ОХЛАЖДЕНИЕ

Н. ДЖ. БАРЕЛЛ

I. ВВЕДЕНИЕ

Перед нагнетанием в зерновую массу окружающий воздух охлаждают с помощью испарителя. Обычно снижают также относительную влажность охлажденного воздуха путем незначительного его нагрева. Охлаждение не следует путать с вентилированием, которое заключается в охлаждении воздухом, температура и относительная влажность которого мало отличаются от температуры и относительной влажности окружающего воздуха.

Во многих странах мира влажность свежеубранного зерна слишком высока для обычного хранения; сырое зерно быстро повреждается плесенями. Наиболее распространенный способ предотвращения развития плесневых грибов заключается в сушке зерна. Однако при некоторых условиях применяются герметичные емкости, химические средства или охлаждение. Однако одной сушки недостаточно. Так, сухое зерно, особенно при высокой температуре, повреждается насекомыми. Поэтому после сушки зерно надо охладить.

Общепринято, что существует равновесие между безопасной влажностью2 и безопасной температурой, т. е. чем ниже температура зерна, тем выше его безопасная влажность (рис. 77). Отсюда делают вывод, что не обязательно применять сушку. К тому же для испарения влаги из зерна требуется значительно больше энергии, чем для охлаждения той же массы зерна. Например, расход энергии для удаления 6% влаги из зерновой массы по крайней мере в 6 раз больше расхода энергии на охлаждение той же массы зерна с 25 до 5° С.

В некоторых районах, например в странах Европы с прохладным и влажным климатом, стоимость топлива относительно высока [61], а средняя влажность свежеубранной пшеницы, овса и ячменя составляет 18—25%, а кукурузы достигает 50%. В таких районах баланс между низкой температурой и высокой влажностью позволяет снизить затраты на сушку, хотя в Европе слишком сырое зерно для хранения в охлажденном состоянии обычно подсушивают путем быстрого пропуска через сушилку. Поэтому иногда можно отказаться от полной сушки зерна, например если период хранения непродолжителен или зерно предназначено для скармливания. Однако зерно, закладываемое на длительное хранение или экспортируемое в другие страны, должно быть тщательно высушено, чтобы оно не подвергалось порче при резких изменениях температуры и влажности, например в период транспортировки. Однако охлаждение сухого зерна при транспортировке позволяет предотвратить размножение насекомых или самосогревание влажного зерна в трюмах.

Влажное зерно хранят и по другим причинам. Так, на корм целесообразнее использовать влажное зерно, потому что его значительно легче плющить, оно легче переваривается и создает меньше проблем, связанных с запыленностью. Для размола в муку пшеница должна иметь влажность 15—16%, при которой в большой массе зерна возможно развитие плесневых грибов и самосогревание, если не применяется охлаждение. Поэтому пшеницу, предназначенную для размола, и пивоваренный ячмень иногда охлаждают в хранилище (в теплых районах Франции [42], а также в Великобритании [18], Бельгии и ФРГ [34]). Жаме £38] сообщает о хранении во Франции зерна с влажностью до 18%, однако проведенные недавно наблюдения показали, что, за исключением коротких периодов, сейчас влажность зерна в хранилищах редко превышает 16%.

В Великобритании зерно иногда охлаждают сами фермеры, что обусловливается расширением посевных площадей под зерновыми культурами, более широким применением комбайнов и недостатком сушильных мощностей. Обычно охлаждают зерно с влажностью 22%, чтобы оно не испортилось до сушки. Однако если в зернохранилище имеется охладительное оборудование, то его используют для хранения зерна при более низких температурах и более высокой влажности, чем практиковалось ранее. Иногда зерно охлаждают на небольших фермах, расположенных в отдаленных районах Великобритании. Таким образом можно избежать затрат на установку трехфазного электрооборудования, так как для небольших фермских холодильных машин часто достаточно однофазного питания. Конечно, может быть приобретена сушилка с приводом от дизельного двигателя.

Иногда фермеры используют холодильные установки для временного хранения фруктов, гороха. Некоторые установки применяют в качестве теплового насоса для сушки зерна в одном силосе и одновременно или поочередно для охлаждения его в другом силосе. Однако такие случаи редки. Как правило, установки имеют одноцелевое назначение. В США большое внимание уделяется обезвоживанию холодом ((1е11у(1го1пд1с1а1юп), т. е. сушке во время хранения зерна при низкой температуре, но в Европе низкотемпературная сушка оказалась неэкономичной [14]. В некоторых странах с теплым климатом использование холодильных установок рассматривается как способ охлаждения сухого зерна до температуры, предотвращающей развитие насекомых-вредителей; опыты, проведенные Сазерлендом и др. [88] в Квинсленде (Австралия), дали обнадеживающие, но еще неокончательные результаты.

Выбор между сушкой и охлаждением делают на основании биологии семян и организмов, вызывающих их порчу, физических свойств, а также назначения зерна. Для всех вредных организмов существуют оптимальные диапазоны температуры и влажности. Для насекомых оптимальные температуры относительно высоки (обычно выше 15° С), а влажность зерна может быть 10% и даже ниже. Температурный оптимум для клещей ниже, а предельная влажность выше. Различные грибы размножаются в широком диапазоне температур — от 0 до 50° С, но для всех грибов требуется относительная влажность воздуха свыше 70%. Идеальные условия заключаются в сочетании низкой температуры, исключающей размножение насекомых, и низкой влажности, ингибирующей жизнедеятельность грибов, клещей и обмен веществ в семенах.

II. БИОЛОГИЧЕСКИЕ НАРУШЕНИЯ ПРИ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

Обычно охлаждают зерно с высокой влажностью. В данных условиях наибольший вред причиняют грибы и клещи Охлаждение влияет также на всхожесть семян.

А. Развитие грибов

Некоторые полевые грибы обычно находятся в виде мицелия под эпидермисом или на поверхности свежеубранного зерна. При нормальных условиях хранения в сухом состоянии и особенно при температурах выше температуры окружающего воздуха полевые грибы обычно погибают и появляются плесени хранения (см. гл. 4, разд. «Микрофлора»), Однако при повышенной влажности и особенно при низких температурах полевые грибы выживают [67] и быстро размножаются вместе с плесенями хранения в течение семимесячного периода хранения [48]. Наличие большого инокулюма в конце периода хранения в охлажденном состоянии является существенным недостатком.

Андресон и др. [2] продемонстрировали, что при хранении в охлажденном сыром состоянии сохранялось большое начальное количество плесневых грибов, а в процессе замачивания и проращивания пивоваренного ячменя возрастала численность как полевых грибов, так и плесеней хранения. Упомянутые авторы отметили, что для уменьшения количества плесневых грибов в конце хранения исходное количество должно быть небольшим, а условия хранения должны быть неблагоприятными для микроорганизмов. Нин [4] показал, что посторонний привкус и плохая стойкость пива могут обусловливаться размножением нескольких видов полевых грибов и плесеней хранения. Другими словами, пивоваренный ячмень перед закладкой на хранение следует тщательно сушить.

Затхлость часто появляется во влажной зерновой массе даже при низких температурах, хотя этот запах может быть предотвращен или даже удален многократным продуванием. Запахи могут быть вызваны микроорганизмами или клещами, но при влажности выше 15% запахи обычно являются результатом жизнедеятельности грибов. Путем вентилирования удаляются только летучие вещества, а любая другая порча, вызванная плесенями, остается. Лучший способ предотвращения запахов в продовольственном зерне заключается в хорошей сушке.

Важная задача при хранении влажного зерна заключается в определении необходимой температуры. Исследований по данному вопросу проведено мало, но ясно, что для предотвращения развития грибов в сыром зерне требуются температуры значительно ниже 0° С. Так, Чистяков и Бочарова [22], Берри и Магун [8] сообщали, что Aspergillus glaucus, несколько видов Pénicillium, Cladosporium, Fusariutn, Mucor и некоторые дрожжи размножаются при температурах от —5 до

—8° С, а в некоторых случаях спорообразование происходит даже при температурах ниже 0° С. Иоффе [40] сообщал об образовании грибных токсинов на плесневелом зерне при температурах ниже 0° С. В таблице 46 приведена расчетная продолжительность хранения ячменя без заметного появления плесеней при различных температурах и влажности.

Крейгер [45] нашел, что овес, пшеница и рожь более подвержены поражению грибами, чем ячмень, но продолжительность хранения без появления плесеней может быть увеличена путем вентилирования. На рисунке 78 показано, что плесневые грибы размножаются быстрее при повышенной температуре. Из многочисленных исследований ясно, что чем выше влажность зерна, тем ниже должна быть температура для предотвращения роста плесеней (см. рис. 77). Однако установлено незначительное различие в общем количестве грибов на влажном зерне кукурузы при температуре от 5 до 22° С [48].

Таблица 46. Расчетная максимальная продолжительность (недели)

хранения ячменя без появления плесеней при различных температуре и влажности




Температура, °С




Влажность, %
















-6»

0*

5

10

15

20

25

16

>100

>100

>100

>100

>100

40

10

17

>100

>100

>100

100

30

10

4

18

>100

>100

80

30

12

5

2

19

>56

>32

40

17

6,5

3

1,5

20

56

32

9,5

5,5

3

1,5

1

20**


...

15

8

4

2

1,5

22

'40

12

4

2,5

1.5

1

0,5

22**

...

...

9

5,5

3

1,5

1

24

32

6

2,5

1,5

1

0,5

0,5

24**

. . .

