Зберігання навіть сухого зерна несе несподіванки, які можуть призвести до втрати його якості

 

Микола Кирпа,

доктор сільськогосподарських наук

ДУ Інститут зернових культур НААН України

 

Зернова маса складається з різних компонентів, які тісно взаємодіють між собою та з навколишнім сере­довищем. Такими компонентами є, власне, зерно, домішки, мікроорганізми, кліщі й інші комірні шкідники та комахи, повітря міжзернових прошарків. До найважливіших чинників навколишнього середовища, що впливають на зернову масу, належать температура й відносна вологість атмосферного повітря, швидкість змінення їх параметрів тощо. Залежно від впливу різних компонентів і чинників формується стійкість та якість зерна у процесі зберігання.

Водночас відомо, що найвищу стійкість та якість зерно має в сухому стані – воно стійке проти несприятливих чинників навколишньогосередовища та ураження патогенною мікрофлорою, характеризується низьким коефіцієнтом дихання, а від так втрачає порівняно мало запасних речовин. Однак за певних умов зберігання сухого зерна може супроводжуватися негативними процесами, зокрема самозігріванням і злежуванням зернових мас.

Самозігрівання – це процес, який відбувається в зерновій масі та супроводжується швидким спонтанним наростанням температури до +45‑50°С і вище. При цьому зерно може розігрітися до повної втрати споживчих властивостей – посівних, кормових і продовольчих якостей. Окрім високої температури сигнальними ознаками самозігрівання зерна є поява стороннього, невластивого зерну запаху, його зволоження, зміна кольору, блиску, хімічного складу.

Самозігрівання найчастіше проявляється за зберігання свіжозібраного вологого зерна насипом. Уже через 1‑3 доби (залежно від вологості) всередині насипу виникають осередки самозігрівання, які можуть поширюватися на всю масу зерна та призводити до втрат його якості.

Однак найнебезпечніший прояв – самозігрівання сухого зерна за зберігання з вологістю на рівні максимально дозволеної чи критичної. Така вологість є різною (залежно від культур) і становить: 15‑16 % для зернобобових; 14‑15 % для пшениці, ячменю, жита, вівса; 13‑14 % для кукурудзи, сорго та проса; 7‑8 % для олійних культур. Практика показує, що найчастіше самозігрівання трапляється в осінній період, коли зерно закладається на зберігання, та весною – за зміни умов навколишнього середовища. Серед різних систем господарювання самозігрівання частіше фіксується у виробників, котрі зберігають зерно в різних власних сховищах, порушують технологію, не дотримуються правил конт­ролю за продукцією.

 

Причини самозігрівання

Досвід зберігання зерна свідчить, що самозігріванню краще запобігати, аніж боротися з ним. Для цього необхідно знати причини, які пов’язані з фізичними властивостями зерна та фізіолого-мікробіологічними процесами, що протікають у зернових масах за їх зберігання.

До фізичних властивостей, які значно впливають на самозігрівання, слід віднести низьку теплопровідність і температуропровідність, а також явище термовологопровідності зерна. Внаслідок низької теплопровідності теплота, котра може з’явитися в насипу зернової маси, акумулюється і впливає на життєдіяльність усіх її живих компонентів – власне зерна, мікроорганізмів, комах, кліщів. Відведення теплоти назовні також стримується низькою температуропровідністю: наприклад, швидкість поширення температурної хвилі у зерновій масі теоретично не перевищує 20 мм за 150 секунд, а практично – набагато менша.

Іншою теплофізичною особ­ливістю є термовологопровідність, яка полягає у переміщенні вологи в напрямку потоку тепла. Практично це означає, що в насипу, де є шари зерна з різною температурою, волога поступово переміщується із місць теплих до холодних. Волога також може рухатися внаслідок конвекції повітря з різною температурою і густиною, а холодне повітря (яке важче) осідає в нижніх шарах насипу зерна, тепле ж підіймається до верхніх шарів. Проте в будь-якому разі в місцях розмежування зерна з різною температурою випадає конденсат у вигляді крапельно-рідкої вологи, що значно впливає на стан і якість зерна.

Зважаючи на це, першопричиною самозігрівання є фізіо­лого-біохімічні процеси, які призводять до появи теплоти у зволоженій зерновій масі під час його зберігання. До таких процесів належить дихання усіх живих компонентів зернової маси – зерна, мікроорганізмів, комах, кліщів, що супроводжується виділенням значної кількості теплоти. Інтенсивність дихання (а отже виділення теплоти) різко зростає за умови зволоження зерна. Тобто спочатку, внаслідок термовологопровідності й конвекції, відбувається поява вільної вологи, після чого активується дихання та підвищується температура зернової маси.

З усіх компонентів найбільше температура підвищується від життєдіяльності й розвитку мікрофлори, переважно з групи пліснявих грибів. Встановлено, що за зволоження зерна до 18 % і його ураження грибами Aspergillius температура істотно підвищується вже на 2‑3 добу (табл. 1).

