Особенности состояния и качества зерна.

Партии зерна с различными дефектами показывают повышенную интенсивность дыхания и меньшую стойкость при хранении. Так, зерно недозрелое, морозобойкое, проросшее, щуплое – менее стойко. Интенсивность дыхания зависит от ботанических особенностей. Так, зерно мягкой пшеницы дышит интенсивнее твердой. У пшеницы интенсивность выше, чем зерна гречихи. Примеси дышат более интенсивно, чем зерно.

Послеуборочное дозревание. Качество свежеубранного зерна зависит в основном от условий созревания, состояния спелости и содержания влаги в период уборки и последующего хранения. Партии зерна нового урожая, поступившие на ХПП, обладают рядом особенностей. Свежеубранная зерновая масса неоднородна по влажности и степени спелости отдельных зерен, имеет высокую физиолого-биохимическую и микробиологическую активность, пониженную энергию прорастания, всхожесть, плохие технологические свойства, нестойка при хранении. В массе убранного зерна всегда есть зерновки различных фаз спелости и влажности. Зерна менее спелые и более влажные характеризуются повышенной физиологической активностью и обусловливают меньшую стойкость зерна при хранении.

Особенности качества свежеубранного зерна объясняются тем, что сложные биохимические процессы в зерне во время созревания не заканчиваются с наступлением полной спелости и продолжаются после уборки урожая в течение некоторого периода. Комплекс процессов, происходящих в зернах и семенах при хранении, приводящий к улучшению их посевных и технологических качеств, называют послеуборочным дозреванием.

Исследования показали, что в результате процесса послеуборочного дозревания уменьшается интенсивность дыхания зерна и активность ферментов, снижается содержание сахаров, небелковых азотистых соединений, уменьшаются кислотное число жира и титруемая кислотность. Вместе с тем увеличивается количество белков, жиры, крахмала, улучшаются посевные и технологические свойства зерна.

Послеуборочное дозревание происходит в том случае, если процессы синтеза в зерне и семенах преобладают над процессами гидролиза. Влажность зерна должна быть менее критической.

Важнейшее условие послеуборочного дозревания – это положительная температура зерна (15-30 °С).

Охлаждение приостанавливает послеуборочное дозревание. Сушка зерна при относительной влажности воздуха 30 %, активное вентилирование сухим прогретым воздухом способствуют ускорению этого процесса. Наиболее короткий период дозревания у семян, хранившихся в атмосфере кислорода, более продолжительный – в среде азота и недостатке кислорода.

Процесс послеуборочного дозревания семян основных злаковых культур завершается при благоприятных условиях хранения в течение 1,5-2,0 месяцев. Характер и продолжительность дозревания семян является сортовым критерием (скороспелые сорта дозревают быстрее позднеспелых) и зависит от погодных условий во время выращивания и созревания. Таким образом, свежеубранная зерновая масса, обладающая повышенной физиологической и биохимический активностью, требует особого обращения и тщательного наблюдения за ее состоянием при хранении.

Прорастание зерна. При хранении зерна могут быть случаи прорастания отдельных зерен или их массы в тех или иных участках насыпи, что недопустимо. Оно возникает в результате небрежного или неправильного хранения. Основными факторами, способствующими прорастанию зерна, являются влага, воздух и тепло. К.А. Тимирязев писал:

«Условия эти знакомы каждому. Нужна вода, – в сухой почве семя не прорастает; нужно тепло, – в холодную весну посеянное зерно не обнаруживает следов развития, пока его не пригреет; наконец, нужен воздух, – зерно, зарытое глубоко в землю, может пролежать как угодно долго, не дав ростка.

Итак, вода, тепло и воздух – вот три основных условия, которые пробуждают семя к жизни…»

Развитие семени начинается с набухания. т.е. такого физического процесса. при котором влага поглощается гидрофильными коллоидами, главным образом белками и крахмалом; объем зерна при этом увеличивается. Степень набухания, а также его интенсивность зависят от химического состава зерна, проницаемости оболочек и других условий.

Прорастание сопровождается потерей массы сухого вещества, выделением тепла, достаточного для повышения температуры в зерновой массе, усиления в ней процессов жизнедеятельности и ухудшения посевных, мукомольных и хлебопекарных свойств зерна.

