Хранение зерна не обходится без предварительной стадии просушки массы. Это особая технологическая операция, обеспечивающая в дальнейшем высокое качество продукта. Сохранить можно зерно без потери кондиционных свойств в сухом состоянии, при уровне влажности массы ниже критического значения в 14,5%.
Основной физиологический процесс, протекающий в зерновой массе во время хранения, дыхание. Происходит окисление органических веществ, в основном сахаров, дыхание при этом наполняет клетки зерна энергией. Уровень дыхания зависит от влажности, температуры и качества зерна, в том числе от активности микроорганизмов.
Наименьшая интенсивность дыхания при влажности в 14%, соответственно, чем ниже качество сырья, тем активнее процесс. В зерновой массе всегда есть неполноценные семена: проросшие, недозрелые, щуплые и травмированные. Преобладание таких семян повышает интенсивность дыхания зерновой массы и как результат, сырьё не устойчиво в хранении.
Горение зерна бывает нескольких видов: гнездовое, пластовое и сплошное
Причина: воздействие наружного воздуха, перепад температуры стен и полов зернохранилища.
Причина: высокая влажность зерновых культур; повышенное содержание примесей, в т.ч. растений, недозревших семян.
Процесс начинает активно развиваться даже при кратковременном хранении сырого и тёплого влажного зерна.
Спасают зерно от гибели активным вентилированием или подвергают массу длительной транспортировке через цепочку погрузчиков, транспортёров и зернометов. Суть действия сводится к понижению влажности и температуры под воздействием сухого холодного воздуха. Чаще всего, практикуют перелопачивание зерна, но этот способ приводит к ещё большему насыщению массы кислородом и усилению процесса.
Проблема в том, на зерне всегда присутствуют микроорганизмы, стадия развития которых напрямую зависит от окружающих условий. Если температурный режим и влажность зерна возрастает, это дает толчок к активному развитию паразитирующих организмов, питающихся питательными веществами зерновки. Сама зерновка расходует запас питательных веществ очень экономично, порядка 0,1 – 0,3 процента, что дает возможность сохранить необходимые вещества для прорастания.
Жизнедеятельность микроорганизмов, как и любых живых существ, также протекает с выделением тепла, углекислого газа и воды. В очаге самосогревания нагретый воздух содержит водные пары, которые, соприкасаясь с холодным зерном, оседают в виде конденсата и запускают процессы жизнедеятельности микроорганизмов. А присовокупление продуктов жизнедеятельности микроорганизмов к самосогреванию зерна в значительной степени ускоряет все процессы.
Порядка 90% от всей затраченной микроорганизмами энергии приходится на дыхательные процессы, и только 10 % на питание и размножение. Это свидетельствует о том, что для поддержания жизни микроорганизмам нужен водный конденсат.
Так как микроорганизмы способны потреблять питательные вещества только в жидком состоянии, важную роль в запуске процессов самосогревания зерна играет наличие свободной влаги. Температура и влажность одинаково важны для жизнедеятельности как микроорганизмов, так и самого зерна. Кроме того, теплая и влажная среда представляет собой идеальные условия для развития плесневых грибов, которые проникая в эндосперм и ткани зародыша отравляют его токсичными выделениями. Отравленное зерно погибает, тем самым прекращая участие в процессе согревания. Однако такие зерна не пригодны и для возделывания или переработки.
Основная роль в порче зерна принадлежит микроорганизмам, которые доводят температуру до предела. Если в процессе самосогревания температура зерновой массы составляет больше 35°С, резко снижается всхожесть. По мнению биологов утрата всхожести связана с денатурации белка, входящего в состав зародыша.
По мере увеличения температуры в процессе самосогревания, дыхательные процессы зерна затухают, тогда как жизнедеятельность микроорганизмов напротив возрастает. При этом наиболее активно в прессы самосогревания включаются микроорганизмы, обитающие на сорных примесях, где их содержится в несколько раз больше, чем на самом зерне.
