Технология хранения зерна и других злаков в охлажденном состоянии

Общие сведения

Зерновые – это одни из важнейших сельскохозяйственных культур, продукты переработки которых являются основным компонентом пищи людей. По некоторым данным в мире в процессе хранения ежегодно теряется около 20 % собранного зерна. Причинами этих потерь в основном являются жизнедеятельность насекомых-вредителей и поражение зерна плесневыми грибами. Технология консервации зерна методом охлаждения в значительной степени снижает эти потери. При помощи этой технологии во многих странах мира консервируются миллионы тонн зерновых, масличных культур, риса, кукурузы и других злаков.

Дыхание и вызванное им самосогревание – первопричина потерь свежесобранного зерна. Этот процесс связан с его влажностью и температурой. Чем они выше, тем интенсивнее дыхание. Последствиями самосогревания являются прямые потери сухого вещества а также его потери вследствие развития насекомых и плесневых грибов. Известно, что в умеренных климатических зонах в холодные времена года потери зерна при хранении существенно ниже чем в летние месяцы. Консервация методом охлаждения создает условия зимнего климата непосредственно после сбора урожая. В теплых регионах особенно высок риск порчи урожая от жары и влаги, поэтому там консервация методом охлаждения играет особо важную роль. Структура и форма оболочки зерен а также их низкая теплопроводность – идеальные предпосылки к охлаждению. Вследствие указанного охлажденное зерно долго находится в таком состоянии.  Поэтому консервация методом охлаждения создает наилучшие условия для его длительного хранения. Основные преимущества такой технологии следующие:

• обеспечивается длительное хранение без риска снижения качества;
• минимизируются потери, вызванные дыханием зерна;
• гарантируется защита от поедания насекомыми-вредителями и от их размножения;
• гарантируется защита от образования плесневых грибов и их микотоксинов;
• исключается химическая обработка зерна;
• исключается необходимость перемешивания при хранении;
• сокращаются затраты на сушку;
• сохраняются свежесть и способность к прорастанию;
• исключаются пожелтения и трещины зерен риса;
• исключается окисление маслосодержащих плодов.

Остановимся кратко на некоторых из этих факторов.

Сохранение качества и сокращение потерь сухого вещества

Созревание урожая – это кульминация процесса развития зерновых. Но и после сбора урожая зерно продолжает жить и дышать. При дыхании вследствие поглощения кислорода углеводы расщепляются и превращаются в углекислый газ и воду с выделением тепла, в результате чего происходят самосогревание зерна и потеря сухого вещества. Кроме того идет непрерывный процесс ухудшения качества зерна. Охлаждение зерна в значительной степени замедляет эти процессы.

Предотвращение потерь объема и качества зерна вследствие жизнедеятельности насекомых

Первоначально консервация методом охлаждения использовалась для влажного зерна до сушки. В настоящее время чаще охлаждают сухое зерно в первую очередь для защиты от распространения насекомых и поражений, вызванных ими. Некоторые вредители предпочитают умеренный климат, в то время как идеальными условиями жизнедеятельности других являются зоны жаркого климата. Если насекомые находятся в оптимальных условиях по температуре и влажности, то из-за поедания ими зерна и выделения продуктов жизнедеятельности возникают существенные потери. Проблема обостряется тем, что в таких условиях насекомые стремительно размножаются. У большинства их видов очень короткий цикл развития. Так, например, у долгоносика при идеальных условиях он проходит всего за 25 дней. Потерь, вызванных поеданием насекомыми, можно избежать при охлаждении хранимого зерна до температуры ниже 13 °C. При таких температурах насекомые впадают в спячку и не наносят вреда зерну.

Профилактика плесневых грибов

При разных климатических условиях и разных системах севооборота поля зерновых могут быть в различной степени поражены фузариозом. Помимо финансового ущерба это сопряжено с опасностью возникновения микотоксинов, которые способны отравлять как людей, так и животных. Непременным условием для развития плесневых грибов и их микотоксинов является тепло. Охлаждение зерна предотвращает эти процессы.

Исключение химической защитной обработки

Химическая обработка зерна сегодня жестко контролируется. Кроме того ее проведение представляет собой достаточно  сложную процедуру и влечет за собой существенные расходы. Охлаждение зерна исключает необходимость ее выполнения.

Исключение затрат и потерь при перемешивании

При обычном хранении зерна без охлаждения зачастую необходимо его перемешивание. В результате этого при интенсивном контакте с воздухом активируются тепловые точки. Для перемешивания необходимо дополнительное свободное складское помещение. При каждом перемешивании имеют место потери до 0,03 % от общего количества зерна.  К этому добавляются затраты электроэнергии в количестве от 1 до 3 кВтч на тонну зерна. Охлажденное зерно не требует перемешивания.

Экономия расходов при сушке

Зерно после сбора урожая в зависимости от дальнейшего использования высушивается до содержания влаги 14–16 %. При этом в сушильной установке нагревается воздух, который затем удаляет  влагу из зерна и выводит его наружу. Экономия при охлаждении достигается за счет следующих факторов:

• при каждом охлаждении возникает сопутствующий эффект просушки, чем дополнительно понижается влажность зерна и соответственно снижаются расходы на его сушку;
• время сушки может быть сокращено при оптимальном сочетании сушки и охлаждения;
• снижение энергетического воздействия на зерно уменьшает его повреждения.