...

4,5

2,5

1,5

1

0,5

26

24

4

1,5

1

0,5

0,5

26**

...

...

3,5

2

1

0,5

( і •

* По Барреллу [19] и Крейгеру [45]. ** При соответствующем вентилировании.

Рост плесневых грибов является обычно самоускоряющимся процессом, даже если температура постоянна [37, 64], но для максимального самосогревания требуются дни и даже недели. Интенсивность дыхания возрастает вследствие роста грибного мицелия [55], чему способствует повышение влажности за счет метаболической воды. Поэтому даже после первоначального охлаждения зерна требуется периодическое охлаждение, чтобы предотвратить повторное самосогревание зерна. Самосогревание может усилиться вследствие механического повреждения зерна при комбайновой уборке; повреждение способствует быстрому росту плесеней и снижению всхожести [3, 4, 75]. Быстрое снижение всхожести можно остановить сушкой; при хранении сырого зерна в охлажденном состоянии вхожесть семян продолжает снижаться.

Б. Оценка потерь, вызываемых грибами

Тепло, зыдзляющееся в результате обмена веществ при дыхании грибов, затрудняет искусственное охлаждение зерна. Интенсивность дыхания зависит от влажности, температуры, количества мицелия на зерне, степени повреждения зерна и количеств а пыли. В процессе ме-т?болизма грибов расходуются углеводы, белок и любой жир зерна Условия, повышающие интенсивность дыхания, одновременно обусловливают потери массы зерна. Хотя при дыхании живых организмов происходит множество взаимосвязанных химических процессов, их конечный результат может быть представлен в упрощенном виде окислением гексозы:

СвН12Св + 602 - 6С02 + СНгО + 677 ккал1.

Таким образом, скорость разрушения зерна 1рибами может быть рассчитана на основании потерь массы зерна или определена по: а) поглощению кислорода или выделению углекислого газа на единицу массы зерна, б) увеличению влажности зерна за данное время, в) интенсивности выделения тепла. Самый легкии и распространенный лабораторный и производственный способ заключается в определении количества выделенного углекислого газа. Ряд исследователей [45, 55, 76, 84] применяли этот метод в широком диапазоне условий на зерне разных видов. Потери сухого вещества по этим работам для температур от 2,5 до 35° С приведены в таблице 47. Нюре [63], по-видимому, первый на основании интенсивности дыхания грибов опоеделял сочетания влажности и температуры, представляющие одинаковую опасность для зерна.

Таблица 47. Среднесуточная потеря массы сухого вещества ячменя, пшениць1 и кукурузы в зависимости от температуры и влажности, %

РЗ О.




Влажность, % (иа сырие вещестьо;



* . "я

«В

Вид










сх

о

зерна









§1



18

20

22

24

24—26

26

28

30


ьР









в

ч =











.

2.5

Кукуруза

»

. . .

• • •

0 001

0 0086

...

0,0116

0,0135

0,0166

8%

1 5

. . .

...

С.001 4

С 0135

...

0 0179

0 0217

0. Ъ78

5

1 'иеиица

0,0035

...

С 0086

« • •

...

( 0304

. . .

0.050

76

10

кукуруза

. . ,

о,ил

С.О.а

0,026

• . .

0 0Э6

0 042

0,050

84

'5

Ячмень

. • .

0,009

0,02г


0,035



« • •

45


Пшеница

0,0163

. . .

0 056


...

0,137


0,170

7

0

Ячмень

. . .

0,016

0,04


0,065




15

5

»

• . .

0,325

Г 055


0,09




45

30

»

...

0,03

0,07Г


0,12



...

4,

3

Пшеница

0,0583

. . .

0,13


...

0,321"


0,335

Зо

Ячмень

• • •

0,37

с оэ!


0,15




45

Аналогичные определения в дальнейшем проводили многие исследователи. Стил и Саул [84J определили допустимую продолжительность хранения зерна кукурузы (без стержней) как время, необходимое для использования грибами 0,5% сухого вещества зерна, и показали, что период, в течение которого можно проводить сушку, значительно увеличивается при понижении температуры. Стил и др. [85] количественно установили влияние времени, температуры, влажности и механического повреждения на интенсивность выделения углекислого газа грибами на кукурузе.

Большинство работ проведено по дыханию плесневелого зерна при температурах выше 10° С, потому что при более низких температурах газообмен незначителен. При низких температурах иногда легче оценить потерю сухого вещества вследствие медленного повышения влажности. На рисунке 79 показаны увеличение влажности и средняя потеря сухого вещества охлажденной пшеницы и ячменя на протяжении более б'/г месяцев при быстром снижении температуры от 17 до 5° С. Среднесуточное выделение тепла показано в зависимости от среднего повышения температуры охлажденного зерна при влажности более 18%. Как следует из рисунка 79, стоимость энергии на охлаждение возрастает при хранении зерна с влажностью выше 18% и резко увеличивается при влажности выше 22%, потому что требуется повторное охлаждение, иначе возможно самосогревание влажного зерна.

В. Клещи

Хлебные клещи повреждают зерно при высокой влажности и сравнительно высокой температуре, но быстро погибают при температуре выше 30° С или низкой влажности. Каннингтон [24] показал, что благоприятная температура для полного развития мучного клеща (Асагия го) колеблется от 3 до 31° С; этот клещ может размножаться при относительной влажности воздуха 62,5% (влажность зерна 13—14%), если температура незначительно отклоняется от пределов 10—20° С. Дальнейшие исследования (Каннингтон, личное сообщение) показали, что клещи размножаются медленно при температуре 5° С и и влажности выше 15% и очень быстро при температуре 25° С и влажности около 20% (более чем семикратное увеличение популяции за неделю).

Хлебные клещи часто обладают устойчивостью к низким температурам, которая может возрастать, если они подвергаются воздействию умеренно низких температур. Сина [80] установил, что после культивирования при температуре 6(±2)°С мучной клещ выживал при температуре —18° С в течение семи суток, тогда как все клещи, выращенные при 21° С, погибли. Клещи и грибы часто обнаруживаются вместе в больших количествах отчасти потому, что они быстро размножаются в одинаковых условиях, а частично потому,

Таблица 48. Изменение влажности, всхожести и зараженности клещами основных видов сырого ячменя в течение шести месяцев. Зерно в силосе № Є сушили нагретым воздухом [16]

Показатели

Номер силоса

1-й

2

3-й

4-й

5-й

6-й

о

В

О

В

О

В 1

сушка

Влажность, %:








начальная

19,2

15,7

17,3

16,7

16,9

18,7

18,1

конечная

18,1

16,3

17,3

17,0

16,7

18,1

13,8

разница

—1,1

+0,6

0,0

+0,3

—0,2

—0,6

-4,4

Число клещей на 1 кг зерна:








начальное

106

117

13

30

3

47

246

конечное

181

2460

538

860

837

257

217

Распределение клещей по видам








в конце опыта:








Glycyphagus

107

1202

413

382

331

65

110

Acarus

44

1240

61

360

439

182

65

Tarsonemids

26

16

62

61

66

4

13

Cheyletus

3

0

1

1

0

5

29

Gamasids

1

2

1

2

1

1

0

Продолжительность работы установ

1007

1267

1007

566

1007

566

357

ки, ч








Стоимость электроэнергии на 1 т,

0,42

0,08

0,42

0,09

0,42

0,09

0,20

фунты стерлингов








О — охлаждение, В — вентилирование.

что некоторые плесени хранения привлекают клещей и служат для них пищей [32, 80].

Сина [80] сообщал, что мучной клещ и обыкновенный волосатый клещ (Glycyphagus destructor) обычно встречаются в зерне (прежде всего в тонком верхнем слое зерна) в степных провинциях Канады, но при колебаниях температуры зимой от 1 до —18° С почти все клещи погибают. Эти же клещи преобладают в зерне, хранящемся на фермах Великобритании (табл. 48). Число клещей в образцах ячменя, охлажденного сразу же после уборки, приведено в таблице 49. Образцы отбирали после двух месяцев хранения с различной глубины по центру силоса вместимостью 100 т. В образцах насчитывалось больше клещей, чем в обычном регулярно охлаждаемом зерне. Число клещей в 1 кг влажного охлажденного зерна редко превышает 1000, даже после хранения в течение восьми месяцев (табл. 48).

Мучной клещ питается преимущественно зародышем, поэтому у хранящегося при высокой влажности зерна может снизиться всхожесть [82]. Снижение всхожести можно предотвратить быстрым охлаждением зерна и поддержанием температуры не выше 5° С, особенно в верхнем слое, где находится больше всего клещей. Охладить зерно наружного слоя до такой температуры затруднительно осенью, когда температура воздуха еще благоприятна для клещей.