Особого внимания заслуживают процессы самосогревания семян масличных культур. Например, у подсолнечника энергия дыхания значительно выше, чем у других культурных растений. При этом большое влияние на данный показатель оказывает масличность. При снижении масличности всего на 10 % (например, с 50 до 40%) интенсивность дыхания снижается почти в четыре раза. Следующими по количеству энергии, затрачиваемой на дыхание в порядке убывания: семена кукурузы, зерна овса и ржи, затем зерна пшеницы. Замыкают список гречневые семена и семена бобовых культур.
Температурный максимум самосогревания, характерный для зерновых культур, составляет порядка 80-90°С. При такой температуре погибает не только зерно, но и самые термостойкие микроорганизмы, паразитирующие на нем. У подсолнечника процесс самосогревания делится на две фазы:
Химическое самосогревание подсолнечника представляет собой процесс гидролиза масла, который является причиной повышения температуры до 200-300°С. В стадии химического самосогревания зерновая масса подсолнечника может произвольно воспламеняться. В то же время гидролиз и воспламенение приводят к образованию газа, имеющего в составе углеводород, и, как следствие, к взрыву. Иногда взрывы случаются в хранилищах, однако чаще всего это происходит в сушках, где радикалы, образующиеся в топках генераторов могут проскакивать в сушильную камеру с нагретым газом.
Учитывая все выше сказанное, можно говорить о том, что:
Что касается влажности зерна, можно сделать следующий вывод: зерновую массу трудно просушить, но легко увлажнить, так как зерно легко впитывает влагу из окружающей среды. К примеру, зерновая масса, вентилирование которой производится при влажности воздуха выше 70%, будет содержать процент влажности, превышающий допустимые нормы. Эта особенность характерна для семян культур с высоким содержанием белка, так как именно он обладает высокой впитывающей способностью.
Снижение процента порчи зерна от самосогревания является важной задачей агротехнической отрасли. В частности, понизить потери можно за счет совершенствования технической базы и снижения процента травмированных зерен (потерявших целостность в процессе уборки), наличие которых повышает вероятность начала процесса самосогревания.
Зерно – живое существо, созданное природой и наделенное способностью воспроизводить себе подобное. Как и любое другое живое существо оно дышит, т.е. поглощает кислород, который вступает в окислительные реакции с углеводородами состава зерна, в результате чего выделяется углекислый газ и вода. Реакция окисления происходит с выделением теплоты.
Мы редко задумываемся, что все живое подчинено общим законам. Биохимические процессы, обеспечивающие жизнь человека, в грубой форме сравнения, точно также требуют пищи, основа которой углеводы, точно также и в клетках организма происходят процессы окисления поступивших веществ, при их взаимодействии с кислородом, привнесенным в клетку в составе крови после насыщения им в легких. Продукты окисления (СО2 и Н2О) выводятся из клетки в обратном движении крови. В холодную погоду хорошо видно, как молекулы воды при выдохе конденсируются в туман. Да и температура нашего тела (36,6 С°) – результат окислительных процессов углеводов. Только разница в том, что пищу (продукты питания) мы покупаем в магазине или выращиваем в огороде, а зерновка берет питательные вещества из своих запасов, но берет очень экономно (0,1-0,3% от сухой массы зерновки за год хранения), оставшийся основной запас идет на питание зародыша при прорастании.
Пишу об этом в такой форме сравнения с целью оставить в памяти читателя убеждение – зерно это живое существо со всеми составляющими процесса жизнедеятельности. Чисто химическая формула этого процесса для одного килограмма сухого вещества зерна выглядит так:
углеводы + кислород → уг.газ + вода + теплота
Рис.1. Запуск процесса самосогревания зерна [1].
Рис.2. Интенсивность дыхания и тепловыделения зерна пшеницы в зависимости от влажности зерна при t=25°С [1].
Рис.3. Биохимические и микробиологические процессы в зерне и его жизнеспособность в зависимости от влажности зерна при t=25°С [1].
