Вікторія Опалко, ст. викладач, Руслан Шатров, канд. техн. наук, доцент, Анатолій Шиш, канд. екон. наук, доцент, НУБіП, Віктор Марченко, канд. техн. наук, Agroexpert (Україна)
Сучасні технології ефективного зберігання зерна передбачають повний комплекс захисту зернової маси. Водночас велике значення має охолодження зерна, адже при цьому пригнічується життєдіяльність мікроорганізмів, різко гальмується інтенсивність усіх біологічних процесів у зерні, що сприяє загибелі великої кількості шкідливих комах.
Гіпотезою на користь ефективності зберігання зерна в охолодженому стані є твердження, що чим нижчою є температура, то якіснішим буде зберігання за умови, що низькі температури не пошкодять структури й властивостей самого продукту. Адже нікого не дивує, що тримати продукти харчування потрібно у холодильнику, щоб якомога довше зберегти їхню якість.
На забезпечення належних технологічних умов зберігання зерна впливають три основні чинники – його температура та вологість, а також тривалість зберігання. Технології зберігання ґрунтуються на тому, що зерно – це живий організм, який дихає, а під час дихання в ньому постійно відбуваються процеси обміну речовин, і таким чином підтримується життєдіяльність зародкової клітини. Одним із наслідків дихання зерна є втрата його ваги завдяки дисиміляції органічних речовин.
Цей процес безпосередньо пов’язаний з показниками температури та вологості. Що вищою є температура, то інтенсивніше проходитиме процес дихання зерна. Особливо активним є дихання у теплу пору року, внаслідок чого зерно самозігрівається та втрачає частину своєї ваги. Варто пам’ятати, що сухе й охолоджене зерно й насіння зберігаються найдовше.
Втрата сухої речовини є найменшим негативним наслідком дихання зерна. Під час дихання збільшується кількість гігроскопічної вологи у зерні й підвищується відносна вологість повітря міжзернових просторів, змінюється склад повітря у цих просторах і виділяється тепло. Це може призвести до самозігрівання зерна. За невисоких позитивних температур навіть відносно вологе зерно дихає з мінімальною інтенсивністю. Але що вищою є температура, то більшою є загроза утворення вогнищ самозігрівання.
Температура зернової маси є важливим фактором, який суттєво впливає на якість зерна під час зберігання. За умови, що зерно було очищене від шкідників та різного роду домішок і не перебуває під прямим впливом навколишнього середовища (тобто не лежить просто неба) саме комбінація вологості й температури визначає тривалість зберігання зерна без втрати якісних показників. Дослідження, проведені фахівцями, встановили, що економічно ефективні умови зберігання зерна озимої пшениці перебувають у діапазоні температур від 12°С і нижче. При цьому втрата маси зерна за місяць зберігання за вологості 17% становила близько 0,1%.
Головною причиною псування зерна є безконтрольність температури, що викликає переміщення вологи від однієї частини маси зернових до другої, де вона може акумулюватись і призводити до псування зерна. Хоча переміщення вологи може відбутися у будь-який час, коли температура у різних частинах сховища різниться, найкритичніший час виникає тоді, коли тепле зерно зберігається за холодної зимової температури.
Іншими факторами, які безпосередньо впливають на якість зерна протягом періоду зберігання, і яким неможливо запобігти у повній мірі, є пліснява, гриби та комахи. Поява у зерновій масі плісняви та грибів є причиною утворення та виділення токсинів. Як свідчить практика, з цими негативними явищами можна успішно боротися шляхом охолодження зерна. Зокрема, за вологості 17% безпечний термін зберігання зерна можна довести до 100 днів. Для цього, аби запобігти утворенню грибів та плісняви, достатньо охолодити зерно до температури нижче 12°С.
Негативно на якість зберігання зерна впливають комахи-шкідники, які за виникнення оптимальних умов для життєдіяльності швидко розмножуються та поширюються. Втрати, пов’язані з диханням зерна, неможливо порівняти з тими, які можуть завдати шкідники і мікроорганізми. За статистичними даними, від діяльності шкідників втрати зерна протягом періоду зберігання в Україні оцінюють в розмірі щонайменше 10% від загального врожаю. Останнім часом саме для контролю впливу цих негативних чинників почали використовувати технологію охолодження зерна.
Щодо температурного режиму, то встановлено, що оптимальний діапазон температур для розвитку більшості шкідників хлібних запасів перебуває в межах від 18 до 32°С. Тривалі температури нижче 16°С або вище 35°С стримують їхній розвиток і розмноження, а довготривале перебування в середовищі з температурою 18°С і нижче призводить до повільного відмирання всіх фаз розвитку шкідливих комах та забезпечує практично нульову їхню активність, а отже, суттєве зменшення втрат зерна піл час зберігання.
Звісно, є більш холодостійкі комахи, наприклад кліщі, окремі види яких можуть розвиватися, хоча й повільно, за температури близько 5 – 7°С. Утім, низькі температури зберігання є ефективним методом контролю розвитку шкідників. Крім цього, на відміну від найпоширенішого в Україні способу контролю чисельності шкідників хлібних запасів – фумігації (на яку до того ж потрібно витрачати чималі кошти), охолодження є екологічно чистим методом.
Розвиток мікроорганізмів також залежить від вологості та температури зерна. Різні групи грибів неоднаково реагують на зміну температури, до того ж, що нижчою є температура, то більше сповільнюється їхня життєдіяльність та, відповідно, виділення токсинів.
Беручи до уваги всі чинники, що впливають на якість зерна під час його зберігання, можна впевнено стверджувати про переваги технології охолодження зернової маси у сховищі до визначеного рівня температур. Зниження температури на кожні 5°С приблизно вдвічі збільшує тривалість стійкого зберігання зерна, однак надійне консервування забезпечується лише за достатньо ефективного охолодження.
