Хранение растительного сырья

Хранение сырья – составное звено технологии производства любого продукта. Задачами хранения являются: – сохранение сырья без потерь или с минимальными потерями; – сохранение или повышение качества сырья. Практическое осуществление этих задач обеспечивается совокупностью приемов, составляющих суть технологии хранения.

Важнейшие процессы, используемые при подготовке сырья к хранению и в процессе хранения: – очистка от примесей, сортировка по партиям, затаривание и формирование пакетов, контейнеров, штабелей, кагатов, буртов; – сушка (например, зерна и семян) или консервирование (напри-мер, плодов и овощей); – создание и автоматическое поддержание оптимальных параметров окружающей среды (например, состав, относительная влажность, температура газовой среды и т.д.); – защита запасов от проникновения и развития различных вредителей (насекомых, грызунов, птиц и т.д.).

Биохимические процессы, происходящие в сырье при хранении – подготовка сырья к подаче его в производство.

Зерна злаков, семена масличных культур, клубни картофеля, корни сахарной свеклы являются живыми организмами. Часть крахмала зерновых злаков и клубней картофеля, клубней сахарной свеклы при хранении подвергается ферментативному гидролизу. При этом крахмал превращается в гексозы

(C₆H₁₀ O₅)n + nH₂O = nC₆ H₁₂O₆

Образовавшиеся гексозы окисляются до диоксида углерода и воды

C ₆H ₁₂O₆ + 6O₂ = 6CO₂ + 6H₂O + энергия (2870 кДж)

Этот процесс называют аэробным дыханием. При хранении зерновых злаков и корней сахарной свеклы в отсутствии кислорода воздуха происходит анаэробное дыхание (спиртовое брожение)

C₆H₁₂O₆ = 2CO₂ + 2C₂ H₅OH + энергия (234 кДж)

Клубни картофеля в отличие от многих других растений обладают очень слабой способностью накапливать спирт в анаэробных условиях, поэтому они быстро портятся даже при кратковременном отсутствии кислорода. При этом вместо этилового спирта образуется молочная кислота (C₃H₆O₃).

Нормальным видом дыхания является аэробное. В результате дыхания растительного сырья происходят потери ценных веществ – углеводов. Эти потери неизбежны, но так как они зависят от интенсивности дыхания, то необходимо стремиться по возможности уменьшить эту интенсивность и тем самым снизить потери. Интенсивность дыхания выражается числом милиграммов диоксида углерода, выделяемого 1 кг плодов в час. Так, при температуре 3°C для картофеля интенсивность дыхания составляет 2 мг¤(кг× ч), свеклы – 5 мг/(кг× ч).

Интенсивность дыхания зерна значительно меньше, так, для ячменя влажностью 14...15% при температуре 18°С она составляет 0, 06 мг/(кг× ч). Интенсивность дыхания зависит от многих факторов: вида и сорта растительного организма, степени его зрелости, наличия повреждений, условий внешней среды и состояния покоя. Клубни картофеля в первые дни после уборки, недозревшие, мелкие, поврежденные или с нарушенным к весне покоем дышат интенсивнее. При повышении температуры интенсивность дыхания увеличивается. Наименьшая интенсивность дыхания корней сахарной свеклы находится при температуре 1…3°C, при температуре около 0°С интенсивность дыхания несколько увеличивается. С повышением температуры и влажности интенсивность дыхания возрастает.

Зерно наиболее интенсивно дышит при температуре 55°С. Дальнейшее повышение температуры снижает интенсивность дыхания вследствие снижения активности ферментов. Очень влажное зерно (влажностью 30% и более) дышит весьма интенсивно, очень сухое (влажностью до 12%) – дышит слабо, интенсивность дыхания при понижении влажности стремится к нулю. Потери сухих веществ зерна в сутки составляют 0, 05...0, 2%.

Влажность зерна, при которой в нем появляется свободная влага и резко повышается интенсивность дыхания, называется критической. Для зерна пшеницы, ржи, ячменя, овса критическая влажность составляет 14, 5...15, 5%, для зерна кукурузы и проса – 12, 5...14%, для семян подсолнечника – 7...8%, семян сои – 11...12%, семян льна, рыжика, рапса – 8%.