Некоторые клещи издавна считаются опасными для здоровья человека и животных. Недавно проведенные исследования показали, что отдельные виды клещей в значительной степени обусловливают респираторную аллергию, вызывают бронхиальную астму и ринит. С респираторными нарушениями не связаны наиболее распространенные виды клещей, но некоторые из обычных хлебных клещей, включая Acarus siro и Glycyphagus destructor, являются носителями потенциальных аллергенов и могут вызывать сильные аллергические реакции у лиц с повышенной чувствительностью [11, 57]. Хлебные клещи могут вызывать

Таблица 49. Число клещей в образцах сырого ячменя через 2 месяца

после охлаждения (вместимость силоса 100 т, образцы отбирали с интервалом в 0,3 и 0,61 м по центру силоса от поверхности к основанию) [20]

Расстояние от поверхности зерна, м

Влажность, %

Приблизительная средняя температура, °С

Число клещей в 1 кг

зерна

Расстояние от поверхности зерна, м

Влажность, %

Приблизительная средняя температура, °С

Число клещей в 1 кг зерна

0,3

19,2

11,4

4310

2,8

19,1

11,7

2380

0,6

20,3

11,4

3440

3,4

20,4

7,3

1780

0,9

19,7

11,4

7300

3,7

19,8

7,3

1860

1,2

20,1

11,4

1360

4,3

19,3

7,3

860

1,5

20,0

11,7

2100

4,9

16,7

4,5

110

1,8

19,4

11,7

4810

5,2

16,7

4,Р

0

2,4

19,0

11,7

2190

5,8

16,6

4,5

80

дерматиты у лиц, часто находящихся в контакте с зараженным зерном [62, 74].

Имеются сообщения о том, что клещи являются причиной желудочно-кишечных и других заболеваний внутренних органов как человека [35, 51, 52, 59, 81], так и животных, хотя сведения о животных до некоторой степени противоречивы. Париш [66] наблюдал отрицательное влияние продолжительного скармливания кроликам сильно зараженных клещами кормов, однако польские исследователи [89—92] не выявили симптомов заболевания в подобных опытах у лошадей, овец и мелких лабораторных животных.

Небольшое число клещей в охлажденном зерне не является существенной экономической, медицинской или ветеринарной проблемой. Тем не менее клещи представляют собой потенциальную опасность, и даже относительно небольшая зараженность является недостатком рассматриваемого способа хранения.

Г. Насекомые-вредители

Барджес и Баррелл [13] показали, что охлаждение зерна до 20° С значительно уменьшает опасность размножения насекомых-вредителей. Если температура зерна не превышает 17° С, в нем не появляются основные виды вредных насекомых. Лишь при очень высокой зараженности возможно повышение температуры зерна. Если период охлаждения растянут, риск поражения возрастает. Условия безопасного хранения зерна показаны на рисунке 77. Путем охлаждения или вентилирования температура зерна в районах умеренного или холодного климата может быть снижена до уровня, при котором исключается сильная зараженность. Охлаждение до 10° и даже 5° С не приводит к гибели всех насекомых.

Различные стадии (взрослые особи, яйца, личинки, куколки) каждого вида обладают разной сопротивляемостью к низким температурам. Некоторые виды имеют стадию диапаузы, благодаря которой они выживают в течение продолжительных периодов при неблагоприятных условиях [83]. Так же как у клещей, изменения окружающих условий могут обусловить изменения устойчивости насекомых к холоду.

Амбарный долгоносик (БИорЫШз grctnarшs) — один из наиболее устойчивых вредителей, он выживает в течение двух месяцев при 0° С [83]. В опытах Баррелла [17] 97% взрослых особей амбарного долгоносика мигрировало из холодной части зерновой массы и только 0,5% оставалось и выживало в течение всего периода хранения. Однако личинки и куколки амбарного долгоносика находятся внутри зерен и не могут мигрировать.

Один из наиболее распространенных вредителей зерна — суринамский мукоед (ОгугаерНйиБ виппатепБЬв) — выживал в течение десяти недель при 5—10° С в сильно зараженном сухом ячмене в силосе вместимостью 100 т [17]. Хотя насекомые не погибали при температуре ниже 10° С, температура зерна повышалась незначительно, потому что насекомые не размножались, а их активность сильно снизилась.

Мафлин [54] считает, что охлаждение риса и других зерновых продуктов для уничтожения насекомых-вредителей дешевле фумигации и вместе с тем не возникает проблема остатков химикатов в продуктах. Мафлин рекомендует выдерживать продукты в течение 1—24 ч при температуре —20° С для уничтожения большинства вредителей, а для полного уничтожения вредителей предлагает температуру —30° С. В некоторых районах можно использовать низкие зимние температуры для уничтожения насекомых [71]. В районах умеренного или теплого климата упомянутые низкие температуры можно получить только с помощью холодильной камеры после пропуска зерна через поток воздуха, охлажденного до температуры от —35 до —40° С.

Сазерленд и др. [88] использовали охлажденный воздух для охлаждения пшеницы в Квинсленде (Австралия), где температура окружающего воздуха слишком высока для успешной борьбы с насекомыми путем вентилирования. Исследования проводились в бетонных силосах вместимостью 1000 т (диаметр 6,5 м, высота 26 м). Зерно охлаждали до температуры 18° С, считающейся безопасной для хранения, а определяли ее с помощью датчика, установленного в верхней части силоса. Температура более чем 85% зерновой массы опустилась до 18° С и ниже в течение двух месяцев, но теплопроводность бетонных стен препятствовала охлаждению наружного слоя зерна толщиной почти 1 м в течение примерно шести месяцев, где число насекомых превышало допустимый предел. Сазерленд и др. [88] пришли к выводу, что затраты энергии можно снизить путем применения теплоизоляции. По-видимому, теплоизоляция даст экономический эффект только в подземных хранилищах.

Д. Всхожесть

Данные о влиянии хранения при температурах ниже нуля на всхожесть семян зерновых культур ограничены и отрывочны, но некоторые сведения могут быть получены путем экстраполяции данных, содержащихся в работах нескольких авторов. Например, Роберте [73] показал, что между температурой, влажностью и периодом сохранения жизнеспособности существует связь, которая выражается формулой:

кр = — Схт — с2т — С4,

где р — период сохранения 50% жизнеспособности; /(«=4,222; С\ = =0,108; С2=0,050; т— влажность, % (на сырое вещество) и t — температура. Роберте показал также, что можно прогнозировать сроки снижения жизнеспособности. Согласно Робертсу, уравнение применимо для пшеницы, овса и ячменя.

Линко [50] построил номограмму для расчета продолжительности хранения пшеницы в широком диапазоне условий. Из рисунка 80 видно, что при низких температурах увеличивается срок хранения зерна с высокой влажностью, 50%-пая всхожесть принята в качестве базисного показателя при сравнении. Этот показатель неточен и непригоден для пивоваренного ячменя. Крейгер [47] указывает, что ячмень непригоден для солодоращения, если его энергия прорастания ниже 95% (рис. 81). Янсен [39] считает, что энергия прорастания должна составлять 97,5%. Бьюэр [9] утверждает, что любое измеряемое снижение всхожести отрицательно сказывается на солодоращении

Для пшеницы, предназначенной для помола, приемлемо снижение всхожести до 70%, если число плесневых грибов не превышает 32 тыс. на 1 г, не ухудшены органолептические качества и нет существенных физических или химических изменений [33]. Следовательно, условия, указанные разными авторами, существенно различаются в зависимости от методов исследования. Исходное состояние различных партий зерна неодинаково, погодные условия перед уборкой, как показали Поллок [70], Веллингтон [93], Штранд [86], Шандс и др. [77], существенно влияют на вдхожесть и тем самым на потенциальную возможность хранения зерна. Поэтому различные партии зерна ведут себя по-разному при одних и тех же условиях хранения, и с точки зрения сохранения высокой всхожести сушка имеет преимущества перед хранением в охлажденном состоянии.

Агена [1] определял влияние на всхожесть зерна температуры в диапазоне от +6° до —24° С и влажности от 20 до 26%. Он установил, что температуры ниже —6° С вызывали снижение всхожести пшеницы, ржи и ячменя. Степень снижения всхожести возрастала с увеличением влажности и падением температуры. Аналогичные исследования с сорго проводили Роббинс и Портер [72] и Карлсон и Аткинс [21]. Они не выявили снижения всхожести семян с низкой влажностью. Бар-тон [7], Сандстол [87], Гудселл и др. [31], Хьюстон и др. [36] и Бран-сон [12] установили, что по сравнению с влажным зерном более сухое зерно меньше повреждалось при низких температурах.

В настоящее время хорошо известно, что состояние покоя у некоторых зерновых, прежде всего у некоторых сортов ячменя, сохраняется длительный период. Для нарушения покоя зерно надо тщательно высушить и затем выдержать 2—3 недели при 20—30° С [26, 27, 69]. Хранение влажного зерна в охлажденном состоянии удлиняет естественное состояние покоя [76], а также обусловливает вторичный покой или влагочувствительность, и ячмень не прорастает после замачивания в воде в процессе солодоращения. Блам и Джильберт [10] считают это результатом микробиологических процессов и выделения ингибиторов грибами. Исследователи установили, что влагочувствительность можно

снять поверхностной стерилизацией такими фунгицидами, как растворы гипохлоритов или хлорида ртути.

Обнаружено, что салициловая кислота, вырабатываемая Pénicillium viridicyclopium на зерне, фитотоксична и ингибирует ферменты прорастаний [68]. Это ингиби-рование можно устранить обработкой различными химическими веще ствами, что, однако, неэкономично при производственном солодораще-нии. Чтобы избежать проблем, связанных с покоем 3ep:ia, которое используют в пивоваознии или для посеиа, зерно не следует хранить во влажном и охлажденном состоянии.

III. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Наряду с описанными биологическими факторами в процессе охлаждения важную роль играют некоторые физические свойства зерна.