За охолодження зернової маси найсприятливіша для зберігання насіння є температура у межах 0 – 5°С. Не рекомендується охолоджувати насіння до низької мінусової температури, оскільки в його партіях із підвищеною вологістю спостерігається зниження схожості. Температура -10…-20°C згубно діє на зерно злакових за вологості понад 18 – 20%. Крім того, значне охолодження зернових мас (до -20°С і нижче) зумовлює великий перепад температур у весняний період, що призводить до самозігрівання у верхньому шарі насипу.
У період пікових навантажень на зерносушильне обладнання протягом сезону, використання технології охолодження зерна може забезпечити тривале та безпечне його зберігання з вологістю, яка на декілька відсотків буде вищою за базисну. Наприклад, для зерна озимої пшениці вологість може становити 18 – 19%, а для зерна, яке призначене для кормів, максимальний вміст вологи, за умови зберігання з охолодженням, може досягати до 22%.
На початковій стадії зберігання свіжозібраного зерна консервування охолодженням є основним технологічним заходом його захисту від псування. Здебільшого цей метод застосовують під час зберігання зерна технічного призначення.
За час охолодження зерна сухим прохолодним повітрям відбувається обмін тепла та вологи, що створює додатковий ефект просушування, а надлишкова волога виходить зі сховища. Залежно від культури та початкової вологості зернової маси, завдяки примусовому охолодженню вдається досягти зменшення вологості на 0,5 – 1,5%.
Способи охолодження зерна
Для охолодження зерна використовують природне атмосферне повітря, досягаючи при цьому повного консервування маси на весь період зберігання. Обробка зернових мас штучно охолодженим повітрям дуже ефективна. У режимі активного вентилювання свіжозібране зерно вологістю до 20% можна зберігати без зниження якості протягом 8 – 10 днів, але втрати на дихання при цьому різко збільшуються.
Способи охолодження зернових мас повітряними потоками поділяють на дві групи: пасивні й активні.
За пасивного охолодження зернову масу не перемішують і не нагнітають у неї повітря, а провітрюють зерносховища та обладнують у них припливно-витяжну вентиляцію. Відкриваючи вночі вікна і двері складів у літньо-осінній період, знижують температуру повітря в складі, а отже, в зерновій масі.
Підвищити ефективність пасивного охолодження можна, облаштувавши припливно-витяжними каналами місткості для зберігання зерна. Однак цей захід не завжди ефективний, бо за такої системи вентиляції крізь зернову масу проходить недостатня кількість повітря для того, щоб охолодити її.
До активних способів охолодження належать пропускання зернових мас через зерноочисні машини, конвеєри і норії, обробка на стаціонарних або пересувних установках для активного вентилювання. Активним способом охолоджують насамперед нестійке до зберігання зерно.
Взаємодіючи з повітрям, зерно й домішки охолоджуються, поновлюється запас повітря у міжзернових просторах. Що більшою є різниця між температурами навколишнього повітря і зернової маси, то вищою буде ефективність від активного охолодження зерна.
Значно більший ефект з відносно невеликими затратами праці дає переміщення зернових мас на послідовно встановлених конвеєрах або через зерноочисні машини, обладнані вентиляторами. До того ж, що довший шлях руху зерна, то більше воно контактує з повітрям і тим інтенсивніше охолоджується. Нині основний спосіб охолодження зернових насипів – активне вентилювання атмосферним повітрям.
Для охолодження зерна використовують повітря з навколишнього середовища (шляхом вентилювання зерна) та штучне охолодження (за допомогою холодильних, стаціонарних або мобільних установок).
Холодильні установки
Для охолодження зерна використовують не лише атмосферне, а й штучно охолоджене повітря за допомогою холодильних установок. Штучний холод дає змогу швидко знизити температуру партії зерна і запобігти його втратам внаслідок активного розвитку мікроорганізмів та комах. Цей метод доцільно застосовувати для охолодження насіння сої, ріпаку, соняшнику, овочевих культур тощо.
Для активного охолодження зерна використовують промислові холодильні установки компресорного типу та вентилятори. Ці установки дають змогу досягти оптимальної температури для безпечного зберігання зерна незалежно від умов навколишнього середовища.
Принцип дії промислових холодильних установок загалом схожий з роботою звичайного односекційного кондиціонера. Атмосферне повітря всмоктується в установку та охолоджується до потрібної температури в охолоджувачі (випарнику). При цьому з установки виводиться зайва вода. Далі холодне вологе повітря трохи нагрівається у спеціальному блоці, задля зниження його відносної вологості. Сухе холодне повітря підводиться шлангом до повітряного розподільника сховища і проходить крізь зернову масу. Цю технологію можна застосовуватися як у підлогових сховищах (охолоджене повітря надходить через тимчасово розташовані на підлозі перфоровані канали), так і на елеваторах силосного типу (використовують стандартні вентиляційні отвори та канали силосу). Відпрацьоване повітря має виходити в атмосферу через отвори сховища, відводячи відібрану у зерна вологу й тепло.
Використання вентиляторів холодильних установок варто припинити за зниження температури навколишнього середовища до 1°C для того, щоб уникнути замерзання вентиляційних каналів на даху силосу.
Охолоджене повітря розподіляється всередині зернового складу через систему повітропроводів у нижній частині сховища. Під час проходження охолодженого повітря вгору крізь зернову масу температура зерна знижується до заданих параметрів. Зерно є відмінним термоізолятором, тому після охолодження до низької температури воно залишається охолодженим тривалий час. Оскільки зерно є гігроскопічним, слід пильно контролювати відносну вологість охолодженого повітря, яке подається до зернової маси.
