Травмування сої на всіх етапах впливу на неї – від збирання до сівби або переробки та відхилення від оптимальної технології на всіх етапах виробництва, сушіння і зберігання зумовлюють втрати зерна сої та погіршення його якості.
Свіжозібране зерно сої, як правило, має підвищену вологість і засміченість частинами стебел бур’янів, зеленим насінням бур’янів, часточками ґрунту, необмолоченими бобами, стулками бобів та іншими домішками. Прагнення знизити втрати зерна за рахунок режиму аспірації при обмолоті комбайном призводить до ще більшої засміченості.
У свіжозібраному зерні сої відразу починаються різного роду процеси, внаслідок яких зерно може зіпсуватися за 2–3 доби, а при спонтанному самозігріванні – й через 6–8 годин, оскільки у свіжоскошених рослинах нерівномірно розподілені вологість і засміченість, що за певних умов (висока температура) і призводить до виникнення осередків самозігрівання.
Самозігрівання – сигнал зерна про допомогу. Це результат взаємопов’язаних процесів, що виникають внаслідок фізіологічної активності живих компонентів зернової маси (зерно, домішки, мікроорганізми, комахи, кліщі) з виділенням тепла та вологи. Самозігрівання може бути:
- суцільним – вся зернова маса сої самозігрівається;
- гніздовим – частина (гніздо) зернового насипу сої самозігрівається;
- пластовим – верхове чи низове самозігрівання.
Механізм самозігрівання складний, але суть його ось у чому. Зерно – жива істота, створена природою і наділена здатністю відтворювати собі подібне. Як і будьяка інша жива істота, воно дихає, тобто поглинає кисень, який вступає в окисні реакції з вуглеводнями складу зерна, внаслідок чого виділяються вуглекислий газ і вода. Реакція окиснення відбувається із виділенням теплоти.
Ми рідко замислюємося про те, що все живе підпорядковане загальним законам. Загалом біохімічні процеси, що забезпечують життя людини, так само потребують їжі, основа якої – вуглеводи, так само в клітинах нашого організму відбуваються процеси окислення поживних речовин, що надійшли при їх взаємодії з киснем, привнесеним у клітину в складі крові після насичення її в легенях. Продукти окислення (СО2 і Н2О) виводяться з клітини при зворотному русі крові. У холодну погоду добре видно, як молекули води під час видихання конденсуються в туман. Та й температура нашого тіла (36,6° С) – результат окисних процесів вуглеводів. Різниця лише в тому, що їжу (продукти харчування) ми купуємо в магазині або вирощуємо на городі, а зернівка бере поживні речовини зі своїх запасів, але бере дуже економно (0,1–0,3% від сухої маси зернівки за рік зберігання), а основний запас, що залишився, резервується для живлення зародка при проростанні.
Я пишу про це у такій формі порівняння, щоб залишити в пам’яті читача переконання: зерно – це жива істота з усіма складовими процесу життєдіяльності.
Дихання зерна – надзвичайно складний біохімічний процес, який протікає під впливом різних чинників з утворенням продуктів розпаду запасних поживних речовин і виділенням тепла. Хімічна складова цього процесу має такий вигляд:
С6Н12О6 + 6О2 → 6СО2 + 6Н2О + 2870 КДж
Зерно + кисень + вуглекислий газ + вода + тепло
Тобто кожен кілограм сухої речовини у процесі повного окиснення дає тепловий ефект 2870 КДж, при цьому в зернову масу виділяється 0,58 кг води і 1,54 кг СО2.
Температура при самозігріванні може досягти свого максимуму за кілька годин, днів чи тижнів, а може повільно наростати місяцями, але послідовність цього процесу для всіх випадків ідентична. Розглянемо його на прикладі поетапного самозігрівання чистого зерна впродовж приблизно 45 діб (рис. 2).
