Существует два основных способа хранения зерна: напольный и силосный. Зернохранилища напольного типа имеются только на небольших предприятиях. Это одно-, двух- и трехэтажные склады, в которых зерно хранится на полу. Высота слоя может достигать 4–5м. При хранении зерна влажностью выше 17% высоту насыпи резко снижают и в зависимости от температуры зерновой массы и времени года доводят до 2,5–1,0м. Недостатки этого способа: малопроизводительно используется площадь склада, в нижних слоях повышается влажность зерна, затруднена механизация погрузочно-разгрузочных работ.
На большинстве заводов ячмень хранят в элеваторах силосного типа.
Силосы классифицируют по ряду признаков: по материалу из которого они изготовлены (железобетонные, металлические и др.); по способу изготовления (для железобетонных – сборные и монолитные, для металлических – сварные и сборные); по форме корпуса (цилиндрические, призматические); по форме днища (с коническим, пирамидальным и плоским днищем); по организации аэрации (без специальной системы аэрации, со стационарной или мобильной системой для принудительной аэрации зерна).
Железобетонные силосы обладают низкой теплопроводностью, огнестойкостью, не требуют больших эксплуатационных расходов. Недостатками их являются: Затраты на сооружение мощных фундаментов; трудоемкость и высокая стоимость строительных работ; шероховатость поверхностей стенок, способствующая развитию посторонней микрофлоры; необходимость тщательного просушивания бетона перед началом эксплуатации силоса.
Преимущества металлических силосов: быстрота и удобство установки с меньшими трудозатратами; меньшая масса, возможность демонтажа и возможность переноса силоса на новое место; меньше эксплуатационные затраты на обслуживание и ремонт. Недостатки: высокая теплопроводность материала; непроницаемость стенок для продуктов обмена веществ (при дыхании зерна); образование конденсата на внутренней поверхности крыши и стенок силоса при значительной разнице температуры зерна и окружающей среды. Поэтому необходима установка активного вентилирования.
Во время хранения регулярно контролируют температуру (не реже 2 раз в месяц при напольном хранении и 3 раз при силосном) и влажность зерна (не реже одного раза в месяц). Температуру измеряют стационарными электроустановками.
Зимой температура зерновой массы равна температуре наружного воздуха или превышает ее не более чем на 2–3ºС. Летом температура в массе зерна не должна превышать 20ºС. При хранении насыпью влажность зерна должна быть не выше 14%, в силосах – не более 13%.
Для проветривания зерно перекачивают из одного силоса в другой, используют активную вентиляцию, продувая 80м3 воздуха в час на 1т зерна при давлении 4,5–5кПа. Разрешается хранить ограниченное время зерно влажностью 16–18% при условии охлаждения её до минусовых температур перед засыпкой. Сухим зерном силос загружается полностью, а зерном с повышенной влажностью – на 3/4.
Зерно ячменя обладает определенной гигроскопичностью, т.е. способностью поглощать влагу из воздуха, поэтому при хранении в зерне устанавливается равновесная влажность (процентное содержание влаги в зерне при данной влажности и температуре воздуха), которая зависит от относительной влажности окружающей среды. Чем выше относительная влажность воздуха в зернохранилище, тем выше и равновесная влажность зерна.
Относительная влажность
Воздуха при 20ºС, % 40 50 60 70 80 90
Равновесная влажность
Ячменя, % 10,9 12 13,4 15,2 17,5 20,9
С увеличением равновесной влажности зерна усиливается его дыхание: оно быстрее согревается и увлажняется, так как при дыхании в результате частичного превращения сложных компонентов происходит выделение тепла, воды и диоксида углерода. Показателем процесса дыхания является его интенсивность, характеризуемая количеством СО2, выделяемого в единицу времени из единицы объёма зерна.
Предельно допустимая высота насыпи определяется состоянием зерновой массы, сроком хранения, временем года, географическим местоположением.
Физиологические процессы, протекающие в зерне при хранении, также зависят от температуры, влажности и доступа кислорода. В зернах вода находится в свободном и адсорбционно-связанном состояниях. Адсорбционно-связанная вода в зерне удерживается крахмалом и белками в виде гидратных оболочек. Связанная вода не может мигрировать внутри зерна и, следовательно, не участвует в обменных реакциях.
Свободная вода появляется в клетках зерна с повышением его влагосодержания. Эта влага не удерживается составными веществами зерна и может свободно мигрировать из клетки в клетку, участвуя в ферментативных гидролитических превращениях и обмене веществ. Свободная влага способствует росту активности гидролитических и дыхательных ферментов.
Влажность зерна, при которой появляется свободная влага, называется критической. Для всех злаковых культур критическая влажность составляет 14,5 − 15,5%, поэтому зерно, подлежащее хранению, должно иметь влажность ниже критической.
В состоянии глубокого покоя находится сухое зерно влажностью 10 − 12%. Такое зерно устойчиво и может храниться, в слое большой высоты (до 10м). Достаточно устойчиво при хранении и зерно средней сухости (влажность 12 − 14%). Влажное зерно (14 − 17%) дышит в 5 − 8 раз интенсивнее сухого и при хранении должно периодически контролироваться, проветриваться и подсушиваться. Сырое зерно влажностью свыше 17% дышит в 25 − 30 раз энергичнее сухого и хранению в таком виде не подлежит.
