Самосогревание зерновых масс
Самосогреванием (или самонагреванием) называют процесс самопроизвольного повышения температуры зерновой массы, находящейся на хранении. Вызывается это явление энергичным протеканием физиолого-биохимических и микробиологических процессов в зерне повышенной влажности. Возможно возникновение самосогревания зерна вследствие активной деятельности насекомых и клещей. Таким образом, Физиологической основой самосогревания является Дыхание всех живых компонентов зерновой массы, приводящее к значительному выделению тепла.
Физической основой самосогревания является Плохая теплопроводность зерновой массы. Образование тепла в том или ином участке зерновой массы, превышающее отдачу его в окружающую среду, дает типичную картину самосогревания. Образовавшееся тепло задерживается в зерновой массе и вызывает подъем температуры.
Характерной чертой этого процесса, о которой следует хорошо помнить, является то, что начавшееся в зерновой массе самосогревание не останавливается само по себе. Наоборот, оно непрерывно, с нарастающей интенсивностью, увеличивает темпы повышения температуры зерна.
Увеличение температуры зерна при запущенных формах самосогревания до 55-65 °С приводит к полной потере всех его потребительских свойств: пищевых, семенных и фуражных. При этом вся зерновая масса превращается в черный обугленный конгломерат с полной потерей сыпучести. В практике хранения это случается довольно редко. Но даже повышение температуры до 40-45 °С приводит к необратимым изменениям в белковом, углеводном и липидном комплексах зерна, значительным потерям в массе и качестве. В зерне пшеницы, подвергнутом самосогреванию, резко снижаются хлебопекарные свойства вследствие гидролиза клейковины и ухудшения ее качества. В семенах масличных культур вследствие интенсивного гидролиза жиров повышается кислотное число масла и уменьшается его выход при переработке.
Самосогревание зерновых масс бывает трех видов: гнездовое, пластовое и сплошное.
Гнездовое Самосогревание возникает в любой части зерновой массы, так как предпосылкой для его развития могут быть: увлажнение какого-то участка зерновой массы в результате неисправности крыши или недостаточной гидроизоляции стен хранилища; засыпка в одно хранилище зерна с различной влажностью, в результате чего создаются очаги (гнезда) с повышенной влажностью; образование в зерновой массе участков с повышенным содержанием примесей, пыли и микроорганизмов в результате засыпки вместе резко разнородного по содержанию примесей зерна; скопление насекомых и клещей в одном участке насыпи.
Пластовое Самосогревание может возникнуть в зерновой массе при хранении ее как в складах и силосах, так и в бунтах. Греющийся слой возникает в насыпи зерна в виде горизонтального или вертикального пласта. В зависимости от того, в каком участке насыпи образуется греющийся пласт, различают самосогревание Верховое, низовое и вертикально-пластовое (рис. 1.1). Пласт самосогревания никогда не возникает в центральных участках насыпи. Его обнаруживают только в верхнем, нижнем или боковом слоях насыпи, так как они наиболее подвержены перепаду температур под действием наружного воздуха, стен и полов хранилища. Изменение температуры в этих участках зерновой массы часто сопровождается образованием конденсационной влаги вследствие явления термовлагопроводности.
Сплошное самосогревание возникает в том случае, если вся зерновая масса, за исключением строго ограниченных периферийных участков, находится в греющемся состоянии. До последнего времени его рассматривали только как запущенную форму пластового или гнездового самосогревания. Однако оно может проявляться сразу в зерновых массах с высокой влажностью, содержащих большое количество различных примесей, в том числе растений и недозревших зерен. Даже кратковременное хранение теплого влажного и сырого зерна приводит к бурному развитию процесса самосогревания во всей массе насыпи. Для спасения зерна необходимо применять неотложные меры.
Самосогревание зерна никогда не может прекратиться самостоятельно. Остановить его полностью может только вмешательство человека с помощью тех или иных технических средств. Однако к выбору способа ликвидации этого явления следует подходить со знанием дела и с учетом сложившейся ситуации.
Сущность самосогревания
Самосогревание происходит вследствие физиологических, биохимических процессов и физических свойств зерновой массы:
дыхание зерна > самосогревание зерна;
самосортирование зерна > самосогревание зерна;
сыпучесть зерна > самосортирование зерна > самосогревание зерна.
Дыхание обеспечивает энергией клетки семян за счет окисления органических веществ, главным образом сахаров, под действием окислительно-восстановительных ферментов. При достаточном доступе кислорода в зерне преобладает аэробное дыхание, которое можно выразить суммарным уравнением
С6Н12О6+6О2 6СО2+6Н2О+674 ккал (2821, 9 кДж) на 1 грамм-молекулу (180 г) израсходованной глюкозы.
