hranenieИзначально консервация методом охлаждения применялась для влажного зерна. Однако в последнее время все чаще охлаждают именно сухое зерно, главным образом для его защиты от насекомых, вызываемых ими поражений, и грибков. Средства химзащиты при охлаждении не используются.Ральф Колб (Ralph Kolb),
генеральный директор компании Frigotec, Германия

Экономия расходов на сушку

Пшеница, собранная влажной, в зависимости от цели ее дальнейшего использования просушивается до 14-16% влажности. Для этого в специальной сушильной установке нагревается воздух, который циркулирует и выводит из зерна влагу. Оптимальная влажность кукурузы, риса или масличных культурах ниже, чем оптимальная влажность пшеницы.

MT800B 215x297_ru2a.indd
Экономия средств при консервации методом охлаждения достигается при соблюдении следующих трех предпосылок.

1. При каждой процедуре охлаждения возникает подсушивающий эффект? который дополнительно понижает влажность на 0,5-1,5%. При более высокой влажности зерна (>18%) этот эффект может быть сильнее. Дополнительный подсушивающий эффект сухого зерна (<14% влаги) незначителен, поэтому может не приниматься во внимание.

2. Время подсушивания зерна может быть сокращено при оптимизации процессов сушки и охлаждения, благодаря чему экономится энергия и повышается мощность сушки.

3. Чем менее энергичная сушка, тем она деликатнее и тем меньше повреждается зерно.

Отсутствие потерь при перескладировании

При перемешивании зерна и интенсивном контакте с воздухом элиминируются тепловые точки. Кроме того, каждый раз при перемещении зерна на свободные складские площадки или в камеру силоса теряется до 0,03% его общего количества. Прибавьте к этому расходы на энергоснабжение технических установок из расчета 1-3 кВт-ч на 1 т зерна. Охлажденное зерно не требует перескладирования. В статичном состоянии насыпь зерна крайне медленно принимает энергию. Это объясняется изолирующим эффектом воздуха в промежуточных пространствах между зернами, а также малой контактной поверхностью зерен. Именно поэтому теплое зерно при низкой температуре наружного воздуха долго сохраняет тепло, а охлажденное зерно, соответственно, долго остается холодным.
На рисунке 1 приведен расчет продолжительности складирования в зависимости от содержания влаги.

MT800B 215x297_ru2a.indd

Энергозатраты на консервацию методом охлаждения

Многочисленные преимущества консервации методом охлаждения влекут за собой и определенные затраты. Кроме инвестиций в холодильную установку нужно учесть расход электроэнергии, который зависит от наружной температуры и влажности воздуха, а также от температуры и влажности самого зерна.

В таблице приведены опытные данные по потреблению энергии на однократное охлаждение зерна и масличных злаков.

Процедура охлаждения
(на примере охладительной установки Granifrigor)

Воздуходувка охладительной установки втягивает атмосферный воздух, который охлаждается в охладителе (испарителе) до нужной температуры. При этом из воздуха экстрагируется влага, образовавшаяся вода сепарируется. В подключенном впоследствии устройстве Hygrotherm холодный и влажный воздух нагревается, и относительная влажность при этом понижается.

Так как в установке Hygrotherm для нагревания воздуха используется энергия из круговорота охлаждения, дополнительных расходов на энергию не возникает. Холодный и сухой воздух поступает в систему вентиляции склада через шланг и продувается через зерновую массу. Эта процедура может быть применена как в плосконасыпном хранилище, так и в силосе. Через вентиляционные отверстия хранилища поток воздуха снова попадает в атмосферу и выносит с собой экстрагированные из зерна влагу и тепло.

Риски при проветривании атмосферным воздухом

В зависимости от температуры окружающего воздуха между влажностью зерна и относительной влажностью атмосферного воздуха устанавливается равновесное состояние. Эту зависимость называют «изотерма сорбции». Зерна злаков гигроскопичны. Если к сухому зерну будет проникать влажный воздух, могут возникнуть увлажнения, в результате чего зерно испортится. В связи с этим проветривание зерна необработанным (некондиционированным) атмосферным воздухом допускается только при определенных климатических условиях. Важно, чтобы охладительная установка могла эффективно охлаждать зерно при любых погодных условиях. То есть даже в случае дождя или тумана устройство должно работать без риска увлажнения.

Баланс влажности зерна и воздуха

MT800B 215x297_ru2a.indd

На рисунке 2 изображены изотермы сорбции пшеницы при различной температуре зерна. Как видим, при 16% влажности пшеницы активность воды между зернами составляет около aw 0,74. Если в такой ситуации в помещение с зерном подать более влажный воздух, произойдет увлажнение и пшеница испортится. Если температура воздуха будет выше температуры зерна, последствия окажутся плачевными. Данные принципы действуют в равной степени для всех видов зерна. На рисунке 3 показаны изотермы сорбции различных видов зерна.

