Меры по обеспечению сохранности зерна

Проблемы мер по обеспечению сохранности зерна, подвергаемого сушке следует рассматривать как важнейшую часть общей проблемы всемерного сокращения потерь зерна в процессах его послеуборочной обработки, хранения и переработки.

Известно, что свыше половины зерна, производимого в нашей стране, нуждается и подвергается сушке. Этот технологический прием является одним из самых высокоэффективных методов, обеспечивающих быстрое доведение зерна до необходимых кондиций по влажности и приведение его в стойкое для хранения состояние.

В практике зерносушения для сохранения зерна наиболее часто применяют тепловую сушку с использованием в качестве сушильного агента либо атмосферного воздуха, нагреваемого в калорифере, либо смеси воздуха с продуктами сгорания топлива.

Тепловая сушка зерна, наряду с извлечением влаги, сопряжена с интенсивным воздействием на всю биологическую систему зерна как на живой организм. Искусственное снижение влажности зерна изменяет количественное соотношение составных частей системы и, как следствие, характер их взаимодействия. Тепловое воздействие сопровождается сложными физико-химическими и биохимическими изменениями в белковом, липидном, углеводно-амилазном и ферментном комплексах. В результате сушки изменяются физические свойства зерна, его теплофизические и влагообменные характеристики, происходит перестройка микроструктуры тканей зерна.

Некоторые из происходящих изменений неизбежны и, в зависимости от режима сушки, могут иметь либо положительные, либо отрицательные последствия. Важно, чтобы в процессе сушки не было допущено необратимых последствий в наиболее лабильных комплексах, определяющих качество зерна в широком смысле этого слова.

Особое внимание необходимо обращать на нередко необоснованно применяемую интенсификацию сушки продовольственного и кормового зерна разных культур, в частности, путем превышения температуры сушильного агента выше установленных пределов. Такая интенсификация процесса приводит к губительным последствиям.

Например, чрезмерное повышение температуры сушильного агента вызывает такие крайне нежелательные явления, как запаривание и закал зерна.

Запаривание может произойти при сушке зерна повышенной влажности с низкой начальной температурой в результате воздействия на него высокотемпературного агента сушки. При этом на холодной поверхности зерна происходит обильная конденсация ранее испаренной влаги, сопровождающаяся выделением теплоты. В результате зерновая масса увлажняется, повышается ее температура, что, в свою очередь, вызывает ухудшение качества зерна. Запаривание зерна может произойти и при недостаточном расходе агента сушки.

Процесс закала наиболее вероятен для свежеубранного зерна, обладающего пониженной влагопроводностью оболочек. При применении высокотемпературного сушильного агента зачастую происходит недопустимый перегрев и пересушивание оболочек зерна, они теряют способность пропускать влагу. Вследствие закрытия пор оболочек в пограничном слое эндосперма скапливаются водяные пары, выход которых затруднен, что приводит к разрыву оболочек и эндосперма. Кроме того, в алейроновом слое и прилегающих к нему периферийных частях эндосперма происходят сложные биохимические изменения, в частности, денатурация белков и декстринизация крахмала, которые также обусловливают существенное ухудшение качества высушиваемого зерна.

Неоправданная интенсификация процесса сушки в наибольшей степени отражается на обеспечении сохранности белкового комплекса зерна. При этом определяющей является не столько температура сушильного агента, сколько температура зерна на выходе из сушильной камеры. Она не должна превышать установленных предельных значений для сушки продовольственного, кормового и семенного зерна.

Изменения в белковом комплексе характеризуются степенью денатурации белковых веществ, вызывающих изменение их первоначальных свойств. Уменьшается их растворимость, гидрофильность и ферментная активность. Степень тепловой денатурации белков зависит от температуры нагрева зерна, его влажности и продолжительности нагревания. Нагрев зерна при одной и той же температуре может по-разному влиять на его качество, если влажность зерна и продолжительность его нагревания будут различными. Изменения в белковом комплексе особенно важно учитывать при сушке зерна пшеницы.

В зависимости от условий тепловой денатурации наблюдаются четыре основные стадии качественного состояния белкового комплекса высушиваемого зерна. Первая стадия характеризуется термоактивацией зерна, которая сопровождается некоторым повышением энергии прорастания и всхожести. При этом, чем ниже начальная всхожесть зерна, тем больше проявляется положительное влияние нагрева зерна.

На второй стадии денатурации свойства белков изменяются незначительно, и заметных изменений технологических показателей качества зерна не происходит.

