Зерновая масса (зерно, зерновая насыпь) — совокупность отдельно взятых зерновок, которая характеризуется определенным составом, физиологическими (биохимическими микробиологическими) и физическими свойствами (рис. 1). Отдельное зерно и зерно, находящееся в насыпи, имеют разные условия хранения. Зерновая масса — это рукотворная система, нестабильная и неоднородная. Зерновая масса формируется в бункере комбайна во время уборки урожая, затем она перевозится, обрабатывается и хранится до использования, от нескольких часов до 15–20 лет. Она состоит из пяти компонентов (основное зерно, примеси, воздух межзернового пространства, микрофлора, вредители хлебных запасов).
1. Основное зерно — это зерно основной культуры, по названию которого называют зерновую массу. В настоящее время в нашей стране зерно твердой и мягкой пшеницы по качеству делят на 5 классов. При этом учитывают значения более 15 показателей качества, главные из которых: состояние зерна, типовой состав, количество и качество клейковины, число падения, содержание примесей, натурная масса, а также стекловидность и содержание белка. Мягкая пшеница 1 и 2 классов (сильная пшеница) и 3 класса (средняя или ценная пшеница) используется для производства печеного хлеба, зерно 4 и 5 классов (слабая пшеница) направляют на продовольственные, технические и фуражные цели. Из зерна твердой пшеницы 1–3 классов делают макаронные изделия, 4 и 5 классы используют для производства пшеничных круп, фуражных и технических целей. В основное зерно пшеницы включают целые и повреждённые зёрна, не относящиеся к сорной и зерновой примесям и 50 % массы битых и изъеденных зёрен, независимо от характера и размера повреждений [1, 2].
2. Примеси.
В любом по качеству зерне присутствуют примеси. Определение содержания примесей проводят в навеске массой 50 г., взятой от средней пробы. Анализ начинают с просеивания зерна на сите с диаметром отверстий 1 мм. Полученный просев, а также выделенные по стандарту другие фракции сорной и зерновой примесей отдельно взвешивают, их массы выражают в процентах к массе взятой навески. Взвешивания проводят с точностью до 0,01 г. Зёрна, не освобождённые от цветочных плёнок (не обмолоченные при уборке), обмолачивают вручную. Также поступают с необмолоченными колосками и колосьями.
В основу классификации примесей положен принцип влияния той или иной примеси на качество зерна и продуктов его переработки. С учетом этого примеси пшеницы делят на зерновую и сорную.
Зерновая примесь — это такая примесь, которая незначительно влияет на качество зерна и продуктов его переработки и может использоваться вместе с основным зерном по целевому назначению.
К зерновой примеси относят:
— 50 % массы битых и изъеденных зёрен независимо от характера и размера повреждений — давленые;
— щуплые;
— проросшие с вышедшим наружу корешком или ростком или утратившие корешок или росток, но деформированные с явно изменённым цветом оболочки;
— морозобойные;
— повреждённые с изменённым цветом оболочки и с эндоспермом от кремового до светло-коричневого цвета;
— раздутые при сушке;
— зелёные;
— зёрна ржи, ячменя и полбы, целые и повреждённые, но не отнесённые по характеру повреждения к сорной примеси.
Сорная примесь — это примесь, которая резко отрицательно влияет на качество зерна и продуктов его переработки и не может быть использована вместе с зерном по целевому назначению.
К сорной примеси относят:
— проход через сито с отверстиями диаметром 1,0 мм;
— минеральную примесь (комочки почвы, гальку, частицы шлака, руды и т. п.). Изучение состава минеральной примеси на Бирюлевском комбинате хлебопродуктов (БКХП) в Москве в 1995 году показало, что основная часть примеси составляет асфальтовая крошка, которая попадает в зерно с поверхности асфальтированных площадок. В настоящее время БКХП не существует, его территория застроена жилыми домами;
— органическую примесь (части стеблей, стержней колоса, ости, плёнки, части листьев и т. п.);
— семена всех дикорастущих растений;
— зёрна всех культурных растений, кроме неиспорченных зёрен ржи, ячменя и полбы;
— испорченные зёрна пшеницы, ржи и полбы с явно испорченным эндоспермом (от коричневого до чёрного цвета);
— фузариозные зёрна;
— вредную примесь (зёрна, поражённые головнёй, спорыньёй и угрицей, семена вязела разноцветного, горчака ползучего, софоры лисохвостной, термопсиса ланцетного, плевела опьяняющего, гелиотропа опушённоплодного, триходесмы седой).