MT800B 215x297_ru2a.indd

Охлаждение и увлажнение воздуха
(на примере технологии Granifrigor)

Воздуходувка установки по охлаждению зерна втягивает атмосферный воздух, а вентилятор нагревает его. Затем воздух охлаждается в конденсаторе до необходимой температуры, и из него абсорбируется и выводится влага. И хотя абсолютное содержание воды при этом понижается, относительная влажность воздуха повышается практически до 100%. Для охлаждения зерна в подключенном впоследствии устройстве Hygromat холодный влажный воздух снова нагревается. Это необходимо для того, чтобы понизить относительную влажность и предотвратить возникновение увлажнений в складируемом материале. Последующее нагревание такого рода происходит при использовании энергии, взятой из процесса охлаждения. Дополнительных расходов на энергию при этом не возникает.

Оптимальная температура складирования

Охлаждение зерна до температуры ниже 13 °C следует проводить сразу после принятия товара на склад. При такой температуре насекомые впадают в зимнюю спячку, процесс их развития и размножения приостанавливается. Кроме того, понижение складской температуры предотвращает появление плесневых грибков.

Экономичность

При охлаждении зерна минимизируются потери сухого вещества и предотвращается снижение качества продукта в результате его порчи насекомыми и плесневыми грибками. Качество зерна остается неизменным. Потребность в электроэнергии для сушки редуцируется, время сушки сокращается. Кроме того, не возникает расходов на химическую обработку запасов. Конкретный мониторинг экономичности, как правило, показывает время амортизации от 1 года до 2 лет.

Область применения

Консервация методом охлаждения может быть применена как в силосах, так и в напольных складах. При этом особое значение имеет хорошо налаженная циркуляция воздуха. Данный метод консервации подходит для различных сыпучих материалов сельскохозяйственного комплекса, а именно для пшена, пивоваренного ячменя, рапса, кукурузы, риса, кормовых (рaddy), сои, подсолнечника, земляного ореха, семян хлопка, гранулированного корма, сорго, кунжута, льняного семени, плодов бобовых, картофеля, семян трав, какао-бобов, кофейных зерен, орехов, ржи, полбы и др. Ниже кратко описаны основные сферы применения метода для конкретных сельскохозяйственных продуктов.

Рис неочищенный (рaddy)

Рис требует крайне бережной сушки. Желательно ее проводить в несколько этапов. Если сушку комбинировать с охлаждением, можно сэкономить от одной до трех сушек. Кроме вышеописанных преимуществ консервация риса (рaddy) методом охлаждения имеет и дополнительные. В частности, после применения этого метода в центральной Америке и Азии было установлено, что пожелтение охлажденного риса практически не наблюдается, кроме того, он становится менее ломким. Выход готового продукта после консервации цельных рисовых зерен методом охлаждения (head rice) приблизительно на 3% выше, чем без нее. При обычном складировании со временем в рисе появляется запах плесени. Если же он законсервирован методом охлаждения, никакого запаха нет. Все эти преимущества позволяют сохранить качество продукта и, как следствие, выгодно его продать.

Семена рапса

Хранение рапса – довольно сложный процесс, даже при низком содержании влаги (около 9%). В убранном рапсе много частиц стручков и стеблей, а также семян пашенных сорных растений. В процессе его обмолота может произойти незначительное повышение влажности семян в результате контакта с влажными частями растений. При сборе урожая часто происходит контаминация микроорганизмами. Для существенного нагревания семян рапса и появления затхлого запаха, вызванного микробиологическими процессами, достаточно одной ночи. Такая среда является идеальной для роста плесневых грибков. Поэтому перед хранением рапс должен быть очень тщательно очищен. Но так как плесневые грибки появляются независимо от очистки, рапс следует охладить до температуры 10 °C. Благодаря этому число спор плесени значительно уменьшается.
Семена рапса должны сохранять качества, необходимые для производства масла. Следует учитывать, что при образовании свободных жирных кислот в условиях повышенной температуры и влажности масла расщепляются. Вода, образующаяся в результате этой реакции, и выделяющееся при этом тепло должны быть немедленно отведены. Следовательно, при хранении рапса нужно тщательно наблюдать за состоянием семян и проводить охлаждение насыпи.

Плотность укладки семенной массы рапса выше, чем у пшеницы. Поэтому давление воздуха, проходящего через насыпь рапса, падает больше, чем в случае с другими зерновыми. Это необходимо учитывать при проектировании охлаждающего устройства. Из-за высокого содержания липидов (жиров) рапс связывает меньше влаги, чем другие зерновые культуры. Потеря сухого вещества рапса в результате дыхания составляет около 70% потерь всех зерновых, но тепла при этом выделяется приблизительно на 33% больше. Удельное теплообразование рапса выше, чем у других видов зерновых. Поэтому температура хранения данной культуры должна быть значительно ниже 15 °C. Если содержание жирных кислот в рапсе больше нормы (составляющей 1%), то возникают проблемы при дроблении рапса. Как говорилось выше, свободные жирные кислоты образуются в результате хранения рапса при слишком высокой температуре.

