Основные положения управления процессами хранения зернаЦ

о времени, денег и большие усилия требуются для выращивания, уборки, сушки и транспортировки зерна. При этом ежегодные потери зерна в процессе его производства в индустриально развитых странах составляют около 10%, а в развивающихся странах доходят до 50%, причем половина из них приходится на послеуборочную обработку, в основном на хранение (такая разница в основном обусловлена технологическим и техническим обеспечением хозяйств). Эти потери могут быть уменьшены за счет применения более эффективных способов послеуборочной обработки и управления процессами сохранности зерна.
Качество зерна в России, и это подтверждается различными источниками, ухудшается с каждым годом. Все больше производится зерна 4 класса, производство 3 класса уменьшается, и причиной тому – не только ухудшение климатических условий, но и низкий технологический уровень производства зерна. Немалую роль в этом, видимо, играет и сортовая политика в селекции пшеницы, которую ведут, как правило, с позиций урожайности, а не качества.
Большую опасность для зерна представляют плесневые грибы, бактерии, вредная примесь и патогенные микроорганизмы, переносимые вредителями хлебных злаков – насекомыми, грызунами, птицами.
Токсины, образующиеся в процессе плесневения, поврежденные насекомыми и плесенью зерновки, загрязнения и запахи от вредителей зерна обусловливают снижение его кормовой ценности, и животные отказываются поедать такое зерно. Обработка и транспортировка плесневелого и поврежденного зерна негативно влияют на безопасность труда и здоровье рабочих. Поражение зерна грибами возможно и в поле, и при хранении. Борьба с микотоксинами – общемировая проблема, так как в структуре потерь зерна на долю микотоксинов приходится 25%.
Прибыль в зернопроизводстве обычно невелика, и любые количественные или качественные потери приводят к снижению эффективности кормления животных и падению доходов. В крайних случаях насекомые могут полностью уничтожить все хранимое зерно, а очаги случайного самосогревания – привести к пожарам и разрушению зданий и оборудования.
В результате перехода к рыночным условиям существенно изменились технологии послеуборочной обработки зерна в хозяйствах. Сейчас производители зерна заинтересованы продать урожай не сразу после уборки, а в момент максимальных цен на зерно. При этом хозяйства вынуждены иметь инфраструктуру хранилищ, а также владеть способами управления процессами сохранности зерна.
В этой статье рассмотрены основные исходные технологические положения и способы сохранности зерна в процессе хранения.

Основные причины, обусловливающие сохранность зерна
1. Высокая температура зерновой массы.
2. Высокая влажность зерна. Зерно может повторно увлажняться в процессе миграции влаги из-за разности температур в хранилище, протекания хранилища через открытые люки, зернопроводы или при поступлении грунтовых вод в нижние зерновые слои в хранилище.
3. Большое количество посторонних и мелких примесей. Мелкие примеси включают дробленые зерновки и маленькие кусочки почвы, семена сорных растений, незерновые части растений (соломинки, колоски и др.). Мелкие и посторонние примеси особо опасны при их концентрации в отдельных зонах хранилища.
4. Неравномерное распределение температуры в хранилище.
5. Недостаточная очистка хранилища перед загрузкой зерна.
6. Низкий уровень мониторинга и диагностики сохранности зерна.
В целом факторы риска при хранении зерна можно разделить на три группы: физические, биологические и химические. Физическая группа включает влажность и температуру зерна, его физико-механические свойства, зерновую и другие примеси. Биологические факторы – это насекомые, плесень, токсины и др. В химическую группу входят техногенные загрязнения окружающей среды, нарушения технологии возделывания, обработки и хранения зерна.

Выбор оптимальной влажности зерна при хранении и ее мониторинг
Невзирая на то что птицы и грызуны уносят значительную часть урожая, основными факторами порчи зерна являются плесень и насекомые. Плесень хорошо развивается в теплом и влажном зерне. Для насекомых также необходима среда повышенной температуры. Оптимальные значения температур зерна – 15–38 ºC, однако насекомые могут развиваться и в достаточно холодном зерне.
В любой момент при хранении зерна в диапазоне температур 15–38 ºC и при влажности, превышающей оптимальную для безопасного хранения, существует большая вероятность развития плесени, насекомых и болезней. Следует заметить, что при самосогревании более всего подвержена болезням кукуруза.
После того как насекомые и плесень находят благоприятную среду (зоны, содержащие мелкие примеси, теплое и/или влажное зерно) и начинают развиваться в хранимой зерновой массе, они выделяют тепло и влагу, которые являются побочными продуктами их питания и дыхания. Выделенное тепло и влага повышают влажность и температуру окружающего зерна, что приводит к увеличению зон порчи зерна, которые часто называют «очагами самосогревания». Так как плесень и насекомые хорошо развиваются при приблизительно одинаковых условиях внешней зерновой среды, плесневелое зерно становится притягательным объектом для насекомых – и наоборот, зерно, содержащее насекомых, начинает плесневеть. Некоторые виды насекомых питаются плесенью и являются переносчиками плесневых спор. По этим причинам небольшие очаги с плесенью и насекомыми могут быстро превращаться в большие зоны с повышенными температурами, содержащие заплесневелые корки и комки, выделяющие неприятный запах.
Значения влажностей зерна, при которых предотвращается развитие плесени и насекомых, зависят от его температуры, длительности прогнозируемого периода хранения, вида культур и первоначального качества зерна (табл. 1).