При недостатке кислорода полного окисления органических веществ не происходит, в зерне идет процесс анаэробного (интрамолекулярного) дыхания (спиртового брожения), выражаемого суммарным уравнением:
С6Н12О62С2H5OH+2СО2+ 28, 2 ккал (118 кДж) на 1 грамм-молекулу израсходованной глюкозы.
При анаэробном дыхании параллельно со спиртовым брожением частично может идти и молочно-кислое, при котором из глюкозы образуется молочная кислота2:
С6Н12О6 2СН3СН (ОН) СООН+ 22, 5 ккал (83, 5 кДж),
что приводит к медленному нарастанию титруемой кислотности продукта. Анаэробное дыхание зерновой массы нежелательно, так как накопление этилового спирта и других промежуточных продуктов дыхания может привести к гибели зародыша, т. е. потере всхожести семян.
Температура хранения оказывает существенное влияние на интенсивность дыхания. Зерно, хранящееся при температуре, близкой к 0 'С, дышит с исчезающе малой интенсивностью. По мере повышения температуры интенсивность дыхания возрастает, достигая максимума при 50 - 55'С, после чего начинает резко падать. Падение совпадает с началом тепловой денатурации белков, инактивации ферментов, т. е. началом гибели зерна. При температуре около 0 'С можно хранить определенное время даже, зерно с повышенной влажностью.
Качество зерна оказывает существенное влияние на энергию его дыхания. Чем хуже качество зерна, тем труднее его хранить.
Следствия дыхания зерна при хранении
Каким бы способом ни дышало зерно, этот процесс вызывает:
· потерю сухого вещества (убыль массы) зерна. Расходуемая, при дыхании глюкоза постоянно пополняется за счет ферментативного гидролиза крахмала; изменение состава воздуха межзерновых пространств за счет выделения диоксида углерода и расходования кислорода, что в конечном итоге может вызвать анаэробное дыхание;
· увеличение количества гигроскопической влаги в зерне и повышение относительной влажности воздуха в межзерновых пространствах. Образующаяся при аэробном дыхании вода остается в зерновой массе и при высокой интенсивности дыхания может существенно увлажнить ее, приводя тем самым к еще большему увеличению интенсивности дыхания;
· образование тепла в зерновой массе особенно при высокой интенсивности аэробного дыхания мотает быть весьма существенным. Известно, что зерновая масса обладает низкой теплопроводностью, поэтому образующееся тепло вызывает повышение температуры и, следовательно, интенсивности дыхания. Два последних названных следствия дыхания являются причинами возникновения самосогревания зерновой массы, приводящего ее к порче, а иногда и к полной гибели.
Процесс протекания самосогревания.
В начальной стадии самосогревания (повышение температуры до 30 'С) зерно приобретает солодовый запах и сладковатый вкус, свойственные прорастающему зерну. Поверхность зерна сначала обесцвечивается, затем приобретает красноватый оттенок, а эндосперм сероватый. В нем повышаются доля моносахаридов, титруемая кислотность и кислотное число жира. Активность ферментов существенно возрастает. Объемный выход хлеба снижается, мякиш получается более темным, чем из нормального зерна. При переработке пшеницы с солодовым запахом ее смешивают с нормальным зерном. При развитии самосогревания и повышении температуры до 40 - 50 'С и выше поверхность зерна темнеет вплоть до полного почернения, иногда полностью покрывается мицелием плесеней. Темнеет, а затем чернеет эндосперм. Запах становится плесневым, а потом гнилостно-затхлым, изменяется соответственно и вкус, увеличиваются титруемая кислотность (в болтушке), кислотное число жира, растет содержание аммиака. Интенсивность дыхания достигает максимума и начинает падать, снижается всхожесть зерна вплоть до полной ее утраты. Содержание клейковины в пшенице резко снижается, а ее качество ухудшается. Эти изменения говорят о распаде в греющемся зерне углеводов, белков и липидов под действием собственных и плесневых ферментов, а также длительным воздействием повышенных температур. Если самосогревание возникает в поверхностном слое насыпи (до 0, 7 м от поверхности), то главной причиной порчи зерна является его плесневение. При возникновении самосогревания в глубинных слоях бурное развитие плесеней задерживается недостатком там кислорода, поэтому основной причиной порчи являются деятельность собственных ферментов и высокая температура. Мука из зерна поверхностных очагов самосогревания дает хлеб плоский, почти без пор, с очень темным заминающимся мякишем, а из глубинных очагов самосогревания высоким, с рваными корками. Зерно, подвергшееся самосогреванию больше, чем в первой стадии, на пищевые (иногда и кормовые) цели не используется.