А, Равновесие между влсгкностью 2ирнэ и относительном злажностыо воздуха

О важной роли равновесия между влажностью зерна и относительной влажностью воздуха, окружающего зерно, подробно говорилось в главе 1. Здесь достаточно сказать, что если зерно находится на открытом воздухе, то воздух отдает влагу зерну или зерно ьыделяет влагу в воздух до тех пор, пока не будет достигнуто состояние равновесия, регулируемое давлением паров воды в воздухе и давлением паров влаги, выделяемой зерном. Однако равновесие может смещаться при любом изменении температуры. У зерна любой данной влажности относительная влажность воздуха межзерновых пространств незначительно уменьшается пои понижении температуры (см. гл. 1). Жизнедеятельность и рост клещей и плесневых грибов замедляются как при низкой температуре, так и при низкой относительной влажности, поэтому соответствующее уменьшение равновесной влажности снижает активность упомянутых организмов.

Если холодный воздух с высокой относительной влажностью проходит через зерно с низкой равновесной относительной влажностью, то влажность зерна возрастает, а температуоы двух сред стано^я гея одинаковыми Поэтому ьажно, чтобы воздух, выходящий из холодильной машины, подсушивал охлажденное зерно. Для этего надо нагревать воздух, прошедший через змеечик испарителя холодильной машины. При подаче в зерновую массу неподегретого воздуха возможно заметное повышение влажности зерна вблизи воздуховода [20]. Охлажденный воздух может быть поьторно нагрет отработанным теплом конденсатооа или путем использования холодильной машины в качестве теплового насоса. Для нагрева воздуха иногда достаточно тепла, выделяемого вентилятором.

Б. Механика охлаждения

Основные принципы процесса охлаждения, используемые в большинстве холодильных машин для зерна, могут представлять интерес для некоторых читателей. Типичная холодильная машина имеет компрессор, в цилиндре которого поршень обычно совершает возвратно-поступательное движение Поршень сжимает хладагент (рабочее вещество), вызывая ею нагрев. Горячий сжатый газ через клапан под давлением поступает в медный змеевик, называемый конденсатором. Для быстрого охлаждения воздухом или водой конденсатор имеет металлические ребра.

В районах холодного климата предпочтение отдают воздушному охлаждению конденсатора, потому что при замерзании воды агрегат выходит из строя.

Внутри конденсатора скрытая теплота конденсации сжатого газа удаляется охлаждающей средой, а пар конденсируется в жидкость, поступающую в ресивер. Жидкий хладагент, находящийся еще под давлением сжатых газов, затем нагнетается по трубам небольшого диаметра через регулирующий вентиль и распыляется в длинном и широком змеевике испарителя на всасывающей стороне компрессора. В испарителе капли жидкого хладагента поглощают тепло из змеевика, закипают и снова превращаются в газ. Скрытая теплота, необходимая для процесса кипения, отводится из воздуха, проходящего над змеевиком испарителя. Охлажденный воздух после незначительного нагрева до требуемого уровня относительной влажности направляют в зерно.

Влага из проходящего над испарителем охлажденного воздуха конденсируется в виде воды или инея, если температура воздуха близка к температуре замерзания. По мере образования на испарителе слоя инея охлаждающая способность змеевика снижается, потому что иней хуже, чем металл, проводит тепло. К тому же излишний неконтролируемый слой инея может в конце концов препятствовать прохождению охлажденного воздуха.

Если требуются низкие температуры, для удаления льда применяют автоматическую систему с реверсивным циклом оттаивания. В результате уменьшается время, используемое для охлаждения, и возрастают эксплуатационные и капитальные затраты. Однако если холодильная машина работает как охладитель и как тепловой насос, то система с реверсивным циклом является неотъемлемой частью машины. Чтобы избежать затрат на установку систем оттаивания, работа машин, поставляемых на многие фермы Европы, регулируется с помощью термостатов; компрессоры отключаются при температуре воздуха ниже 4,4° С, и таким образом предотвращается образование инея или льда.

Конденсируемая вода, естественно, должна отводиться из холодильной машины. Для поддержания желаемой температуры холодильные машины устанавливают в хорошо изолированных камерах с рециркуляцией воздуха. Однако рециркуляция и теплоизоляция часто не дают должного эффекта, если силос для зерна не сооружен по специальному проекту. Много энергии теряется на отвод тепла, проникающего через воздуховоды и стенки, а также на отвод скрытого тепла парообразования за счет влаги зерна.

В. Охлаждение зерна

Количество тепла, которое необходимо удалить из зерновой массы, зависит от требуемого снижения температуры и влажности зерна. Дисней [25] показал, что теплосодержание, или удельная теплоемкость, зерна с влажностью 23% примерно на 16% выше, чем теплосодержание зерна с влажностью 15% (рис. 84). Кроме этого, выделение метаболического тепла при низких температурах существенно, если зерно содержит 23% воды, и незначительно при влажности 15%- Влияние этих двух факторов при охлаждении компенсируется в значительной степени потерей влаги сырым зерном, что приводит к охлаждению за счет испарения. Возможен и обратный процесс, когда температура зерна повышается в результате освобождения скрытого тепла из увлажняемого зерна проходящим через него воздухом.

Количество тепла (Я), которое необходимо удалить из данной массы зерна, можно рассчитать по формуле:

Н — — С,

где т — масса зерна, ?(| — исходная температура, — температура зерна после охлаждения и С —- удельная теплоемкость.

Например, если 1 т пшеницы с влажностью 23% (С=0,5 кал/гС) охлаждают с 20 до 5° С в течение суток, то требуется удалить //=1000 (20—5)--0,5=7500 ккал тепла. К этому количеству тепла необходимо добавить среднюю теплопродукцию дыхания 1 т зерна с влажностью 23% при снижении

температуры от 20 до 5° С. Она может быть приблизительно рассчитана по средней потере массы сухого вещества зерна в сутки при влажности 23%, т. е. примерно 0,03% (см. табл. 47), что эквивалентно приблизительно 1100 ккал/сут. Таким образом, общее количество тепла составляет 8600 ккал. При наличии системы рециркуляции можно с помощью таблицы 50 рассчитать приток тепла через стенки силоса или воздуховоды.

Влияние охлаждения вследствие испарения можно продемонстрировать на двух силосах, содержащих одинаковое количество пшеницы при температуре 20° С; в одном силосе влажность зерна 23%, в другом — 15%. Если одновременно в оба силоса нагнетать одинаковое количество воздуха с температурой 5° С и относительной влажностью 70% (энтальпия 1 3,4 ккал/кг воздуха), то воздух, выходящий из сухой зерновой массы при температуре около 18° С и относительной влажности 73%, будет характеризоваться энтальпией около 10 ккал/кг; воздух же, выходящий из сырой зерновой массы при температуре 18° С и относительной влажности 95%, будет иметь энтальпию 11,7 ккал/кг. С выходящим из сырой зерновой массы воздухом будет удаляться на 25% тепла больше, чем с воздухом, выходящим из сухого зерна, что в значительной степени уменьшает дополнительную тепловую нагрузку, характерную для сырого зерна вследствие дыхания и более высокой удельной теплоемкости.

На основании данных рассмотренного примера и с помощью психрометрической диаграммы (см. табл. 51) можно рассчитать, что каждый килограмм охлажденного воздуха извлекает из сырого зерна 8,4 г влаги, тогда как зерновая масса остается теплой. Однако во время охлаждения температура воздуха, выходящего из зерна, снижается. Когда зерно охладится до 7° С, то же самое количество воздуха будет удалять только 2,1 г влаги. Поэтому после полного продвижения фронта охлаждения через силос с зерном сушка происходит очень медленно.

Расчет тепловой нагрузки для зерна представляет больше теоретический, чем практический интерес, потому что зерно не охлаждается непосредственно холодильной машиной; охлаждение осуществляется косвенным путем — воздух, проходящий через машину, поступает в зерно. Поэтому нагрузка на холодильную машину определяется окружающими условиями, а не температурой зерна и влажностью. В большинстве европейских установок охлаждение зерна происходит в два этапа. Сначала холодильная машина используется для понижения температуры воздуха, а затем зерно вентилируется этим воздухом. Может потребоваться до 1400 м3 воздуха для охлаждения 1 т зерна до температуры, близкой к температуре нагнетаемого воздуха.

Если в качестве примера взять максимальную тепловую нагрузку, характерную для теплой сырой погоды, то с помощью психрометрической диаграммы нетрудно установить, что 20 тыс. ккал может быть извлечено из 1400 м3 воздуха для удаления только 8600 ккал тепла из одной тонны зерна. Однако в холодную погоду воздух может быть таким холодным, что не нужно понижать его температуру. Для охлаждения достаточно одного вентилятора. Поэтому имеются огромные колебания В энергии, необходимой для охлаждения 1 т зерна в разную погоду. Несомненно, колебания тепловой нагрузки могут привести к большим колебаниям температуры охлажденного воздуха и зерна. Обычно большие колебания устраняют с помощью термостатически управляемого клапана, который регулирует количество проходящего воздуха, обеспечивая устойчивую температуру воздушного потока.

Г. Изоляция

Если зерно хранится при температуре, отличающейся от температуры окружающего воздуха, то происходит теплообмен. Обычно температура охлажденного зерна ниже средней температуры окружающего воздуха, поэтому возможно повышение температуры зерна. Зерно обладает относительно низкой теплопроводностью. Теплопроводность зерна почти в 3 раза больше теплопроводности пробки и в б—9 раз меньше бетона (табл.50).