Таблица 1. Рекомендуемые максимальные значения влажности зерна (%) основных культур для разных периодов хранения с применением аэрации*

Культура	Длительность хранения, месяцы
	до 6	от 6 до 12	более 12
Пшеница	14	13	13
Ячмень	14	12	12
Овес	14	12	12
Рожь	13	12	12
Гречиха	16	13	13
Семена льна	9	7	7
Рапс	10	8	8
Просо	10	9	9
Сорго	13,5	13	13
Соя	13	12	11
Подсолнечник	10	9	9
Подсолнечник масличный	10	8	8
Кукуруза	15	14	13
Продовольственные бобы	16	14	13

* Значения влажности приведены для качественного зерна

Интенсивность развития плесени и насекомых зависит от комбинации значений температур и влажности зерна (рис. 1). Например, зерно с повышенной влажностью может быть сохранено в течение некоторого времени при хранении его в охлажденном состоянии.

Рисунок 1. Области безопасного хранения и потерь качества зерна, обусловленных самовозгоранием

Чрезвычайно важно под рекомендуемыми для безопасного хранения значениями влажности зерна понимать максимальные значения влажности зерновок, а не усредненные значения всей зерновой массы. Если влажная зерновка лежит рядом с сухой зерновкой, часть влаги от первой будет переходить ко второй, пока разница по влажности между зерновками не составит 1–2%. Однако перенос влаги от одной зерновки к другой – довольно длительный процесс. При наличии влажных зерновок в хранилище они преимущественно размещаются в зерновой массе послойно или в локальных очагах. Таким образом, даже если средняя влажность зерна меньше безопасных для хранения значений, плесень может развиваться в очагах с повышенным содержанием влаги.
Некоторые руководители уменьшают риски при хранении за счет снижения влаги в зерне ниже рекомендуемых значений (табл. 1). Хотя эта стратегия и уменьшает проблемы с плесенью и насекомыми, она является очень дорогостоящей. Сушка зерна до значений ниже оптимальных занимает больше времени, требует дополнительных расходов энергии и финансовых затрат.
К тому же пересушка зерна отрицательно влияет на экономические показатели, так как зерно продают по весу, пересушенное зерно больше повреждается в процессе перемещения, в нем происходит повышенное пылеобразование и развитие насекомых. Увеличение количества дробленого зерна снижет его стоимость.
Для экономичного хранения зерна рекомендуется доводить его влажность до значений, близких к оптимальным (табл. 1), и использовать систему температурного контроля для предотвращения появления очагов самосогревания.
Развитие насекомых и плесени зависит от типа культур. В зависимости от температуры и влажности зерновки разных культур выделяют различное количество влаги (равновесная относительная влажность). Культуры, имеющие повышенное содержание масла, обычно характеризуются высокой равновесной влажностью. В связи с этим их следует хранить при низких значениях влаги в межзерновом пространстве. В общем, развитие плесени может быть ограничено, если равновесная относительная влажность вокруг зерновок менее 65%.
Зерно, поврежденное морозами, засухами и болезнями, содержащее инородные и мелкие примеси, с малой массой 1000 семян, обычно более подвержено развитию плесени и насекомых, чем зерно высокого качества. При сушке такого зерна его следует высушивать на 1% ниже, чем здоровое зерно. Например, морозобойную сою, которая будет реализована весной, следует высушивать до влажности 12% вместо 13% (табл. 1). Зерно низкого качества непригодно для долгосрочного (более шести месяцев) хранения, и его следует расходовать в первую очередь.

