Текст книги "Технология хранения зерна и семян"

Вадим Леонидович Пилипюк
Технология хранения зерна и семян

Введение

Технология хранения зерна и семян– наука, изучающая свойства зерновой массы с присущими ей характерными биохимическими, физическими и биологическими особенностями, а также способы ее хранения. Ставит целью избежать потери продукции, обеспечить планомерную работу зерноперерабатывающих предприятий страны, животноводство – фуражом, производителей зерна – семенным материалом.

Вся история развития земледелия неразрывно связана с целенаправленной деятельностью человека по производству и хранению самой разнообразной пищи животного и растительного происхождения. О хранении зерна в историческом прошлом можно найти упоминание в Библии: зерно египтяне хранили в течение семи урожайных лет, за которыми, по преданию, следовали семь неурожайных лет. В условиях сухого климата египетские зернохранилища представляли собой вырытые в земле ямы, выстланные по дну соломой.

С возникновением земледелия создаются запасы продовольствия, прежде всего зерна, накапливается опыт по хранению выращенной продукции.

С целью получения достаточно высокого урожая изучаются и умело используются биологические факторы развития культурных растений, совершенствуется агротехника, однако выращенную продукцию необходимо с не меньшим искусством подготовить к хранению и обеспечить ей надежную сохранность.

Хранение продукции растениеводства в наши дни приобретает все большое значение и остроту, т. к. доля возделываемой земли в мире на душу населения постоянно снижается. По прогнозам ученых, к 2050 г. из-за роста населения на Земле она составит 0,06 – 0,07 га.

Дефицит продуктов питания в мире превышает 60 млн т, в то время как население нашей планеты в среднем увеличивается каждую неделю на 1 млн 200 тыс. человек, и в 2007 г. оно превысило 7 млрд человек. Поэтому сохранить и довести всю выращенную зерновую продукцию до стола потребителя – приоритетная задача специалистов-технологов и всех работников агропромышленного комплекса.

Проблема обеспечения населения Земли продуктами питания за счет развития агротехники, селекции, создания трансгенных растений не сможет быть полностью решена без научно обоснованной технологии хранения всей выращенной продукции.

Зерновые культуры в РФ занимают 7,4 % всех мировых посевов, но производство зерна чрезвычайно не стабильно и в XX столетии оно колебалось в пределах 50-127 млн. тонн в год. А ресурсы зерна и продуктов его переработки имеют стратегическое значение в обеспечении продовольственной безопасности Российской Федерации, служат одним из главных источников роста национального богатства страны.

К сожалению, производители зерна из-за сложившейся ситуации в области рыночных отношений порой вынуждены сокращать посевные площади зерновых, организовывать хранение зерна до его реализации на токах, площадках и в других малоприспособленных для этой цели местах. Отсутствие приоритетности зерна и семян для рыночной сферы на предприятиях хлебопродуктов ведет, как правило, к неоправданным потерям продукции, дополнительным инвестициям, в конечном счете, к снижению продовольственной безопасности России.

Следует особое внимание уделять производству и хранению зерна пшеницы, т. к. пшеничный хлеб, макаронные изделия из пшеничной муки – основные продукты питания практически всех слоев населения России.

Потери зерна пшеницы, снижение ее качества при хранении никак нельзя допустить. По данным Минэкономразвития РФ, цены на пшеницу за последние 5 лет увеличились в 1,5–2 раза. Следовательно, к хранению такого дорогостоящего зерна необходимо относиться с должным вниманием.

За последние годы страна получает достаточно высокие валовые сборы зерна, однако заметно сократились его государственные закупки, снизилась роль заготовительных элеваторов. Зерно нередко хранится непосредственно в хозяйствах у производителя в ожидании сезонного повышения цен. Из-за слабой оснащенности технической базы хозяйств, а порой, незнания технологий хранения имеют место нерациональное формирование партий зерна, снижение его качества и потери зерна при хранении.

