Особенности хранения зерна

ФАО оценивает ежегодные потери зерновых приблизительно в 10% общего производства с максимумом для некоторых менее развитых стран 30—50 %.

Основная причина этих потерь, особенно в развивающихся странах, — негерметичность хранилищ, допускающих свободное проникновение насекомых, грызунов, птиц и даже осадков, вызывающих развитие плесеней и создающих неблагоприятные условия хранения. Даже там, где зерно хранят в пригодных для этого силосах, потери могут происходить вследствие загрязнения, снижения качества и порчи.

Влажность и температура

Важное свойство зерна различных культур — сохранность его в течение длительного времени при соблюдении определенных условий. С хранением зерна связано много проблем, обусловленных тем фактом, что оно представляет собой живой организм и поэтому может погибнуть. В этом контексте влажность и температура зерна являются наиболее важными факторами.

Излишняя влага или повышенная температура могут привести к плесневению, если зерно слишком долго хранится. Влажности в значительной степени определяется методом уборки зерна. В прошлом для уборки использовали только косилки: зерно могло созревать и высыхать в неплотных снопах в поле до обмолота. Во время этого периода сушки большая часть влаги терялась.

Однако в настоящее время уборку ведут комбайнами, и большая часть влаги в соломе и сорняках переходит на само зерно, чем и объясняется увеличение влажности зерна после уборки по сравнению с влажностью его до уборки. Механизированная уборка не оставляет времени для вентилирования зерна на открытом воздухе. Наоборот, убранное зерно, уже обмолоченное, направляется непосредственно с поля во временное хранилище, где оно будет находиться до начала искусственной сушки.

Так как климатические условия, которые редко бывают оптимальными, частично определяют время уборки зерна, а фермеры сильно загружены в этот короткий период, аренда и кооперативное использование комбайнов получили широкое распространение. Сейчас уборка занимает значительно меньше времени, а вместимость хранилищ на фермах обычно недостаточна. В то же самое время процесс сушки необходимо начинать с момента поступления зерна.

При небольшом объеме производства зерна эта проблема может быть решена с помощью простых вентиляционных установок, которые нагнетают сухой холодный или подогретый воздух. Учитывая большую опасность ухудшения качества, которое может быстро привести к катастрофе при хранении очень влажного зерна, некоторые фермеры организовали кооперативные зернохранилища, где было смонтировано дорогое промышленное сушильное оборудование с системами принудительного вентилирования для охлаждения зерна.

Температура сушки зерна очень важна и определяется влажностью зерна. При слишком высокой температуре сушки возможно серьезное повреждение, например, потеря всхожести семенного зерна или пивоваренного ячменя, потеря мукомольного и хлебопекарного качеств пшеницы, потеря пищевой ценности продовольственного зерна и опасность повреждения зерна из-за неравномерного высыхания зерновки и оболочки.

Безопасная температура сушки находится в диапазоне 40—55 °С. Обычно процесс сушки продолжают до тех пор, пока влажность зерна не достигнет величины 16—18%.

Кроме того, в сухом состоянии зерно остается живым организмом, характеризующимся метаболической и дыхательной активностью. Кислород, потребляемый из воздуха при дыхании. преобразует углеводы в диоксид углерода, влагу и теплоту. Для зерна, хранящегося длительное время (свыше года), это преобразование должно быть по возможности значительно снижено для предотвращения существенного увеличения влажности и температуры.

Опыты показывают возможность замедления интенсивности дыхания охлаждением и сушкой горячего и влажного зерна. Слишком высокая влажность и теплота не только ограничивают максимальную продолжительность хранения, но также связаны (как причина, так и следствие) с развитием плесеней, бактерий и амбарных долгоносиков. Если эта проблема не решается на первом этапе хранения, то процесс снижения качества ускоряется, приводя к еще большей влажности и теплоте. В результате всего этого партия зерна обесценивается и в самом худшем случае не может быть использована даже на кормовые цели.