Для начала прорастания зерна влаги нужно значительно больше, чем ее может быть сорбировано в виде пара. Даже при максимальной равновесной влажности зерна и семян (32-36 %) их прорастание невозможно. Только поглощение капельно-жидкой влаги позволяет семенам набухнуть и начать прорастать. При правильной организации хранения зерновых масс в них не может быть капельно-жидкой влаги. Она образуется в семенах в результате термовлагопроводности (при значительных перепадах температур) или попадает в них при неисправности стен, крыш, пола. Поэтому любой случай прорастания зерновых масс при хранении – это результат небрежного или неправильного хранения, отсутствие наблюдений и ухода за зерном.

Жизнедеятельность микроорганизмов. Ежегодно в мировом хозяйстве теряется при хранении от 1 до 2 % сухих веществ зерна в результате активной жизнедеятельности его микрофлоры, в основном, бактерий и плесневых грибов. Эти потери в массе сопровождаются потерями в качестве, иногда до такой степени, что вся партия зерна становится непригодной на пищевые или кормовые цели. Для правильной организации работы с зерновыми массами необходимо знать жизнедеятельность микроорганизмов, так как они находятся в общем ценозе с зерном, и условия хранения в равной мере влияют как на тех, так и на других. Основной источник микрофлоры зерновой массы – почва. В 1 г почвы содержится от нескольких десятков миллионов до миллиарда микробов. Особенно богаты микробами почва вблизи растений (ризосфера) и поверхность корней.

Определенное количество микроорганизмов попадает на растения с пылью и насекомыми. Микробы скапливаются на поверхности зерна, т.к. она шероховатая.

Зерна и семена различных культур на своей поверхности также содержат определенное число микробов.

Перевозка зерна в автомобилях, судах может привести к увеличению микроорганизмов в зерновой массе. Таким образом, микрофлора зерна состоит из микроорганизмов, населяющих растения: эпифитных, свойственных каждому роду и виду растения; паразитирующих на растениях; случайно попадающих на растения; микроорганизмов, попадающих в зерновую массу во время уборки урожая, и особенно при обмолоте. Иногда микробы проникают во внутренние участки зерна (субэпидермальная микрофлора).

В зерне и зернопродуктах обычно присутствуют бактерии, дрожжи, актиномицеты, плесневые грибы. Их видовой состав и количество зависят от климатических условий формирования зерна и от условий хранения.

Факторов, влияющих на состояние и развитие микроорганизмов в зерновой массе, выявлено очень много. Решающее значение из них имеют: средняя влажность зерновой массы и влажность отдельных ее компонентов, температура и степень аэрации, а также целостность и состояние покровных тканей зерна, его жизненные функции, количество и видовой состав примесей.

Для правильной организации хранения зерновых масс нужно знать следующее:

1. Свойственная зерновой массе микрофлора сохраняется в ней длительное время даже в условиях, исключающих ее активное развитие. При длительном хранении постепенно отмирают неспоровые бактерии, а бактерии, образующие споры, и споры плесневых грибов сохраняются.

В свежеубранном зерне к типичным эпифитным бактериям, не образующим спор, относятся представители рода Pseudomonas.

Спорообразующее бактерии представлены картофельной и сенной палочками. Эти палочки активно участвуют в процессе самосогревания. Споры очень устойчивы и выдерживают нагревание до 109-113 °С в течение 45 мин, а кипячение – несколько часов. При помощи зерна значительная часть попадает в муку и сохраняются при выпечке хлеба (тягучая или картофельная болезнь).

2. Микрофлора зерновой массы состоит почти полностью из аэробных микроорганизмов. Поэтому в складах, токах, бунтах, всегда имеются условия для их развития.

3. основную часть микрофлоры зерновой массы составляют мезофильные микроорганизмы, т.е. имеющие оптимум развития при 20-40 °С, минимум 5-10 °С и максимум 40-45 °С. Следовательно, хранение зерна при пониженных температурах задерживает развитие микробов.

4. Важным условием развития микроорганизмов является влажность. При равномерном развитии влаги в зерне размножение микроорганизмов наблюдается при влажности выше критической.

Наименее требовательны к влаге плесневые грибы. Активно развиваются при влажности 16 % и более. Исключительно благоприятные условия для бурного развития микроорганизмов создаются при образовании в зерне капельно-жидкой влаги. В этом случае их размножение возможно и с влажностью ниже критической.