По данным Минсельхоза России, из года в год сокращаются объемы строительства зернохранилищ, их расширения и реконструкции. В 2002 г. в России было введено в эксплуатацию зернохранилищ на 98 тыс. т единовременного хранения, что составило 28,9 % к 2001 г.

Научные исследования эффективных методов хранения зерновых масс позволили создать фундаментальную теоретическую базу, появилась реальная возможность обосновывать явления, протекающие в хранящихся партиях зерна, прогнозировать возникновение в них негативных явлений, таких как, например, самосогревание зерна, и в равной мере обеспечить условия для сохранности выращенной продукции.

Основополагающий фактор хранения зерна и семян – своевременное и качественное проведение послеуборочной подработки урожая, доведения показателей качества до норм, предусмотренных стандартами.

Применение в производстве научно обоснованных методов хранения, модернизация существующих зернохранилищ, оборудования и комплексов для работы с зерновыми массами, повышение уровня квалификации специалистов-технологов и обслуживающего персонала создают вполне объективные предпосылки к сохранению всего выращенного урожая.

Эффективное, надежное хранение зерновых масс требует от специалистов глубокого и всестороннего знания протекающих в них физиологических процессов, сопровождающихся коренными изменениями биохимического состава с выделением в окружающую среду продуктов гидролиза запасных питательных веществ зерна.

Зерно – объект питания не только человека, но и вредителей хлебных запасов, нередко при хранении в зерновых массах наблюдается их интенсивное развитие. Использование эффективных и рациональных методов предупреждения и истребления амбарных вредителей – обязательное условие хранения зерна без значительных потерь.

Ежегодно часть урожая зерновых вследствие сезонного характера земледелия засыпается на семенные цели. Сохранить семенной материал без потери физических и биологических показателей качества, а нередко и повысить всхожесть семян за счет завершения процессов послеуборочного дозревания – сложная технологическая и в целом государственная задача.

Агробиологическая наука далеко раздвинула горизонты познаний в области многих научных дисциплин, нашла объяснение разнообразным биологическим и физиологическим процессам, протекающим как в начальные периоды онтогенетического развития растительных организмов, так и на завершающих стадиях. Завершив формирование и созревание на материнском растении, плоды зерновых и семена масличных культур завершают сложные биохимические процессы послеуборочного дозревания. Эти процессы в обязательном порядке идут в партиях свежеубранного зерна и семян различного назначения, поступивших после предварительной подработки на хранение в фермерские или государственные зернохранилища.

Однако, своевременная и высококачественная подработка партий зерна и семян масличных продовольственного, фуражного и семенного назначения связана со значительными денежными затратами на энергоносители и на амортизационные отчисления от стоимости основных средств на оборудование для проведения этих работ в сжатые сроки.

Не вызывает сомнения, что рациональное использование имеющихся сельскохозяйственных зернохранилищ, элеваторно-складских емкостей, квалифицированное проведение наблюдений за хранящейся продукцией – ответственная и сложная задача для специалистов, принимающих и хранящих зерно и семена.

Учитывая широкий набор различных видов, сортов и гибридов сельскохозяйственных растений злаковых, бобовых, крупяных и масличных культур, различий анатомических и морфологических особенностей зерна, различий в состоянии по качеству, специалисты агропромышленного комплекса, привлеченные к хранению зерна и семян, решают сложные задачи по сохранению этого вида сельскохозяйственной продукции.

В учебном пособии автор делает попытку привести основные положения по обоснованию рациональной стратегии и тактике хранения зерна и семян, опираясь на научные достижения и передовой опыт хранения продовольственных запасов и семенного материала.

Раздел 1
Научные основы хранения зерна и семян

Глава 1. Зерно и семена как объекты хранения

Анализируя причины потерь сельскохозяйственных продуктов, происходящих при хранении, академик А. И. Опарин писал, что они являются непосредственным свидетельством нашего невежества, нашего незнания физиологических и биологических процессов, происходящих в клетках и тканях зерна.