На интенсивность дыхания зерна влияют также доступ воздуха, состояние зрелости, условия уборки и транспортировки урожая. Отсутствие кислорода в межзерновых пространствах и над зерновой массой сокращает интенсивность дыхания. Однако хранение зерна без доступа воздуха снижает его прорастаемость.

Зерно, предназначенное для производства солода, следует обязательно хранить с доступом воздуха. Без доступа воздуха можно хранить только зерно и семена, предназначенные для переработки без проращивания. Недозрелые и поврежденные морозом зерна обладают большей интенсивностью дыхания, чем нормально вызревшие.

Зерно, подмоченное при уборке или во время транспортировки, даже после высушивания обладает при хранении большей интенсивностью дыхания, чем неподмоченное такой же влажности. Выполненное и крупное зерно дышит менее интенсивно, чем щуплое, мелкое.

Нарушение целостности зерна – повреждение его оболочки, раздробление на части – приводит к повышению интенсивности дыхания. Зерновая масса, содержащая много неполноценных зерен (подмоченных и с другими дефектами), обладает повышенной интенсивностью дыхания, менее устойчива при хранении и требует весьма тщательного наблюдения. Интенсивное дыхание может привести к ухудшению качества и порче зерна.

Растительное сырье, убранное в стадии технической зрелости, еще не обладает всеми показателями вполне зрелого сырья. Свежеубранное растительное сырье отличается низкой энергией и способностью к прорастанию. Оно должно пройти послеуборочное дозревание, в результате которого наступают полная физиологическая зрелость и состояние покоя.

Семена и плодовая оболочка свежеубранного зерна непроницаемы для кислорода, растворенного в воде, что является причиной плохой прорастаемости свежеубранного зерна. При послеуборочном дозревании оболочка становится проницаемой для кислорода, он получает доступ к зародышу, и зерно после дозревания хорошо прорастает.

Длительность послеуборочного дозревания при благоприятных условиях составляет: для картофеля и свеклы – 1, 25...1, 5 мес., зерновых злаков – 1, 5...2 мес.

Зерна кукурузы оказываются физиологически зрелыми сразу же после удаления из них свободной влаги. После периода послеуборочного дозревания клубни картофеля, корни свеклы, зерновые злаки и масличные семена находятся в состоянии покоя. Это состояние характеризуется тем, что растения не прорастают. Для периода покоя необходима низкая температура. Длительность периода покоя картофеля в значительной степени зависит от сорта.

Клубни некоторых сортов картофеля начинают прорастать сразу же после выкапывания их из земли. В то же время известны сорта, обладающие очень длительным периодом покоя. Влажностные условия хранения значительно ускоряют прорастание клубней картофеля, особенно при температуре 22°С.

Корни сахарной свеклы при пониженной температуре при хранении в течение 60 сут не прорастали, при температуре 10°C за этот же срок прорастало 13, 5% корней.

Зерновые злаки при влажности 11...14%, очищенные от примесей, обеззараженные и охлажденные, могут находиться в состоянии покоя несколько лет. Для прорастания зерна требуется значительная влажность. Даже максимально возможная равновесная влажность (30....36%) недостаточна для прорастания зерна. Прорастание зерна является следствием проникновения в него капельной влаги. Такая влага может попасть в зерновую массу, если ее подмочить при перевозках, при плохой гидроизоляции хранилищ, а также образуется в ней в результате конденсации паров из воздуха межзерновых пространств. Прорастание растительного сырья приводит к значительным потерям сухих веществ и ухудшает его качество.

Во время хранения растительного сырья происходит гидролиз части крахмала до поли- и моносахаридов, протопектина и белков, растворимых в воде соединений. При хранении картофеля содержащийся в нем крахмал подвергается распаду. Образующиеся при этом сахара частично расходуются в процессе дыхания, а частично участвуют в синтезе крахмала. Распад и синтез крахмала катализируются ферментами. Превращения крахмал ® сахара и сахара® крахмал при хранении картофеля в значительной степени зависят от температуры. При понижении температуры от 20 до 0°C скорость распада крахмал ® сахара уменьшается на 1/3, а скорость реакции сахара ® крахмал уменьшается в 20 раз. Этим объясняется то, что в условиях холодного хранения картофель приобретает сладковатый вкус.