Таким образом снижение влажности зерна до уровня ниже критической и предупреждение образования капельно-жидкой влаги – надежное средство от активного развития микроорганизмов.

5. Содержание в зерновой массе механически травмированных зерен способствует активному развитию микробов.

6. На численность микрофлоры, ее видовой состав влияет количество и состав примесей. От 31 до 66 % микрофлоры находится в примесях.

7. Из всего состава микрофлоры на состояние и качество зерновой массы оказывают большое влияние плесени хранения. Они изменяют признаки свежести зерна, снижают всхожесть и выделяют много тепла. Они образуют токсические вещества (микотоксины), особенно Aspergillus.

Явление самосогревания зерновых масс, его сущность, виды и фазы самосогревания.

Самосогреванием называют явление повышения температуры зерновой массы вследствие протекающих в ней физиологических процессов и низкой теплопроводности.

Оно может возникнуть в зерне при хранении на токах, зернохранилищах, при перевозке в вагонах и судах. Самосогреванию могут быть подвержены и многие другие продукты растительного и животного происхождения. Температура при этом процессе достигает 55-60, а иногда и 70 °С, и происходит резкое ухудшение качества зерна. Зерна и семена темнеют («обугливаются»), зерновая масса теряет сыпучесть и превращается в монолит. Полностью утрачиваются посевные, хлебопекарные и другие технологические качества. В некоторых случаях зерно приобретает токсические свойства.

Самосогревание возникает в результате активной жизнедеятельности зерна основной культуры, семян сорных растений, микроорганизмов, насекомых и клещей. Семена сорняков и вредители принимают косвенное участие в самосогревании, так как это явление может развиваться и при их отсутствии в зерне.

Условия, способствующие развитию самосогревания. Интенсивность, с которой возникает и развивается процесс самосогревания, зависят от следующих причин: состояния зерновой массы; состояния зернохранилищ и их конструкции; условий содержания зерна в хранилищах и методов ухода за ним.

Состояние зерновой массы. Ее исходная влажность и температура, физиологическая активность и состав микрофлоры наиболее существенно влияют на развитие процесса самосогревания, т.е. на динамику увеличения ее температуры. Активно этот процесс развивается при влажности выше критической, а также при наличии капельно-жидкой влаги.

Температура. При температуре 10-15 °С процесс начинает медленно развиваться. При температуре ниже 8-10 °С оно не возникает.

Состояние зернохранилищ и их конструкция. Чем лучше гидроизолировано зернохранилище и менее теплопроводны его стены, пол, крыша, чем лучше можно регулировать доступ воздуха к зерновой массе, тем меньше опасности возникновения самосогревания.

Условия хранения и методы ухода за ним. Высота насыпи зависит от физиологической активности зерна. Партии зерна с повышенной активностью следует размещать меньшим слоем, чем партии в состоянии анабиоза. За ними должен быть организован систематический контроль и уход, чтобы не допустить самосогревания.

Виды самосогревания. В зависимости от состояния зерновой массы и условий хранения самосогревание может возникнуть в различных ее частях.

Гнездовое самосогревание – может возникнуть в любом участке. Причинами могут быть: увлажнение какого-то участка насыпи в результате неисправности крыши или недостаточной гидроизоляции стен хранилища; засыпка в одно хранилище зерна с различной влажностью и образование очага с повышенной влажностью; образование участка с повышенным содержанием примесей и пыли, скопление насекомых и клещей в одном участке и др. Таким образом, оно возникает только при нарушении правил размещения и ухода за зерном.

Пластовое самосогревание. Может возникнуть в зерновой массе при хранении ее в складах, элеваторах, бунтах. Природа любого пластового самосогревания одна и та же. Оно происходит вследствие термовлагопроводности, свойственной зерновой массе. Перепады температур, испытываемые периферийными частями насыпи, создают условия для перемещения влаги и ее конденсации. Поэтому пластовое самосогревание возникает недалеко от поверхности насыпи или в слоях, близко находящихся от пола и стен хранилища.

В зависимости от расположения греющегося пласта различают самосогревание верховое, низовое, вертикально-пластовое. Эти слои подвержены перепаду температур под действием наружного воздуха, стен, полов хранилища.