Практический выбор температуры хранения зерна и ее мониторинг
Большие разности температур между различными областями в хранилище могут привести к порче зерна. В большинстве зернопроизводящих регионов России температура воздуха при уборке выше, чем несколько месяцев спустя. Например, в южных регионах зерно кукурузы убирают при температурах 10–22 ºС, а охлаждают в процессе хранения внешним воздухом. Первоначальная температура зерна при закладке на хранение составляет 10–22 ºС, то есть равна температуре внешнего воздуха. В зимний период внешние температуры падают до -1–12 ºС, и зерно, близкое к стенкам хранилища, охлаждается до температур зимнего воздуха, в то время как зерно, близкое к центру бункера, еще теплое, что объясняется низкой теплопроводностью зерна.
В случае обычных цилиндрических бункеров, чем большей они вместимости, тем больше времени требуется для перемещения тепла из центра на периферию (при отсутствии вентиляции). При теплом зерне в центре хранилища и холодном зерне на периферии возникают конвекционные воздушные потоки, перемещающиеся вниз, в области холодного зерна, и вверх, в области теплого зерна в центре хранилища (рис. 2).

Рисунок 2. Конвекционные потоки и миграция влаги в теплом зерне в бункерном хранилище в холодную погоду

Конвекционные потоки вызваны разностью плотностей холодного и теплого воздуха. При перемещении теплый воздух из центра зерновой массы хранилища перемещает малые количества влаги из зерна. Затем при контакте теплого воздуха с холодным зерном в верхней части зерна и с холодной крышей бункера влага конденсируется на холодных поверхностях. Часть влаги также перемещается между теплым и холодным зерном вследствие диффузии. Комбинация факторов конвекционных потоков и диффузии приводит к постепенному увлажнению зерна в верхних слоях центральной части бункера. При достаточном увлажнении и при повышении температуры внешнего воздуха зерно покрывается плесенью и в нем увеличивается количество насекомых.
Миграция влаги может произойти в бункере любых размеров, однако с большей вероятностью она происходит в бункерах емкостью 40 тонн и более.
Конденсация влаги на зерне также происходит в летние месяцы, когда влажный теплый воздух контактирует с холодным зерном (рис. 3).

Рисунок 3. Конвекционные потоки и миграция влаги в холодном зерне в бункерном хранилище в теплую погоду

Одним из способов ограничения активности насекомых и плесени является уменьшение температуры зерна. Плесень развивается очень медленно при температурах менее 5 ºС. Активность насекомых существенно уменьшается при температурах меньше 15 ºС, многие их виды впадают в состояние покоя при температурах меньше 10 ºС, а при температурах менее 0 ºС большинство насекомых погибает.
Учитывая вышеизложенное, может показаться, что оправданным будет существенное понижение температуры зерна. Но хранение зерна при значительно пониженных температурах не обеспечивает дополнительной защиты от насекомых и плесени, в то же время создавая дополнительные проблемы. При использовании воздуха для охлаждения зерна до низких температур требуется более длительная работа вентиляторов, увеличивается расход энергии и финансовых средств в сравнении с умеренным охлаждением. Очень холодное зерно становится объектом конденсации влаги и даже обледенения, если оно подвержено воздействию теплого влажного воздуха.
Летом для уменьшения конденсации влаги на холодном зерне следует избегать вентиляции зерна в теплые дни и закрывать вентиляционные люки, особенно входные окна вентилятора.
Дополнительные проблемы – в первую очередь выпадение конденсата на зерновках – могут появиться с перемещением очень холодного зерна в теплую погоду. Некоторые зернопроизводители при выгрузке очень холодного зерна в летние месяцы наблюдали обледенение поверхности шнеков. Конденсат на зерновках может привести к уменьшению текучести зерна, ошибочным показаниям электронных тестеров влажности, а при длительном контакте влаги с зерном в зерновой массе могут появиться плесень и насекомые.
Оптимальная температура хранения зерна зависит от географических факторов и погодных условий. В России зерно производят в 12 почвенно-климатических зонах, и, естественно, для каждой зоны существуют свои оптимальные значения температуры.
В целом при выборе рекомендуемых температур хранения зерна можно руководствоваться следующим принципом: температура зерна должна быть немного выше средних температур самых холодных зимних месяцев и ниже средних температур самых теплых летних месяцев. Для реализации этих рекомендаций необходимо часто контролировать температуру зерна, а в начале нового сезона желательно применять меры для изменения температуры зерна.
Но независимо от того, какая стратегия хранения зерна выбрана, температура его не должна быть выше 15–17 ºС в южных и 10–12 ºС в северных регионах.
На хранение по возможности следует засыпать холодное зерно. Как упоминалось ранее, для перемещения тепла из центра невентилируемой зерновой массы хранилища к его периферии требуется длительное время из-за низкой теплопроводности зерна (рис. 2 и 3). Если зерно хранится при высокой температуре и не аэрируется или аэрируется при низких расходах воздуха, оно может оставаться теплым достаточно длительное время. При этом могут происходить миграция влаги, развитие плесени и насекомых.
Температура зерна в хранилище обычно приблизительно равна внешней температуре воздуха во время уборки, то есть убираемое зерно в теплую погоду поступает в хранилище теплым, а при холодной погоде – холодным. Для производителей, имеющих возможность выбора времени уборки, один из способов решения проблем в процессе хранения – проведение уборки зерна в холодное время. В некоторых случаях целесообразно рассмотреть возможность проведения уборки ночью или при наступлении более холодных температур. Однако задержка урожая может быть неоправданной при существенном увеличении потерь из-за осыпания, потери колосьев, полегания растений и поедания грызунами и насекомыми.
Во многих случаях температура зерна в хранилище может быть выше внешних температур воздуха – например, при уборке пшеницы в теплый солнечный день или при временном хранении сырого зерна в кузове транспортного средства или в невентилируемых бункерах в течение нескольких часов перед основным хранением. Тепло, генерируемое насекомыми на зерне, также может повысить его температуру выше температуры внешнего воздуха. Температура зерна после сушки выше температуры внешнего воздуха, поэтому после сушки рекомендуется охладить его не позже, чем через 12–14 часов. Следует иметь в виду, что если зерно охлаждено немедленно после высокотемпературной сушки, в зерновках еще присутствует остаточное тепло, а температура зерна, поступающего в хранилище, немного выше внешних температур воздуха.