В процессе хранения могут происходить как желательные, так и нежелательные химические изменения в сырье. При хранении муки наблюдается ее просветление (при длительном хранении), вызываемое ферментативным окислением кислородом воздуха пигментных веществ – каратиноидов и ксантофиллов. Осветление муки для производства хлеба желательно, а для производства макарон – нежелательно, так как невозможно получить изделия с желтовато-кремовым оттенком.

При длительном хранении происходит повышение кислотности муки и масличного сырья в результате гидролитического расщепления жиров и накопления жирных кислот, распада фосфорорганических соединений и накопления кислых фосфатов. Кроме того, жирные кислоты, по-видимому, сами окисляются кислородом воздуха, вследствие чего образуются перекиси и гидроперекиси, вредные для человека.

При хранении наблюдается существенное укрепление клейковины муки (увеличение ее упругости и сопротивления деформации, уменьшение растяжимости, а также расплываемости и т.п.). Это способствует улучшению физических свойств теста – снижению его разжижения, липкости, повышению упругости.

Нежелательным процессом является приобретение мукой горьковатого вкуса при хранении, происходящее в результате ферментативного гидролиза жиров, содержащихся в муке. Интенсивный процесс прогоркания протекает в летнее время при сравнительно высоких температурах в складах (25...35°С).

На поверхности плодов, семян, зерна находится значительное количество микроорганизмов. В 1 г зерновой массы обнаруживается от нескольких десятков тысяч до сотен тысяч или миллионов различных микроорганизмов. Микрофлора представлена различными бактериями, плесневыми грибами. Количественно преобладают бактерии.

Микрофлору растительного сырья можно разделить на эпифитную и фитопатогенную. Эпифитные микроорганизмы находятся на поверхности сырья и питаются продуктами жизнедеятельности растений, выделяемыми на поверхность своих тканей. Фитопатогенные микроорганизмы проникают во внутренние части растений и, развиваясь, вызывают заболевания растений, угнетают и губят их.

На здоровых клубнях картофеля, корнях сахарной свеклы, зерновых злаках находятся эпифитные микроорганизмы. При нормальных условиях хранения они развиваются незначительно, но на поврежденных плодах – интенсивно. Повышение температуры и влажности сырья усиливает развитие микрофлоры. В результате жизнедеятельности микроорганизмов происходят потери ценных веществ сырья и ухудшается его качество.

Самосогреванием сырья называется повышение его температуры вследствие протекания в нем физиологических процессов (дыхания плодов, жизнедеятельности микроорганизмов) и низкой теплопроводности. Возникновению самосогревания и интенсивному его протеканию способствуют семена сорных растений, пыль и другие примеси, зараженность зерна насекомыми и клещами.

Семена сорных растений имеют обычно большую влажность и дышат более интенсивно, что способствует быстрому накоплению теплоты. Содержание микроорганизмов в неочищенной от пыли и сорняков зерновой массе значительно больше, чем в очищенной. Микроорганизмы являются также дополнительным источником выделения теплоты.

Жизнедеятельность насекомых и клещей сопровождается выделением теплоты. Кроме того, насекомые и клещи, разрушая покровные ткани зерна, способствуют развитию плесневых грибов и других микроорганизмов что, в свою очередь, ускоряет процесс самосогревания зерновой массы. Начальный период самосогревания зерна характеризуется повышением температуры до 24…30°С. Партии зерна приобретают явно выраженный амбарный запах: в них появляются потемневшие зерна, а на зернах образуется конденсированная влага.

Применяя охлаждение зерна, вентилирование, сушку, можно ликвидировать процесс самосогревания и почти полностью сохранить все показатели качества зерна. Если процесс самосогревания не остановлен, то в дальнейшем он развивается интенсивно. Температура зерновой массы повышается до 34...38°С. Развитие процесса самосогревания существенно влияет на качество и свойства зерновой массы: понижается текучесть, зерно отпотевает, появляются посторонние запахи. Происходят значительные потери массы зерна. Дальнейшее развитие процесса самосогревания приводит к запущенным формам самосогревания. Температура повышается до 50°С и более, резко снижается сыпучесть зерна, происходит его интенсивное потемнение, отдельные зерна оказываются проплесневевшими или прогнившими, от зерна исходит сильный затхлый или гнилостный запах.