Цікаво, що запуск самозігрівання може бути спровокований підігрівом ззовні цілком благополучного зерна. Тривала дія тепла на зерно при його нагріванні до 27–28°С не запускає процес самозігрівання – дихання чистого зерна не настільки інтенсивне, щоб запустити процес (ділянка А–В). Але вже на ділянці В–С починається самозігрівання – поява вільної вологи пришвидшує процес і він набуває швидкоплинного характеру, що через порівняно короткий час (ділянка С–D) призводить до повної втрати зерна.
Дослідження показують, що при збільшенні вологості зерна понад 12% і за початкової температури 25°С різко посилюється інтенсивність дихання зерна, а отже, і тепловиділення. Але набагато більшу значимість має вільна волога як носій живлення мікроорганізмів, що постійно знаходяться на зерні. Якщо процес життєвої активності власне зерна залежить від його вологості та температури, то процес життєдіяльності мікроорганізмів ще більшою мірою залежить від зазначених параметрів. Природно, що при цьому відбувається різке збільшення числа цвілевих колоній грибів.
Мікроскопічні гриби у процесі свого росту проникають у сім’ядолі й отруюють тканини зародка. Зниження схожості відбувається при підвищенні температури понад 35°С. Фахівці пов’язують це з початком денатурації зародкового білка.
Читати по темі: Фузаріозний вілт, або синдром раптової смерті сої
Втрата схожості у процесі розвитку самозігрівання вказує на припинення життєдіяльності зерна та зниження частки його участі у подальшому розвитку самозігрівання. До межі процес самозігрівання доводять лише мікроорганізми.
Тепло і волога швидше запускають механізми життєдіяльності мікроорганізмів, що знаходяться в зерні, й набагато швидше – у смітті. Оскільки дихання мікроорганізмів набагато активніше за дихання зерна, а їх кількість швидко збільшується, то процес підвищення температури в осередку самозігрівання прискорюється. Тепловідведення від вогнища самозігрівання ускладнюється поганою теплопровідністю зерна. 85% тепла, що виділяється, концентрується в осередку самозігрівання при радіусі зміни температури від вогнища не більше 1 м, тобто теплота, що виділяється зерном сої та мікроорганізмами при їхній активній життєдіяльності, не поспішає залишати вогнище, тим самим утримуючи в ньому високу температуру (рис. 3).
Цікаво, що мікроорганізми, запустивши процес самозігрівання зерна, самі ж у цьому осередку (при критичній для них температурі) руйнуються, проте водночас провокують високу активність інших більш термостійких мікроорганізмів. Так, польові гриби у конкурентній боротьбі поступаються місцем грибам зберігання. У міру збільшення температури дихання зерна зменшується через його «вмирання», а дихання мікроорганізмів наростає внаслідок збільшення їх кількості. Отже, температура може зрости до 80°С і більше. Мікроорганізми утворюють спори і відмирають. До цього моменту в осередку самозігрівання зерно втрачене незворотно.
Якщо не вживати ніяких заходів, то від вогнища самозігрівання процес поширюється на всі боки і особливо швидко – у напрямку більшої концентрації сміття та битого зерна, які у масі зерна присутні нерівномірно через самосортування при завантаженні зерна у сховище.
Без втручання ззовні запущений процес самозігрівання не зупиниться з тієї причини, що сам процес продукує і тепло, і вільну вологу, а наявність битого зерна та зернового пилу активізує процес (рис. 4).
у бік більш засміченої частини
зернового насипу
Справа в тому, що гаряче повітря у вогнищі самозігрівання містить багато молекул води, оскільки вона випарувалась, і під час зустрічі з холодним зерном ця молекулярна вода конденсується як краплини, тим самим активізуючи життя мікроорганізмів у бік руху температури. Саме вода забезпечує живлення мікроорганізмів, бо їм для життя необхідні органічні речовини, розчинені у питній воді, тобто мікроорганізми «випивають» органічні речовини зерна. Основна маса органічної речовини, що споживається мікроорганізмами, витрачається на дихання. Цікаво, що цвілеві гриби витрачають на дихання близько 90% споживаних органічних речовин зерна і лише 1% – на побудову власного організму, тобто можна сказати, що мікроорганізми зерно «випивають», а «випите» видихають.
