Temat:

Technologia przechowalnictwa zbóż.

I. Zadanie.

Dane :

Ziarno o wilgotności 18% i temperaturze 15°C
1) jak długo może być przechowywane?
2) w jaki sposób możemy przedłużyć okres jego przechowywania?

II. Rozwiązanie.

1. Określenie czasu przechowywania ziarna.

Zbyt duża wilgotność przechowywanego ziarna sprzyja występowaniu i nasilaniu się procesów niekorzystnych, w znaczący sposób wpływających na jego jakość. Mowa tu o rozwoju mikroorganizmów i szkodników. Zarodniki grzybów mikroskopowych, przenoszące się z kurzem i pyłem wraz z prądem powietrza, kiełkują już w momencie, gdy wilgotność przechowywanego ziarna przekroczy pułap 15 %. Proces ten nasila się wielokrotnie wraz ze wzrostem wilgotności ziarna do 18-20 % i sprzyja mu duża wilgotność powietrza, większa od 65-70 %. Początkowo, rozwój grzybów pleśniowych jest niezauważalny. Powoduje on stopniowy, konsekwentny wzrost wilgoci i temperatury ziarna oraz przyspiesza rozwój pleśni. Ziarno zaatakowane pleśnią nabiera przykrego zapachu, traci wartość siewną (zdolność kiełkowania), wartość technologiczną (gorzka mąka na skutek rozkładu tłuszczów, glutenu i skrobi) oraz prawdopodobnie zawierać będzie szkodliwe dla ludzi i zwierząt mikotoksyny. Wszystkie te zmiany powstrzymać może aktywne wietrzenie silosu zbożowego oraz utrzymywanie właściwej temperatury oraz wilgotności powietrza w jego wnętrzu przez cały okres składowania. W momencie, gdy planujemy długookresowe przechowywanie ziarna należy obniżyć jego wilgotność do bezpiecznego poziomu 12-13 %. Do głównych czynników warunkujących prawidłowe przechowanie ziarna zbóż należą przede wszystkim: wilgotność, temperatura, stopień uszkodzenia oraz kontakt ziarna z powietrzem.

RYS. 1. Dopuszczalny czas składowania ziarna zbóż w zależności o temperatury i zawartości wody.

Ziarno o wilgotności 18% i temperaturze 15°C jak wynika z wykresu dopuszczalnego czasu składowania (RYS. 1.), może być przechowywane bez utraty swoich właściwości przez około 18 dni, jeżeli przeznaczone jest na materiał siewny. Natomiast jeśli ma ono zachować poprawne parametry ziarna konsumpcyjnego, może być magazynowane w podanych warunkach do 20 dni.

Ziarno podstawowych zbóż osuszone do wilgotności rzędu 14 % i schłodzone do temperatury poniżej 10 °C może być, przy zachowaniu stałych parametrów składowania, przechowywane nawet 3 lata.

2. Sposoby konserwacji ziarna.

1. Suszenie ziarna.

Technologia suszenia ziarna polega na usuwaniu zawartej w nim wody, najczęściej poprzez działanie powietrza i ciepła. Jest to proces niestacjonarny, odbywa się on bowiem przy ciągłych zmianach temperatury i zawartości wody w suszonym ziarnie. Najczęściej jest to suszenie konwekcyjne, w którym czynnikiem suszącym, tj. doprowadzającym ciepło do suszonego ziarna oraz odprowadzającym od niego wodę jest przepływające wokół niego podgrzane powietrze, rzadziej mieszanina powie­trza i spalin. W czasie suszenia następuje:

- przejmowanie ciepła od czynnika suszącego przez suszone ziarno,

- zamiana wody znajdującej się w ziarnie na parę wodną,

- ruch wody z wnętrza wilgotnego ziarna na jego powierzchnię,

- przejmowanie wody (w postaci pary) od ziarna przez czynnik suszący.

W wyniku suszenia uzyskujemy zmniejszenie masy, zwiększenie trwałości w przechowywaniu oraz łatwość przesyłania suszu. Do wad zalicza się duże zużycie energii cieplnej.