 

Стадії самозігрівання зерна, його види та способи вентиляції

У температурному режимі процесу самозігрівання є точка, після якої наростання температури має спонтанний характер, а сам процес уже важко призупинити без погіршення якості зерна. Така точка знаходиться на рівні +28‑32°С і відповідає температурному оптимуму для життєдіяльності мікроорганізмів, комах і кліщів. Водночас зі зміною температури помітно змінюються інші сигнальні ознаки самозігрівання зерна – його запах, колір, сипучість, вологість. Відтак, виходячи з комплексу зовнішніх ознак, розрізняють три основні стадії самозігрівання, які значно впливають на якість зерна (табл. 2).

Особливу увагу слід звертати на першу – початкову стадію, оскільки її своєчасне визначення запобігає дальшому розвитку інших, більш небезпечних стадій. Основним показником є температура – вона не має відрізнятися більш як на 8‑10°С порівняно із зовнішньою. З метою призупинення розвитку цієї стадії зерно рекомендується вентилювати, охолоджувати, підсушувати, переміщувати.

Найрезультативнішим є швидке охолодження в режимі активної вентиляції зернової маси. Охолодження найперше знижує активність живих компонентів зернової маси – зерна, мікроорганізмів, комах, кліщів залежно від їх температурного режиму життєдіяльності. Рекомендується витримувати наступні температурні режими: +15°С – знижується активність комах; +10°С – досягається стан анабіозу (спокою); +5°С – уповільнюється розвиток цвілі; 0°С – відмирає більшість видів комах.

Необхідно враховувати, що мікроорганізми більш стійкі проти низьких температур. Зниження температури до +8‑10°С лише консервує зернову масу, а до 0°С – призупиняє розвиток мікрофлори, не впливаючи на її кількісний і видовий склад. Надалі, якщо складаються сприятливі температурні умови, мікроорганізми можуть відновлювати свою діяльність.

Для охолодження застосовують різні засоби активної вентиляції залежно від виду сховища. У наземних складського типу – зерно вентилюють за допомогою стаціонарних установок, переважно в холодну пору року чи доби. У сховищах висотних силосного типу вентиляцію здійс­нюють за допомогою вмонтованих систем, зокрема штучно охолодженим повітрям. Одним із варіантів є використання шахтних зерносушарок, у яких зерно охолоджується завдяки пропусканню через шахти за вимкненого паливного відділення. У такому разі охолодження є більш швидким і рівномірним порівняно з продуванням насипу без переміщення.

Із зовнішніх ознак самозігрівання особливо небажаним є поява сторонніх, не властивих здоровому зерну запахів (амбарний, пліснявий, солодовий, затхлий, кислий, гнильний) (табл. 3). За виключенням амбарного, всі інші практично не видаляються із зернової маси і знижують якість виготовлених з неї продуктів.

Особливістю самозігрівання є те, що воно виникає в будь-якій частині зернової маси залежно від різних причин та умов зберігання. На практиці всі випадки самозігрівання поділяються на три види: гніздове, пошарове і суцільне. Кожен має свою причину, але загальною є порушення правил зберігання зернової маси та незнання процесів, що відбуваються в ній.

Гніздове самозігрівання відбувається здебільшого при затіканні та за поганої гідроізоляції сховища, розміщення в ньому неоднорідного зерна за вологістю, температурою. Переважно це супроводжується скупчуванням в одному місці комах, кліщів, посиленням їх життєдіяльності. Найчастіше зустрічається в сховищах сільськогосподарського типу або пристосованих для зберігання власниками зерна. За дотримання всіх основних правил підготовки, розміщення та догляду за зерном такого самозігрівання на практиці уникнути не важко.

Пошарове (пластове) самозігрівання має складнішу природу й виникає в насипу у вигляді горизонтального або вертикального шару за зберігання в складах і силосних спорудах (див.рис.).

Особливістю є те, що воно розпочинається лише в периферійних місцях, які найбільше підпадають під різницю температур і конденсування в них крапельно-рідкої вологи. Ці види також значно пов’язані з календарними періодами зберігання зерна.

Наприклад, верхове самозігрівання характерне для пізньої осені й ранньої весни, місце його появи залежить від товщини насипу. За знач­ної товщини (як це буває за повного завантаження складів і силосів) самозігрівання виникає на глибині 80‑150 см від поверхні, за незначної товщини (до 1‑1,5 м) на глибині 20‑30 см. В осінній період самозігрівання виникає при закладенні на зберігання відносно теплого зерна. Від нього повітря нагрівається й конвекційними потоками піднімається до верхньої частини зерна, яке охолоджується від зовнішнього повітря. Тому на межі різних температур випадає конденсат, що зволожує зерно, збільшує його інтенсивність дихання та розвиток мікроорганізмів. У весняний період зволоження виникає внаслідок перепаду температур між нагрітим верхнім шаром насипу й основною частиною зерна, яке ще знаходиться в охолод­женому стані під час зберігання в зимовий період.