Верховое самосогревание – встречается в периоды наибольшего перепада температур зерна и атмосферного воздуха, т.е. поздней осенью и весной. Горизонтальный пласт размещается на глубине 0,7-1,5 м от поверхности зерновой массы. Осенью в склад закладывают недостаточно охлажденное свежеубранное зерно с повышенной физиологической активностью. В результате дыхания воздух межзерновых пространств увлажняется. Потоки теплого и влажного воздуха поднимаются вверх в встречают на своем пути верхние участки насыпи, несколько охлажденные атмосферным воздухом. В результате их взаимодействия верхний слой насыпи увлажняется.

Верховое самосогревание особенно характерно для теплой ранней весны после зимы с большими морозами. При резком перепаде температур верховое самосогревание в этот период наблюдается в сухих и даже длительно хранившихся зерновых массах.

При верховом самосогревании в связи с тепломассообменными свойствами зерновой массы температура ее внутренних участков, находившихся ниже греющего слоя, повышается обычно медленно.

Низовое самосогревание развивается в нижней слое насыпи на расстоянии 0,2-0,5 м от пола. Оно возникает в складах ранней осенью при засыпке теплого зерна с повышенной влажностью на холодный пол. Случаи низового самосогревания могут быть и при размещении зерновой массы на сырой грунт или площадку без должной гидроизоляции. Такое самосогревание часто сопровождается прорастанием и слеживанием зерна в нижнем слое насыпи. Самосогревание может быстро захватить и верхние слои насыпи. Это наиболее опасный вид пластового самосогревания, так как тепло, образующееся в нижних участках насыпи, легко перемещается в лежащие выше слои и вся зерновая масса за короткий период подвергается самосогреванию.

Вертикальное самосогревание характеризуется образованием вертикального греющегося пласта в зерновой массе, хранящейся в складах, силосах, бункерах. Причиной может быть неравномерный обогрев стен или их увлажнение. Возникновению вертикального самосогревания способствует самосортирование зерновой массы, в результате чего около стен силоса сосредотачиваются легкий сор, пыль, семена сорных растений и другие компоненты с повышенной физиологической активностью. Вертикально-пластовое самосогревание исключается, когда стенки закрома на 50-60 см удалены от наружной стены склада.

Сплошное самосогревание – это повышение температуры во всей зерновой массе, за исключением строго ограниченных периферийных участков. Оно обычно бывает следствием других видов самосогревания и появляется при хранении зерна с высокой влажностью и содержанием большого количества примесей, в том числе растений и недозрелых зерен. Даже кратковременное хранение осенью такого зерна насыпью небольшим слоем (1 м) без немедленного охлаждения приводит к бурному развитию процесса. Такие партии зерна нестойки при хранении, т.к. интенсивные физиологические процессы протекают во всей зерновой массе, вследствие чего она даже за короткий промежуток времени может быть охвачена самосогреванием. Для спасения зерна в этом случае необходимы срочные меры.

В связи с возможностью возникновения самосогревания в любой зерновой массе и в различных ее участках, а также вследствие резко отрицательного влияния этого процесса на качество зерна и семян необходимо систематическое наблюдение за состоянием хранимых партий зерна.

Низкая температура в насыпях свидетельствует о благополучном хранении. Поэтому наблюдение за температурой зерновых масс должно проводиться правильно и в соответствии с рекомендациями.

Нужно помнить, что начавшийся в зерновой массе процесс самосогревания сам по себе не прекратится и пройдет все стадии повышения температуры. Только активное вмешательство, с применением тех или иных технических средств обеспечивает его ликвидацию. Самосогревание должно быть выявлено своевременно и прекращено в самом его начале.

Следует иметь в виду, что не всякое повышение температуры в зерновой массе свидетельствует о начале ее самосогревания. Зерновые массы обладают большой тепловой инерцией. Поэтому установленная в какой-то момент температура в насыпи, заметно отличающаяся от температуры воздуха в складе, может быть следствием тепловой инерции зерновой массы.

Изменение качества и потери массы зерна при самосогревании. Процесс самосогревания, даже начальный, приводит к потерям в массе сухих веществ и снижению его качества. Размеры потерь находятся в прямой зависимости от температуры нагрева и продолжительности пребывания зерновой массы в греющемся состоянии.

В процессе самосогревания изменяются следующие показатели качества зерна:

– признаки свежести;

– технологические, пищевые и кормовые достоинства в связи с происходящими изменениями в химическом составе;

– посевные качества (всхожесть, энергия прорастания).

