Применение консервантов при хранении зерна

15.09.2015

В разное время для изыскания способов хранения влажного зерна в негерметичных условиях изучались приемы химического консервирования зерна. Химическим консервированием называется замедление или прекращение жизненных функций компонентов зерновой массы при хранении путем обработки ее различными химическими компонентами.
При хранении зерна повышенной влажности основной целью химического консервирования является подавление микрофлоры зерна, и в первую очередь плесеней хранения.
В качестве консервантов в разных странах изучались самые разнообразные соединения, число которых в настоящее время достигает сотен наименований. При выборе консерванта учитывается, прежде всего, следующее: консервант должен быть хорошим ингибитором грибной флоры, должен быть достаточно дешевым и удобным для введения в зерновую массу; не должен оказывать токсического действия на организм животных и птицы.
В последние годы в нашей стране и за рубежом широкое применение для консервирования влажного зерна и других кормов приобретают органические кислоты - пропионовая, уксусная, муравьиная, молочная, масляная и др. и их смеси в различных соотношениях.
Исследования показывают, что эти кислоты наиболее безвредны, так как участвуют в метаболизме животных и не являются для них инородными веществами.
Сравнительные исследования консервирующего действия пропионовой и сорбиновой кислот, пиросульфита Na, моноглицерида и тиомочевины на влажное зерно ячменя и кукурузы, проведенные ВНИИКП, показали, что наилучшие результаты получаются при использовании пропионовой кислоты и пиросульфита Na в концентрации 0,3-0,9% от массы продукта (в зависимости от исходной обсемененности его микроорганизмами).
Влажность зерна в течение заданного срока хранения существенно не изменялась, повышалась кислотность, кислотное и перекисное число жира, в некоторых случаях снижалась исходная токсичность зерна. Наименьшую эффективность показали сорбиновая кислота и тиомочевина.
В Великобритании, США, Франции, Германии, Японии в настоящее время патентуются консервирующие составы для зерна и кормов, основой которых являются названные выше кислоты и их соли в различных сочетаниях и с добавлением наполнителей.
США патентует состав для консервирования растительных кормовых продуктов, включающий от 20 до 95% пропионовой кислоты.
Великобритания патентует антигрибковый препарат, состоящий из смеси уксусной (16%) и пропионовой (64%) кислот и формальдегида на безводной основе (20%); фунгицидный раствор для консервирования кормовых продуктов, состоящий из смеси бензойной, сорбиновой и дигидроуксусной кислот, растворенных в воде в различных соотношениях; консервирующее средство для сена, которое состоит из раствора сорбиновой кислоты в смеси с пропионовой или масляной кислотой, в количестве от 0,18 до 0,9 кг на 1 т сена.
Франция патентует противогрибковый раствор в виде смеси кислот - бензойной, сорбиновой и дегидроацетовой - в разных соотношениях; применяется для обработки урожая от плесневения; состав для сохранения зерна из смеси пропионовой, масляной и изомасляной кислот, растворителей и инертных порошков.
Германия патентует консервант для кормов и зерна, представляющий собой сыпучую порошкообразную смесь из 2-3 частей пропионовой и 1 части кремневой кислот или силиката кальция; консервант для кормов в виде жидкой смеси пропионата аммония, пропионовой кислоты и воды.
Япония для противоплесневой обработки кормов патентует продукт реакции формальдегида с кислой сернистой кислотой или ее солями.
На основе пропионовой кислоты в Великобритании выпускают препарат пропкорн, а в Германии - лупрозил, которые получили довольно широкое распространение в практике хранения сельскохозяйственных продуктов и кормов, и в частности, влажного зерна.
Преимуществом способа консервирования с помощью органических кислот является возможность длительного хранения зерна после обработки в обычных силосах без герметизации.
Специалисты отечественных научных учреждений изучали дозировку консервантов, требования к средствам механизированного их внесения в зерновую массу, проводили испытания установок, зоотехническую и экономическую оценку технологии химической консервации.