Низове самозігрівання характерне для ранньої осені. Виникає за завантаження теплого зерна в склади з холодною підлогою (особ­ливо бетонованою) та силоси з холодним дном. На глибині 20‑50 см від низу між шарами з різною температурою випадає конденсат та розпочинається самозігрівання. Цей вид найнебезпечніший, оскільки його ви­явити складно й внаслідок запізнення він швидко перетворюється в суцільне зігрівання.

Бічне (вертикальне) самозігрівання також відбувається аналогічно. Причиною є нерівномірний обігрів або охолодження стінок складу чи силосу. Знову на межі «тепла стінка – холодне зерно» або «холодна стінка – тепле зерно» випадає конденсат, що призводить до самозігрівання зерна по вертикалі насипу. Такий вид особливо часто може з’явитися за зберігання зерна в металевих силосах, які останнім часом активно будуються. Самозігріванню також може сприяти явище самосортування, коли легкі домішки, пил, дрібне насіння бур’янів концентрується ближче до стінок, де створюється сприятливе середовище для розвитку мікроорганізмів, комах, кліщів.

Суцільне самозігрівання означає критичне нагрівання всього насипу зерна внаслідок наявності інших видів самозігрівання та є абсолютно неприпустимим у практиці зберігання зернових мас.

Тривалість періоду самозігрівання, зокрема його певних стадій, встановити досить важко, оскільки діють різні конкретні чинники. Проте можна враховувати основні закономірності процесу: по‑перше, його швидкість різко зростає після досягнення температури в межах +30‑35°; по‑друге, особливо швидко відбувається самозігрівання зерна свіжозібраного та з підвищеною вологістю.

Приклади самозігрівання свіжозібраного зерна останнім часом значно почастішали. Пов’язані вони із кліматичними змінами, збиранням і складуванням зерна незрідка із температурою +30‑45° і вище, браком активного вентилювання й ретельного очищення зернових мас. У такому зерні, складеному на зберігання, виникають конвекційні потоки теплого повітря, спрямовані переважно до верхньої частини насипу. Внаслідок цього на глибині 50‑70 см від поверхні випадає конденсат, від якого зволожується зерно (на 0,75‑1,5 %), різко активується його дихання та життєдіяльність мікроорганізмів.

Стадії самозігрівання зерна

Рис. Види самозігрівання зернових мас у складах і силосах

1, 4 – низове

2, 5 – верхове

3,6 – вертикальне

 

Злежування зерна

Іншим особливим явищем, яке спостерігається під час зберігання зернових мас, є їх злежування. Воно означає повну або часткову втрату сипучості та значно впливає на стан зерна і його якість. Проявляється здебільшого за тривалого зберігання зерна без його переміщення як у сховищах силосного типу, так і в наземних складах. Водночас злежуватися може як насип зерна загалом, так і окремі шари в ньому. Ступінь злежування також різний – від погіршення до повної втрати сипучості.

Аналіз випадків злежування на практиці вказує на різні причини фізичного та фізіологічного характеру або ж їх поєднання. Найперша з фізичних – це тиск, який чинить маса зерна, особливо при зберіганні у висотних сховищах. Унаслідок стискання втрачається сипучість і злежуються нижні шари зерна, а також у кутах силосу. Злежуванню сприяє підвищена вологість зерна, яка виникає внаслідок самозігрівання. При цьому сила злежування може бути такою, що самостійне витікання зерна з силосу стає неможливим.

Також причиною злежування зернових мас є коливання температури в різні пори року. Періодичне нагрівання та охолодження зерна призводить до його стискання та самоущільнення по всій висоті насипу. Особливо ущільнюється зерно внаслідок заморожування чи надлишкового охолодження, коли знаходиться в стані підвищеної вологості.

Злежування, яке виникає в різних шарах насипу (особ­ливо нижніх), часто також пов’язане із самозігріванням. Як уже зазначалося, за самозігрівання розвиваються мікроорганізми, котрі деформують і руйнують оболонки зерна, знижують його міцність і стійкість проти механічних навантажень. Аналогічно впливають комахи та кліщі, які в місцях своєї життєдіяльності сприяють злежуванню зерна. З практики відомо, що скупчення кліщів, борошноїдів, гусені амбарної молі завжди спричинює гніздове або пошарове злежування зернової маси. Також продукти життєдіяльності мікробів призводять до склеювання зерна й пошарового злежування.

Отже, самозігрівання та злежування зернових мас виникає за порушення правил зберігання та їх контролю. Для організації безпечного зберігання необхідно враховувати фізичні й теплофізичні властивості зерна, фізіо­лого- й мікробіологічні процеси, що протікають у зернових масах. Контроль за станом зерна має проводитися постійно, залежно від конструктивних параметрів сховища. Особливої уваги потребує зберігання зерна в системі сільськогосподарських виробників і фермерських господарств, що застосовують різні, зокрема недостатньо пристосовані для безпечного зберігання, сховища.