І як не дивно може виглядати ідея зберігати зерно «в холодильнику» (нагадаємо, – в звичайному побутовому холодильнику температура регулюється в межах +2...+8°С), вона не є новою й саме так роблять в більш ніж 50 країнах світу – США, Австралії, Японії, Німеччині, Франції, країнах Азії. На приклад, в буклеті британської організації Home Grown Cereals Authority визначені наступні принципи зберігання зерна: «Просушіть зерно до вологості не вище 14,5%; протягом перших 2 тижнів зберігання охолодіть зерно до +15°С або нижче, а ближче до Різдва до +5...+10°С».
Для охолодження зерна використовується повітря з навколишнього середовища (шляхом вентилювання зерна) і/або штучне охолодження (за допомогою холодильних установок, стаціонарних або мобільних). Зрозуміло, що в першому випадку передумовою є відповідні кліматичні умови – відразу після збору врожаю температура повітря повинна давати можливість охолодити зерно до рекомендованих +15°С протягом перших 2 тижнів. Якщо в основних зернових регіонах Великобританії середня максимальна температура за 1971-2000 роки в липні й серпні була біля +20°С, а середня мінімальна – на рівні +11°С, то для багатьох інших країн-виробників зерна, у том числі України, такі температури під час жнив є занадто низькими. Звідси виникає необхідність в штучному охолоджені повітря для вентилювання зерна.
За різними оцінками в світі щорічно зберігається в умовах низьких температур з використанням промислових холодильних установок біля 80-100 млн. тонн зерна. Якщо на початку 1960-х років штучне охолодження використовувалось переважно для тимчасової консервації зерна з високою вологістю перед сушінням, то пізніше почали охолоджувати «чутливе» зерно, яке є схильним до самозігрівання (таке як кукурудза, соя). З ростом цін на зерно та інші продукти харчування, почали охолоджувати і сухе високоякісне зерно, насіннєвий матеріал, бобові для харчових цілей тощо. По інформації компанії Frigortec з 1971 року було реалізовано понад 4 тис. установок для охолоджування зерна виробництва цієї компанії, що є одним з доказів росту популярності даної технології зберігання зерна в світі. Так навіщо інвестуюся кошти в охолодження зерна?
Вологість є дуже важливим фактором, що визначає тривалість зберігання зерна. В сухому зерні волога знаходиться у «зв'язаному» стані, має низьку активність і не бере участь у біологічних і фізико-хімічних процесах. Згідно з діючим в Україні ДСТУ вологість пшениці не повинна перевищувати 14%, ячменю – 14,5...15,5% в залежності від класу, кукурудзи – 15% (принаймні, базиси вологості по зовнішньоекономічним контрактам зазвичай більш жорсткі, для пшениці це 13,0...14,0%, кукурудзи – 14,0%, ячменю 14,0...14,5%).
Всеж вологість не є єдиною складовою в формулі тривалого зберігання зерна. Температура зернової маси є другим важливим фактором, який суттєво впливає на якість зерна при зберіганні. За умови, що зерно було очищено від шкідливих й мінеральних домішок і не знаходиться під прямим впливом навколишнього середовища (інакше кажучи, не лежить під відкритим небом) саме комбінація вологості й температури визначає тривалість зберігання зерна без втрати якісних показників.
Рекомендована максимальна тривалість зберігання кукурудзи і сої (днів)
|
Вологість, %
|
Температура
|
|
Кукурудза
|
Соя
|
30°F/-1°С
|
40°F/4°С
|
50°F/10°С
|
60°F/16°С
|
70°F/21°С
|
80°F/27°С
|
|
14
|
11
|
>300
|
>300
|
>300
|
>300
|
200
|
140
|
|
15
|
12
|
>300
|
>300
|
>300
|
240
|
125
|
70
|
|
16
|
13
|
>300
|
>300
|
230
|
120
|
70
|
40
|
|
17
|
14
|
>300
|
280
|
130
|
75
|
45
|
20
|
|
18
|
15
|
>300
|
200
|
90
|
50
|
30
|
15
|
|
19
|
16
|
>300
|
140
|
70
|
35
|
20
|
10
|
|
20
|
17
|
>300
|
90
|
50
|
25
|
14
|
7
|
|
22
|
19
|
190
|
60
|
30
|
15
|
8
|
3
|
|
24
|
21
|
130
|
40
|
15
|
10
|
6
|
2
|
|
26
|
23
|
90
|
35
|
12
|
8
|
5
|
2
|
|
28
|
25
|
70
|
30
|
10
|
7
|
4
|
2
|
|
30
|
27
|
60
|
25
|
5
|
5
|
3
|
1
|
Розрахунки базовані на максимальні втраті сухої маси зерна 0,5%
Джерело: Дослідження Міністерства сільського господарства США в Університеті штату Айова (Праця ASAE 3330337, 1972р.) і «Вентилювання зерна й сушіння без підігріву повітря». Департамент сільського господарства, продовольства й сільських території Уряду провінції Манітоба, Канада (Agdex 732-1, 1986).