Третья стадия приводит к укреплению клейковины при отсутствии заметной денатурации спирторастворимых белков. Ее используют для улучшения физических свойств слабой клейковины.

Существенное укрепление клейковины, денатурация спирторастворимых белков и значительное ухудшение хлебопекарного качества муки происходит на четвертой стадии тепловой денатурации.

В случае денатурации, при которой зерно не утрачивает свою жизнеспособность, речь может идти о некоторой обратимости процесса денатурации с течением времени - свойства нагревавшегося зерна могут измениться, повышается его энергия прорастания и всхожесть, изменяется растворимость белков. Однако ренативация белковых веществ может наступить лишь при неглубокой денатурации и в условиях хранения зерна в течение 3-5 месяцев.

При денатурации, вышедшей за пределы стадии термоактивации, восстановление первоначальных свойств белков не происходит, а энергия прорастания и всхожесть зерна не достигают исходных показателей.

Перегрев зерна выше предельно допустимой температуры приводит к термическому распаду и окислению липидов и биологически активных веществ липидной природы. Окисление липидов приводит к отмиранию клеток зерна и к глубокому изменению биохимических процессов в его тканях. Продукты окисления липидов разрушают многие витамины, существенно ухудшают технологические достоинства зерна.

Тепловое воздействие оказывает существенное влияние и на активность ферментов зерна. Превышение предельно допустимой температуры нагрева зерна приводит к заметному снижению активности и даже к прекращению действия таких ферментов, как каталаза, a-амилаза, глицерофосфатаза и протеаза.

Особое внимание при организации и проведении процесса сушки необходимо уделять предотвращению попадания в высушиваемое зерно вредных веществ химической природы. Среди них наибольшую опасность представляют канцерогенные соединения, в частности, бенз-(а)-пирен. Потенциальная возможность попадания его в зерно связана с использованием в качестве сушильного агента смеси воздуха с продуктами сгорания топлива.

Исследования показывают, что бенз-(а)-пирен может присутствовать в продуктах сгорания любого вида топлива, включая природный газ, состоящий из простейших молекул метана. Однако, с другой стороны, любое топливо можно и нужно сжигать таким образом, чтобы дымовые газы не содержали бенз-(а)-пирен. Это зависит как от конструкции топки, коэффициента избытка воздуха, качества смешивания топлива с воздухом, так и от тех факторов, которые оказывают влияние на развитие пламени, процесс горения и на скорость охлаждения продуктов сгорания.

Тщательное ведение технологического процесса сушки, строгое соблюдение рекомендованных температурных режимов, регулярный контроль качества высушиваемого зерна, в том числе его безопасность, именно эти меры по обеспечению сохранности зерна позволяют добиться высокого качества сушки. В первую очередь, в отбираемых на контроль пробах не должно быть зерен с запахом дыма, сернистого газа, жидкого топлива, с налетом копоти, поджаренных или запаренных.

Зерно - хороший сорбент. В процессах сорбции участвует так называемая активная поверхность зерна, составляющая площадь поверхности макро- и микрокапилляров и многократно превышающая его истинную поверхность. Сорбционные процессы особенно характерны для оболочек зерна и семян, имеющих ярко выраженную капиллярно-пористую структуру.

Существенное влияние на сорбционную способность зерна оказывает его химический состав. Чем меньше содержание в зерне гидрофильных коллоидов и больше содержание липидов, тем меньше величина его равновесной влажности. Наличие на поверхности зерна свободной влаги и высокое содержание в зерновой массе органической примеси способствуют сорбции вредных веществ.

Механизм поглощения зерном бенз-(а)-пирена определяется как диффузионным проникновением молекул во внутреннюю структуру зерна (так называемое явление объемной сорбции), так и осаждением на его поверхности жидких и твердых частиц бенз-(а)-пирена (поверхностная сорбция).

При поглощении зерном молекул вредных канцерогенных газообразных веществ происходит их химическое взаимодействие с белками, жирами и углеводами зерна (так называемая хемосорбция), причем, чем выше влажность зерна, тем больше величина хемосорбции. Сорбированные вещества зерно удерживает достаточно прочно.

До недавнего времени оптимальной температурой образования бенз-(а)-пирена считали 700-800°С. Теперь установлено, что он может образовываться и при более низкой температуре - порядка 300-400°С и находиться в виде аэрозоля твердых кристаллов (дым), в капельно-жидком виде (туман) и в парообразном состоянии.