Недостаточная очистка хранилищ перед загрузкой зерна
Так как некоторые виды зерновых насекомых не способны летать на большие расстояния, остатки зерна часто являются источником насекомых для нового урожая. Старое зерно, дробленые зерновки, а также зерновая пыль, находящиеся внутри хранилища и в его окружении и оставшиеся после выгрузки зерна, с большой вероятностью содержат насекомых, их личинки и яйца. Смешение урожаев двух разных сезонов и/или недостаточная очистка хранилища от остатков зерна увеличивают шанс развития насекомых в новом урожае.
Очистка хранилища может уменьшить проблемы с насекомыми, однако она относительно мало влияет на развитие плесени. Плесень распространяется в разных зонах зерна из-за перемещения воздухом мелких плесневых спор, из которых произрастают новые плесневые колонии, когда они оседают в местах с достаточным количеством влаги и тепла. Споры, которые дают ростки зерновым спорам, очень подвижны в воздухе, поэтому их целесообразно изолировать от зерна. Лучшая стратегия сохранности зерна – хранение его в сухом и прохладном виде.

Повышенное содержание посторонних и мелких примесей
Исследования показали, что дробленые и/или с трещинами зерновки менее устойчивы к плесени и насекомым, чем целые, здоровые зерна. Причем некоторые виды насекомых попросту погибнут, если их источником пищи будут только целые и здоровые зерна. Посторонние примеси в зерновом ворохе зачастую имеют влажность выше влажности зерна, что способствует развитию плесени.
Дробленые зерна и мелкие примеси имеют свойство концентрироваться в некоторых зонах при транспортировании и обработки зерновых материалов. Например, при засыпке зерна в хранилище мелкие примеси концентрируются вокруг вертикальной оси поступления зерна. Зоны в хранилище с повышенным содержанием мелких примесей имеют повышенное сопротивление воздушному потоку, что затрудняет их сушку или охлаждение.
Комбинация таких факторов, как высокая влажность зерна, повышенное сопротивление воздушному потоку, наличие плесени и насекомых, превращает области с высокой концентрацией мелких примесей в зоны порчи – и, следовательно, обусловливает качественные и количественные потери зерна.
Другие факторы, обусловливающие проблемы в процессе хранения:
– протекание воды через открытые люки, поврежденные крыши или в местах установки зернопроводов;
– входные патрубки вентиляторов или вентиляционные отверстия забиты льдом или растительными остатками;
– неработоспособные вентиляторы;
– неправильная работа контроллеров из-за отсутствия питания, неправильных установок значений контролируемых параметров, повреждения грызунами, коррозии, неоткалиброванных датчиков.
В случае недостаточно частого контроля зерна (один раз в 2–4 недели в холодную погоду или раз в 1–2 недели в теплую погоду) небольшие проблемы, которые могли бы быть легко разрешимыми, если обнаружить их раньше, могут превратиться в проблемы большие и дорогостоящие.

Василий ДРИНЧА, д.т.н.
Булат ЦЫДЕНДОРЖИЕВ, к.т.н., Восточно-Сибирский государственный технологический университет

perfectagro.ru