Таблица 50. А. Удельная теплопроводность зерна различных культур

Культура

Влажность, % (на сырое вещество)

Удельная теплопроводность, гкал/(ссм-°С)

Литературный источник

Пшеница

11,7

0,00036

65

»

17,8

0,00039

65

»

. . .

0,00036

5

Кукуруза желтозерная

13,2

0,00042

65

Овес

12,5

0,00031

65

»

9,0

0,000153

43

»

27,7

0,00022

43

»

. . ;

0,000153

6

Б. Удельная теплопроводность строительных и изоляционных материалов*

Материал

Плотность, кгя

Удельная теплопроводность, гкал/(ссм°С)

Капок между бумагой

16,02—32,04

0,000082

Ворсовый фетр

176,20

0,000089

Стекловолокно

64,0

0,0001

Дробленая пробка

129,75

0,000107

Опилки

192,22

0,000141

Шлакобетон

0,00069—0,00103

Бетон

0,00206—0,0031

Штукатурка

0,00069—0,00172

Кирпич

0,00103—0,00206

Стекло

0,00172—0,00206

Сухая почва

0,00033

* Bureau of Standards letter circular, № 227.

Скорость поступления тепла в зерновую массу можно рассчитать по формуле, примененной Оксли [65] и Казаряном и Халлом [43]. Однако необходимые для расчета данные (средняя температура окружающего воздуха, средняя температура зерновой массы, теплопроводность, удельная теплоемкость и объемная плотность) очень колеблются, поэтому расчет сложен. В любом случае путем частого охлаждения предотвращают распространение тепловых волн в глубь зерновой массы. При хранении сырого зерна (влажность от 18 до 20%) температура массы возрастает скорее вследствие жизнедеятельности грибов, чем в результате поступления тепла. Поэтому целесообразнее использовать известные данные о количестве тепла, поступающего в зерновую массу при наиболее распространенных условиях, а не рассчитывать их.

В металлических силосах без изоляции (см. рис. 82) диаметром 10 м, содержащих 100 т зерна, которые нагреваются солнечными лучами при средней окружающей температуре 18° С (колебания от 10 до 23° С), зерно первоначально охладили до температуре ниже 5° С в течение 6 ч [20]. Температура зерна на расстоянии 25 см от стенки повысилась до 15° С и более через 2 недели. Температура зерна на расстоянии 60 см от стенки превысила 10° С, а на расстоянии 30 см 15° С. Температура зерна на расстоянии 8 см от стенки обычно колебалась в пределах 17—18° С и только под действием прямых солнечных лучей превышала 20° С (рис. 85).

Многие современные изоляционные материалы характеризуются в 2—3 раза меньшей теплопроводностью, чем зерно [22]. Следовательно, слой изоляционного материала толщиной 5 см на наружной поверхности металлического силоса может уменьшить глубину распространения указанных выше перепадов температур до 10—15 см.

В бетонном силосе вместимостью 1000 т и высотой 26 м основная масса зерна охлаждалась с 33 до 15° С в течение 17 суток, но из-за притока тепла наружный слой толщиной 1 м в верхней части силоса не охлаждался должным образом в течение шести месяцев для уничтожения насекомых [88]. В обоих описанных выше хранилищах изоляция, по-видимому, экономически себя не оправдывает. Шоув [78] описывает охлаждение зерна под специально изготовленными сводами с теплоизоляцией. Изоляция целесообразна в зернохранилищах с искусственным охлаждением, так как при одинаковом расходе энергии позволяет сильнее снизить температуру зерна. Кроме того, одинаковая температура может быть достигнута при работе машины меньшей мощности или при более низком расходе энергии.

После охлаждения зерна до требуемой температуры прирост тепла уменьшится и охлаждение будет требоваться реже. Однако в Европе обычно холодильную машину перемещают вдоль ряда силосов или вдоль группы воздуховодов, расположенных на полу хранилища. Если машина не возвращается к тому же силосу в течение недели или более, то даже при наличии изоляции в теплую погоду нельзя предотвратить нагрев по периметру силоса. Подземные хранилища отличаются преимуществом ограниченной передачи тепла, потому что земля обладает теплоизоляционными свойствами, но, насколько известно, охлаждение зерна в таких хранилищах не проводится.

МЕТОДЫ

Существует четыре основных метода использования холодильного оборудования для хранения и сушки зерна: а) сушка зерна при высокой температуре с использованием холодильной машины только в качестве источника тепла (теплового насоса); б) обезвоживание холодом ((ЗеЬу(1-го1п£1с1а1юп), или сушка при низкой температуре; в) только охлаждение (снижение температуры зерна без эффекта сушки); г) использование кондиционированного воздуха для поддержания влажности и температуры на требуемом уровне.

А. Сушка при высокой температуре

Работа теплового насоса основана на том же принципе, что и холодильной машины. Иногда его считают охладителем, работающим в обратном направлении, но это неточно. Холодильная машина теплового насоса действует так же, как и при охлаждении, но используется не холодный, а теплый воздух. При некоторых обстоятельствах можно применять холодильную машину одновременно для охлаждения зерна в одном силосе и для сушки зерна с помощью выделяемого из отработанного воздуха тепла в рядом расположенном силосе [23]. Для этого дополнительно требуется более мощный вентилятор конденсатора и дополнительные воздуховоды для подачи теплого воздуха во влажное зерно.

Основное преимущество использования теплового насоса в качестве источника энергии заключается в высоком коэффициенте полезного действия. Например, при потреблении 1 кВт-ч электроэнергии электронагреватель дает 860 ккал. Такое же количество электроэнергии, потребляемое электродвигателем холодильной машины, позволяет получить свыше 3000 ккал от соответствующего источника тепла [29] (воздух, река или озеро) и направить тепло туда, где оно необходимо. Подробности истории и разработки принципов теплового насоса, или реверсивной тепловой машины, предложенных Карно в 1824 г. и усовершенствованных Кельвином в 1852 г., описаны в учебнике Джордана и Пристера [41].

Холодильная машина более эффективно повышает температуру воздуха, чем охлаждает такое же количество воздуха, потому что скрытую теплоту конденсации воды или льда можно использовать для нагрева наряду с теплом, выделяемым вентиляторами и электродвигателями. Если требуется высокая температура, любое дополнительное тепло полезно. При охлаждении же тепло, выделяемое вентиляторами и электродвигателями, может играть отрицательную роль (рис. 86 и 87). По-

этому необходимо тщательно следить за холодильной машиной, спроектированной для охлаждения зерна, но работающей в качестве теплового насоса, так как повышение температуры воздуха может быть чрезмерным (рис. 87), что обусловит пересушивание зерна вблизи воздуховодов и рост плесневых грибов в верхнем слое зерновой массы [53]. Следовательно, в холодильных машинах, предназначенных для охлаждения и сушки зерна, требуется изменение подачи воздуха в широких пределах.

Важную роль играет правильный выбор вентилятора, чтобы не допустить при охлаждении путем низких подач воздуха избыточного повышения его температуры за счет тепла, выделяемого вентилятором. Иногда возникает необходимость при охлаждении применять вентилятор небольшой мощности и заменять его вентилятором большой мощности при использовании установки для сушки тепловым насосом.

Тепловые насосы в качестве источников тепла используют часто. Однако стоимость электроэнергии в некоторых странах Европы высока, и к тому же холодильная машина имеет сравнительно высокую первоначальную стоимость, так что преимущества получения дешевого тепла оказываются ничтожными. Сравнительные эксплуатационные расходы на сушку тепловым насосом, хранение при охлаждении и вентилировании в зависимости от выбранных параметров воздуха приведены в таблице 48 (стр. 383).

Фликке и др. [29] установили, что на удаление 2,72 кг влаги в час требуется холодопроизводительность порядка 2520 ккал/ч и что сушка осуществляется более эффективно при высоких температурах и больших подачах воздуха. Но они рекомендовали подачу воздуха 9 м3/мин на каждые 2520 ккал/ч холодопроизводительности. Фликке и др. также показали, что чем выше скорость воздуха через слой зерна, тем меньше отличаются параметры воздуха, выходящего из зерна, от параметров входящего воздуха.

Сушка тепловым насосом отличается от обезвоживания холодом, потому что тепловой насос представляет собой холодильную машину, в которой все тепло используется для нагрева, тогда как при обезвоживании холодом тепло используется лишь частично.

Б. Обезвоживание холодом

Обезвоживание холодом означает снижение влажности зерна при низкой температуре для предотвращения или ограничения роста плесневых грибов в таком, например, очень влажном продукте, как свеже-убранная кукуруза [78]. Важную роль играет снижение расхода энергии и капитальных затрат по сравнению с соответствующими показателями при быстрой сушке путем увеличения продолжительности сушки. Стил и Саул [84] показали, что продолжительность хранения обмолоченной кукурузы с влажностью 26% и температурой 20° С может быть увеличена с 5 до 30 суток, если ее охладить до 5° С. Однако, как отмечалось ранее, объем воздуха, необходимый для удаления данного количества влаги, значительно возрастает по мере снижения температуры зерна и невозможно избежать большого уменьшения скорости сушки после охлаждения зерна до желаемой температуры.

Относительную влажность охлажденного воздуха легко снизить, но это может привести к пересушиванию нижних слоев зерна, тогда как влажность зерна на некотором расстоянии места впуска воздуха существенно не изменится. Сушка при низкой температуре уступает по эффективности сушке при высокой температуре, но потребление энергии снижается, стоимость оборудования может быть ниже, а окончательное состояние сухого зерна лучше.