Вредная примесь — это часть сорной примеси, которая не только отрицательно влияет на качество зерна и продуктов его переработки, но и делает их ядовитыми
3. Воздух межзернового пространства.
Зерна в насыпи располагаются не плотно друг к другу, между ними образуется т.н. межзерновое пространство или межзерновые промежутки.
Величина межзернового пространства выражается через скважистость.
Скважистость — объем межзернового пространства, в процентах от общего объема насыпи. В зависимости от вида зерна скважистость колеблется в пределах от 40 % у зерна проса до 70 % у овса. Скважистость может уменьшаться от содержания в зерне мелких примесей. Воздух межзернового пространства отличается от атмосферного воздуха, поскольку содержит продукты биохимических и микробиологических процессов, протекающих в зерне. Дыхание сухого зерна с влажностью ниже критического уровня ничтожно, тем не менее, содержание углекислого газа в межзерновом пространстве за год хранения может достигнуть 1 %, что во много раз больше чем в атмосфере (0,03 %). Человек выдыхает воздух с концентрацией углекислого газа 4 %. Баланс углекислого газа и кислорода в воздухе атмосферы равен 21 %. В свежеубранной сырой зерновой массе концентрация углекислого газа уже к концу первых суток хранения в насыпи, может достигать 5–10 процентов. В ночные часы концентрация углекислого газа почти в полтора раза может превышать дневное значение. Кроме того, можно говорить о неравномерности накопления углекислого газа в различных участках насыпи от максимальных значений в нижележащих слоях, доминимальных, в верхних. Различие крайних значений может достигать 10–15 процентов. Такая концентрация углекислого газа и недостаток кислорода приводят к гибели зародышей зерна и снижению посевных качеств семенного материала. В связи с этим обновление воздуха межзернового пространства путем активного вентилирования является обязательной технологической операцией.
4. Микрофлора.
Зерновая масса является благоприятной питательной средой для жизнедеятельности микроорганизмов. Один грамм зерна может содержать эпифитной (поверхностной) микрофлоры от нескольких тысяч до нескольких миллионов микробных клеток или колониеобразующих единиц (КОЕ). Для исследования берется 1 г, делается смыв с зерен стерильной водой и далее производят посев этого смыва на специально подготовленные питательные среды в чашки Петри, которые помешают в термостат при температуре +2528 °С. Для культивирования бактерий берут питательные среды, приготовленные на мясном бульоне, а для микроскопических грибов используют углеводные среды. Через 5–7 суток проводят подсчет КОЕ КМАФАМ (количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов, которые развиваются как в присутствии кислорода, так и без него при температуре +25 °С и выше).
Микрофлора зерна состоит главным образом из бактерий Erviniahebikola (96–99 %), а остальные — дрожжи, молочнокислые бактерии, полевые плесени, плесени хранения (Aspergillus и Penicillium). В чашке Петри на мясо-пептонномагаребактерии E.hebikola образуют хорошо заметные колонии золотисто-желтого цвета. По содержанию этих бактерий в зерновой массе можно судить о свежести зерна и продолжительности его хранения. Плесеней хранения на здоровом зерне должно быть от нескольких сотен до нескольких тысяч на 1 г.
В настоящее время многие ученые считают, что видовой и численный состав микрофлоры, изученный с помощью питательных сред, составляет только половину, а может быть даже меньше половины от микробного мира. Исследование всей микрофлоры поможет решить многие проблемы, в том числе и проблемы, связанные с повышением качества и сохранности зерна.