Podstawowym warunkiem właściwego przebiegu procesu suszenia nasion jest zapewnienie odpowiedniego przepływu i temperatury gazów suszących lub powietrza, nie zmniejszających siły i energii kiełkowania materiału siewnego oraz nie powodujących denaturalizacji białka.

Temperatura suszenia ziarna zbóż przeznaczonego na materiał siewny nie może przekraczać 45 - 50˚C, a dla ziarna konsumpcyjnego 60-65˚C. Wysuszony materiał nie powinien zawierać mniej niż 12,5% wody, gdyż miejscowe przesuszenie poniżej wilgotności 12% jest szkodliwe. Proces suszenia powinno kończyć chłodzenie nasion do temperatury możliwie bliskiej temperaturze otoczenia - różnica temperatury nie powinna przekraczać 5˚C.

Niewątpliwą zaletą suszarek jest możliwość otrzymania w stosunkowo krótkim czasie ziarna o jednolitej żądanej wilgotności. Suszar­ki wysoko temperaturowe mają tym większą zdolność suszenia, im bardziej jest podgrzane powietrze przetłaczane przez ziarno. Charakteryzują się one dużą szybkością suszenia w porównaniu z suszarkami niskotemperaturowymi. Maksymalne nagrzanie ziarna w komorze su­szenia suszarek wysoko temperaturowych wynosi średnio od 30°C (dla ziarna siewnego) do 70°C (dla ziarna kukurydzy na pasze). Suszarki wysoko temperaturowe można podzielić na suszarki z przepływem ciągłym oraz o działaniu okresowym.

Suszarki o przepływie ciągłym są to z zasady stacjonarne urządzenia, w których przyjmowanie, suszenie, schładzanie i wyładowywanie ziarna stanowi nieprzerwany proces. Suszarki o działaniu okresowym są wykonywane jako ruchome lub stacjonarne. Zasadą ich działania jest cykliczne suszenie całych partii ziarna. Dzięki prostym rozwiązaniom konstrukcyjnym są one łatwe do czyszczenia i kontroli.

Istnieje duża różnorodność i rozmaitość rozwiązaniach konstrukcyjnych suszarek do ziarna. Ze wzglądu na cechy budowy wyróżnia się suszarki: komorowe, tunelowe, taśmowe, kolumnowe i bębnowe. W zależności od zasady działania wyróżnia się suszarki grawitacyjne, pneumatyczne, fluidyzacyjne, próżniowe, a w zależności od wewnętrznej zabudowy: daszkowe, żaluzjowe i inne.

Urządzenia do suszenia za pomocą mechanicznej wentylacji można podzielić na kilka grup, a mianowicie na urządzenia służące do wietrzenia ziarna w warstwie o grubości do 1,5 m oraz urządzenia służące do wietrzenia ziarna w grubych warstwach (od 1,5 m do 4m).

Najczęściej stosowane są urządzenia pierwszej grupy, do których zaliczamy wszystkie odmiany urządzeń podłogowo-kanałowych oraz metalowe silosy z promieniowym przepływem powietrza. Do drugiej grupy zaliczane są urządzenia silosowe i komorowe, w których ziarno gromadzone jest w warstwie o grubości do 4m. W urządzeniach drugiej grupy powietrze przez warstwę ziarna przetłaczane jest najczęściej pionowo, od podłogi ku górnej warstwie.

2. Chłodzenie ziarna.

Chłodzenie ziarna polega na wymianie ciepła i wilgotności miedzy ziarnem i zimnym powietrzem, którego schładza. Chłodzenie ziar­na odbywa się na zasadzie konwekcyjnej wymianie ciepła. W sposób naturalny ziarno ochładza się bardzo powoli, ze względu na niski współczynnik przewodzenia ciepła, wynoszący 0,54-0,63 kJ/m • h-deg. W praktyce stosuje się zatem wymuszony przepływ przez ziarno zimnego powietrza. Może to być zimne powietrze atmosferyczne lub powietrze oziębione technicznie w agregacie schładzającym.

Przebieg procesu chłodzenia ziarna w warstwie (grubości ok. 4 m) ma charakter strefowy. Ochładzanie warstw ziarna przebiega stopniowo od wlotu zimnego powietrza ku górnej warstwie. Zimne powietrze przepływając przez warstwę ziarna ogrzewa się i zmniejsza swoja. wilgotność względną,. Proces ten wpływa na wzrost zdolności powietrza do przyjmowania pary wodnej.