Процесс самосогревания завершается обугливанием зерна и полной потерей сыпучести зерновой массы. Особенно опасны с точки зрения самосогревания семена масличных культур, так как при окислении жиров выделяется значительно больше теплоты, чем при окислении углеводов. Поэтому процесс самосогревания происходит значительно более стремительно и часто заканчивается пожаром.

Режим хранения – совокупность параметров и условий внешней среды, включающих газовый состав, температуру и относительную влажность воздуха. На практике сложились три способа хранения зерна: – в сухом состоянии, т.е. при влажности зерна ниже критического значения; – в охлажденном состоянии; – без доступа воздуха.

На предприятиях пищевой промышленности зерно хранят или в амбарах (складах), или в силосных элеваторах. Амбары – деревянные или кирпичные постройки. Зерно в них хранится насыпью непосредственно на полу (напольное хранение) или в закромах (закромное хранение). Закром – часть склада, огороженная разборными стенками или досками.

Силосные элеваторы – железобетонные корпуса прямоугольной или круглой формы диаметром 6...9 м, высотой 25...30 м. Элеваторное зернохранилище состоит из силосов и рабочей башни, в которой установлено оборудование для взвешивания, очистки и сортирования зерна. Зерно в силосы элеватора и из них транспортируется в горизонтальном или наклонном направлении с помощью ленточных транспортеров, а в вертикальном направлении – с помощью норий (элеваторов).

Кроме указанных складов в последнее время распространение нашли склады шатрового типа и типовые механизированные склады. Бунтовые склады, площадки (открытые или под навесом) используются, как правило, для кратковременного хранения семян. Исключение составляют семена хлопчатника, которые благодаря опушенности выдерживают длительное хранение в бунтах.

Площадки для устройства бунтов выполняют из бетона, асфальта или кирпича. По краям бунтов устраивают водосточные канавки, по сторонам площадок устанавливают щиты, семена укрывают брезентом, края которого выступают по периметру бунта на расстояние не менее чем 0, 5 м.

Хранение в силосах по сравнению с хранением в складах имеет как преимущества, так и недостатки.

Преимущества:

– достижение полной механизации работ с зерновыми массами;

– облегчение проведения всех работ, обеспечивающих сохранность зерновой массы;

– достижение лучшей изоляция зерна от воздействия внешней среды (колебаний температуры, осадков, грунтовых вод);

– упрощение борьбы с вредителями (насекомыми, клещами, грызунами, птицами); – для устройства силосов требуется меньшая площадь.

Недостатки:

– в силосах нельзя хранить продолжительное время влажное, сырое зерно, которое легко подвергается слеживанию и самосогреванию;

– в силосах наличие примесей сильнее понижает стойкость зерна при хранении, на нем быстрее развивается микрофлора, создается большая вероятность самосогревания;

– в силосах нельзя хранить зерно, предназначенное для дальнейшего проращивания, из-за высокого слоя зерна в силосах.

Зерно, предназначенное для хранения в силосах, перед подачей на хранение подвергают тщательной очистке, тщательной сушке и калибровке по размерам. Как правило, применяют двукратную очистку до хранения (до сушки и после сушки) и подвергают третьей очистке перед подачей в производство.

Хранения зерна. Зерно может храниться на складах в течение 4...5 лет, а в силосах – 2…3 года. Высота слоя зерна при хранении зависит от его влажности и времени года, а также от целевого назначения зерна. Так, зерно, предназначенное для проращивания (например, для производства солода), с целью сохранения способности к прорастанию хранят при меньшей высоте слоя насыпи, чем зерно, предназначенное для других видов переработки.

При напольном хранении высота насыпи ячменя, предназначенного для производства солода, при его влажности до 14% в теплое время года составляет 2...3 м, в холодное время года 3...4 м, а при влажности 14...15% соответственно 1 м и 2....3 м.