Плесневые грибы — это небольшая часть микрофлоры, которая при хранении влажного зерна может привести к его самосогреванию и порче. Самосогревание — это процесс самопроизвольного увеличения температуры зерна вследствие биохимической и микробиологической активности компонентов зерновой массы (рис. 2). Процесс самосогревания имеет свои особенности.
Так в свежеубранном сыром зерне всего за несколько часов хранения температура может достигнуть+ 40-50 °С, в то время как в сухом зерне самосогревание может растягиваться на годы. В любом случае об активной фазе самосогревания можно говорить только тогда, когда температура в продукте достигает + 25 °С. Эта температура считается критической, поскольку приводит к быстрому развитию плесневых грибов, которые продуцируют тепло в большом количестве. Накопление тепла в зерне зависит от ее скважистости и может достигать +50(+60 °С) градусов. В результате зерно полностью теряет свои потребительские качества, превращается в темный монолит с неприятным запахом и ядовитыми свойствами, которое требует специальной утилизации.
Во вновь образованной сырой свежеубранной зерновой массе микрофлора обладает высокой активностью. Наряду с увеличением численности плесневых грибов происходит и изменение их видового состава. При поступлении на ток микрофлора зерна преимущественно (85–90 %) представлена полевыми плесенями, но через 5–10 суток хранения их вытесняют плесени хранения (Aspergillus, Penicillium). С увеличением температуры отмечается повышение доли грибов рода Aspergillus, а при более низких — Penicillium. Отмечается более активное развитие плесневой флоры на периферийной части насыпи по сравнению с центральной [3–6].
5. Вредители хлебных запасов
из мира насекомых и клещей. Крайне нежелательный компонент зерновой массы. Учебная дисциплина, посвященная изучению насекомых, называется энтомология. Различают явную и скрытую формы заражённости (заселенности) зерна насекомыми и клещами.
Заражённость зерна в явной форме характеризуется наличием живых вредителей (во всех стадиях развития) в межзерновом пространстве, в скрытой форме — наличием живых вредителей внутри отдельных зёрен При получении средней пробы на зараженность вредителями отбирают дополнительные пробы в местах возможного скопления вредителей: на самых высоких точках поверхности насыпи зерна, в наиболее влажных и запылённых местах, местах наибольшего прогрева слоя зерна, вблизи столбов, колонн и стен. При наличии на поверхности насыпи комков зёрен, оплетённых гусеницами бабочек, их присоединяют к средней пробе.
Среднюю пробу зерна просеивают вручную через набор сит с отверстиями диаметром 2,5 мм (верхнего) и 1,5 мм (нижнего) в течение 2 мин примерно при 120 круговых движениях сит в минуту.
Сход с сита с отверстиями диаметром 2,5 мм помещают на разборную доску с белым фоном и разбирают вручную шпателем, выявляя наличие крупных насекомых (9 мм): мавританской козявки, большого мучного и смоляно-бурого хрущаков и др.
Проход через сито с отверстиями диаметром 2,5 мм помещают также на белое стекло разборной доски. При этом выявляют более мелких вредителей(3,0–3,5 мм): амбарного и рисового долгоносиков, зернового точильщика, притворяшки-вора и др. Проход через сито с диаметром отверстий 1,5 мм, который попадает в поддон, изучают под лупой на наличие амбарных клещей (до 1 мм): мучного, удлинённого, волосатого, Родионова и др. Анализ проводят на разборной доске с темным фоном, Мёртвых вредителей, а также живых полевых вредителей, не повреждающих зерно при хранении, относят к сорной примеси и не учитывают
Полученное число живых вредителей пересчитывают на 1 кг зерна.
При обнаружении заражённости зерна долгоносиками и клещами устанавливают степень заражённости в зависимости от числа экземпляров вредителей в 1 кг зерна, как указано в табл. 1.
Если в средней пробе вредителей не находят, то в документах о качестве записывают, что вредителей хлебных запасов не обнаружено.
Заражённость зерна в скрытой форме определяют методом раскалывания зёрен из навески массой около 50 г, выделенной из средней пробы. Из навески произвольно отбирают 50 целых зёрен и раскалывают их кончиком скальпеля вдоль по бороздке. Расколотые зёрна просматривают под лупой и подсчитывают насекомых в разных стадиях развития.
