням усієї маси. У сховищі з більшим поперечним перерізом зерно розміщується щільніше, ніж із малим перерізом.

У зв'язку із самосортуванням шпаристість у різних ділянках зернової маси може бути неоднаковою. Це призводить до нерівномірної забезпеченості повітрям окремих ділянок зернової маси.

Термостійкість — здатність зерна до збереження в процесі сушіння насіннєвих, продовольчих та інших якостей. При певних теплових режимах білки згортаються, що призводить до втрати їхньої здатності до набухання. Як наслідок, різко погіршуються технологічні властивості зерна під час помелу, приготування тіста, різко знижується здатність насіння до проростання.

Для пшениці та крохмалю характерні такі зміни під час нагрівання:

Теплопровідність — здатність тіл проводити тепло, характеризується коефіцієнтом теплопровідності. Температуропровідність — залежить від швидкості зміни температури в зерновій масі і характеризується коефіцієнтом температуропровідності. Зернова маса має низьку теплопровідність і температуропровідність. Це зумовлено її органічним складом і наявністю повітря в міжзернових просторах.

З теплофізичними властивостями зернової маси тісно пов'язане явище термовологопровідності — спрямоване переміщення вологи в зерновій масі, зумовлене градієнтом температури. Волога із зони з підвищеною температурою разом із потоком тепла переміщується в менш нагріті ділянки, де й конденсується. Це спостерігається, наприклад, під час засипання теплої зернової маси на асфальтовану або бетонну підлогу. Теплоємність — визначається кількістю тепла, необхідного для підвищення температури 1 кг зерна на 1°С.

При підвищенні вологості теплоємність матеріалу збільшується, оскільки теплоємність води майже втричі перевищує теплоємність сухої речовини зерна, і для нагрівання тієї ж зернової маси потрібна значно більша витрата енергії.

Гігроскопічність — здатність зернової маси поглинати (сорбція) і віддавати (десорбція) пари води.

Сорбційні властивості зумовлені капілярно-пористою структурою хімічних речовин, що входять до складу зерна — здатних поглинати і затримувати певну кількість води.

Поглинання водяної пари відбувається доти, доки не настане гігроскопічна рівновага. При цьому тиск водяної пари в зерні та повітрі зрівняється, обмін між зерном і повітрям припиниться, вологість зерна стабілізується, така вологість зерна називається рівноважною. Максимальної рівноважної вологості зерно і насіння досягають при відносній вологості повітря 100%. Чим менша відносна вологість, тим сухіше повітря, тим більше води воно може поглинати, і тим менша рівноважна вологість зерна.

Таким чином, рівноважна вологість — це такий рівень вологості зерна, який установлюється при даній відносній вологості повітря.

Життєдіяльність зерна. Кожен організм для підтримки життя потребує систематичного припливу енергії. У всіх вищих рослин і багатьох мікроорганізмів енергія звільняється в результаті дисиміляції органічних речовин, головним чином цукрів.

Під час зберігання зерна і насіння в них спостерігається два види дисиміляції, кінцевий результат якої може бути виражений такими рівняннями, що отримали назву рівнянь дихання:

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

Рівняння (1) характеризує аеробне дихання (окиснення цукрів). Рівняння (2) — анаеробне дихання (рівняння спиртового бродіння).

При достатньому доступі повітря в зерні і насінні переважає процес аеробного дихання. Якщо не оновлювати повітря в міжзернових просторах, у них накопичується вуглекислий газ, що виділяється під час дихання. Клітини зерен та інші організми, здатні до анаеробного дихання, змушені переходити на цей вид дихання.

Під час зберігання продовольчого і фуражного зерна ключову роль відіграє інтенсивність його дихання. Чим активніше протікає цей процес, тим більше сухої речовини втрачає насип і тим вищий ризик швидкого псування врожаю. Дихання призводить до накопичення в зерновій масі гігроскопічної вологи та підвищення температури. При цьому інтенсивність дихання напряму залежить від умов у сховищі та фізіологічного стану самої партії.

На швидкість дихання впливають вологість, температура, ступінь зрілості, крупність та цілісність зерна. У сирому насипі процес різко прискорюється не тільки через життєдіяльність насіння, а й за рахунок активізації мікроорганізмів. Борошнисте зерно м'якої пшениці дихає інтенсивніше, ніж склоподібне зерно твердих сортів. Схожі закономірності характерні і для насіння бур'янів, яке може бути присутнім у партії.

Як виникає та розвивається самозігрівання

Зернова маса має низьку теплопровідність, тому тепло, що виділяється під час дихання, не розсіюється, а накопичується всередині насипу. Цей процес називають самозігріванням. Через нього швидко погіршуються органолептичні показники зерна: зникає природний блиск, змінюються колір, смак і запах. У результаті хімічних змін сировина втрачає свої технологічні, харчові та фуражні якості.

Процеси самозігрівання поділяють на три види: гніздове (виникає осередком на будь-якій ділянці), пластове (осередок йде шаром) та суцільне. Вертикальні пласти зазвичай утворюються в металевих бункерах через нагрівання або охолодження однієї зі стін складу. Горизонтальні пласти локалізуються залежно від сезону та напрямку руху температурних фронтів.

Низове самозігрівання вважається найбільш небезпечним, оскільки в непридатність може прийти вся партія зерна. Якщо процес запустити, температура всередині насипу швидко подолає критичний поріг. У результаті зерно темніє, пліснявіє, починає пахнути розкладанням і втрачає сипкість. Фінальною стадією процесу стає обвуглювання маси та її перетворення на щільний моноліт.

• Температура глибокого самозігрівання — 50 °C і більше
• Висота низького насипу — 1–1,5 м
• Осередок низового прогріву від підлоги — 20–50 см