В частности, в качестве консервантов изучали лупрозил германской фирмы «Бадише Анилин - Сода Фабрик» и пропионовую техническую кислоту; 100%-ную пропионовую, 100%-ную уксусную, 86%-ную муравьиную кислоты, а также 70%-ный концентрат низкомолекулярных кислот, представляющий смесь пропионовой (около 10%), муравьиной (30-35%), масляной (около 5%), уксусной (25-30%) кислот и воды (25-30%).
Эффект химической консервации в значительной степени зависит От оптимальной дозировки консерванта. Количество кислоты, необходимой Для сохранения зерна различных культур, одинаково, но должно увеличиваться с повышением начальной влажности зерна и требуемой длительности его хранения.
Следует отметить, что в опубликованных работах, посвященных консервированию влажного зерна разных культур органическими кислотами, основное внимание направлено на разрешение технической и технологической стороны вопроса: конструкция установок по введению консервантов, разработка и проверка способов введения, борьба с коррозией оборудования и пр. Изменения микрофлоры и биохимического состава при хранении консервированного зерна освещены, как правило, довольно поверхностно. Почти нет данных о действии разных смесей и доз органических кислот на типичную микрофлору Зерна, и в первую очередь на плесени хранения и полевые грибы. Дозы консервантов для практического применения в большинстве случаев рассчитаны ориентировочно, с учетом только исходной влажности зерна.
Однако при определении оптимальных смесей и дозировок консервантов необходимо учитывать не только влажность зерна, но и количественный и качественный состав его микрофлоры. Необходимость учета исходной микрофлоры объясняется тем, что высоковлажное зерно сразу после комбайнирования может иметь незначительную обсемененность плесенями хранения, и для консервирования его будут достаточны минимальные дозы консервирующих веществ. В то же время зерно с меньшей влажностью, но кратковременно хранившееся после комбайновой уборки при неблагоприятных условиях (например, при высокой температуре окружающего воздуха), всегда содержит десятки, а иногда и сотни тысяч грибов в 1 г и, следовательно, для надежного его обеззараживания потребуются более высокие дозы консервантов.
Для проверки данного предположения был проведен лабораторный опыт по консервированию зерна пшеницы с одинаковой влажностью (20%), но разной степенью обсемененности плесенями хранения. Результаты опыта представлены в табл. 65.
Данные таблицы показывают, что эффективность обеззараживания одной и той же дозой пропионовой кислоты зависит в первую очередь от обсемененности зерна микроорганизмами.
Зерно с исходным числом грибов около 2 тыс. на 1 г, обработанное консервирующим составом, спустя 60 мин после обработки оказалось стерильным и сохранило это состояние до 10 и далее до 30 сут. На зерне с содержанием грибов в количестве десятков тысяч на 1 г число их после обработки снизилось в среднем в шесть раз, и на 40% сохранилась зараженность зерна внутренней микофлорой. Зерно оставалось нестерильным и сохраняло некоторую степень зараженности плесенями хранения (Aspergillus) до 30 сут. Полной стерилизации зерна в данном случае удалось достигнуть лишь после обработки его раствором пропионовой кислоты концентрацией 0,8% к массе зерна.
Для выяснения влияния пропионовой кислоты на зерно с признаками плесневения было взято зерно пшеницы влажностью около 20%, хранившееся в течение 10 сут. в лабораторных условиях. Зерно имело поверхностную обсемененость 204 тыс. грибов на 1 г и ощутимый плесневый запах. После обработки раствором консерванта в концентрации 0,8% в течение 60 мин грибы на зерне почти полностью погибли, однако зерно имело горький вкус и черный цвет. При прямом посеве обработанного зерна на среду Чапека после 10 сут. наблюдалась заметная реактивация грибов-плесеней хранения. He исключена вероятность, что токсичность такого зерна при обработке консервантами не снижается.
Были проведены исследования по установлению оптимальных смесей и доз консервирующих веществ для влажного зерна разных культур. В качестве исследуемых объектов использовалось рядовое зерно урожая 1988 г.: пшеница, поступившая с хлебоприемного предприятия Читинской области; ячмень и кукуруза, доставленные из Ростовской области и Краснодарского края. В качестве консервирующих веществ были взяты пропионовая и сорбиновая кислоты, а также смеси пропионовой и уксусной кислот в соотношении 1:1, пропионовой, сорбиновой и уксусной - в соотношении 2:2:1. Зерно хранилось в течение 90 сут. при температуре 18-20 °С.