Боротьба із втратами зерна через зігрівання є найважливішим заходом сучасності й розглядається в усьому світі як один із резервів покращення забезпечення населення продуктами харчування. У зв’язку з цим зменшення травмування зерна є важливим завданням, оскільки травмоване (механічно пошкоджене) зерно збільшує ймовірність початку самозігрівання з усіма його наслідками.
Крім того, биті зерна сої зменшують міжзернові зазори, що погіршує проникність зернової маси при сушінні та вентилюванні та сприяє злежуванню зерна. Але головне лихо в тому, що, на відміну від таких параметрів, як температура і вологість зерна, які піддаються регулюванню, пошкодження зерна незворотне. Більше того, будьякі пересипання збільшують частку руйнування, утворюючи подрібнене зерно та зерновий пил, тим самим багаторазово збільшуючи активну поверхню для життєдіяльності мікроскопічних грибів, що продукують мікотоксини. До речі, один із них – афлатоксин В1 за токсичністю можна порівняти з синильною кислотою і канцерогенами (мікотоксин у перекладі з грецької – грибна отрута), в усьому світі він контролюється за допустимою нормою не більше ніж 0,002 мг/кг!
Величезну роль зменшення активності життєдіяльності мікроорганізмів у зерновій масі відіграє зниження температури зерна. Як відомо, повітря – дуже поганий провідник тепла, особливо коли немає конвективного теплообміну, а здійснюється лише молекулярний, тобто теплопровідність.
А оскільки міжзернові зазори в зерновій масі сої заповнені повітрям (рис. 5) і цих зазорів величезна кількість (в 1 м3 зерна сої понад 5 млн), то зрозуміло, що теплопровідність такого пористого матеріалу надзвичайно низька. Зернова маса сої, охолоджена сухим повітрям, здатна утримувати низьку температуру кілька місяців. При пересипанні зерна температурна консервація за умов вищої температури не зберігається.
Після будьякого теплового впливу зернову масу необхідно охолодити, інакше зерно довгий час перебуватиме під впливом високої температури.
Зернова маса сої може тривалий час утримувати рівень температури, за якої зерно сої було засипане в сховище.
Мікроорганізми є неодмінною складовою зерна. Їхні розміри не перевищують 1 мкм, але чисельність може сягати десятків мільйонів на 1 кг зерна.
Рослини є природним середовищем для життя польових грибів. Але польові гриби потребують живих рослин, і їх чисельність при зберіганні зерна зменшується, оскільки їм для життєдіяльності необхідна вологість 25% і вище. А гриби зберігання здатні розвиватися при більш низькій вологості (12–13%), і саме вони відіграють вирішальну роль у процесі зігрівання зерна сої.
Гриби зберігання потрапляють у свіжозібране зерно із землею під час збирання, а також із залишків зерна та сміття, що залишилися з минулого врожаю. Саме ці гриби є джерелом отруйних мікотоксинів, які є результатом життєдіяльності грибів. На превеликий жаль, після відмирання грибів мікотоксини залишаються в зерні й частково переходять у комбікорми при переробці зараженого зерна сої.
Більшість польових грибів зберігаються в насінні від кількох місяців до 2–3 років. Цвілі зберігання можуть зберігатися впродовж 15 і більше років.
Як вже було сказано, крім вологості та температури, самозігріванню величезною мірою сприяє наявність сміття та битого зерна.
Образно картину можна уявити так. У залі шведський стіл із напоями на будьякий смак (це ціле зерно), але зал закритий – не зайдеш. Травмоване зерно – це відкритий зал. Половинки сої дихають у шість разів інтенсивніше за ціле насіння. Не можна допускати механічних пошкоджень покривних тканин, вони є захистом зерна.