Metoda chłodzenia ziarna powietrzem atmosferycznym polega na wymuszonym przewietrzaniu ziarna, przy czym temperatura tego powietrza powinna być niższa od temperatury ziarna co najmniej o 4-5°C. Wraz ze wzrostem różnicy temperatur wzrasta zdolność oddawania ciepła przez ziarno. Wstępna analiza danych meteorologicznych, tj. temperatur i wil­gotności względnych powietrza w Polsce wykazuje, ze największa liczba godzin, w czasie których jest możliwe schładzanie ziarna powietrzem atmosferycznym do tem­peratury ok. 10°C jest we wrześniu i w październiku. W sierpniu ok. 40% godzin ma temperaturę mniejszą niz. 15°C, a wiec umożliwiającą wstępne schładzanie ziarna. W miesiącach letnich odpowiednie warunki do schładzania występują. z zasady w porze nocnej. Stwarza to pewne niedogodności.

Przebieg chłodzenia zależy od parametrów ziarna i powietrza, przy czym decydujący wpływ na proces chłodzenia ziarna mają: różnica temperatur miedzy ziar­nem i przetłaczanym powietrzem, ilość podawanego powietrza oraz grubość warstwy ziarna. Wilgotność powietrza chłodzącego odgrywa mniejsza role niż jego temperatu­ra, gdyż schładza się ziarno o małej wilgotności 14-16%, przy niewielkich różnicach tem­peratur nie należy przewietrzać powietrzem o wilgotności większej niż 90%. Gdy natomiast wilgotność ziarna jest większa niż 18% - wilgotność względna powietrza schładzającego może być dowolna.

Przepływ powietrza zazwyczaj określony jest przez dwa wskaźniki, a mianowicie: całkowitą ilość powietrza, którą należy przetłoczyć przez warstwy ziarna aby uzyskać pożądany efekt schłodzenia oraz przez jednostkowe natężenie przepływu powietrza chłodzącego. Ilość powietrza potrzebnego do schłodzenia ziarna do 10°C zależy od początkowych parametrów ziarna i powietrza i zmienia się od 1000 do 2000 m³ powietrza na tonę ziarna.

Tempera­tura ziarna obniża się proporcjonalnie do wzrostu jednostkowego natężenia przepływu powietrza. Jako optymalna. grubość warstwy ziarna, gwarantująca skuteczne schodzenie ziarna powietrzem atmosferycznym przy najmniejszych nakładach energetycznych, przyjmuje się warstwy od 3 do 5 m. Proces chłodzenia należy prowadzić do momentu, aż temperatura powietrza wylotowego - opuszczającego górne. warstwę ziarna będzie wyższa od temperatury powietrza chodzącego o 1 do 2°C.

Chłodzenie ziarna powietrzem oziębionym w chłodziarce jest sposobem na wyeliminowanie ograniczeń na jakie napotyka chłodzenie ziarna powietrzem atmosferycznym. Wcześniej opisywana metoda konserwacji zboża nie pozwala na obniżenie temperatury ziarna poniżej temperatury otoczenia. Ma to istotne znaczenie w miesiącach letnich, gdy ziarno bezpośrednio po zbiorze może mięć wysoka temperaturę (25 - 36°C). Zagadnienie to rozwiązuję sztuczne otrzymanie zimna za pomocą chłodziarki. Najbardziej rozpowszechnionymi urządzeniami są tłokowe chłodziarki sprężarkowe z napędem mechanicznym, nazywane także agregatami chłodniczymi. Agregaty chłodnicze pozwalają na prowadzenie procesu chłodzenia w dowolnych warunkach, tj. przy wyższych temperaturach otoczenia, a także podczas mgły i deszczu, poza tym umożliwiają schładzanie bardzo wysokich warstw ziarna.