На практике стандартом качества партии зерна является его всхожесть. Этот стандарт может быть использован для семенного зерна или пивоваренного ячменя, а также для зерна, используемого для непосредственного потребления. Эксперты установили, что всхожесть важна для продовольственного зерна и что микроорганизмы, которые сопровождают развитие плесеней, предпочитают питаться зародышем зерна; зародыши с более высокой влажностью и содержанием белка представляют более питательную среду, чем эндосперм зерна. После зародыша микроорганизмы атакуют оставшуюся часть зерна до тех пор, пока оно не будет полностью обесцененным. Диализ всхожести различных видов зерна также показал, что плесени развиваются с различной интенсивностью. Считают, что зерновые культуры, имеющие зерновки, покрытые чешуей (ячмень и овес), должны обладать меньшей интенсивностью развития плесеней, чем мучнистые или голозерные (пшеница и рожь).

Во время развития и созревания в поле зерно проходит различные этапы, которые можно описать в следующем хронологическом порядке:

• восковая спелость, когда количество сухого вещества в зерновке возрастает до определенного максимума, в то время как влажность составляет приблизительно 30 %;
• созревание, когда влажность начинает снижаться;
• полная спелость, когда влажность в сухую погоду уменьшается примерно до 14 %.

Обычно чувствительность к влаге как результату погодных условий очень большая в фазе полной спелости. Это означает, что зерна поглощают и выделяют влагу очень легко; зерновка является гигроскопичной.

Специалисты выступают против уборки зерновых комбайнами в фазе полной спелости, так как это сопровождается избыточной потерей зерна. Если имеются методы быстрой сушки, то лучше убрать зерно до наступления полной спелости, несмотря на более высокую влажность зерновок.

Механическое повреждение зерна может быть результатом повреждения, вызванного неправильным функционированием комбайна, избыточной влажности (свыше 18 %) зерна при уборке и интенсивной механической транспортировке. Повреждение семенного зерна и пивоваренного ячменя может снизить их жизнеспособность. Для продовольственного зерна повреждение означает, что в процессе помола потери будут выше. Обычно повреждение зерна снижает его ценность и увеличивает опасность при продолжительном хранении.

При использовании комбайнов в зерновой массе содержится больше примесей, чем при уборке простыми косилками. Качество и потенциальная продолжительность хранения партии зерна точно связаны с содержанием примесей. Эти примеси, обычно части зеленых растений (примеси, части стеблей и т. п.), имеют высокую влажность, являются источником инфекции и стимулируют развитие плесеней. Следовательно, перед закладкой зерна на хранение его необходимо тщательно очистить.

Как упоминалось ранее, хранящееся зерно дышит и требует определенного объема кислорода, который преобразуется в почти равное количество диоксида углерода. Имеются доказательства того, что зерно, хранящееся в закрытом силосе, имеет относительно низкую интенсивность дыхания, когда поглощается кислород воздуха и продолжает выделяться диоксид углерода. Повышающаяся концентрация СО₂ вызывает дальнейшее снижение интенсивности дыхания таким образом, что процессы, происходящие в зерне, и развитие микроорганизмов (плесеней и бактерий) практически приостанавливаются.

Это положительное явление обычно используют всякий раз, когда зерно должно храниться продолжительное время. Установлено, что зерно, хранящееся в течение длительного времени в закрытых бункерах при оптимальных условиях влажности и температуры, будет иметь предельно низкие потери жизнеспособности, которая восстанавливается сразу же при контакте со свежим воздухом. Хранение зерна должно прежде всего обеспечивать сохранение жизнеспособности и предотвращать развитие плесеней.

Доказано, что возможный период хранения можно увеличить, если влажность и температуру снизить, например, путем охлаждения или сушки.

На практике большая часть зерна, поступающего с поля, имеет некоторые различия по влажности и температуре, что может привести к проблемам при хранении. Кроме того, зерно, хранящееся у стен силосов или в верхнем слое, имеет тенденцию охлаждаться быстрее, чем зерно в центре.

