Чистая небитая сухая соя хорошо хранится

Травмирование сои на всех этапах воздействия на нее - от уборки до сева или переработки, и отклонение от оптимальной технологии на всех этапах производства, сушки и хранения предопределяют потери зерна сои и ухудшение ее качества (рис.1).

Свежеубранное зерно сои, как правило, имеет повышенную влажность и засоренность обрывками стеблей сорных растений, зелеными семенами сорняков, частичками почвы, необмолоченными бобами, створками бобов и другими примесями. Стремление снизить потери зерна за счет режима аспирации при обмолоте комбайном приводит к еще большей засоренности.

В свежеубранном зерне сои активно происходят разного рода процессы, в результате которых зерно может испортиться за 2-3 суток, а при спонтанном самосогревании - и через 6-8 часов, по той причине, что в свежескошенном ворохе неравномерно распределена влажность и засоренность, что при определенных условиях (высокой температуре) и приводит к возникновению очагов самосогревания.

Самосогревание – сигнал зерна о помощи. Самосогревание - результат взаимосвязанных процессов, возникающих вследствие физиологической активности живых компонентов зерновой массы (зерно, примеси, микроорганизмы, насекомые, клещи) с выделением тепла и влаги[1]. Самосогревание может быть:

-        сплошное – вся зерновая масса сои самосогревается;

-        гнездовое – часть (гнездо) зерновой насыпи сои самосогревается;

-        пластовое – верховое или низовое самосогревание.

Механизм самосогревания сложен, но суть его в следующем.

Зерно – живое существо, созданное природой и наделенное способностью воспроизводить себе подобное. Как и любое другое живое существо оно дышит, т.е. поглощает кислород, который вступает в окислительные реакции с углеводородами состава зерна, в результате чего выделяется углекислый газ и вода. Реакция окисления происходит с выделением теплоты.

Мы редко задумываемся, что все живое подчинено общим законам. Биохимические процессы, обеспечивающие жизнь человека, в грубой форме сравнения, точно также требуют пищи, основа которой углеводы, точно также в клетках нашего организма происходят процессы окисления поступивших питательных веществ при их взаимодействии с кислородом, привнесенным в клетку в составе крови после насыщения ее в легких. Продукты окисления (СО₂ и Н₂О) выводятся из клетки в обратном движении крови. В холодную погоду хорошо видно, как молекулы воды при выдохе конденсируются в туман. Да и температура нашего тела (36,6 С°) – результат окислительных процессов углеводов. Только разница в том, что пищу (продукты питания) мы покупаем в магазине или выращиваем в огороде, а зерновка берет питательные вещества из своих запасов, но берет очень экономно (0,1-0,3% от сухой массы зерновки за год хранения), а оставшийся основной запас резервируется для питания зародыша при прорастании.

Пишу об этом в такой форме сравнения с целью оставить в памяти читателя убеждение – зерно - это живое существо со всеми составляющими процесса жизнедеятельности.

Дыхание зерна – сложнейший биохимический процесс, который протекает под влиянием различных факторов с образованием продуктов распада запасных питательных веществ и выделением тепла. Химическая составляющая этого процесса выглядит так:

С6Н12О6	+	6О2	→	6СО2	+	6Н2О	+	2870КДж
зерно		кис -лород		угле -кислый газ		вода		тепло

Т.е. каждый килограмм сухого вещества в процессе полного окисления дает тепловой эффект 2870 КДж, при этом в зерновую массу выделяется 0,58 кг воды и 1,54 кг СО_2..

Рис.2. Запуск процесса самосогревания зерна [1].

Температура при самосогревании может достичь своего максимума  за несколько часов, дней или недель, а может медленно нарастать месяцами, но последовательность этого процесса для всех случаев идентична. Рассмотрим его на примере поэтапного самосогревания чистого зерна в течение примерно 45 суток (рис.2).