Организация рационального хранения зерновых масс и сведение потерь продукции до минимума становятся возможными лишь на основе знания биологических и биохимических процессов, протекающих в период созревания зерна, его послеуборочного дозревания, а также в период хранения урожая без потерь в количестве и качестве.

Большое разнообразие возделываемых в России сельскохозяйственных культур различных родов, видов, подвидов, разновидностей и семейств позволяет получить зерно, различающееся анатомическим строением, биохимическим составом и т. д.

Ученые детально изучили процессы цветения и оплодотворения цветковых растений, ведущие к развитию завязи в плод, внутри которого образуется одно или несколько семян, проследили за формированием и наливом зерна.

У зерновых злаковых культур выделены пять фаз зрелости зерна: молочная (включает водянистую, предмолочную, молочную и тестообразную), восковая, твердая, послеуборочная и полная техническая (физиологическая) (рис. 1).

Рис. 1. Периоды и фазы развития зерна пшеницы с момента его образования

Фаза роста зерна предшествует фазам спелости. Она наблюдается с момента оплодотворения и характеризуется образованием составных элементов зерновки: зародыша, эндосперма и оболочки. Зерно содержит 82–80 % воды, содержимое – жидкая молочная масса. В этот период зерно завершает свой рост в длину.

Фаза молочной, или зеленой, спелости наступает, когда зерно заканчивает свое формирование, влажность его снижается до 70–50 %, продолжается интенсивный приток к зерну сухих веществ.

Наиболее интенсивно накопление сухого вещества у пшеницы происходит в зерновках вторых цветков среднего колоска, меньше – первых и наименьшее – третьих.

Фаза тестообразной спелости характеризуется интенсивным накоплением сухих веществ и снижением влажности до 50–42 %.

Фаза восковой, или желтой, спелости наблюдается с окончанием из притока растения к зерну сухих веществ, зерно имеет как бы восковую консистенцию, приобретает желтый цвет (вдоль бороздки сохраняется зеленый), влажность достигает 22–30 %. При такой влажности проводят уборку урожая зерновых. При раздельной уборке зерно в валках дополнительно теряет влагу, что позволяет проводить обмолот при влажности от 20–12 %, при которой наблюдается наименьшая повреждаемость зерна при обмолоте.

Твердая фаза характеризуется дальнейшей потерей влаги зерном, вследствие этого оно снижает интенсивность дыхания, становится более пригодно для хранения.

Послеуборочная фаза протекает на току и в зернохранилищах. Продолжаются процессы перехода простых органических веществ в более сложные, снижается до минимума интенсивность дыхания, семена становятся биологически спелыми с высоким показателям всхожести.

Фаза полной, или технической, спелости – зерно содержит до 10–15 % влаги, имеет твердую консистенцию, высокую всхожесть, пригодно для хранения.

Несколько иную классификацию фаз созревания дает академик Н. И. Кулешов, основываясь на изменении влажности зерна по фазам развития и созревания зерновых (рис. 2).

Рис. 2. Динамика влажности зерна по фазам развития и созревания

В этом случае выделяются следующие этапы: формирование, налив, созревание, дозревание и фаза полной спелости.

Формирование– процесс от оплодотворения до достижения зерном максимальной длины. В это время наблюдается интенсивный рост зерновки в длину, но замедленное накопление сухих веществ. Вследствие начавшегося процесса отложения крахмальных зерен консистенция зерна изменяется от мутноводянистой до жидкомолочной. В зависимости от температурных условий продолжительность фазы определяется в 12–14 дней.

Налив – процесс, длящийся с наступления молочной спелости до тестообразного состояния. За счет интенсивного накопления органических веществ зерновка продолжает расти в ширину (латеральный диаметр) и толщину (дорзивентральный диаметр). Постепенно окраска зерновки от интенсивно зеленого в начале фазы изменяется до телесного цвета. Продолжительность фазы составляет 20–30 дней.