При таких обстоятельствах холодный, более тяжелый воздух будет оседать, горячий воздух — подниматься. При соприкосновении горячего воздуха с холодным может произойти конденсация, увеличивающая влажность в верхней части силоса. Эта опасность наибольшая в осенний период, когда средние температуры окружающего воздуха становятся ниже. Для более равномерного распределения влаги в зерновой массе и предотвращения плесневого запаха и местного самосогревания зерна рекомендуется до сушки перемешивать или перебрасывать зерновую массу с применением ограниченного вентилирования.

Взаимосвязь температуры и влажности зерновой массы и вентилирования воздухом должна находиться под контролем.

В процессе сушки и охлаждения мощные потоки воздуха нагнетаются или отсасываются под давлением из зерновой массы. Используются различные системы, например:

• зерновая масса распределяется слоями (горизонтальные хранилища) и не перемещается в процессе вентилирования; сопротивление воздуху минимальное;
• зерно хранится в вертикальном силосе (оно не перемещается) и сильные потоки воздуха проходят через зерновую массу, предпочтительно сверху вниз;
• зерновая масса перемещается и пересекается восходящим или нисходящим потоком воздуха, который может быть подогрет.

В процессе сушки зерна передача теплоты и влаги между воздухом и зерном определяется некоторыми важными физическими законами и явлениями, а именно:

• гигроскопичностью зерна (отмечается в зависимости от вида зерна);
• зерно является плохим проводником тепла и ведет себя как изолятор;
• увеличение температуры начинается медленно и ускоряется со временем;
• более влажное зерно вызывает более быстрое повышение температуры.

Общие правила для сушки зерна вентилированием следующие: температура воздуха, используемого для вентилирования, должна быть на 4—5 °С ниже температуры зерна; относительная влажность воздуха должна быть ниже соответствующей равновесной влажности зерна.

Амбарный долгоносик

Одна из проблем, требующих внимания при хранении зерна, — присутствие амбарного долгоносика — черного жука длиной 3—5 мм с плохо развитыми нижними крыльями, неспособного летать, который себя прекрасно чувствует в зерновой массе. Предварительно высверлив хоботком выемку, самка, которую трудно отличить от самца, откладывает яйцо и заделывает выемку каплей жидкости. Эта жидкость быстро твердеет при контакте с воздухом; снаружи не видно никаких следов. Спустя несколько дней белая личинка выходит из яйца и начинает питаться эндоспермом. Личинка растет, линяет, превращается в куколку, и в конечном итоге из куколки выходит молодой жук. Все это происходит внутри зерна, а снаружи еще ничего не видно. Когда молодой жук выходит наружу, половина зерновки уже съедена.

Развитие долгоносика от яйца до взрослого жука в значительной степени зависит от температуры. Эволюция происходит тем быстрее, чем выше температура. При высоких температурах зерна он может давать от четырех до пяти поколений в год. Опыты показали, что одна самка может откладывать 1000 яиц в год, в то же время при благоприятных условиях это число может возрасти до 100 000. При снижении температуры до 6 °С амбарные долгоносики находятся в парализованном состоянии, но, как только температура повышается, они пробуждаются и становятся более активными, их прожорливость и половое влечение также становятся сильнее с увеличением температуры до появления признаков паралича при 38 °С. Амбарные долгоносики погибают при 39 °С.

Амбарные долгоносики, несомненно, самые опасные вредители хранящегося зерна. Сильное заражение вызывает повышение влажности и температуры; в результате скопления мертвых особей и экскрементов насекомых создается отличная среда для развития многих других вредных организмов, таких, как клещи, плесени и бактерии. Зерно приобретает затхлый запах и теряет качество. Этот процесс может продолжаться до тех пор, пока зерно не станет полностью непригодным для продовольственных целей. Зерновая пыль, зараженная мертвыми телами и экскрементами долгоносиков, может вызвать серьезные болезни у животных; особенно чувствительны лошади и свиньи.