Интересно то, что запуск самосогревания может быть спровоцирован подогреванием извне вполне благополучного зерна - так длительное воздействие тепла на зерно при его нагреве до 27-28°С не запускает процесс самосогревания - дыхание чистого зерна не столь интенсивно, чтобы запустить процесс (участок А-В). Но уже на участке В-С происходит запуск самосогревания – появление свободной влаги ускоряет процесс и он приобретает скоротечный характер, что, через сравнительно короткое время (участок С-D), приводит к полной утрате зерна.

Исследования показывают [1], что при увеличении влажности зерна более 12% и при начальной температуре 25°С резко усиливается интенсивность дыхания зерна, а значит и тепловыделение. Но гораздо большую значимость играет свободная влага, как носитель питания микроорганизмов постоянно находящихся на зерне. Если процесс жизненной активности собственно зерна сильно зависит от его влажности и температуры, то процесс жизнедеятельности микроорганизмов еще в большей мере зависит от указанных параметров. Естественно, что при этом происходит резкое увеличение числа колоний плесневых грибов.

Микроскопические грибы в процессе своего роста проникают в семядоли и отравляют ткани зародыша. Снижение всхожести происходит при подъеме температуры выше 35°С. Специалисты связывают это с началом денатурации белка зародыша.

Потеря всхожести в процессе развития самосогревания указывает на прекращение жизнедеятельности зерна и снижение доли его участия в дальнейшем развитии самосогревания. До предела процесс самосогревания доводят только микроорганизмы.

Тепло и влага быстрее запускают механизмы жизнедеятельности микроорганизмов,  находящихся в зерне, и  гораздо быстрее в соре. Поскольку дыхание микроорганизмов намного активнее дыхания зерна, а их количество быстро увеличивается, то процесс повышения температуры в очаге самосогревания ускоряется. Теплоотвод от очага самосогревания затруднен плохой теплопроводностью зерна. 85% выделяемого тепла концентрируется в очаге самосогреванияпри радиусе изменения температуры от очага не более 1 м, т.е. теплота,

Рис.3. Очаг гнездового самосогревания.

Рис.4. Распространение самосогревания в сторону более засоренной части зерновой насыпи.

выделяемая зерном сои и микроорганизмами при их активной жизнедеятельности, не «торопится» покидать очаг, тем самым удерживая в нем высокую температуру (рис.3).

Интересно то, что микроорганизмы, запустив процесс самосогревания зерна, сами же в этом очаге (при температуре критической для них) разрушаются, однако при этом провоцируют высокую активность других, более термостойких микроорганизмов. Так полевые грибы в конкурентной борьбе уступают место грибам хранения. По мере увеличения температуры, дыхание зерна уменьшается из-за его «умирания», а дыхание микроорганизмов – нарастает из-за увеличения их количества. Таким образом, температура может возрасти до 80°С и более. Микроорганизмы образуют споры и отмирают. К этому моменту в очаге самосогревания зерно утрачено необратимо.
Если никаких мер не предпринимать, то от очага самосогревания процесс распространяется во все стороны и особенно быстро в сторону с большей концентрацией сора и битого зерна, концентрация которых в массе зерна неравномерна из-за самосортирования при загрузке зерна в хранилище.

Без вмешательства извне, процесс самосогревания, будучи запущен, не остановится по той причине, что сам процесс продуцирует и тепло и свободную влагу, а наличие битого зерна и зерновой пыли усиливает процесс (рис.4).

Дело в том, что горячий воздух в очаге самосогревания содержит много молекул воды, т.к. он ее испарил, и при встрече с холодным зерном эта молекулярная вода конденсируется в виде капель, тем самым активизируя жизнь микроорганизмов в направлении движения температуры. Именно вода обеспечивает питание микроорганизмов, ибо для их жизни необходимы органические вещества, растворенные в воде, т.е. по сути, микроорганизмы «выпивают» органические вещества зерна. Основная масса органического вещества, потребляемого микроорганизмами, расходуется на дыхание. Интересно, что плесневые грибы тратят на дыхание около 90% потребляемых органических веществ зерна и только 1% на построение собственного организма, т.е. образно можно сказать, что микроорганизмы зерно «выпивают», а «выпитое» выдыхают.