Масличные культуры

Из-за высокого содержания жира в семенах подсолнечника, арахиса, хлопка, сои, рапса, кукурузы и т. д. процесс теплообразования протекает в них более интенсивно. В результате хранимый продукт спекается, содержание в нем свободных жирных кислот увеличивается, что приводит к потере качества и массы семян. С помощью консервирования методом охлаждения влажность хранимых продуктов можно поддерживать на более высоком уровне (на 1-3%), чем при традиционном хранении, что позволяет сохранить их качество.

Посевной материал и пивоваренный ячмень

При хранении посевного материала и пивоваренного ячменя приоритетом является сохранение способности семян к прорастанию. В охлажденном посевном зерне с влажностью 15-16% среднее содержание ростков значительно выше, чем в очень сухом, но хранимом в тепле. На рисунке 4 указан допустимый срок хранения посевного зерна в зависимости от температуры и влажности. На данном графике предполагается изначальная способность семян к прорастанию – как посевного зерна, так и пивоваренного ячменя.

MT800B 215x297_ru2a.indd

В результате своевременного охлаждения ячменя или посевного материала до защитной температуры 10-12 °C вероятный срок хранения значительно увеличивается, а срок нахождения зерна в состоянии покоя снижается.

Кукуруза

Ввиду высокого содержания жира кукуруза предрасположена к быстрому нагреванию. Это касается и зерен, высушенных до влажности 12-13%. Традиционный метод хранения кукурузы крайне энергоемкий, дорогостоящий и сопровождается потерей качества и веса. Охлажденное же зерно не требует таких значительных затрат, хранится дольше и дольше сохраняет свое качество. Германские и американские ученые (г. Хоенхайма, Германия, и штат Мичиган, США) доказали, что при тепловой сушке кукурузы на зерно с содержанием влаги ниже 17% происходит наибольшая потеря качества. Подобных проблем можно избежать, если применять консервацию зерна кукурузы методом охлаждения.

Гранулированный корм

Гранулированный корм охлаждается в специальных установках для гранулята с помощью неподготовленного наружного воздуха. При этом гранулы большого диаметра не охлаждаются до сердцевины и могут растрескиваться, что приводит к повышенному содержанию муки и шрота, а значит, к снижению качества продукта. Гранулят, который хранится с применением технологии охлаждения, равномерно охлаждается до ядра. В результате гранулы становятся очень твердыми, уменьшается количество потрескавшихся гранул, улучшается сыпучесть зерна.

Распределение воздуха

Охлаждение в силосе

При охлаждении сыпучих материалов большое значение имеет равномерное распределение воздуха. В силосах с плоским основанием хорошо зарекомендовал себя перфорированный пол. В силосах с выпускным конусом применяются охлаждающие балки из кантованного стального листа. Охлаждающие балки открыты снизу и на 1/4 длины отделаны проволочной сеткой. Это позволяет предотвратить завихрение зерен. Через трубопровод холодный воздух подается из охладительной установки в охлаждающие балки. Через отверстие в нижней стенке балки холодный воздух поступает в зерновую насыпь (рис. 6).

MT800B 215x297_ru2a.indd

Благодаря сопротивлению зерновой насыпи холодный воздух распределяется по всему поперечному сечению насыпи и проходит сквозь нее наверх. Чтобы отработанный теплый воздух выходил из насыпи наружу, в крыше силоса должно быть достаточное количество отверстий. Осенью при соответствующих метеорологических условиях может появляться конденсат. Во избежание этого делается изоляция крыши силоса или устанавливается вытяжной вентилятор. Вытяжной вентилятор – наиболее приемлемый вариант решения проблемы. Он должен быть рассчитан на перемещение большого количества воздуха при низком давлении. В высоких силосных установках необходимо учитывать потерю давления в продуваемой насыпи.

Вентилятор охлаждающей установки и область его применения необходимо настраивать в соответствии с данными условиями. При этом нужно учитывать, что, например, рапс провоцирует в 3-4 раза большую потерю давления циркулирующего воздуха, чем пшеница.

Охлаждение на складе с плоскими полами

На складах с плоскими полами на полу прокладываются охладительные каналы полукруглого сечения из перфорированного стального листа. Если трубы проходят ниже уровня пола, то сверху они покрываются перфорированными стальными листами. При этом важно обеспечить возможность простой очистки, а также предупредить образование ниш и кромок, где может накапливаться грязь.
Преимуществом прокладки ниже уровня пола является возможность прохождения транспорта внутрь хранилища. Это имеет большое значение при выгрузке зерна.

Отдельные каналы могут объединяться в один общий канал в здании или за его пределами или выводиться наружу по отдельности. Рекомендуется избегать длинных воздуховодов, требующих теплоизоляции труб. Расстояние между охлаждающими каналами не должно превышать максимальную высоту насыпи. Расстояние от каналов до стены должно быть не больше половины высоты насыпи.
Конусообразную верхушку зерновой насыпи можно компенсировать различной перфорацией воздушных каналов или закрыть насыпь сверху. Иначе холодный воздух пойдет по пути наименьшего сопротивления, и верхушка насыпи останется неохлажденной. В идеале сыпучий материал должен быть равномерно распределен таким образом, чтобы не было конусообразной верхушки.

(Опубликовано в №2.2011г.)