Т.е. каждый килограмм сухого вещества в процессе полного окисления дает тепловой эффект 2870 КДж, при этом в зерновую массу выделяется 0,58 кг воды и 1,54 кг СО2. Процессы окисления зерна проходят тем интенсивнее, чем выше температура зерновой массы. Все бы ничего, только на зерне всегда обитают микроорганизмы, и их жизнедеятельность зависит от условий, в которых находится зерно! Если температура и влага находятся в благоприятном соотношении для жизнедеятельности и размножения микроорганизмов, то это и происходит. Суть жизнедеятельности микроорганизмов та же – поглощение питательных веществ зерновки и выделение СО2, воды и тепла. Необходимо отметить, что микроорганизмы способны употреблять питательные вещества исключительно в жидкой форме, т.е. по сути, они их пьют. Более 90% энергии микроорганизмы расходуют на дыхание и остальное расходуется ими на поддержание жизни и размножение. Это говорит о том, что для жизнедеятельности микроорганизмов необходим конденсат водяных паров. В процессе самосогревания зерна дыхание микроорганизмов, складываясь с дыханием самого зерна, что и ускоряет процесс.
Процесс нагревания зерна до какого-то значения температуры обратим (точка В на рис.1), т.е. можно вернуться к меньшей температуре без изменения качества зерна, но, начиная с какого-то значения температуры, процесс становится необратимым (точка С на рис.1), и
При этом происходит лавинное размножение микроорганизмов. Стойкость микроорганизмов к температурам различна. Менее термостойкие при росте температуры прекращают жизнедеятельность и передают «эстафету» более термостойким, и те доводят зерно до полной непригодности. Этот процесс многие исследователи отслеживают по интенсивности выделения СО2.
Практически совпадение кривых увеличения числа колоний микроскопических грибов в зерновой массе и интенсивности их дыхания (по выделению СО2) позволяют уверенно связывать эти процессы количественно.
Из рисунка 3 видно, что до исходной влажности 16-17% при начальной температуре 25°С размножение микроорганизмов практически не увеличивается, но стоит добавить всего 2% влажности, и процесс принимает лавинное ускорение. Не случайно перед словом влажность стоит слово исходная, ибо понятно, что влажность зерна в процессе самосогревания увеличивается и в приведенном примере, при исходной влажности 25%, конечная уже была 30%.
Необходимо отметить особенности самосогревания подсолнечника и других масличных культур. Подсолнечник имеет энергию дыхания намного выше других культур. За ним по мере убывания энергии дыхания идут кукуруза, овес, рожь, пшеница, гречка, бобовые. Кроме этого, дыхание подсолнечника зависит от его масличности. Так, дыхание при масличности 50% в четыре раза интенсивнее, чем при масличности 40%.
Еще одна особенность хранения подсолнечника – окисление масла в ядре семянки. Исследования показывают, что даже при активном вентилировании подсолнечника за пять месяцев хранения кислотное число (КОН) возрастает на 0,5-0,65%. Это значит, что на хранение должен закладываться подсолнечник с кислотным числом не более 1,3 мг КОН, только такие семена при должных условиях по температуре и влажности и при активном вентилировании к концу хранения не превысят допустимую норму – 2 мг КОН.
Рис.4. Очаг гнездового самосогревания.
Рис.5. Распространение самосогревания в сторону более засоренной части зерновой насыпи.
И, наконец, третья особенность. Зерновые при согревании до 28-29°С при последующем охлаждении и сохранении в требуемых условиях (влажность 12-13% и температура около 10°С) не претерпевают каких-либо необратимых изменений, а у подсолнечника при вышеназванных температурах повышается кислотное число и в дальнейшем уменьшить его уже никакими приемами не возможно. Все это накладывает на обращение с подсолнечником особенные требования как при подготовке его к хранению,так и самому хранению.
Таким образом, очаг самосогревания, будучи запущенным, является самодостаточным для распространения границ самосогревания в прилегающие объемы зерна, поскольку все необходимые условия для этого – вода и тепло – генерируются самим очагом. Схематично этот процесс показан
Рис. 6. Зерно и воздух в межзерновых зазорах.