Созревание наступает с началом восковой спелости, резко падает поступление сухих веществ из растения, завершается процесс отчленения зерновки от материнского организма, идет синтез высокомолекулярных нерастворимых в воде запасных веществ (белков, углеводов, жиров). Постепенно падает активность ферментов, что очень важно для хранения, изменяется углеводный комплекс зерна (табл. 1).

Таблица 1

Изменение углеводного комплекса зерна ржи при созревании (в % сухой массы)

Дозревание – процесс с момента уборки урожая до наступления полной спелости. На этой стадии снижается влажность зерна, активность ферментов, замедляются процессы дыхания, продолжается синтез высокомолекулярных веществ (рис. 3).

Полная спелость – процесс с момента окончания синтеза высокомолекулярных веществ до приобретения высокой всхожести. В этот момент зерно полностью пригодно для длительного хранения.

Свежеубранное зерно и в полной технической спелости имеет в своем составе некоторое количество простых органических соединений, не завершило своего окончательного развития, в нем продолжают идти биохимические процессы по завершению синтеза сложных органических соединений. Это явление получило название послеуборочного дозревания и будет рассмотрено в разделе «Физиологические процессы, протекающие в зерновых массах при хранении».

С фазами спелости зерна тесно связаны технологические свойства зерна. Как правило, к периоду окончания восковой спелости зерна показатели качества достигают оптимальных значений. Зерно пшеницы, убранной в полную фазу спелости, дает муку с высокими хлебопекарными свойствами. Однако для ячменя крупяные качества – выход крупы, коэффициент развариваемости, общая оценка каши – несколько хуже у зерна последней фазы спелости. По целому комплексу свойств у пивоваренного ячменя лучшие технологические качества выявлены при небольшом перестое (5–7 дней) зерна в поле.

Рис. 3. Химический состав, активность ферментов и интенсивность дыхания зерна пшеницы в различных фазах созревания (по Соседову Л. И., Вакару А. Б. и Швецовой В. А.)

У гречихи образование и созревание плодов, как и у злаков, происходит в три этапа: формирование, налив и созревание. Процесс формирования плодов начинается после оплодотворения с появления на 3-5-й день зачатка трехгранного плода, а на 10-12-й день, оставаясь легковесным, он достигает полной величины. В процессе налива за 10–12 дней происходит полное заполнение оболочек плодов. Наступление полной спелости происходит за 5-10 дней и при влажности 35 % поступление пластических веществ в плоды гречихи прекращается. Фаза полной спелости наступает на 25-30-й день после опыления. Вследствие растянутого периода цветения плоды гречихи созревают крайне неравномерно за 20–35 дней.

У зерновых бобовых культур образование семян после оплодотворения и появления заметных плодов-бобов на 3-5-й день происходит в две фазы. В первой фазе все пластические вещества откладываются в паренхимной ткани створок бобов, а во второй фазе происходит налив семян в основном за счет поступления пластических веществ из створок бобов.

По динамике накопления сухого вещества в семенах, признакам боба и влажности семян в разные фазы их развития можно проследить всю схему образования семян гороха.

Этап формирования семян и увеличение их размеров начинается в конце периода роста бобов и заканчивается с появлением морщинистости створок. Этот период длится 7–9 дней, влажность семян составляет 70–85 %.

Этап налива семян начинается с зеленой фазы развития, характеризуется желто-зеленой окраской створок бобов. В это время наблюдается интенсивный прирост массы семян, завершающийся в конце желто-зеленой фазы при влажности 35 %. Продолжительность налива семян в среднем 10 дней.

Этап созревания семян характеризуется достижением семенами максимальной массы и типичной для данного сорта окраски. Наступает уборочная фаза развития семян. В полной фазе спелости влажность семян снижается до 15–19 %. Продолжительность созревания семян бобовых культур 6–8 дней.

Из-за неравномерности созревания семян зернобобовых культур, способности созревших плодов раскрываться, свойства многих культур полегать к уборке и высокой чувствительности семян к механическим повреждениям проведение уборки зернобобовых культур требует определенных навыков и применения специальной зерноуборочной техники.