3. Konserwacja wilgotnego ziarna w zbiornikach hermetycznych.

Metoda przechowywania w zbiornikach hermetycznych jest stale udoskonalana. Silosy te są zalecane szczególnie do przechowywania wilgotnego ziarna kukurydzy. W szczelnie zamkniętym zbiorniku gazoszczelnym po załadowaniu go ziarnem następują zmiany w składzie powietrza w przestrzeniach międzyziarnowych. Wzrasta ilość dwutlenku węgla, a maleje zawartość tlenu, co powoduje samoistne zmniejszenie intensywności oddychania ziarna.

Podczas przechowywania wilgotnego ziarna w gazoszczelnych silosach zachodzą w nim zmiany cech fizycznych i organoleptycznych. W ziarnie takim mogą występować zmiany zabarwienia. Stwierdzono, ze gdy wilgotność ziarna nie przekracza 24%, to zachowuje ono swoistą barwę nawet po sześciu miesiącach przechowywania, gdy natomiast wilgotność ziarna przekracza 25%, występuje ciemnienie ziarna oraz miękniecie. Poza tym, ziarno to charakteryzuje się znacznie mniejszą sypkością i większa lepkością, co w czasie rozładunku wpływa ujemnie na wypływ ziarna.

W zbiorniku gazoszczelnym może również zachodzić proces miejscowego zbrylenia. Zbryla się najczęściej ziarno pszenicy i żyta, rzadziej jęczmienia i owsa. Stosunkowo szybko pojawia się w ziarnie gorzki posmak i zapach fermentacyjny, tym intensywniejszy, im dłuższy jest czas magazynowania i większa wilgotność ziarna. Ze względu na zapach fermentacyjny, którego praktycznie nie można usunąć, ziarno takie przydatne jest wyłącznie dla celów paszowych. Jako zalety przechowywania wilgotnego ziarna w zbiornikach gazoszczel­nych najczęściej podaje się, że: metoda ta umożliwia dużą wydajność przyjęcia ziarna, nie wymaga nakładów energii na konserwacje, pozwala na zmniejszenie strat tak przechowywanego ziarna przeznaczonego na pasze. Do zalet zalicza się również to, że metoda ta stwarza możliwość zbioru z pola ziarna o większej wilgotności, przez co zmniejsza się istotne straty spowodowane przez osypywanie się ziarna i łamanie kłosów oraz w pewnym stopniu uniezależnia zbiór od warunków pogodowych. Wilgotne ziarno nie powoduje pylenia i kurzenia podczas transportu i rozładunku. Ważną zaletą jest także możliwość przechowy­wania ziarna wilgotnego przez długi okres (nawet kilka lat) bez potrzeby stosowania dodatkowych zabiegów oraz to, że jeżeli ziarno przeznaczone jest na pasze dla trzody chlewnej, w jednym silosie można gromadzić jednocześnie rożne gatunki ziarna zbóż.

W ostatnich latach przytacza się dane, że metoda ta jest tańsza o 20 do 30% od innych metod konserwacji. Gazoszczelne silosy do ziarna oferują najczęściej firmy zagraniczne specjalizujące się w produkcji silosów do sianokiszonek. Oprócz silosów firmy te oferują kompleksowe zestawy urządzeń, umożliwiające wydajny i w pełni zmechanizowany załadunek wilgotnego ziarna do silosu, rozładunek oraz rozdrabnianie lub zgniatanie i transport ziarna do miejsc skarmiania.

4. Konserwacja ziarna przez zakiszanie.

Zakiszenie polega na wywołaniu w ziarnie fermentacji mlekowej. Wytworzony kwas mlekowy (1-1,8%) hamuje rozwój mikroflory, a poza tym brak tlenu w przestrzeniach miedzyziarnowych ogranicza energię oddychania ziarna, przerwaniu ulegają funkcje życiowe drobnoustrojów, nie rozwijają się szkodniki - następuję samokonserwacja ziarna. Straty podczas kiszenia nie przekraczają 5%. Jest to prosta, szybka i łatwa metoda konserwacji. Najlepsze efekty uzyskuje się, gdy kiszeniu poddaje się ziarno o wilgotności większej niż 25%. Gdy zakisza się ziarno o mniejszej wilgotności, należy dodać odpowiednią ilość wody lub serwatki. Ziarno przeznaczone do kiszenia powinno być rozdrobnione, zgniecione, a następnie zagęszczone przez ugniecenie.