Борьба с потерями зерна из-за согревания является важнейшим мероприятием  современности и рассматривается во всем мире, как один из резервов сокращения недостатка в снабжении населения продуктами питания. В связи с этим снижение травмирования зерна является исключительно важной задачей, т.к. травмированное зерно (механически поврежденное) увеличивает вероятность начала самосогревания со всеми вытекающими последствиями.

Кроме того, битые зерна сои уменьшают межзерновые зазоры, что ухудшает проницаемость зерновой массы при сушке и вентилировании и способствует слеживанию зерна. Но главная беда в том, что в отличие от таких параметров, как температура и влажность зерна, которые поддаются регулированию,  повреждение зерна необратимо, более того, любые пересыпания зерна увеличивают долю разрушения, образуя дробленое зерно и зерновую пыль, тем самым многократно увеличивая активную поверхность для жизнедеятельности микроскопических грибов, продуцирующих микотоксины, один из которых афлатоксин В1 приравнен по токсичности к синильной кислоте и к канцерогенам (микотоксин в переводе с греческого – грибной яд) и во всем мире контролируется по допустимой норме не более 0,002 мг/кг!

Огромную роль для уменьшения активности жизнедеятельности микроорганизмов в зерновой массе играет снижение температуры зерна. Как известно, воздух очень плохой проводник тепла, особенно когда отсутствует конвективный теплообмен, а осуществляется лишь молекулярный, т.е. теплопроводность.

Рис.5. Соя и воздух в межзерновых зазорах.

А поскольку межзерновые зазоры в зерновой массе сои заполнены воздухом (рис.5) и этих зазоров огромное количество (в 1м³ зерна сои более 5 млн.), то понятно, что теплопроводность такого пористого материала чрезвычайно низкая. Зерновая масса сои, будучи охлажденной сухим воздухом, способна удерживать низкую температуру несколько месяцев. При пересыпании зерна температурная консервация в условиях более высокой температуры не сохраняется.

После любого теплового воздействия зерновую массу необходимо охладить, иначе зерно долгое время будет находиться под воздействием высокой температуры.

Зерновая масса сои в состоянии длительное время удерживать уровень температуры, при которой зерно сои было засыпано в хранилище.

Микроорганизмы являются непременной составной частью зерна. Их размеры не превышают 1 мкм, но численность их может достигать десятков миллионов на 1 кг зерна [1].

Растения являются естественной средой для обитания полевых грибов.  Но полевые грибы нуждаются в живом растении, и их численность при хранении зерна уменьшается, т.к. для их жизнедеятельности необходима влажность 25% и выше. А грибы хранения способны развиваться при более низкой влажности (12-13%), и именно они играют решающую роль в процессе самосогревания зерна сои.

Грибы хранения попадают в свежеубранное зерно с землей во время уборки, а также из остатков зерна и сора, оставшихся с прошлого урожая. Именно эти грибы являются источником ядовитых микотоксинов, которые и есть результат жизнедеятельности грибов.  К огромному сожалению, после отмирания грибов микотоксины остаются в зерне и частично переходят в комбикорма при переработке зараженного зерна сои.

Большинство полевых грибов сохраняются в семенах от нескольких месяцев до 2-3 лет. Плесени хранения могут сохраняться в течение 15 лет и более.

Как уже было сказано, кроме влажности и температуры, самосогреванию в огромной мере способствует наличие сора и битого зерна.

Образно картину можно представить так. В зале шведский стол с напитками на любой вкус (это целое зерно), но зал закрыт – не зайдешь. Травмированное зерно – это открытый зал. Половинки сои дышат в шесть раз интенсивнее целых семян. Нельзя допускать механических повреждений покровных тканей – они являются защитой зерна.