У подсолнечника процессы развития семян протекают в четыре стадии: 1) эмбриональную, 2) растяжения тканей, 3) накопления запасных веществ, 4) фазу созревания.

Эмбриональная фаза – период интенсивного деления тканей семян.

Фаза растяжения – характеризуется интенсивным ростом тканей семян.

Фаза накопления запасных веществ – синтез запасных веществ и их отложение в семени.

Фаза созревания – достижение семенами уборочной спелости, снижение их влажности.

В семенах подсолнечника липиды, белки и крахмал синтезируются из углеводов. В начале процесса фотосинтеза образуется фосфорилированный моносахарид – фруктоза-6-фосфат, немедленно переходящий в дисахарид-сахарозу. В семена подсолнечника углеводы поступают в виде сахарозы и затем полимеризуются в ассимиляционный крахмал.

На процессы созревания зерновок и семянок подсолнечника и в дальнейшем при их хранении огромное влияние оказывают ферменты. В начальные фазы развития семени или зерновки ферменты, поступающие из листьев и стеблей растения, обладают исключительно гидролизными свойствами, но по мере созревания зерна их действие ослабевает, возрастает их синтезирующая функция. Ферменты, с понижением влажности зерновки, при ее созревании адсорбируются на поверхности тех или иных веществ и катализируют синтез сложных органических соединений.

В созревающих семенах и зерновках накапливаются крахмал, белки, липиды, снижается активность ферментов, они переходят в покоящееся состояние, столь необходимое для успешного хранения зерновых масс.

Однако нормальный ход процесса зернообразования в южных и юго-восточных районах России под влиянием высокой температуры и недостатка влаги может нарушаться, происходит «захват» или «запал» зерна. В результате зерно формируется щуплое. Наиболее неблагоприятным для налива и созревания зерновок оказывается сочетание почвенной и воздушной засухи.

Характерной особенностью растений всех зерновых культур является то, что в пределах одного соцветия зерна в период налива находятся в разных фазах развития и созревания, что обуславливает явление так называемой матрикальной разнокачественности. Причиной разнокачественности зерновок может быть следствие соединения наследственно неравнозначных гамет родительских форм и множественности оплодотворения, влияние условий окружающей внешней среды на развивающееся семя. Нагляднее проявляет себя матрикальная разнокачественность из-за различий в местонахождении семени на материнском растении.

У зерновых колосовых культур цветение и созревание отдельных зерен в пределах одного колоса протекает не одновременно. Первыми у пшеницы и ржи зацветают колоски средней части колоса, и образующиеся в этой части колоса зерна раньше заканчивают свое развитие и созревание. У кукурузы цветение начинается с нижней части початка, и здесь впоследствии формируются наиболее крупные зерна. У гороха созревание бобов начинается с нижних ярусов растений. Неравномерность созревания бобов у гороха вызывает высокую разнокачественность зерна и по влажности.

У проса соцветие метелки. Созревание зерна в метелке происходит неодновременно, с верхней ее части, и когда зерно в верхней части созрело и начинает осыпаться на землю, нижняя часть остается зеленой. Созревание отдельных метелок, в пределах одного и того же растения, также идет неравномерно: на основных стеблях метелки созревают раньше, на побочных – позднее. Как следствие этого при запоздании с уборкой проса наблюдаются большие потери урожая, а при преждевременной в зерновой массе будет содержаться много недозрелых, нестойких в хранении зерен. К уборке проса приступают, когда в зернах, находящихся в средней части метелки, наступает восковая спелость, а зерна в верхней части метелки приближаются к полному созреванию, но не начали осыпаться. Однако и в этот период в нижней части метелки все же находятся зеленые и щуплые зерна влажностью на 5–6 % выше влажности зерен с верхней части метелки.