Рис. 7. Коэффициент теплоемкости различных материалов и зерновой массы [2].
Рис 8. Температура центральной зоны зерновой массы при хранении с февраля по август [2].
Приведенные данные позволяют сделать три вывода:
— зерновая масса в состоянии длительное время удерживать уровень температуры, при котором зерно было засыпано в хранилище;
— после любого теплового воздействия зерновую массу необходимо охладить, иначе зерно долгое время будет находится под воздействием высокой температуры;
Рис.9. Зависимость влажности зерна от относительной влажности воздуха [2].
Кроме того, о влажности зерна необходимо знать следующее. Зерно гораздо легче увлажнить, чем высушить. Зерно легко берет влагу из окружающей среды и очень «неохотно» отдает ее обратно. На рисунке 9 показано зависимость увлажнения семян пшеницы и масличных культур в зависимости от относительной влажности воздуха. Из графика видно, что вентилирование зерновых и масличных культур при относительной влажности воздуха более 70% приводит к увлажнению семян выше критического (допустимого) значения.- зерновая масса, будучи охлажденной сухим воздухом способна удержать низкую температуру несколько месяцев.
Что касается сои, то такая особенность активно впитывать влагу присуща всем семенам с большой долей белка в составе зерновки, поскольку именно белок способен «вобрать» воды в 2 раза больше собственной массы.
Борьба с потерями зерна из-за согревания является важнейшей задачей и рассматривается во всем мире, как один из резервов сокращения недостатка в снабжении населения продуктами питания. В связи с этим снижение травмирования зерна является составляющей решения проблемы, т.к. травмированное зерно (механически поврежденное) увеличивает вероятность начала самосогревания со всеми вытекающими последствиями.
Именно поэтому, следующие разделы посвящены доказательству необходимости очистки зерна и анализу эффективности зерноочищающих машин.
Вопрос: Как часто нужно перемещать зерно в складе при хранении? Что делать, чтобы оно не «горело»? Чем и как лучше измерять температуру в бурте, на какие показатели ориентироваться? Поделитесь опытом.
Основной причиной, по которой может возникнуть горение зерна — это повышенная влажность зернового вороха.
Чтобы зерно не горело, нужно:
Как часто нужно перемещать зерно в складе при хранении?
🔶 Если у Вас зерно с влажностью до 14%, то достаточно перемещать зерно два раза в год для предотвращения слёживания.
🔶Если мы закладываем на хранение семенной фонд или ячмень пивоваренный, высота насыпи должна быть не более 1,5-2 метров и ворошение должно быть каждые 1,5-2 месяца.
🔶Влажное зерно (16%) лучше не хранить позже февраля и реализовать в холодное время года, так как весной возрастёт микробиологическая активность и активность амбарных вредителей. О том, как с ними можно бороться, читайте здесь.
🔶Если склады позволяют, то влажное зерно необходимо хранить отдельно от сухого и, тем более, семян.
Что делать, если начался нагрев бурта?
🔷 Семенное зерно и ворохи с повышенной влажностью необходимо постоянно держать под контролем. Используют для этого специальную электронную термоштангу или термощуп, который на экране показывает текущую температуру вороха.
🔷 Есть еще забытый народный способ. Заготавливают из осины или тальника длинные колья и вставляют в бурт на всю глубину в 2-3 местах. В зависимости от проблемности зерна делают обход склада и фиксируют температуру кольев.
🔷 Есть специальные аэраторы зерна, которые также погружаются в бурт и начинают туда поставлять потоки воздуха, в результате зерно сушится. Но эти машины эффективны до 20% влажности зерна. Часто бывает, что зерно кукурузы после сушки попадает в склад горячим, склад металлический, конденсат капает на поверхность бурта или в какую-то конкретную точку. Аэраторы как раз для точечных мест, в которых наблюдается повышенная влажность зерна. Они шнеком выносят зерно из нижних слоев вверх.