Ограничения низкотемпературной сушки видны из сравнения влаго-содержания холодного и теплого воздуха (табл. 51). Сушка при 30° С

Таблица 51. Влагосодержание воздуха, г воды на 1 кг воздуха

Температура

Относительная влажность, %

сухого термометра, °С

50

60

70

80

90

100

0 5 10 15

20 25 30

1,9

2.7

3.8 5,4 7,3

9.9 13,3

2.3 3,2 4,6

6.4 8,8 11,9 16,1

2.7

3.8 5-4 ' ,5

10,2 13,9 18,9

3.1

4,3

6.2 8,6 11,7 16,0 21,6

3,4

4.8

6.9 9,6

13,2 18,0 24,4

3,8 5,4 7,6 10,7 14,7 20,1 27,4

позволяет удалить влагу в 5 раз быстрее, чем сушка при 5° С, но при высокой температуре обычно сушат зерно, засыпанное слоем небольшой высоты, или в сушилках непрерывного действия.

В. Охлаждение

Во Франции Леро [49] предложил хранить с помощью системы охлаждения зерно с влажностью 18—20% и сушить его медленно до 16—18%. В первом французском патенте, выданном в 1953 г. [30], предлагается использовать холодный змеевик испарителя в верхней части силоса над зерном. Теплый воздух из зерновой массы путем конвекции приходит в контакт с холодным змеевиком, его влагосодержание уменьшается (табл. 51), а избыток влаги конденсируется на змеевике, и вода стекает. Холодный, более сухой воздух затем движется в глубь зерновой массы также путем конвекции.

Имеется сообщение, что сушка зерна с влажностью 17,5% до содержания влаги 14,5%) в силосе вместимостью 40 т продолжалась 2 месяца, причем окончательная температура в верхней части силоса была 7° С, а к центру повышалась до 14,5° С. Патент [30] с описанием принудительной циркуляции воздуха был выдан позднее, в котором предлагалось сушить зерно при низкой температуре или с помощью теплового насоса при высокой температуре.

? Основная цель охлаждения зерна в Европе в настоящее время заключается в снижении температуры зерна и хранении его при более высокой влажности, чем ранее считалась безопасной. Последние наблюдения во Франции и Бельгии, где начиная с 1950 г. применяются сотни холодильных машин, показывают, что поступающее на хранение зерно с влажностью до 17% часто охлаждают и не сушат; более влажное зерно перед охлаждением обычно сушат до влажности ниже 17%. В теплых районах Франции и Бельгии достаточно охлаждать зерно до 16— 12° С для хранения его с влажностью до 16—17%.

Г "Холодный воздух из холодильной машины для снижения его относительной влажности до 70—80% нагревают с помощью вторичного испарителя, пополнительного источника тепла или только тепла вентилятора. Затем воздух подают в нижний слой зерна в силосе или складе по перфорированным трубам, установленным на значительном расстоянии друг от друга.^Зерно нижнего слоя охлаждается в первую очередь. Далее в вертикальном направлении зерно не охлаждается (рис. 88). /

При охлаждении зерно полностью не теряет тепло, и тепло из теплого слоя перемещается в вышележащий слой, вызывая повышение его температуры [20]. Сообщения о кажущемся самосогревании зерна в начале охлаждения объясняют именно перемещением тепла. Кривые, представленные на рисунке 89, показывают, что пять из восьми термопар начали сразу же нагреваться, а три стали тотчас охлаждаться. По-видимому, быстрое повышение температуры обусловливалось переносом тепла вверх из расположенных ниже более теплых слоев зерна. Зоны же, которые сразу же охлаждались, находились выше первоначальных холодных участков.

Если в силос засыпано свежеубранное и влажное зерно, то отсасываемый (особенно ночью) из верхней части силоса воздух обычно характеризуется более высоким теплосодержанием, чем наружный воздух. Из рисунка 89 видно, что в силосе высотой 10 м зерно верхних слоев (термопары 7, 21 и 14) имело почти в течение половины периода охлаждения более высокую температуру, чем температура окружающего воздуха. Расчеты, основанные на температуре и влажности выходящего из зерна воздуха, показали, что его энтальпия превышает энтальпию окружающего воздуха в течение 90% периода охлаждения. При этих условиях и к тому же в высоких силосах потребность в рециркуляции, которая обходится дорого, ограничена.

Однако в невысоких силосах рециркуляция более эффективна, особенно при использовании фермских, обычно маломощных холодильных машин, которые не могут обеспечить низкую температуру в первый период охлаждения. Поэтому выходящий из зерна воздух выбрасывают до тех пор, пока его энтальпия не будет ниже энтальпии свежего воздуха. Зерно может быть затем быстро охлаждено до низких температур путем подсоединения рециркуляционных воздуховодов.

Однако на фермах Великобритании вместо рециркуляции часто проводят поэтапное охлаждение. На ферме холодильная машина обычно имеет мощность, достаточную для охлаждения поступающего ежедневно зерна. Если холодильную машину не перемещают к каждому силосу по мере его заполнения, то зерно в силосе, который заполняют последним, не охлаждается в течение нескольких дней или недель, и влажное зерно может нагреваться. Поэтому часто начинают охлаждение при высокой подаче воздуха и температуре лишь на несколько градусов ниже температуры окружающего воздуха, чтобы холодный фронт полностью прошел через каждый силос на следующий день после уборки.

В последующие дни проводят более продолжительное охлаждение при низкой подаче воздуха и, следовательно, в большей степени снижают температуру (см. рис. 83). Поэтому рециркуляция редко применяется на фермах Великобритании, но она более характерна для кооперативов Франции и Бельгии. С целью снижения затрат охлаждение надо осуществлять поэтапно [42].

Подача воздуха обычно зависит от общего количества зерна, которое надо охлаждать, и продолжительности периода уборки. Жуэн [42]

считает, что для охлаждения 1 м3 зерна требуется 600 м3 воздуха [42]. Согласно данным других исследователей [об, 58], необходим больший объем воздуха (720 -725 м3). В зависимости от влажности и выравненное™ воздушного потока для охлаждения зерьа в высоких силосах требуется 75и—1250 м3 воздуха на 1 м3 зерна. Однако выравненность поля ■скоростей воздушного потока ухудшается вследствие уплотнения зерна и (копления пыли [20]. Поэтому есть основание предположить, что может потребоваться до И(Х) м3 воздуха на охлаждение 1 т зерна.

Мак-Кюн и др. [58] показали, что при подаче воздуха 0,1 м3/мин на 1 м3 зерна возможно его охлаждение с 35 до 10° С за 125 ч при циркуляции воздуха с температурой 7°С. ИЬув [79] рекомендует подават 0,4 м3/мин на 1 м3 зерна для охлаждения его в течение 24 ч. Манди [60] считает, что мощность холодильных машин должна соответствовать количеству зерна, охлаждаемого за сутки, т. е. должна составлять 1 кВт в сутки приблизительно на 10,8 т зерна. Согласно Манди, температура нагнетаемого в зерно воздуха должна быть по крайней мере на 3° С ниже требуемой конечной температуры зерна.

Г. Кондиционирование

Мак-Кюн и др. [58] использовали кондиционированный воздух для поддержания влажности зерна на желаемом уровне. Они считают, что пересушивание, наблюдаемое при вентилирозании зерна свежим возд}т-\ом, можно устранить охлаждением. Опыты были успешными, но эксплуатационные расходы на работу холодильной машины в течение 1000—7000 ч оказались высокими.

Д. Создуховоды

Вследствие большого числа переменных параметров невозможно дать однозначные рекомендации по расположению воздуховодов в охлаждаемом зерне. Основными переменными параметрами явлгются количество и высота слоя зерна, его влажность, требуемая конечная температура, будущее использование и продолжительность хранения зерна, способ сушки или хранения (обезвоживанием или теплым возду-хо_м от теплового насоса, хранение без изменения влажности зерна).

Однако имеется и ряд твердых положений. Так, во всех системах, где воздух нагнетается в зерно, размеры воздуховодов и их расположение зависят в основном от выбранной чодлчи воздуха. При очень большой подаче воздуха требуется полностью перфорированное днище или воздуховоды должны быть расположены близко друг к другу. Шоув [78] описал купол, специально сооруженный для обезвоживания холодом, с встроенной изоляцией, с воздуховодами, проложенными в пористой породе. Такая конструкция соответствовала перфорированному днищу и обеспечивала равномерное распределение воздуха.

В опытах в Великобритании для поддержания низких температур зерна с влажностью до 19% была достаточна подача воздуха 0,1— 0,3 м3/мин на 1 т [16]. При такой подаче воздуховоды могут быть размещены с большими интервалами. В общем, охлаждение зерна редко практикуется в Европе при влажности значительно выше 18%). а сушка проводится в ограниченном масштабе. При напольном хранении влажного зерна высота насыпи не превышает 3—4 м. Для силосов характерны большая высота насыпи и более равномерное распределение воздуха. В складах расстояние между воздуховодами редко превышает высоту насыпи, но, если требуется сушка, воздуховоды должны быть расположены с небольшими интервалами, чтобы не было зон медленной сушки и не происходило самосогревание зерна в этих зонах в периоды между циклами охлаждения.