При самосогревании появляется новый вид порчи – потемнение (зерна темно-коричневые) или почернение (обугливание зерна).

Случаи обугливания и полная потеря сыпучести зерновой массы наблюдаются при запущенных формах самосогревания, когда температура достигает максимума.

Одной из причин почернения, обугливания зерна являются микроорганизмы. Бактерии выделяют темноокрашенные гумусообразные соединения, в т.ч. гуминовую кислоту. Одной из причин может быть бурное развитие термофильных грибов из семейства мукоровых.

В процессе самосогревания численный и видовой состав микроорганизмов претерпевает следующие изменения:

– начало процесса – увеличение количества микроорганизмов, в том числе эпифитных бактерий и плесневых грибов;

– развитие процесса (повышение температуры до 25-40 °С) – дальнейшее увеличение количества микроорганизмов, усиленное развитие плесневых грибов и актиномицетов, значительное сокращение эпифитной микрофлоры;

– далеко зашедший процесс (повышение температуры выше 40-50 °С);

– полное исчезновение эпифитных бактерий (Е. herbicola), уменьшение численности плесневых грибов, накопление кокков и спорообразующих термофильных бактерий, снижение общего количества микроорганизмов в зерновой массе;

– конечный этап самосогревания – дальнейшее снижение численности микроорганизмов.

В начальные периоды самосогревания наблюдается не только накопление грибов, но и изменение их видового состава. Характер этих изменений будет зависеть не только от температуры зерновой массы, но и от ее влажности. По мере развития процесса самосогревания первоначальные виды грибной флоры Alternaria, cladosporium и др. сменяются видами Aspergillus, в огромных количествах Aspergillus flavus – возможного продуцента токсических веществ – афлотоксинов.

Известно также, что партии зерна, хотя бы однажды подвергшиеся частичному самосогреванию, становятся неустойчивыми при хранении даже после ликвидации этого процесса. Объясняется это тем, что активное развитие плесеней и других микроорганизмов приводит к разрушению покровных тканей зерна, а численно возросшая микрофлора при малейших благоприятных условиях снова активизируется и быстро приводит к повышению температуры зерновой массы.

Второй причиной потемнения зерна может быть образование меланоидинов – веществ, образующихся в результате взаимодействия сахаров с аминокислотами при повышенных температурах.

Обуглившееся зерно – редкое явление, т.к. в результате систематического наблюдения самосогревание ликвидируется в ранних фазах.

Чаще всего в партиях зерна можно встретить отдельные пораженные микроорганизмами зерна. При оценке качества партий согласно ГОСТа их относят к сорной примеси.

Если указанные изменения внешних признаков связать с повышением температуры в партиях зерна в процессе самосогревания, то можно установить следующие зависимости:

Начальный период самосогревания. Температура повышается до 24-30 °С. В партиях влажного зерна появляется амбарный запах. Сырое зерно имеет запах плесени. Цвет еще сохраняется, но появляются отдельные потемневшие зерна, на зародышах появляется плесень. На зернах образуется конденсационная влага.

Развитие процесса самосогревания. Повышение температуры до 34-38 °С за 3-7 дней. Заметно снижается сыпучесть, появляется отпотевание, запахи – солодовый и похожий на выделяющийся в процессе выпечки хлеба. Наиболее влажные зерна темнеют, недозрелые зерна становятся мягкими, появляются колонии плесеней, резко снижается всхожесть семян. Потери в массе и качестве значительны.

Запущенные формы самосогревания. Повышение температуры до 50 °С и более, резко снижается сыпучесть, интенсивное потемнение зерновой массы, запах разложения. Завершается процесс обугливанием зерна и полной потерей сыпучести, превращается в монолит.

В процессе самосогревания изменяется белковый, углеводный и липидный комплексы зерна. Накапливается много аминного и аммиачного азота под действием ферментов зерна и микроорганизмов, наблюдается тепловая денатурация белков.

Значительная часть крахмала гидролизуется до сахаров и используется в качестве энергетического материала при дыхании клетками зерна и микроорганизмами.

Липиды также подвергаются гидролизу. Распад жира характеризуется ростом кислотного числа под действием липаз плесневых грибов.

Таким образом, в результате комплексного воздействия тепла, микроорганизмов и ферментативных процессов в зернах резко ухудшаются все показатели качества партий семенного, продовольственного и кормового назначения.