Охлажденное зерно продолжительное время остается прохладным

В статичном состоянии насыпь зерна крайне медленно принимает и отдает энергию. Это обусловлено изолирующим эффектом воздуха в промежуточных пространствах между зернами и малой контактной поверхностью зерен. Поэтому охлажденное зерно долго остается холодным при незначительном притоке внешнего тепла, что естественным образом способствует минимизации затрат на охлаждение и хранение зерна в таком состоянии.

Некоторые аспекты применения технологии

Атмосферный воздух посредством воздуходувки охладительной установки направляется в ее охладитель, где он охлаждается до требуемой температуры и из него удаляется влага. Образовавшаяся вода сепарируется в специальном устройстве. Далее воздух подвергается незначительному подогреву для снижения относительной влажности. Подогрев ведется за счет тепла, отбираемого от воздуха в контуре его охлаждения, что исключает дополнительные энергозатраты. Холодный сухой воздух поступает в систему вентиляции склада хранения зерна и продувается через зерновую массу. Через вентиляционные отверстия хранилища поток воздуха снова попадает в атмосферу, унося с собой удаленные из зерна влагу и тепло. Охлаждение зерна ниже 13 °C должно быть проведено непосредственно после его принятия в склад. Этот процесс может быть применен как в плосконасыпном хранилище, так и в силосе. При этом важно обеспечить должную циркуляцию воздуха с целью обеспечения равномерного охлаждения всей зерновой массы.

В силосах с плоским основанием хорошо зарекомендовал себя перфорированный пол. В силосах с выпускным конусом применяются специальные охлаждающие балки из стального листа. Они открыты снизу, а сверху отделаны проволочной сеткой. Трубопроводом холодный воздух подается от охладительной установки в охлаждающие балки. Через отверстие в нижней стенке балки холодный воздух поступает в зерновую насыпь. Благодаря сопротивлению зерновой насыпи холодный воздух распределяется по всему ее поперечному сечению и проходит сквозь нее наверх. Чтобы отработанный нагревшийся воздух из насыпи выходил наружу в крыше силоса должно быть необходимое количество отверстий. Осенью при соответствующих метеорологических условиях возможно образование конденсата. С целью предупреждения этого необходима изоляция крыши силоса или установка вытяжного вентилятора. Такой вентилятор является наиболее эффективным решением. В высоких силосных установках необходимо учитывать потерю давления в продуваемой насыпи. Вентилятор охладительной установки и режим его работы необходимо подбирать с учетом конкретных местных условий.

В хранилищах с плоскими полами в них прокладываются охладительные каналы полукруглого сечения из перфорированного стального листа. Если каналы прокладываются ниже уровня пола, то сверху они покрываются перфорированными стальными листами. При этом важно обеспечить возможность простой очистки и избежать образования ниш и кромок со скоплениями грязи. Преимуществом прокладки ниже уровня пола является возможность прохождения транспорта внутрь хранилища, что важно при выгрузке зерна. Отдельные каналы объединяются в один общий канал в здании или за его пределами. Следует избегать длинных воздуховодов. Необходима их теплоизоляция. Расстояние между охлаждающими каналами не должно превышать максимальную высоту насыпи. Расстояние от каналов до стены не должно превышать половину высоты насыпи. Наличие конусообразной верхушки зерновой насыпи можно компенсировать различной перфорацией воздушных каналов либо накрыванием сверху части зерновой насыпи. Без принятия таких мер охлажденный воздух не будет достигать верхушки насыпи. Желательно обеспечить такое распределение сыпучего материала, при котором конусообразная верхушка насыпи не образуется.

По предлагаемой технологии возможно охлаждение и дальнейшее хранение различных продуктов растениеводства, к которым кроме пшеницы относятся просо, пивоваренный ячмень, рапс, кукуруза, рис, соя, зерна подсолнуха, ядро земляного ореха, семена хлопка, гранулированный корм, сорго, кунжут, семена льна, плоды бобовых, картофель, семена трав, какао-бобы, кофейные бобы, орехи, рожь, полба и другие.

Экономика консервации методом охлаждения

Внедрение технологии хранения зерна в охлажденном состоянии наряду с сокращением его потерь и другими преимуществами влечет за собой определенные затраты. Кроме затрат на охладительную установку будет иметь место дополнительный расход электроэнергии на охлаждение, который зависит от наружной температуры, влажности воздуха и зерна а также его температуры.

Применение предлагаемой технологии для работающих по традиционной технологии зернохранилищ требует также их переоборудования, что сопряжено с дополнительными затратами.

Технико-экономические показатели эффективности применения предлагаемой технологии подлежат уточненным расчетам на основе конкретных исходных данных. Следует отметить, что в условиях Западной Европы и других стран срок окупаемости затрат на внедрение этой технологии не превышает 2 лет.

Подробная техническая информация по установкам для охлаждения зерна и особенностям применения этой технологии представлена в разделе «Продукция» нашего сайта.