Применение консервантов при хранении зерна

В результате исследований было установлено, что спустя 60 мин после обработки зерна консервирующими растворами наблюдается резко снижение, а при концентрации консервантов 0,5% и выше - полное отмирание как внешней, так и внутренней микрофлоры и абсолютная потеря всхожести. Зерно сохраняло нормальный цвет, блеск, сыпучесть и вкус, свойственные доброкачественному зерну, до конца заданного срока хранения.
Зерно, обработанное пропионовой кислотой в концентрации 0,5% и выше и смесью пропионовой и уксусной кислот при концентрации 0,3%, сохраняло в большинстве случае стерильность в течение заданного срока хранения. В некоторых образцах зерна, обработанного пропионовой или сорбиновой кислотами в дозах не выше 0,5%, наблюдалось развитие Trichothecium roseum в виде сплошной розово-желтой пленки да поверхности зерна и питательной среды. Кроме того, в образцах ячменя и пшеницы, обработанных пропионовой кислотой в дозах 0,3-0,5%, к концу срока хранения выявлялись отдельные зерна, вокруг которых при прямом посеве наблюдалось развитие колоний грибов Aspergillus flavus-oryzae.
Контрольное зерно той же влажности, что и консервированное, испортилось в промежутке от 20 до 40 сут При этом наблюдалось интенсивное слеживание, потускнение, образование плесневого запаха Число плесеней хранения уже в течение 20 сут- возросло в десятки раз по сравнению с исходным, в составе внутренней микрофлоры исчезли полевые грибы Происходило постепенное снижение всхожести контрольного зерна в ходе хранения, и к концу срока хранения зерна пшеницы и кукурузы в большинстве случаев наблюдалась полная потеря всхожести Исключением явилось зерно ячменя, которое после 90 сут. даже при сильном поражении плесенями сохранило всхожесть до 50% от исходной Результаты прямого посева на среде Чапека влажного зерна пшеницы и кукурузы, обработанного консервантом и контрольного, после 90 сут хранения показаны на рис 6.

Учитывая, что основную отрицательную роль при хранении зерна играют грибы, исследования проводились в первую очередь с целью выяснения действия разных доз указанных консервантов на грибную флору влажного зерна Результаты опытов представлены в табл. 66.
Данные таблицы наказывают, что при обсемененности зерна плесенями хранения в пределах 6-18 тыс. на 1 г (такая степень обсемененности наиболее характерна для свежеубранного влажного зерна, поступающего на обработку) для получения желаемого эффекта достаточно применения дозы консервирующих веществ 0,5% от массы зерна.
Среди разных грибов, постоянно обнаруживаемых на зерне, наименее устойчивыми к действию указанных консервантов оказались полевые грибы Alternaria, Helminthosporiutn Fusarium, а также грибы из класса зигомицетов - Mucor, Rhizopus. Они, как правило, полностью отмирали в течение 60 мин после обработки зерна любой консервирующей смесью в концентрации 0,3% и выше от массы зерна Следует заметить, что при последующем хранении не было ни одного случая реактивации грибов на консервированном зерне. Большак устойчивость к действию пропионовой кислоты была обнаружена у грибов рода Aspergillus. Из других наиболее часто на обработанном зерне выявлялись представители группы Aspergillus flavus-oryzae. Причем указанные грибы встречались на зерне не только сразу после его обработки, но и после хранения его в течение 90 сут Среди плесеней хранения высокоустойчивыми к действию консервантов, в частности, пропионовой и сорбиновой кислот, оказался также вид Trichothecium roseum, который при посевах обработанного зерна на плотную среду Чапека нередко выявлялся преимущественно в чистой культуре в виде розово-желтого войлокообразного мицелия, покрытого огромной массой конидий.