Деякі види комах взагалі не можуть жити серед цілого насіння – їм потрібне бите. Наприклад, квасоляна зернівка (відкладає яйця у тріщинах в оболонках зерна), звичайний волосатий кліщ та інші.
Якщо порушення цілісності захисної оболонки відкриває доступ мікроорганізмів до живлення, то дроблене зерно у багато разів збільшує активну поверхню розміщення мікроорганізмів. Так, поверхня 1 г сміття, що пройшло через сито із діаметром вічок 1 мм, у 100 разів перевищує поверхню 1 г зерна. Тому заселення мікроорганізмами сміття в сотні разів перевищує кількість їх у цілому зерні. Значення очищення зерна від сміття важко переоцінити.
Так, на 1 кг зерна до відокремлення від нього мінеральних домішок на ситі ø 1 мм налічувалося 3800 тис мікроорганізмів, а після видалення – 2460 тис., 1 г мінерального сміття, що пройшло через сито ø 1 мм, містив 42 600 шт. мікроорганізмів (рис. 6). Ще більш підступний пил. Крім величезної активної поверхні, пил від самого початку дуже щільно заселений мікроорганізмами та спорами. Пил поділяється на неорганічний (мінеральний) і зерновий. Неорганічний пил потрапляє при збиранні сої із грудочками ґрунту, він якраз і може бути заселений пліснявими грибами зберігання. Це притаманно сої, бо жниварка при збиранні цієї культури відстежує поверхню поля. Тому надзвичайно важливо видалити мінеральний пил на першому етапі очищення, тим більше що абразивність цього пилу при міжзерновому терті руйнує захисну оболонку сої.
Дослідження показали, що насиченість мінеральних домішок мікроорганізмами в десятки і сотні разів більша порівняно з наявністю мікроорганізмів на поверхні зерна. Під зерновим пилом розуміють частинки твердої речовини органічного походження, які супроводжують зернову масу по всьому її шляху з тієї причини, що зерновий пил – це не що інше, як частково або повністю зруйнована захисна оболонка зерна і саме зерно, зруйноване під впливом нескінченних ударів, зім’ятості, тертя об стінки і міжзернового тертя.
Зерновий пил легший за мінеральний, що підтверджується пробами пилу, взятого на різних етапах руху зерна: від поля до складу зберігання.
Дрібне сміття і пил при пересипанні зерна сої здатні до самосортування, тобто створення локальних обсягів високої концентрації, що за певних умов (якот нерівномірність вологи) може запустити механізм самозігрівання.
Це треба пам’ятати, і якщо кількість сміття, рівнорозподілена за обсягом зернової маси, відповідає нормі, то це зовсім не означає, що при пересипанні, наприклад, не станеться (а воно обов’язково станеться) самосортування, і дрібне сміття та пил можуть опинитися в певному локальному обсязі зерна в кількості, яка в десятки разів перевищує норму. Так, при засипанні у сховища відбувається саме таке самосортування – дрібне сміття і пил, що крутиться у повітрі під впливом утвореного тороїдального вихору, осідають по периферії об’єму, обмеженого стінками (рис. 7).
Дослідження показали, що в різних ділянках насипу вміст органічної домішки у 6 разів, а мінеральної – у 13 разів може перевищувати середнє значення. Отже, виходить, що середня проба дає незначну різницю між очищеним і не очищеним зерном, а ось нерівномірність розподілу сміття – осередок можливого самозігрівання.
Все сказане вище дає підстави стверджувати, що все свіжозібране зерно сої має бути якнайкраще очищене від крупного рослинного сміття, предметів, що випадково потрапили в зерно, пилу та сміття, який легко переміщається у повітрі, на етапі його прийому від комбайна. При цьому обов’язковою умовою є те, що машини лінії очищення не повинні травмувати зерно сої та звести до мінімуму утворення зернового пилу.
Л. В. Фадєєв, канд. техн. наук, доцент
Опубліковано в журналі “Агроном”, 2024