Размеры воздуховодов рассчитывают так же, как и для систем вентилирования, исходя из выбранной подачи воздуха. Воздуховоды должны иметь достаточную площадь поперечного сечения, чтобы скорость воздуха в длинных воздуховодах не превышала 10 м/с, хотя для коротких воздуховодов характерны высокие скорости. Площадь поверхности перфорированного воздуховода рассчитывают так, чтобы скорость воздуха, проходящего через зерновую массу вблизи воздуховода, не превышала 0,15 м/с, иначе возникает большое сопротивление воздушному потоку. Воздуховоды могут быть изготовлены из любых материалов, но чем больше свободная площадь, тем лучше.

Е. Затраты

Как уже говорилось, стоимость энергии для охлаждения зерновой массы с 20 до 5° С невелика. В течение зимы требуется незначительное дополнительное охлаждение для поддержания низких температур и предотвращения видимого роста плесневых грибов в зерне с влажностью ниже 20%. Однако во влажном невентилируемом зерне может появиться плесневый запах. Чтобы его не было, зерно нужно часто вентилировать. Продолжительность охлаждения, необходимая для предотвращения затхлого запаха, колеблется от 500 до 2000 ч за 8-месячный период хранения. Чем выше влажность зерна, тем чаще его надо охлаждать. Если зерно предназначено на корм, затхлый запах не играет роли. Из британского опыта следует, что эксплуатационные расходы на охлаждение кормового зерна низки.

В масштабе фермерского хозяйства (см. табл. 47) стоимость энергии на сушку зерна с 18,1 до 13,8% тепловым насосом составляла только половину стоимости энергии на охлаждение и хранение зерна без появления постороннего привкуса в течение шести месяцев. Однако в вентилируемых силосах, где свежий воздух использовали для охлаждения зерна, затраты на энергию были даже ниже, а состояние зерна в конце хранения мало отличалось от состояния зерна, охлаждаемого в силосах. Опубликованные данные по капитальным и общим ежегодным затратам на охлаждение зерна слишком ограниченны, поэтому невозможно дать точную оценку.

V. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Голландские фермеры редко охлаждают зерно, потому что при низких температурах окружающего воздуха исключается быстрая порча зерна и к тому же большую часть зерна можно высушить воздухом, подогретым только за счет тепла электродвигателя вентилятора. Подобные результаты получены и в других районах с умеренным климатом. Сравнительные температуры в силосах с искусственным охлаждением воздуха и в вентилируемых силосах Великобритании (рис. 90 и 91) показывают, что преимущества охлаждения над вентилированием окружающим воздухом невелики, и это объясняется прохладным климатом.

Крейгер [46] пришел к выводу, что хранение семян при низкой температуре для увеличения срока сушки может иметь преимущества, но исследователь сомневается в реальном значении этой практики, так как охлаждение стоит дорого, а сушка все же требуется. Многие описанные в главе биологические и физические факторы позволяют заключить, что риск, связанный с охлаждением зерна, значителен, польза и выгода сомнительна.

При .обсуждении преимуществ хранения в охлажденном состоянии Жуэн [42] делает вывод, что зерно, как правило, надо сушить до нормальной коммерческой влажности (16% )• Так как большинство фермеров не может сушить зерно сразу после уборки, то, согласно Жуэну, влажное зерно в районах континентального климата следует вентилировать ночью, а в приморских районах охлаждать. Многие лица, использующие системы охлаждения зерна, сообщают о существенной экономии [28].

литература

1. A gen a M. U. 1961. Untersuchungen über Kälteeinwirkungen auf lagernde Getreidefrüchte mit verschiedenem Wassergehalte. Dissertation for D. Agr. Univ, Bonn, 112 p.

2. A n d r e s о n K-, P. G j er t son, В. Trolle. 1967. The microflora of barley and its effect on wort and beer. Brew. Dig. 1967, 76—81.

3. Arnold R. E. 1959. The effect of harvest damage on the germination of barley. /. Agr. Eng. Res., 4, 24—29.

4. Arnold R. E. 1963. Effects of harvest damage on the rate of fall in viability of wheat stored at a range of moisture levels, J. Agr. Eng. Res., 8, 7—16.

5. В a b b і 11 J. D. 1945. The thermal properties of wheat in bulk. Can. J. Res., 23, 388— 401.

6. Bakke A. L., H. Stiles. 1935. Thermal conductivity of stored oats with different moisture content. Plant Physiol., 10, 521—527.

7. Barton L. V. 1960. Life span of frost damaged corn seeds. Contrib. Boyce Thompson Inst. 20, 403—408 [Int. Abstr. Biol Sei., 22, 4021 (1961)].

8. Berry j. A., C. A. M a g о о п. 1934. Growth of micro-organisms at and below 0'°C. Phytopathology, 24, 780—796.

9. В ewer H. E. 1957. Getreidekonservierung mit kalter Nachluft. München Wolfrathau-sen: Berichte Landtechnik Inst. f. Landtechnik, Bonn, No. 47, 53 p.

10. В 1 u m P. H., S. G. G і 1 b e r t. 1957. Mechanism of water sensitivity. Amer. Soc. Brew. Chem. Proc. 1957, p. 22 [7. Inst. Brew., London, 3, 250 (1958)].

11. Brown H. M., J. L. Filer. 1968. Role of mites in allergy to house dust. Brit. Med.

/., 3, 646—647.

12. В run son A. M. 1949. The effect of storage conditions on the longevity of seed corn. Purdue Univ. Exp. Sta. Ann. Rep. 1948—1949, 42.

13. Bürge s H. D., N. J. Burreil. 1964. Cooling bulk grain in the Britsh climate to control storage insects and to improve keeping quality. J. Sei. Food Agr., 15, 32—50.

14. В u r r e 11 N. J. 1969. The chilled storage of grain. Ceres, 5, 15—20.

15. Burr ell N. J. 1969. Mould growth, moisture production and dry weight losses. Pest. Infest. Res. 1968, 24—25.

16. В u r r e 11 N. J. 1969. Damp grain storage by refrigeration and aeration. Pest Infest. Res. 1968, 20—22.

17. Burrell N. J. 1967. Grain cooling studies. II. Effect of aeration on infested grain bulks. J. Stored Prod. Res., 3, 145—154.

18. Burrell N. J. 1965. Refrigeration of damp grain. Farm. & Country 88—90.

19. Burrell N. J. 1966. Refrigerated damp grain storage. Pest. Unfest. Res. 1965, 17—19.

20. В u r r e 11 N. J., H. J. L a u n d о n. 1967. Grain cooling studies. I. Observations during a large-scale refrigeration test on damp grain. J. Stored Prod. Res, 3, 125—144.

21. Carlson G. E., R. E. Atkins. 1960. Effect of freezing temperature on seed viability of sorghum. Agron. J., 52, 329—333.

22. Чистяков Ф. M., 3. 3. Бочарова. 1938. Влияние низких температур на

рост плесеней. М., «Микробиология», 7, 498—514, 838—842.

23. С о о р е г Т. 1965. Combined cooler-drier for grain. Farmer Stock Breed. 79, 84.

24. С u n n і n g t о n A. M. 1965. Physical limits lor complete development of grain mite Acarus siro in relation to its world distribution. J. Appl. Ecol., 2, 295—306.

25. Disney R. W. 1954 The special heat of some cereal grains. Cereal Chem., 31, 229— 239.

26. E s s e г у R. Е., J. R. А. Р о 11 о с к. 1957. Studies in barley and malt. X. Note on the effect of desiccation and of heating on the germinative behaviour of dormant barley. J. Inst. Brew., 63, 221 -222.

27. Essery R. E„ В. H. Kirsoop, J. R. A. P о 11 о с к. 1955. Studies in barley and malt. II. Tests for germination and water sensitivity. J. Inst. Brew., 61, 25—28.

28. Farquharson R. 1965. Chilled grain storage. Agriculture, 72, 579—582.

29. F 1 і к к e A. M., H. А. С ! о u d, A. H u s t г u 1 і d. 1957 Grain drying by heat pump. Agr. Eng. (St. Josept, Mich.), 38, 592—597.

30. France. Centre National de la Recherche Scientifique. 1953. Brit. Pat. 699462;

1958, Brit. Pat 801585.

31. G о о d se 11 S., F. Huey, R. Royce. 1955. Effect of moisture content and temperature on the cold test reaction of Zea mays stored in air, carbon dioxide and nitrogen. Agron. J., 47, 61—64.

32. Griffiths D. A., A. C. Hod son, C. M. С h r і s t e n s e n. 1959. Grain storage fungi associated with mites. I. Econ. Entomol., 52, 514—518.

33. G u і 1 b о t A., J Poisson. 1963. Conditions de stockage et durée de conservation des grains. /. Etud. Conserv. Grains, 15—27.

34. Heidt H., H. В о 11 і n g. 1965. Körnerkühlung, Muhle, 102, 3—11.

35. H і n m a n E. H., R. H. К a m p m e і e r. 1934. Intestinal acariasis due to Tyrogly-phys longior Gervais. Amer. L Trop. Med., 14, 355—363.

36. H о u s t о n D. F., R. E. F e r r e 1, I. R. H u n t e r, E. В. К e s t e r. 1959. Preservation of rough rice by cold storage. Cereal Chem., 36, 103—107.

37. H u m m e 1 В. С. W., L. I. С u e n d e t, C. M. С h r і s t e n s e n, W. F G e d d e s.

1954. Grain storage studies. XII. Comparative changes in respiration, viability, and chemical composition of mold-free and mold-contaminated wheat upon storage. Cereal Chem., 31, 143—150.