Некоторые виды насекомых вообще не могут жить в среде целых семян - им нужны битые. Например, фасолевая зерновка (откладывает яйца в трещинах в оболочках зерна), обыкновенный волосатый клещ и др.

Если нарушение целостности защитной оболочки открывает доступ микроорганизмам к питанию, то дробленое зерно во много раз увеличивает активную поверхность размещения Vмикроорганизмов. Так поверхность 1 г сора, прошедшего через сито ø 1мм в 100 раз превышает поверхность 1 г зерна. Поэтому заселение микроорганизмами сора в сотни раз превышает количество их на целом зерне. Значимость очистки зерна от сора трудно переоценить.

Рис.6. Сравнение количества микроорганизмов на 1г зерна и сора [1].

Так на 1 кг зерна до отделения от него минеральных примесей на сите ø 1 мм насчитывалось 3800 тыс микроорганизмов, а после удаления – 2460 тыс., а 1 г минерального сора, прошедшего через сито ø 1 мм содержал 42 600 шт. микроорганизмов (рис.6) [1]. Еще более коварна пыль. Кроме огромной активной поверхности, пыль изначально очень плотно заселена микроорганизмами и спорами. Поэтому о пыли надо сказать отдельно. Пыль необходимо разделить на неорганическую (минеральную) и зерновую. Неорганическая пыль попадает при уборке сои в результате попадания комочков почвы, она-то как раз и может быть заселена плесневыми грибами хранения. Это характерно для сои, ибо жатка при уборке сои отслеживает поверхность поля. Поэтому чрезвычайно важно удалить минеральную пыль на первом этапе очистки, тем более что абразивность этой пыли при межзерновом трении разрушает защитную оболочку сои.

Исследования показали, что насыщенность минеральных примесей микроорганизмами в десятки и сотни раз больше, по сравнению с наличием микроорганизмов на поверхности зерна. Под зерновой пылью понимают частицы твердого вещества органического происхождения, которые сопровождают зерновую массу на всем ее пути по той причине, что зерновая пыль - это не что иное, как частично или полностью разрушенная защитная оболочка зерна и само разрушенное зерно под воздействием бесконечных ударов, смятий, трений о стенки и межзернового трения.

Рис 7. Самосортирование мелкого сора и пыли при засыпании зерна в хранилище.

Зерновая пыль легче минеральной, что подтверждается пробами пыли, взятой на разных этапах движения зерна: от поля до склада хранения.

Мелкий сор и пыль при пересыпании зерна сои способны к самосортированию, т.е. к созданию локальных объемов высокой концентрации, что при определенных условиях (например, неравномерность влаги) может запустить механизм самосогревания.

Это надо помнить, и если количество сора, равнораспределенное по объему зерновой массы, отвечает норме, то это совсем не значит, что при пересыпании, например, не произойдет (а оно обязательно произойдет) самосортированиие, и мелкий сор и пыль могут оказаться в каком-то локальном объеме зерна в количестве, в десятки раз превышающем норму. Так при засыпании в хранилище происходит именно такое самосортирование – мелкий сор и пыль, витая в воздухе, под воздействием образовавшегося тороидального вихря, оседают по периферии объема, ограниченного стенками (рис.7).

Исследования показали, что в разных участках насыпи содержание органической примеси в 6 раз, а минеральной в 13 раз может превышать среднее значение [1]. Таким образом, получается, что средняя проба дает незначительную разницу между очищенным и неочищенным зерном, а вот неравномерность распределения сора – очаг возможного самосогревания.

Вышесказанное позволяет утверждать, что все свежеубранное зерно сои должно быть как можно лучше очищено от крупного растительного сора, случайно попавших предметов, пыли и легковитаемого сора на этапе приема его от комбайна. При этом обязательным условием является то, что машины линии очистки не должны травмировать зерно сои и свести к минимуму образование зерновой пыли.