🔷 Еще хороший метод — это регулярный отбор проб. Например, каждый месяц ответственный человек заходит в склад и по схеме отбирает пробы. При этом вы видите текущую ситуацию в складе, проходите весь склад. Пробы везете в лабораторию и получаете результаты анализов.
Что такое самосогревание зерновых масс, и как с ним бороться
Самосогревание зерна – рост температуры зерновой массы в результате протекающих в ней физиологических процессов и низкой теплопроводности. Процесс может наблюдаться при транспортировке зерноматериала на судах и в вагонах, при хранении в зернохранилищах и на токах.
Важно! Самосогревание зерна при хранении или перевозке не может закончиться самопроизвольно. При отсутствии срочных мер борьбы продукт целиком лишится технических, фуражных, продовольственных и посевных свойств. Процесс протекает достаточно быстро: до температуры в 55-60 0 С масса может нагреться уже спустя двое-четверо суток.
Виды самосогревания
Различают следующие виды самосогревания зерна:
Гнездовое
Процесс начинается в определенной части массы зерна в результате:
Эти причины наиболее распространенные, но не единственные.
Появляется при хранении зерна в буртах, хранилищах, силосах. Самосогревание происходит в вертикальном или горизонтальном пласте насыпи.
Верховое
Чаще всего процесс начинается ранней весной или поздней осенью (в периоды с максимальными перепадами температур внешней среды и самого зерна). Протекает в верхнем слое массы.
Низовое
Развивается в нижнем слое, и, как правило, наблюдается при отгрузке только что собранной массы в помещения с холодными полами (осенью или летом).
Вертикально-пластовое
Самосогревание начинается в вертикальном слое-пласте, находящемся возле стены хранилища. Причина: некачественная гидроизоляция стены, ее нагрев или охлаждение (солнцем или холодным атмосферным воздухом).
Сплошное
Самосогревание происходит во всей массе зерна за исключением «периферии». Возникает:
Причины возникновения самосогревания
Можно выделить несколько факторов, которые способствуют началу самосогревания зерновой массы.
Исходное состояние
Состав микрофлоры, незаконченность процесса дозревания, физиологическая активность (активность ферментов), исходная температура и влажность – эти показатели, определяющие состояние массы зерна, могут провоцировать процесс нагрева. Партии, увлажняющиеся при хранении или поступающие в зернохранилища, например, во влажном состоянии или с большим количеством примесей, с огромной вероятностью столкнутся с самосогреванием.
Присутствие микроорганизмов
Аспергиллюсы, пенициллиумы, другие плесневелые грибки и микроорганизмы появляются при температуре от +15 0 С и влажности массы более 13%. Именно такие условия обычно наблюдаются в процессе хранения свежеубранной культуры.
Внешние условия
Не поддерживая в силосах и зернохранилищах здоровый микроклимат, предприятие провоцирует самосогревание материала, создавая благоприятные условия для появления плесени, увлажнения и гниения зерна.
Важность и меры борьбы с самосогреванием
При второй стадии самосогревания (температура +35-38 0 С) качество массы заметно снижается: образуется плесень, самые влажные зернышки темнеют, появляется запах солода, сыпучесть падает. Использовать продукт в продовольственных целях запрещено.
При третьей стадии (температура от +50 0 С) наблюдается полная утрата или существенное снижение сыпучести, появление затхлого, гнилостного запаха. Зерна имеют черный или коричнево-черный цвет. Продукция непригодна даже для кормовых целей.
Меры борьбы с самосогреванием
Мероприятия, нацеленные на борьбу с самосогреванием зерноматериала, делятся на профилактические и прекращающие процесс.
Профилактика
Используются такие меры, как:
Меры, прекращающие процесс
Способы борьбы с начавшимся самосогреванием выбирают после определения вида и границ самопроизвольного нагрева зерна. Необходимая информация добывается с помощью термощупов, размещаемых по всей высоте насыпи. Зерновые массы находятся под более тщательным наблюдением.
