Аэрация зерновых масс и микроорганизмы

11.07.2015

Насыщенность зерновой массы воздухом, заполняющим межзерновые пространства, очень важна.
Мы уже отмечали, что влагонасыщенность воздуха влияет на влажность зерна, а присутствие в нем кислорода отражается на характере дыхания зерна и семян. Существенное значение газовоздушная среда оказывает и на микрофлору зерновой массы.
Как известно, микроорганизмы подразделяются на аэробов, факультативных анаэробов и облигатных анаэробов. Первые могут существовать только при доступе воздуха. Облигатные анаэробы развиваются только в среде, не содержащей воздуха. Факультативные анаэробы способны развиваться как в кислородной, так и в бескислородной среде.
Микрофлора зерновой массы за редким исключением состоит из аэробов. Так, почти все плесневые грибы и актиномицеты относятся к настоящим аэробам. Если концентрация кислорода в воздухе межзерновых пространств будет ниже необходимого минимума, то мицелий этих микробов перестает расти, они теряют способность образовывать споры.
Бродящие дрожжи и некоторые мукоровые грибы являются факультативными анаэробами. Однако они не развиваются обильно на зерновой массе.
Самая многочисленная группа микрофлоры зерна — бактерии — почти исключительно представлены аэробами. Приведем данные Н.П. Михаловского и О.И. Подъяпольской по этому вопросу.
Содержание аэробных и анаэробных бактерий в зерновой массе ржи (в тыс. на 1 г зерна) следующее:

Основные способы хранения, применяемые в России и других странах, обеспечивают достаточный доступ воздуха в насыпи зерна. Даже хранение в силосах элеваторов лишь частично ограничивает газообмен зерновой массы. Поэтому при других необходимых условиях для жизнедеятельности микроорганизмов (влажности и температуры) становится возможным активное развитие всей обильной аэробной микрофлоры, в первую очередь плесневых грибов.
Это обстоятельство должно обязательно учитываться в практике хранения и обработки зерновых масс воздухом. Так, недостаточный обмен воздуха при активном вентилировании не обеспечивает снижения температуры или влажности зерновой массы и может только способствовать развитию микроорганизмов.
Очаги активного развития микроорганизмов возникают и в случае образования «застойных мост» (т. е. в плохо вентилируемых участках насыпи или в тех ее частях, где увеличивается влажность). Толчком к активному развитию микрофлоры может служить и пассивное вентилирование (проветривание) зерна с повышенной влажностью, если оно не сопровождается его заметным охлаждением или подсушиванием.
Вспышка микробиологических процессов обычно наблюдается и в самосогревающемся зерне, которое подвергается перелопачиванию. В случае малого технологического эффекта, т. е. недостаточного охлаждения зерна, насыщение зерновой массы новым запасом воздуха способствует интенсивному дыханию микробов и самого зерна, а следовательно, накоплению тепла и быстрому дальнейшему повышению температуры в зерновой массе.
Потребность почти всех живых компонентов зерновой массы (зерна, семян сорных растений, насекомых, клещей и аэробной микрофлоры) в кислороде привела исследователей к мысли о целесообразности хранения партий продовольственного и фуражного зерна без доступа воздуха, т. е. в герметических условиях. Такой способ хранения известен человечеству очень давно. Хранение зерна в земляных ямах и различных сосудах, зарытых в землю было распространено еще в древнем Египте, древней Руси и других местах земного шара. В ряде стран Африки, Азии и Южной Америки и теперь иногда хранят зерно в земле.
Разработкой методов хранения зерна без доступа воздуха занимались и продолжают заниматься исследователи многих стран. Анаэробному хранению зерна были посвящены выступления на многих международных конгрессах но изучению методов хранения зерна и оценки его качества. Ниже приведем некоторые сведения о современном состоянии этого вопроса.
Консервация зерна (при содержании его без доступа воздуха, точнее говоря, без доступа кислорода) может быть осуществлена двумя путями: 1) в результате использования кислорода для дыхания компонентов зерновой массы в условиях ее герметического хранения; 2) в результате заполнения межзерновых и надзернового пространств зерновой массы одним из инертных газов — азотом, углекислым газом или же парами фумигантов — хлорпикрином, дихлорэтаном и др.
В первом случае по мере расходования кислорода зерном, микрофлорой и насекомыми в зерновой массе создаются анаэробные условия. Такой путь потери кислорода и накопления углекислого газа получил название самоконсервации, или аутоконсервации.
Во втором случае консервация достигается путем вытеснения кислорода другими газами. Наиболее часто для этой цели применяется углекислый газ в виде брикетов сухого льда.
Скорость процесса аутоконсервации зависит от влажности зерна и его температуры. Чем выше влажность, тем интенсивнее дыхание, тем быстрее расходуется кислород и накапливается углекислый газ.
При аутоконсервации зерновой массы с повышенной влажностью в начальный период хранения еще наблюдается развитие микрофлоры, что несколько отражается на качестве. Однако плесени обычно не успевают развиться настолько, чтобы серьезно повлиять на качество зерна. Активное развитие различных дрожжей, сопровождающееся выделением спирта и разных кислот, может несколько изменить запах и вкус зерна.
Лучшие результаты (в смысле сохранения качества и веса зерна) получены при искусственном введении в зерновую массу углекислого газа. В этом случае быстро подавляется жизнедеятельность всех аэробов и в меньшей степени изменяются показатели свежести зерна. Данные Н.П. Михаловского хорошо подтверждают это (табл. 13) при длительном (в течение нескольких месяцев) и кратковременном (2—3 недели) хранении.