У овса соцветие также метелка, и ее созревание идет не одновременно, вначале созревают зерна в верхней ее части, затем в нижней. Зерна в период уборки в нижней части метелки овса, как правило, бывают недозрелыми, с повышенной влажностью, высокой интенсивностью дыхания. Зерновой ворох свежеубранного зерна овса крайне неоднороден по составу основного зерна, плохо хранится и требует немедленной подработки его на токах для предотвращения явления самосогревания.

Крайне неравномерно созревает и гречиха, вследствие этого в ее зерновой массе встречаются недозревшие семена с вогнутыми гранями, называемые рудякалом (из-за их красного цвета).

У гороха разнокачественность семян связана с биологическими особенностями этой культуры, с большой неравномерностью развития семян в различных ярусах растения. Значительно раньше процессы образования, развития и созревания семян протекают в нижних ярусах растений гороха. Свежеубранная насыпь гороха всегда содержит много недозрелых семян, находящихся в разных промежуточных фазах спелости.

Взятые с одной корзинки семена подсолнечника, а их в момент созревания содержится до 8 тыс., имеют различную форму спелости, выполненность, влажность и количество сухих веществ. Это вызвано особенностями строения корзинки подсолнечника, разновозрастностью трубчатых цветков, из которых семена развиваются. В корзинке различают краевую, срединную и центральную зоны (рис. 4).

Рис. 4. Зоны корзинки

подсолнечника

Цветение трубчатых цветков происходит постепенно от периферии к центру. Процесс цветения длится 8-12 сут., следовательно, и формирование семян также растянуто по времени. Последними формируются семена в центре корзинки. К этому месту подходят мелкие сосуды, по ним поступает недостаточное количество питательных веществ, и семена в центре корзинки образуются мелкие, слаборазвитые. Напротив, в краевой зоне корзинки, куда центральные сосуды доставляют основное количество пластических веществ, необходимых для развития семян, образуются наиболее крупные и хорошо выполненные семена. Масса 1000 семян этой зоны корзинки подсолнечника к началу уборки урожая увеличивается в 4–5 раз. Формирование семянок различных зон корзинки прослежено А. А. Прокофьевым и В. П. Холодовой (табл. 2).

Таблица 2

Закономерность формирования семянок различных зон корзинки подсолнечника, сорта ВНИИМК 8883

Семена подсолнечника в начальной стадии созревания во всех зонах корзинки имеют высокую влажность, причем в ядре семянок влаги больше, чем в оболочке. К уборочной спелости, из-за накопления в ядре гидрофобного масла, влажность лузги становится выше.

Как видим, свежеубранная семенная масса подсолнечника характеризуется наличием в ней незрелых семян, и при поздних сроках уборки урожая этой культуры, совпадающих нередко с сезоном затяжных осенних дождей, при обмолоте получают крайне разнокачественную, с повышенной влажностью массу семян, совершенно не пригодную к хранению.

В зерне, образовавшемся в результате оплодотворения пыльцевой завязи цветка, в период формирования и созревания происходят биохимические процессы построения сложных углеводов – крахмала, гемицеллюлозы и клетчатки из простейших сахаров; запасных белковых веществ эндосперма из растворимых белков и небелковых азотистых соединений, жиров из глицерина и жирных кислот.

С учетом всей динамики созревания зерна происходит оценка пригодности посевов зерновых к уборке урожая. При ранней уборке зерновых на ток попадает зерновая масса с высокой влажностью и повышенной физиологической активностью жизнедеятельности зерновок, что прежде всего проявляется в интенсивном дыхании. Подготовить такую зерновую массу к хранению представляет определенные трудности, да и зерно может иметь пониженные технологические свойства, быть щуплым и т. д. Запоздание с уборкой ведет к потерям урожая зерна в поле, и нередко перестоявшие посевы попадают под осенние дожди, что затрудняет уборку и снижает качество урожая. Оптимальные сроки уборки урожая зерновых с учетом фаз развития и созревания зерна – гарант получения высококачественной зерновой продукции, пригодной для переработки и хранения.