Do rozdrabniania stosowane są mlewniki walcowe lub rozdrabniacze bijakowe. Rozdrobnione ziarno zakisza się w zbiornikach betonowych, zasiekach z desek, w skrzyniach drewnianych, w dołach wyłożonych folią. Ziarno zsypuje się warstwami i dokładnie ugniata, a następnie zabezpiecza przed opadami przez nakrycie 5-10 cm. warstwą plew i folią, która. obciąża się workami z piaskiem lub ziemią. Okres zakiszania trwa 6-8 tygodni. Kiszone ziarno charakteryzuje się zbitą spoistą konsystencją, zapachem kwaśnego chleba i jest chętnie zjadane przez zwierzęta. Kiszone ziarno jest paszą wysokoenergetyczną. Stanowi doskonały komponent wilgotnych mieszanek pasz treściwych.

5. Konserwacja ziarna przez dodawanie chemicznych środków konserwujących.

Dodawanie do wilgotnego ziarna chemicznych środków konserwujących ma na celu zapobieganie psuciu się ziarna zbóż po zbiorach i w czasie przechowywania. Środki chemiczne powodują zahamowanie rozwoju mikroorganizmów (pleśni) oraz wzrostu zarodka, likwidują przyczyny intensywnego oddychania ziarna, nie dopuszczają do wytwarzania mykotoksyn. Niektóre środki chemiczne, np. ług sodowy, powoduje równocześnie znaczny wzrost strawności. Użycie środków chemicznych do konserwacji wilgotnego ziarna ma zalety i wady. W porównaniu np. z suszeniem nie pogłębia trudności paliwowo-energetycznych, ale konserwanty chemiczne powodują niepożądane zmiany ziarna, jak: zmiany naturalnej barwy, zapachu, utratę zdolności kiełkowania i niektórych składników odżywczych.

Do znanych chemicznych konserwantów ziarna zbóż należą.: kwasy organiczne, amoniak, mocznik i ług sodowy. Najczęściej używanymi kwasami organicznymi są: kwas propionowy, octowy, mrówkowy i sorbowy. Dodatek tych kwasów lub ich mieszaniny w dawce od 0,35 do 2% do wilgotnego ziarna przeznaczonego na paszę dla przeżuwaczy i trzody chlewnej umożliwia zachowanie wartości paszowej oraz hamuje rozwój drobnoustrojów, grzybów i mykotoksyn.

III. Wnioski.

Krótkoterminowe metody przechowywania ziarna (do trzech miesięcy) są stosowane stosunkowo rzadko. Ich zastosowanie nie wymaga suszenia ziarna, które w postaci "mokrej" konserwowane jest w chłodni, przechowywane w hermetycznych warunkach lub konserwowane środkami chemicznymi. Chłodzenie hamuje procesy życiowe, rozwój drobnoustrojów i szkodników owadzich. Tak konserwowane ziarno nie nadaje się jednak do sprzedaży.

Ziarno przechowywane w warunkach hermetycznych może być przeznaczone jedynie na cele paszowe i przemysłowe. W warunkach beztlenowych wzrasta stężenie dwutlenku węgla, co skutecznie hamuje rozwój drobnoustrojów. Z drugiej strony brak jest pewności, że konserwowanie chemiczne ziarna jest całkowicie bezpieczne dla zwierząt nim karmionych. Dlatego najczęściej stosuje się suszenie oraz wietrzenie ziarna.

IV. Literatura.

1. Chotkowski J.:Produkcja roślinna, Wydawnictwo SGGW, Warszawa 1994

2. Szyszło J.: System przechowywania ziarna koniecznością w Polsce. Technika Rolnicza, kwiecień 1996.

3. Janowicz L.: Suszarnictwo w Polsce. Technika Rolnicza, Ogrodnicza, Leśna, czerwiec 2006.

4. Pankowski Z.: Sposoby suszenia i przechowywania ziarna. Top Agrar, czerwiec 2000.

5. Król K.: Właściwe przechowywanie zboża. Magazyn Farmerski, czerwiec 2007

---