Заражение долгоносиками необходимо обнаруживать по возможности раньше. С этой целью можно просеять пробу зерна или опустить ее в ковш с водой и перемешать. Здоровые зерна оседают на дно, тогда как зерна, в которых находятся личинки, куколки или взрослые жуки, всплывают на поверхность. Третий метод предусматривает просвечивание зерен мощным источником света.

При выгрузке зараженной партии зерна из силоса некоторые долгоносики могут оставаться, укрываясь в трещинах, остатках гравия и полостях в стенах силоса, где они выживают без пищи в течение многих месяцев. Таким образом, долгоносики заражают другую партию зерна, закладываемую на хранение, и проблема остается нерешенной.

Имеется несколько методов борьбы с амбарными долгоносиками с использованием контактных инсектицидов или газов. К контактным инсектицидам относятся порошки, смешиваемые с зерном, и жидкости, наносимые на зерно в распыленном состоянии. Оба вида инсектицидов только убивают долгоносиков, которые находятся в зерновой массе, но не влияют на личинки внутри зерна.

Борьба с амбарными долгоносиками с помощью газов (фумигация) во многих отношениях дает лучшие результаты. Газы проникают внутрь зерна и уничтожают яйца, личинки, куколки и взрослых долгоносиков. Эффективность этого метода в значительной степени зависит от температуры, которая должна быть выше 20 °С. Метод фумигации можно применять только при условии тщательной герметизации помещений, которые можно легко вентилировать после окончания обеззараживания и которые расположены на расстоянии от других зданий.

Фумигация имеет также некоторые недостатки. Газы чрезвычайно ядовиты для человека и животных; некоторые из них легко воспламеняются и поэтому взрывоопасны. В связи с этим необходимо принимать различные меры предосторожности до фумигации и в процессе ее проведения (следует надевать противогазы и перчатки, избегать огня и искр), а обеззараживание должны выполнять специалисты.

Учитывая все эти опасности, ВОЗ (Всемирная организация здравоохранения) и ФАО (Продовольственная и сельскохозяйственная организация ООН) после тщательного исследования одобрили систему, которая пытается решить эти проблемы с использованием ионизирующего облучения пищевых продуктов. Это новый метод, который делает возможным обеззараживание продуктов и уничтожение микробов и насекомых и не оказывает вредных побочных воздействий при потреблении продуктов питания.

Хранение зерна в среде инертных газов

Предложены методы поддержания атмосферы с пониженным содержанием кислорода в силосе, что позволяет контролировать дыхание хранящихся запасов, и прежде всего различных паразитов.

Основное преимущество метода состоит в том, что на всех стадиях развития насекомые не могут выживать при очень низкой концентрации кислорода. Высокое содержание диоксида углерода (СО₂), образующегося за счет дыхания насекомых, также способствует их угнетению, но основным фактором уничтожения вредителей является низкое содержание кислорода в межзерновом пространстве. Недостатком метода является медленное поглощение кислорода вредителями; перед снижением концентрации кислорода до уровня, обеспечивающего полную гибель насекомых, происходит сильное заражение.

По методу, разработанному Шейбалем и Ди Маггио из Снампрогетти (Италия), используется азот, который биологически инертен и легко доступен на рынке в газообразной и жидкой формах. Азот может использоваться для краткосрочной фумигации и при продолжительном хранении сухого зерна и зерна средней и высокой влажности, так как при низких остаточных концентрациях кислорода быстрое развитие плесеней значительно замедляется в атмосфере технического азота и прекращается в чистом азоте.

Основные преимущества метода следующие:

• активность насекомых снижается;
• резистентность насекомых к кислородному голоданию исключается;
• зерно при критической влажности может сохраняться в течение значительно более длительного времени, чем в общепринятых хранилищах в воздушной атмосфере;
• развитие самосогревания и колебание температуры зерновой массы исключаются;
• переброска хранящегося зерна не требуется;
• взрывы и самовозгорание исключаются;
• жизнеспособность и свойства зерна поддерживаются в течение значительно больших периодов без дополнительных мер предосторожности.

Этот метод интенсивно исследуется и испытывается в условиях обычной практики хранения.