Содержание зёрен, заражённых в скрытой форме, выражают в процентах от числа зёрен, отобранных для анализа.
Скрытую заражённость выражают в целых числах. В настоящее время существуют экспресс приборы, в частности приборы ВНИИЗ, с помощью которых можно определить зараженность по шуму, который создают насекомые в зерне.
Более 30 видов насекомых (жуки и бабочки) и 20 видов клещей считаются вредителями хлебных запасов. Оптимальная температура для жизнедеятельности насекомых составляет +2530 °С градусов, полный жизненный цикл при этом продолжается примерно месяц. Если условия неблагоприятные, то развитие может растягиваться на годы. Жизненный цикл состоит из четырех стадий: яйцо, личинка или гусеница, куколка и взрослое насекомое (имаго). Вредят в основном личинки выедая эндосперм зерна, взрослые насекомые почти не питаются, они спариваются, откладывают яйца и отмирают.
Насекомые могут жить в сухом зерне с влажностью ниже критического уровня, ниже 10-13 % (рис 3).
Особенно устойчивы к неблагоприятным условиям яйца и куколки насекомых, которые и создают трудности при обеззараживании зерна.
Вред от насекомых заключается в том, что они уменьшают массу зерна, и загрязняют его продуктами своей жизнедеятельности (изъеденное зерно, экскременты, мертвые вредители, хитиновые покровы, паутина и т. д).
Скапливаясь в определенных участках насыпи, с более теплым и чистым воздухом, насекомые создают условия для самосогревания и порчи зерна.
Кроме того, зараженное зерно, как правило, имеет неприятный запах и может вызывать аллергию у человека, а сами насекомые могут переносить инфекционные заболевания. Из бабочек в зерне живут и вредят: амбарная моль, зерновая моль, мельничная огневка и др., гусеницы которых, подобно долгоносикам, выедают эндосперм зерна, на поверхности зерновой массы они сплетают зерна в комья. Размер тела и размах крыльев примерно в 1,5 раза больше чем у одежной моли и достигает 15–20 мм и более (рис. 4).
Клещи живут во влажном зерне с влажностью выше критического уровня , 16–17 % и выше, питаются зерновой пылью, кусочками оболочек и зерен, ведают зародыш зерна. Жизненный цикл у клещей состоит из ряда стадий: яйцо – личинка-нимфа – имаго и составляет от 14–16 суток (рис 5).
При неблагоприятных условиях после второй нимфы может появиться гипопус (пережидающая стадия), который отличается повышенной устойчивостью к ядохимикатам и не погибает в пищеварительном тракте животных и птиц.
Вредоносность насекомых и клещей приведена в таблице 2.
Меры борьбы. Современные экологические способы борьбы с вредителями хлебных запасов основаны на особенностях их биологии и предусматривают применение ядохимикатов только в крайнем случае. Так, простое просушивание зерна до влажности ниже 15–16 % приводит к полному обезвоживанию и гибели амбарных клещей. Активное вентилирование зерна горячим (+50-55 °С) или холодным (-10 -15 °С) воздухом в течение нескольких часов вначале вызывает у насекомых соответственно тепловую депрессию и холодовое оцепенение, а затем приводит к гибели. Большое значение имеют профилактические меры (входной контроль качества зерна, очистка, дезинфекция и дезинсекция складских помещений) и биологические методы (использование препаратов замедляющих рост и развитие вредителей и вызывающих грибные, вирусные и бактериальные заболевания, а также насекомых паразитов, феромонные ловушки и др.).
При необходимости применяют ядохимикаты (фумиганты) и радиационную обработку зерновой массы небольшими дозами.
В нашей стране в соответствии с действующими нормативными документами в стандартном зерне не допускается наличие живых вредителей хлебных запасов насекомых и клещей в любой стадии развития. Только ограничительные заготовительные кондиции допускают прием о обработку клещевого зерна не выше 2 степени зараженности. Во многих странах, в т. ч. и США, зараженность учитывается в зависимости от целевого использования зерна и нормируется не так строго.