Як видно з таблиці, можна зберігати досить тривалий період навіть вологе зерно, якщо його охолоджено до +10°С й нижче. Але будемо виходи з припущення, що зерно попередньо просушено до вмісту вологи згідно з вимогам діючих ДСТУ. Що ми отримаємо якщо зберігати протягом 180 днів, наприклад, 1000 тонн кукурудзи вологістю 14,5% при температурі +10°С, а не +25°С?
Зерно – живий організм, в якому постійно відбуваються процеси обміну речовин, що підтримує життя зародкової клітини. Зерно дихає, і чим вище його вологість та температура, тим інтенсивніше воно дихає. Одним з результатів дихання зерна є втрата сухої речовини. Протягом 6 місяців «природно зникне» біля 0,1% або до 10 тонн від нашої умовної партії (що «лише» дорівнюється 12 тис. грн. на момент написання статті).
Втрата сухої речовини є найменшим негативним результатом дихання зерна. Під час дихання відбувається збільшення кількості гігроскопічної вологи в зерні і підвищення відносної вологості повітря міжзернових просторів, зміна складу повітря в цих просторах і виділення тепла. Це може призвести до самозігрівання зерна. При температурах близьких до 0°С навіть відносно вологе зерно дихає з мінімальною інтенсивністю (див. таблицю вверху). Адже, чим вищою є температура, тим більшою є загроза утворення вогнищ самозігрівання.
Для нашого прикладу будемо вважати, що зерно знаходиться у ретельного господаря, який не допустить самозігрівання зерна, у тому числі шляхом пересування зерна (втрати зерна при кожному пересуванні можна оцінити на мінімальному рівні в 0,1%, тобто тих самих 12 тис. грн.). Охолоджене сухе зерно саме не розігрівається, отже, немає потреби в його переміщенні з однієї ємності в іншу, що економить кошти й зберігає якість (наприклад, менше битих зерен кукурудзи).
Втрати пов'язані з диханням та пересуванням зерна є незрівнянні з можливими втратами яку можуть нанести шкідників і мікроорганізми. Так за даними ФАО в світі від діяльності шкідників щорічно втрачається біля 15% зерна, в окремих країнах ця цифра доходить до 50%. Втрати зерна в Україні оцінюються в розмірі щонайменш 10% від загального врожаю. В останні часи саме для контролю впливу цих негативних факторів почали використовувати технологію охолодження зерна.
На життєдіяльність комірних шкідників істотно впливає температурний режим і вологість зерна. Мінімальна вологість для розвитку основних шкідників є біля 10-11%, (тобто суттєво нижчою за норми ДСТУ та/або контрактних базисів). Щодо температурного режиму то встановлено, що оптимальний діапазон температур для розвитку більшості шкідників хлібних запасів перебуває в межах +18...+32°С. Тривалі температури нижче +16°С або вище +35°С стримують їхній розвиток і розмноження (чим й пояснюється рекомендація з британського буклету стосовно необхідності швидкого охолодження зерна до +15°С), а тривале перебування в середовищі з температурою +10°С призводить до повільного відмирання усіх фаз розвитку комах.
Зрозуміло, що є більш холодостійкі комахи, наприклад кліщі, окремі види яких можуть розвиватися, хоча й повільно, за температури +5...+7°С. Але у всякому разі, низькі температури зберігання є ефективним способом контролю розвитку шкідників. Крім цього, на відміну від найбільш поширеного в Україні способу контролю чисельності шкідників хлібних запасів – фумігації (на яку теж необхідно витрачати кошти), охолодження є екологічно чистим методом.
Якщо фумігацію зерна та знезараження приміщень і силосів (банок) застосовують відносно часто, то для боротьби з розвитком мікроорганізмів майже ніяких заходів не застосовують. Діяльність мікроорганізмів призводить до зараження зерна мікотоксинами (афлотоксини, охротоксини, зеараленон, інші), які є дуже шкідливими речовинами що негативно впливають на здоров'я людей та тварин. Максимальний вміст мікотоксинів також регламентовано стандартами та нормативними документами. Для інформації, вимоги ЄС (до яких Україна має пристосуватися в зв'язку з вступом в СОТ) переважно є більш жорсткими ніж українські.
Як і в випадку зі шкідниками, розвиток мікроорганізмів залежить від вологості зерна та його температури. Різні групи грибків по різному реагують на зміну температури, але в цілому діє таке ж правило – чим нижчою є температура, тим більше сповільнюється їх діяльність та, відповідно, виділення токсинів.
Іншим методом біологічного регулювання фізіологічних і біохімічних процесів у зерні та життєдіяльності популяції шкідників і мікроорганізмів може служити контрольована атмосфера в сховищі, але це є окремою темою.