Зерно, не прошедшее послеуборочного дозревания, хранят при пониженной высоте насыпи. Силосы загружают сухим зерном (влажностью 14%) на 3/4 высоты. Во время хранения зерна наблюдают за его температурой.

Зимой температура зерновой массы равна температуре наружного воздуха или превышает ее на 2…3°С, летом температура зерна не должна превышать 20°С.

Ежедневное повышение температуры на 1...2°С при первоначальной температуре 15°С обычно указывает на начало самосогревания зерновой массы. Для снижения температуры зерна при хранении на складах его перелопачивают вручную или с помощью зернометов, а при хранении в силосах – перекачкой из одного силоса в другой. Поэтому при заготовке зерна оставляют, по крайней мере, один силос пустым. Рекомендуется при перекачке из силоса в силос зерно пропускать дополнительно через очистительные машины и, при необходимости, – через сушилки.

При хранении зерна на складах или в силосах рекомендуется применять активное вентилирование. Его сущность заключается в продувании воздухом зерновой массы, находящейся в покое, т.е. без перемешивания. Воздух подают принудительно вентилятором. Активное вентилирование позволяет понизить температуру зерна, снизить его влажность, обновить состав воздуха в межзерновых пространствах, что способствует сохранению зерном способности к прорастанию. Продувание воздухом свежеубранного зерна способствует его послеуборочному созреванию. Активное вентилирование проводят до получения желаемых результатов снижения температуры и влажности зерна.

За рубежом широко применяется хранение зерна при пониженной температуре. Применяются пассивное охлаждение зерновой массы (естественное охлаждение с наступлением холодов) и активное вентилирование насыпи зерна искусственно охлажденным воздухом. Первая ступень охлаждения – до 10°С и ниже, а вторая – ниже 0°С.

В нашей стране практически во всех климатических зонах для охлаждения зерна можно использовать сезонные и суточные перепады температуры наружного воздуха.

Хранение зерна без доступа кислорода основано на торможении дыхания и жизнедеятельности насекомых, а также аэробных микроорганизмов. Создание бескислородной среды достигается различными путями: – самоконсервацией, т.е. накоплением диоксида углерода в результате дыхания зерна; – введением в зерновую массу диоксида углерода или азота, вытесняющего воздух из межзерновых скважин; – вакуумированием зерновой массы.

Хранение картофеля. На крахмалопаточных и спиртовых заводах картофель хранят в буртах – кучах треугольного сечения. Площадку, на которой устраивают бурты, называют буртовым полем, и располагают ее недалеко от завода на сухом, желательно возвышенном месте.

Хранить картофель ежегодно на одной и той же площадке не рекомендуется, так как оставшиеся от прошлого года гнилые клубни, обсыпавшаяся с больных клубней земля, остатки старой соломы после вскрытия буртов являются источниками заражения картофеля болезнями. Буртовое поле перед приемкой картофеля перепахивают, укатывают и дезинфицируют известью. Доброкачественный картофель укладывают в бурты шириной 3...4 м, для картофеля пониженного качества ширину буртов принимают до 2 м. Угол естественного откоса картофеля составляет примерно 45°С, поэтому высота бурта равна примерно половине его ширины. Длину бурта выбирают таким образом, чтобы в нем находилось количество картофеля, необходимое для суточной переработки. В бурты для длительного хранения закладывают здоровый сухой картофель. Мокрый картофель подсушивают на воздухе. Картофель пониженного качества в первую очередь направляют на переработку или укладывают в бурты для краткосрочного хранения. После засыпки картофеля выравнивают склоны буртов и укрывают их у основания слоем соломы толщиной 40...45 см, по бокам – толщиной 30...35 см. Поверх соломы насыпают слой земли толщиной 10...15 см. Гребень бурта не засыпают землей для создания естественной вентиляции. С целью создания приточно-вытяжной вентиляции на площадке в середине бурта предусматривают канавку сечением 30 x 25 см, по длине которой устанавливают вытяжные трубы.