Все жизненные процессы в зерне нормальной влажности (дыхание и обмен веществ, поддерживающие жизнь зародышевых клеток) протекают непрерывно и сравнительно медленно. Процесс дыхания осуществляется комплексом ферментных систем. При достаточном поступлении в слой зерна воздуха протекает аэробное дыхание, которое выражается следующим уравнением:
С6Н12О6+6О2=6Н2О+6СО2+2831кДж
Аэробное дыхание сопровождается расходом составных веществ зерна (углеводов), поглощением кислорода и выделением влаги, диоксида углерода и теплоты.
При отсутствии воздуха (кислорода) в зерне происходит анаэробное дыхание, характеризующееся реакциями внутримолекулярного окисления - восстановления. Этот биохимический процесс выражается следующимуравнением:
С6Н12О6=2СО2+2С2Н5ОН+118кДж
Таким образом, при недостатке кислорода в слое зерна может начаться анаэробный обмен веществ, конечными продуктами которого являются такие ингибирующие вещества, как спирт, диоксид углерода, альдегиды, органические кислоты и эфиры. Зародыш зерна при анаэробном дыхании отравляется и в дальнейшем отмирает без восстановления. Поэтому в таких условиях необходима активная вентиляция слоя зерна, обеспечивающая удаление всех ингибирующих веществ.
При хранении зерно дышит. Активность дыхания зависит от его влажности и температуры. Выделяемая при дыхании зерна влага задерживается на его поверхности и, в свою очередь, еще больше активизирует процесс обмена веществ, одновременно способствуя развитию микроорганизмов. С повышением температуры и влажности насекомые и клещи, находящиеся в зерновой массе, разрушая покровные ткани зерна, облегчают доступ микроорганизмов к питательным веществам. При активном дыхании зерна происходит его самосогревание.
Различают три стадии самосогревания зерна. Первая стадия характеризуется повышением температуры до 24–30ºС. Отпотевания нет, посторонних запахов нет, цвет зерна не изменяется, сыпучесть сохраняется. Накапливаются водорастворимые вещества. Вторая стадия продолжается от 3 до 7 суток, температура повышается до 34–38ºС, появляется солодовый запах, зерно отпотевает, понижается сыпучесть, темнеют пленки, поверхность зерна приобретает матовый оттенок. Наряду с накоплением растворимых углеводов наблюдается нарастание кислотности и появление спирта, начинается процесс тепловой денатурации клейковины. Третья стадия характеризуется повышением температуры до 50ºС и выше, резким уменьшением сыпучести, появлением сильного гнилостного, затхлого и плесневелого запаха. Цвет зерна – темно-коричневый из-за протекания реакций меланоидинообразования. Пленки ячменя поджариваются и краснеют. Зерно слеживается в отдельные глыбы. Гидролитические ферменты и ферменты микроорганизмов вызывают распад органических веществ зерна (гниение). По достижении температуры 50ºС дальнейшее нагревание зерновых масс замедляется, т. к. ослабляется жизнедеятельность зерна и отмирают многие микроорганизмы. Источник теплообразования – термофильные бактерии (оптимальная температура 70–75ºС).
В процессе самосогревания теряются углеводы, ухудшается качество зерна. Зерно второй и третьей стадий самосогревания для производства пива непригодно.
Средством предупреждения самосогревания служит сушка, проветривание и охлаждение зерновой массы.
Максимум энергии дыхания достигается при температуре 50–55°С. Дальнейшее повышение температуры связано с отмиранием протоплазмы клеток, разрушением клейковины, снижением всхожести и, следовательно, ослаблением энергии дыхания. Повышение температуры хранения зерна более 18°С приводит к значительному росту потерь и развитию бактерий и микроскопических грибов, продукты жизнедеятельности которых снижают качество зерна, солода и пива.
Зерно и примеси содержат на своей поверхности огромное количество разных микроорганизмов, которые представлены в виде бактерий, дрожжевых клеток, плесневых и лучистых грибов. С повышением температуры и влажности зерна начинается интенсивная деятельность микроорганизмов. Различные насекомые, находящиеся в зерновой массе, разрушают оболочку зерна, облегчая доступ микроорганизмов к внутренней его части. При этом развитие микроорганизмов ускоряется и усиливается самосогревание зерна, которое ухудшает его качество и приводит к потерям углеводов, белков и других веществ.
Режимы хранения
Различают хранение зерновых масс в сухом состоянии, в охлажденном,
при усиленном обмене воздуха межзернового пространства.
Для длительного хранения зерна более приемлемым считается хранение в сухом состоянии. Зерно с низкой влажностью (11-14%), очищенное от примесей, обеззараженное и охлажденное, можно хранить без перемещения в силосах 2–3 года и в складах 4–5 лет.
Хранение зерна в охлажденном состоянии основано на консервирующем действии низких температур. При низких температурах снижается жизнедеятельность семян, микроорганизмов и насекомых. Охлаждается зерно холодным воздухом.
Широко используется хранение зерна при усиленном обмене воздуха межзернового пространства (активном вентилировании). Нагнетаемый вентилятором воздух пропускается через систему воздухораспределительных каналов в слой зерна. Применяются стационарные и передвижные установки активного вентилирования.