Присутствие бенз-(а)-пирена в агенте сушки является следствием неполноты сгорания топлива. В свою очередь, неполное сгорание топлива возникает вследствие общего или локального недостатка воздуха, плохого распыления жидкого топлива форсункой, воздействия холодных поверхностей на факел горящего топлива, недостаточного времени пребывания продуктов сгорания в зоне высоких температур, а также при конструктивных недостатках топок и сверхрасчетных нагрузках на камеры сгорания.

С этой точки зрения особенно недопустима сушка зерна в наспех реконструированных сушилках с кустарными топками да еще при сжигании тяжелых видов жидкого топлива (мазута).

Недопустимым является использование твердых и нестандартных, более дешевых видов топлива, при сжигании которых риск образования канцерогенных веществ существенно повышается. Однако работа топок зерносушилок на жидком или газообразном топливе еще не гарантирует полного отсутствия бенз-(а)-пирена в продуктах сгорания. Все зависит и от режима сжигания топлива, и от многих других факторов.

Значительная неполнота сгорания топлива возникает в результате различных неисправностей топки, устранение которых обычно откладывается до очередного планового ремонта. При таких неисправностях, как прогорание кольцевых отражательных кожухов или экранов, разрушение футеровки форкамеры или камеры сгорания, их необходимо устранять незамедлительно, поскольку они приводят к нарушению режима сжигания топлива и в итоге - к загрязнению высушиваемого зерна вредными веществами.
В ходе технического перевооружения зерносушильного хозяйства хлебоприемных и зерноперерабатывающих предприятий нередко старые зерносушилки  заменяют на новые с привязкой их к прежним топочным устройствам без проведения необходимых тепловых расчетов. В этом случае при пуске сушилки в эксплуатацию зачастую происходит недопустимое превышение тепловой нагрузки топки, вызывающее неполноту сгорания топлива.

При проведении приемочных испытаний зерносушилок и топочных устройств для определения-возможности их эксплуатации необходимо в обязательном порядке контролировать сушильный агент и просушенное зерно на предмет содержания бенз-(а)-пирена в них. Топки зерносушилок следовало бы оснастить автоматическими газоанализаторами, позволяющими непрерывно следить за количеством диоксида углерода, окиси углерода и воздуха в продуктах сгорания топлива.

Наиболее полная гарантия безопасности высушиваемого зерна обеспечивается при работе зерносушилок на нагретом воздухе, не содержащем продуктов сгорания топлива. Помимо давно эксплуатируемых воздухонагревателей типа ВПТ и ТАУ, известны и более мощные агрегаты, например, воздухонагреватель зерносушилки А1-УСШ-50, паровой воздухонагреватель НВП-3,5, воздухонагреватели ОТВ, работающие с зерносушилками ЛСО.

Проведенные нами исследования в области онкогигиенической оценки процессов сушки зерна разных культур показывают, что при тепловой сушке с использованием в качестве сушильного агента смеси воздуха 6 продуктами сгорания топлива не всегда происходит загрязнение зерна канцерогенными веществами. При соблюдении разработанной нами системы мероприятий, включающей комплекс эксплуатационно-технологических, организационно-технических и проектно-конструкторских рекомендаций, возможно обеспечение высокого качества и безопасности высушиваемого зерна. Каждое из рекомендуемых мероприятий рассматривается в неразрывной связи с причинами и возможными источниками образования канцерогенных веществ и путями проникновения их в зерно. Организационно-технические и проектно-конструкторские мероприятия включают рекомендации по допускаемым видам топлива, конструкторским параметрам топочных устройств, перспективным методам реконструкции зерносушилок.

Выполнение разработанных мероприятий позволит обеспечить высокое качество и безопасность высушиваемого зерна.

Проблема сохранения качества и обеспечения безопасности зерна особенно обострилась в связи с происшедшими в последние годы значительными изменениями в организации послеуборочной обработки и хранения зерна. В настоящее время значительная часть зерна после уборки урожая хранится в хозяйствах, техническая база которых не способна обеспечить необходимую сохранность зерна. В частности, на имеющейся в хозяйствах технике можно высушить не более 40% зерна, подлежащего сушке.

Решение проблемы обеспечения сохранения качества и безопасности зерна требует активизации роли элеваторно-складских предприятий, обладающих развитой материально-технической базой, и усиления контроля технологического процесса сушки.

Материал взят из журнала "Хлебопродукты" 7/2007, статья " Проблема обеспечения качества и безопасности высушиваемого зерна ", авторы: В. Резчиков, доктор техн. наук, С. Савченко, канд. техн. наук, Московский государственный университет пищевых производств.