Ще одною з переваг технології охолодження зерна є зменшення його вологості на 1-1,5-2% під час охолодження, що дає можливість заощаджувати на сушінні. Так в межах 5-7,5 тис. грн. можна зекономити на газі при закладенні на довгострокове зберігання нашої умовної партії в 1000 тонн, з метою отримати 14% вологості в кінці зберігання. Процес сушки буде зупинено на рівні 15-16%, а залишкова вологість «вийде» з зерна при охолодженні.
На відміні від побутового холодильнику, про який згадувалось на початку статті, після досягнення необхідної температури холодильна установка може відпочивати. Справа в тому, що зерно має низьку теплопровідність, близьку до деревини. В повітря, яке знаходиться між зернами, цей показник є ще нижчим. Таким чином зернова маса характеризується великою тепловою інерцією і будучи охолодженою до необхідної температури зерно зберігатиме температуру досить довго. Затрати електроенергії на охолодження зерна до +10°С в умовах помірного клімату оцінуються в 3-6 кВт на 1 тонну (тобто витрати на 1 тис. тонн не мають перевищувати 4 тис. грн. по поточним цінам).
На великому комерційному елеваторі поблизу міста Фюрстенвальде (Німеччина) зерно охолоджують починаючи практично з часу його заснування – 1974 року. Елеватор має потужність біля 180 тис. тонн, на ньому зберігають такі культури як пшеницю, соняшник, кукурудзу, ріпак тощо. За словами інженерів елеватору всі культури охолоджують одразу ж після прийомки, сушки (в разі потреби) і загрузки в банки. Охолодження триває біля 3 тижнів до +10...+13°С, після чого зерно є готовим до подальшого продажу або тривалого зберігання. Такі стислі терміни готовності зерна є ключовими в роботі елеватору та дають перевагу, особливо під час інтенсивної прийомки зерна в жнива.
Для охолоджування зерна на елеваторі використовують промислові холодильні установки GRANIFRIGOR компресорного типу; принцип їх дії в цілому схожий зі звичайним односекційним кондиціонером. Атмосферне повітря всмоктується в установку та охолоджується до потрібної температури в охолоджувачі (випарнику). При цьому виділяється вода, яка виводиться з установки. Далі холодне вологе повітря трохи нагрівається в спеціальному блоці з метою знизити його відносну вологість (блок використовує теплову енергію з холодильного контуру і не вимагає витрат на електроенергію). Сухе холодне повітря підводиться шлангом до повітряного розподільника сховища і продувається через зернову масу. Ця технологія може застосовуватися як у підлогових сховищах (охолоджене повітря поступає через тимчасово розташовані на підлозі перфоровані канали), так і в банках силосного типу (використовуються стандартні вентиляційні отвори та канали силосу). Відпрацьоване повітря має виходити в атмосферу через отвори сховища, виносячи із собою відібрану у зерна вологу і тепло.
Працівники елеватора зазначили, що охолодження зерна дозволяє їм краще боротися з шкідниками, оскільки при низькій температурі вони гинуть або переходять в стан спокою, не проводять активної життєдіяльності та не розмножуються. В той самий час, на елеваторі не відмовляються від фумігації, але її об'єми є значно меншими, що дозволяє економити певні кошти. До речі, фумігують зерно не вкидаючи таблетки, а лише мішечки з фумігатором, які згодом виймають з зерна і тим самим не забруднюють його залишками нерозчинених таблеток. Кажуть, що покупці зерна ставлять до цього жорсткі вимоги.
Відсутність втрат на пересипання зерна також є вагомими аргументом при великих об'ємах. Як кажуть на елеваторі, з метою економії електроенергії краще не охолоджувати зерно в жарку пору дня, а наприклад дочекатися вечора, коли температура навколишнього середовища знизиться.
Хоча на елеваторі крім силосів є і горизонтальні склади для зберігання, в них охолодження не здійснюється, оскільки висота зерна становить біля 7-8 метрів, а оптимальною для охолодження є 3-4 м. Варто відмітити, що на тих складах застосовують спеціальну технологію зберігання, вони не є аналогами горизонтальних складів в Україні. Проте на сусідніх елеваторах, де в такого роду потужностях для зберігання товщина шару зерна є меншою, охолодження активно використовується.
Заслуговує на увагу досвід ще однієї німецької компанії, яка торгує і відповідно зберігає органічне зерно. Так при зберіганні цього зерна, вони його охолоджують до 0°С, що призводить до загибелі більшості шкідників або повністю унеможливлює їхній подальший розвиток. Звичайно така практика є досить затратною, проте вона застосовується тільки при зберіганні дорогих видів зернових, а органічне зерно є апріорі дорожчим від звичайного на 20-30%, а подекуди і 50%. Для довідки слід зазначити, що до органічного зерна, відповідно до сертифікаційних вимог не можуть застосовуватись жодні засоби неорганічного характеру, починаючи від поля і закінчуючи переробкою, а саме: мінеральні добрива, пестициди, гербіциди, фумігатори тощо.