Наиболее обширные исследования по изучению способов аутоконсервации зерновых масс были проведены в Советском Союзе. Под руководством Я.Я. Никитинского в конце 20-х и начале 30-х годов нашего столетия были поставлены лабораторные и полупроизводственные опыты, давшие исчерпывающее представление о влиянии анаэробных условий хранения на микрофлору и качество зерна. Позднее эти работы в еще более широком плане проводились И.П Михаловским, Е.Н. Мишустиным, О.П. Подъяпольской и др. Во всех опытах по хранению влажного и сырого зерна в условиях температуры выше +10° и при доступе воздуха происходили заплесневение и полная порча зерна. Герметизация зерна в значительной степени сохраняла его. Для примера приведем данные Н.Я. Феста и С.И. Акивис о накоплении углекислого газа и изменении количества плесеней в зерне проса повышенной влажности (17—18%) при его герметическом хранении (табл. 14).

При хранении влажного зерна в аэрируемых условиях преимущественно развиваются плесневые грибы из родов Aspergillus и Penicillium. В условиях замкнутого пространства развиваются почти исключительно Oospora variabilis и Micrococcus pyogenes albus. Такое различие в микрофлоре существенно отражается на состоянии хранимого зерна. Известно, что представители семейства аспергилловых обладают способностью гидролизовать крахмал, а иногда даже клетчатку, т. е. могут легко разрушать и портить зерно. Развивающиеся же в анаэробных условиях отмеченные выше виды микроорганизмов такой способностью не обладают.
В первый период изучения хранения зерна без доступа воздуха полагали, что углекислый газ обладает консервирующим действием. В результате исследований, проведенных за последние годы советскими и американскими исследователями начинает преобладать другая точка зрения. Считают, что при хранении зерна повышенной влажности в герметических условиях основным консервирующим агентом является не углекислый газ, а отсутствие кислорода. Так, Боттомлей, Христенсен и Геддес установили, что развитие многих плесней при понижении содержания кислорода в окружающей среде (до 5,0%) изменяется незначительно. Только при полном или почти полном отсутствии кислорода их развитие останавливается. Эти авторы нашли, что грибы Candida pseudotropicalis и Penicillium могут развиваться при очень низком содержании кислорода.
В.А. Швецова показала, что наряду со специфическим влиянием углекислого газа на развитие и спорообразование плесеней важнейшим условием (определяющим их жизнедеятельность) является присутствие кислорода в замкнутой среде. Это положение хорошо иллюстрируется опытом по содержанию зерна в герметически закрытых сосудах, но заполненных зерном в различной степени (рис; 45).