Хранение сахарной свеклы. Цель укрытия буртов – предохранить картофель от осадков и, кроме того, осенью, когда днем еще тепло, защитить от нагревания лучами солнца и теплым воздухом, зимой - предохранить от замерзания. Сахарную свеклу хранят в кагатах – длинных кучах трапециидального сечения. Кагаты располагают на кагатном поле, которое к осени вспахивают, боронуют и дезинфицируют известью. Кагаты располагают по длине с севера на юг. Свеклу в кагатах укрывают с боков слоем земли толщиной от 25 до 50 см, а сверху укрывают соломенными матами только днем, ночью для охлаждения свеклы маты снимают; в прохладную погоду кагаты открывают днем. Зимой кагаты укрывают матами в два слоя. Свекловичные корни, укладываемые на хранение, должны быть здоровыми и обладать естественным иммунитетом, т.е. способностью оказывать сопротивление развитию микроорганизмов. Поэтому необходимо предохранять корни свеклы от ранений и ушибов, не допускать увядания свеклы и ее подмораживания. Свеклу укладывают в кагаты, тщательно сортируют во избежание внесения очагов инфекции. Отделяют незрелую, подмороженную, загнившую, завядшую, заплесневелую свеклу, которую сразу направляют на переработку, не примешивая ее к здоровой свекле, укладываемой на длительное хранение. При хранении свеклы, как и картофеля, наблюдают за ее температурой. Температуру в кагатах поддерживают в осенний период 5...10°С, зимой – 1...4°С. В известной мере температура в кагатах зависит от температуры наружного воздуха. Если температура в кагатах не превышает среднюю наружную температуру воздуха на 1...3°С, то это свидетельствует о том, что процесс хранения протекает нормально. Повышение температуры в кагате, не связанное с повышением наружной температуры, указывает на порчу свеклы.

Хранение плодов и овощей в холодильниках. Всю порченую свеклу выбирают, направляя ее на немедленную переработку. Нельзя допускать снижения температуры в кагате ниже нуля, чтобы не подморозить свеклу. Хранение может вестись в охлажденном и замороженном состоянии. Некоторые виды сырья (ягоды, томаты, зелень) в свежем состоянии хранятся только несколько дней, другие же (зимние яблоки и груши, виноград, цитрусовые) – могут храниться в течение нескольких месяцев. Важнейшим условием хранения в холодильниках сочного сырья является поддержание оптимальной температуры и относительной влажности воздуха. Рекомендуемый температурный режим: для яблок 0, 5…0, 5°C; для груш, персиков, абрикосов, вишни, черешни примерно 0°С, для ягод 0...5°С; для мандаринов 0, 3......2°С. Оптимальная относительная влажность воздуха для яблок, груш, винограда - 85...90%, для косточковых – 80...85%, для цитрусовых – 78...83%. Для длительного хранения плоды и овощи могут замораживаться при температуре минус 18°С и храниться при данной температуре в течение 6 мес и более. Овощи массового потребления хранятся в овощехранилищах, оснащенных установками для активного вентилирования с автоматическим поддержанием температуры и влажности воздуха. Большая часть видов плодоовощного сырья содержит небольшое количество сухих веществ, крахмала и сахаров. Такое сырье хранится при температуре, близкой к температуре замерзания (от 0 до минус 1°С), это: капуста, морковь, лук, яблоки, виноград, косточковые плоды, ягоды и т.д. Длительность хранения плодоовощного сырья различна и зависит от его лежкости. Хорошей лежкостью обладают столовые корнеплоды: капуста, яблоки, виноград, некоторые сорта лука. Они сохраняются в течение 6...7 мес. Пониженной лежкостью обладают свежие томаты, огурцы, косточковые плоды, ягоды, зеленые овощи. Срок их хранения не превышает нескольких недель. Наряду с хранением плодоовощного сырья в охлажденном состоянии применяется и хранение в регулируемой газовой среде. В этом случае кислород воздуха частично замещается диоксидом углерода в соотношении 1: 1. Обычно охлаждение сырья и увеличение содержания диоксида углерода в окружающей среде применяется совместно. Срок хранения сочного сырья в присутствии диоксида можно увеличить в 2...3 раза.