38. J a m e t P. 1959. La conservation des orges de brasserie en atmosphère refrigerée. Brassetie, 14, 163—167.

39. J a n s e n J. 1965. Resultaten van enkele bewaarproeven met zaaigranen. Resultaten van zaaizaadonderzboek. I. B. V. I. Wageningen 3, 77—82.

40. J o f f e A. Z. 1962. Biological properties of some toxic fungi isolated from overwintered cereals. Mycopath. Mycol. Appt., 16, 201—221.

41. J o r d a n R. C, G. B. P r i e s t e r. 1957. Refrigeration and air conditioning. Constable & Co., Ltd., London, 555 p.

42. J o u i n C. 1965. Le froid et la conservation des céréales. Bull. Anciens Élèves École Fr. Meun. 205, 9—13.

43. Kazarian E. A., C. W. Hall. 1965. The thermal properties of grain. Trans. Amer. Soc. Agr. Eng., 8, 33—37.

44. Kneen E. 1963. Proc. Irish Malsters Conf. 1963, 51.

45. Kreyger J. 1967. Drogestoffverliezen en verandering van de gebruikswaarde van

tarwe bij geventileerde bewaring. Jaarb. Inst. Bewar. Verwerk. Landb. Prod. I. B. V. L. 1966. 1967, 33—34.

46. Kreyger J. 1963. General considerations concerning the storage of seeds. Proc. Int. Seed Test. 28, 827—836.

47. Kreyger J. 1958. 1959. Recherches sur la conservation des orges de brasserie. Petit. J. Brass., 66, 811—816; 67, 7—10.

48. La grandeur G., J. Poisson. 1968. La microflora du mais: son évolution en fonction des conditions hydriques et thermiques de stockage en atmosphère renouvelée. Ind. Aliment. Agr., 85, 775—788.

49. L e r o y H. 1950. La conservation des grains et le méthode du point froid. Bull. Anciens Élèves Ecole Fr. Meun. 120, 193—196.

50. Linko P. 1960. The biochemistry of grain storage. Cereal Sci. Today, 5, 302—306.

51. MacKenzie J. 1922. Endo-parasitic Acari as a cause of urinary diseases with notes on sereval cases. J. R. A. M. C. 39, 339—347.

52. MacKenzie J. 1923. Acari in specimens of urine. J. R. A. M. C. 41, 157—158.

53. Massie D. R., E. F. 01 ver, G. C. Shove. 1964. Extended time of drying corn with a controlled atmosphere. Trans. Amer. Soc. Agr. Eng., 7, 332—333.

54. Mathlein R. 1968. Artificial cooling of infested goods in Sweden. Rep. Int. Conf. Prot. Stored Prod., Lisbon-Oeiras.

55. Mattei J. N. 1968. Mesures de l'intensité du dégagement de gaz carbonique de divers graines et grains. Ind. Aliment. Agr. 1968, 789—794.

56. Matthies H. J. 1956. Resistance of grains to airflow. Agr. Eng. (St. Joseph,

Mich.), 37, 778.

57. Maunsell K., D. G. Wraith. A. M. C u n n i n g t o n. 1968. Mites and house-dust allergy in bronchial asthma. Lancet I, 1267—1270.

58. McCune W. E„ N. K Person, J. W. S o r e n s o n. 1963. Conditioned air storage of grain. Trans. Amer. Soc. Agr. Eng., 6, 186—189.

59. M e k i e E. C. 1926. Parasitic infection of the urinary tract. Report of a case of infection of the urinary tract by Acari together with an analvsis of previously reported cases. Edinburgh Med. J., 33, 708—719.

60. Munday G. D. 1965. Refrigarated grain storage. J. Proc. Inst. Agr. Eng., 21, 65— 74.

61. Nijweide R. J. 1964. Observations on aeration and drying practices in Europe. Paper. Winter Meeting. Amer. Soc. Agr. Eng. New Orleans. Dec. 8—11.

62. Nixon J. A. 1944. Cheese itch and itchy cargoes in reference to workers compensation. Proc. Roy. Soc. Med. 37, 887—889.

63. Muret H. 1935. Bull. Anciens Élèves École Fr. Meun. 42, 193; 43, 223.

64. Oxley T. A. 1948. The spontaneous heating of stored grain, p. 43—48 in The Scientific Principles of Grain Storage. Northern Publishing Co. Ltd., Liverpool. 103 p

65. Oxley T. A. 1948. The movement of heat and water in stored grain. Trans. Amer. Ass. Cereal Chem., 6, 84—99.

66. Parish W. 1954. Report on the animal health services in Great Britain. H. M. S. O. London, 48—57.

67. P e 1 h a t e J. 1968. Evolution de la mycoflora des blés en cours de conservation. Ind. Aliment. Agr. 85, 769—773.

68. Pionnat J. C. 1966. Étude des alterations fongiques des grains d'orge en cours de conservation. Ann. Epiphyt, 17, 203—214.

69. Pollock J. R. A. 1957. Dormancy in seeds. J. Brew. Guild, 43, 342—356.

70. Pollock J. R. A. 1956. Incidence of dormance in different barleys. Brit. Ind. Res. Found. 62, 331—333.

71. P u 1 k k i L. H. 1966. Pests in flour mills. Milling, 20, 417.

72. Robbins W. A., R. H. Porter. 1946. Germinability of sorghum and soybean seed exposed to low temperatures. /. Amer. Soc. Agron., 38, 905—913.

73. Roberts E. H. 1960. The viability of cereal seed in relation to temperature and moisture. Ann. Bot. (London), 24, 12—31.

74. Rogers G. К. 1943. Grain itch. J. Amer. Med. Ass., 123, 887—889.

75. S a u 1 R. A., J. L. Steele. 1966. Why damaged corn costs more to dry. Amer. Soc. Agr. Eng. (St. Joseph, Mich.), 47, 326—329, 337.

76. Scholz В. 1962. Atmungsverluste bei Weizen in Abhängigkeit von Temperatur, Lagerzeit und Wassergehalt. Landtech. Forschung, 212, 48—52.

77. Schuster K-, О. M. Jung. 1961. Variable malting properties of brewing barley with special reference to the influence of low temperature on dormancy. Brauwissen-schaft 14, 359—362 [/. Sei. Food Agr. 13; Abst., col. 35 (1962)].

78. S h a n d s H. L., D. C. J a n i s с h, A. D. D i с к s о n. 1967. Germination response of barley following different harvesting conditions and storage treatments. Crop. Sei., 7, 444—446.

79. S h о v e G. C. 1966. Application of dehydrofrigidation to shelled corn conditioning. Ann. Meeting. Amer. Soc. Agr. Eng., Amherst. Mass. June, 26—29.

80. Shove G. C. 1970. Potential enegry in use in low temperature grain conditioning. Trans. Smer. Soc. Eng., 13, 58—60.

81. Sihna R. N. 1964. Effect of low temperatures on the survival of some stored product mites. Acarologia, 6, 336—341.

82. Smith H. А., Т. C. Jones. 1961. Veterinary Pathology. Lea & Febiger. Philadelphia, 569 p.

83. Solomon M E. 1946. Tyroglyphid mites in stored products. Nature and amount of damage to wheat. Ann. Appl. Biol., 33, 280.

-84. Solomon M. E., В. E. A damson, 1955. The powers of survival of storage and domestic pests under winter conditions in Britain. Bull. Entomol. Res., 46, 311—355.

85. S t ее 1 e J. L., R. A. Saul. 1962. Laboratory measurements of the rate of deterioration of grain during drying. Paper pres. Ann. Meeting Mid-Central Section of Amer. Soc. Agr. Eng.

86. Steele J. L., R. A. Saul, W. V. Hukill. 1969. Deterioration of shelled corn as measured by ;arbon dioxide production. Trans. Amer. Soc. Agr. Eng., 12, 685—689.

87. Strand E. 1965. Studies on seed dormancy. Meld. Norg. Landbrukshogsk. 44 p.

88. S u n d s t о 1 F. 1966. Vrkingen af frost pa spireevnen hos havre. Meld. Nord. Land-brukstigsk, 45, 1—28 [Biol. Abstr., 48, No. 108703 (1967)].

89. Sutherland J. W„ D. P e s с о d, H. J. Griffiths. 1970. Refrigeration of bulk stored wheat Paper pres. Jubilee Federal Conf. of Aust. Inst. Refrig. Air Cond, and Heat., Melbourne. April 6—10.

90. Szwabowicz A., K. Miedzobrodzki. 1957. Toxocity of Tyroglyphus farinae for animals. I. Experiments on white mice, guinea pigs, pigeons and hens. Med. Wei., 13, 478.

91. Szwabowicz A., K. Miedzobrodzki, W. Schmid. 1958. Toxicity of Tyroglyphus farinae for animals. III. Experiments on pigs. Ned. Wet., 14, 344—346.

92. Szwabowicz A., K- Miedzobrodzki, J. Pankow a, B. Holnickam 1958. Toxicity of Tyroglyphus farinae for animals. IV. Experiments on chickens and ducks. Med. Wet., 14, 556—558.

93. Szwabowicz A., K. Miedzobrodzki, K- Donigiewicz. 1957. Toxicity

of Tyroglyphus farinae for animals. II. Experiments on horses and sheep. Med. Wet., 13, 724.

■94. Wellington P. S. 1956. Effect of desiccation on barley dormancy. Nature, (London) 176, 601.

__________________________