Сырое зерно хранилось в двух сосудах в атмосфере, содержащей 20%СО2. Первый сосуд, полностью заполненный зерном, содержал меньше кислорода, чем второй. В результате во втором сосуде при той же концентрации углекислого газа произошло явное заплесневение зерна, которого не наблюдалось в первом сосуде. Понятно, что полностью заплесневело и зерно, хранившееся в контрольном сосуде, в который углекислый газ специально не вводился.
Причины, задерживающие широкое распространение хранения зерна без доступа воздуха, заключаются прежде всего в необходимости полной герметизации хранилищ и создания их достаточной изотермичности и водонепроницаемости. Многочисленные попытки проектирования и строительства наземных герметичных зернохранилищ показали, что такие сооружения стоят дорого и сложны в эксплуатации. Недостаточная же герметичность не дает должного технологического эффекта. Зерно хранится (без доступа воздуха) пока в земле.
Устроенные в земле емкости проще герметизировать; кроме того в них легче защитить зерновые массы от проникновения извне вредителей-насекомых. При подземном хранении можно обеспечить довольно стабильную и пониженную температуру в зерновой массе, что очень важно для районов с жарким климатом (Африки, Индии, Аргентины, Парагвая и др.).
В настоящее время хранение кукурузы в России в анаэробных условиях приобретает особое значение. Влажность зерна в початке в уборочный период нередко достигает 25—35% и более. При такой влажности хранение как в початках, так и в виде зерновой массы неизбежно сопровождается быстрым плесневением и порчей зерна. Сушка же початков или зерна до критической влажности даже при наличии сушилок обходится очень дорого, так как нужно удалять 12—20% влаги и более.
Для использования зерна кукурузы на фуражные цели во многих случаях нет необходимости обезвоживать его до критической влажности. Сохранить же зерно с таким высоким содержанием воды можно только в анаэробных условиях.
В Научно-исследовательском институте кормов на основе общих научных принципов хранения зерна без доступа воздуха разработаны рекомендации по хранению сырого зерна кукурузы в траншеях (авторы А.С. Вечера, С.Я. Зафрен и др.). Подобная же работа была проведена в Кубанском научно-исследовательском институте испытания сельскохозяйственных машин и тракторов. Установлено, что вымолоченное зерно кукурузы независимо от его влажности хорошо сохраняется в обычных силосных цементированных ямах и траншеях. При хорошей герметизации сырое зерно быстро расходует имеющийся в меж-зерновых пространствах запас кислорода, в связи с чем предотвращается заметное развитие плесеней и других аэробных микроорганизмов.
При влажности зерновой массы менее 35% происходит ее полная аутоконсервация. В случае большей влажности в ней наблюдается развитие анаэробных микроорганизмов и прежде всего молочнокислых бактерий, т. е. происходит процесс силосования. Образующаяся при этом молочная кислота не ухудшает кормовых достоинств зерна и лишь повышает его актуальную кислотность до pH = 4,1—4,3.
Хранение в анаэробных условиях почти не влияет на химический состав зерна кукурузы и его фуражную ценность, а общие потерн в весе сухих веществ незначительны (2—3% для зерна в полной спелости и 4—6% — в зерне восковой спелости).
Техника закладки зерна на хранение крайне проста. Следует только загрузку каждой траншеи или ямы производить в короткие сроки (одних — максимум двух суток). В процессе загрузки зерновую массу необходимо утрамбовывать, поверхность ее укрыть пленочными материалами (синтетические пленки), толем или резиной. Можно использовать зеленую массу, древесные опилки или мякину. Сверху вся яма засыпается землей. В целях лучшей гидроизоляции и воздухонепроницаемости стены траншей и ям следует покрывать слоем битума.
Аутоконсервирование сырой кукурузы в колхозах и совхозах на фуражные цели уже получило большое распространение. Особое значение этот прием приобретает в связи с новой наиболее экономически выгодной технологией уборки урожая кукурузы, когда сразу в процессе уборки происходит обмолот початков.
По-видимому, хранение зерна кукурузы в сыром состоянии и без доступа воздуха найдет применение и в некоторых отраслях промышленности, перерабатывающей зерно.