При сравнительном изучении подавляющего действия разных кислот и их смесей на грибную флору зерна было установлено, что наиболее активным фунгицидным действием обладает смесь пропионовой и уксусной кислот в соотношении 1:1 в концентрации не менее 0,3% от массы зерна Исследования по консервированию влажного зерна риса пропионовой кислотой, показали, что в обработанном зерне в течение 60 сут возрастала общая титруемая кислотность, несколько повышалось кислотное число липидов, по сравнению с сухим зерном, но в значительно меньшей степени, чем у сырого, которое в течение указанного срока подвергалось самосогреванию.
Активность амилазы и липазы повысилась по сравнению с сухим зерном, но была значительно ниже, чем у сырого контрольного риса. Количество крахмала в обработанном рисе сохранилось на уровне сухого зерна и было на 2% выше по сравнению с сырым зерном, хранившимся без обработки. Снижение расхода крахмала при хранении приписывают общему снижению физиологической, ферментативной и микробиологической активности обработанного пропионовой кислотой зерна. Наблюдалось некоторое повышение содержания в консервированном зерне редуцирующих сахаров, что объясняется, во-первых, несколько повышенным гидролизом крахмала за счет пропионовой кислоты, во-вторых, почти полным отсутствием микрофлоры и низкой интенсивностью дыхания обработанного зерна по сравнению с сухим, а тем более, с сырым контрольным.
При исследовании изменений белкового состава было обнаружено, что содержание общего азота, фракционный состав белков консервированного зерна и их пищевая ценность сохранились на уровне сухого контрольного.
В результате обработки влажного сырья пропионовой кислотой и его последующего хранения в течение 60 сут. отмечено некоторое возрастание продуктов гидролиза липидов - моноглицеридов, диглицеридов и свободных жирных кислот. Одновременно произошло снижение количества триглицеридов и полярных липидов. Состав жирных кислот существенно не изменился.
На основании результатов исследований Институтом питания АМН России получено разрешение на использование пропионовой кислоты в качестве консерванта для продовольственного зерна риса в концентрациях не более 0,25-0,3% к массе консервированного зерна.
При изучении влияния пропионовой кислоты на семена подсолнечника обнаружено существенное снижение активности ферментов липоксигеназы, пероксидазы, липазы.
Известно, что при хранении влажного зерна вследствие повышенной активности дыхания, а также развития микрофлоры происходит не только снижение всхожести и ухудшение органолептических показателей, но и потеря его массы.
Известно далее, что каждой степени порчи зерна соответствует определенная потеря массы. Так, средняя масса 1000 зерен контрольного зерна пшеницы равнялась 40,97 г, зерна первой степени порчи - 29,46 г, второй степени - 28,88 и третьей - 26,78 г. По данным разных авторов, при хранении зерна пшеницы, ячменя, кукурузы в условиях, благоприятных для развития плесеней хранения (влажности 18-20%, температуре 20° С), наблюдалась ежесуточная потеря массы сухого вещества от 0,016 до 0,019%.
Исследования влияния консервантов на потери массы зерна при хранении показали, что обработка его органическими кислотами снижает эти потери (табл. 67).
Анализируя данные таблицы, следует отметить, что в контрольных образцах влажного зерна пшеницы, кукурузы и ячменя потери в массе за 100 суток составили соответственно 3,57; 2,75 и 2,19%. При хранении такого же зерна, обработанного органическими кислотами, потери массы оказались на 0,43-0,53% ниже, чем в контрольном зерне.

Исследования основного биохимического состава влажного консервированного зерна показали, что содержание общего протеина как в контрольном, так и в обработанном зерне пшеницы, ячменя, кукурузы сохранилось на уровне исходного. Содержание крахмала у обработанного зерна пшеницы снизилось по сравнению с исходным сухим зерном на 2%, а в контроле - на 3,4%; у ячменя, обработанного пропионовой кислотой, крахмал сохранился на уровне исходного, а в контроле содержание его снизилось на 1,4%.
В консервированном зерне оказалось несколько повышенным содержание редуцирующих сахаров по сравнению с контрольным, и особенно заметно увеличилась общая кислотность. Если у контрольного зерна пшеницы общая кислотность к концу хранения достигала 7,5 град., то у такого же зерна, обработанного пропионовой кислотой, она составила 8,8 град., а при обработке пропионовой кислотой в смеси с уксусной - 12,7 град. Исходное зерно кукурузы имело кислотность 6,2 град,; к концу хранения в контроле кислотность повысилась до 9 град., а у зерна, обработанного пропионовой кислотой и пропионовой в смеси с уксусной в соотношении 1:1, достигала, соответственно, 9,5 и 9,9 град.
Таким образом, влажное зерно разных культур с исходной обсемененностью плесенями хранения в пределах 10 тыс. грибов на 1 г, обработанное растворами органических кислот в дозах 0,5-0,6% от массы зерна, надежно сохраняло органолептические показатели, свойственные нормальному зерну, и достаточную степень стерильности при хранении в течение заданного срока при комнатной температуре. Контрольное зерно пшеницы, кукурузы при такой же влажности в указанных условиях подвергалось интенсивному плесневению в пределах 20 сут. Несколько более стойким в хранении было зерно ячменя, которое испортилось после 40 сут.
При хранении консервированного зерна наблюдалась меньшая потеря массы крахмала по сравнению с контрольным зерном. Отмечено некоторое увеличение содержания восстанавливающих сахаров и заметное возрастание общей кислотности за счет внесения определенного количества консервирующего раствора кислот.
При консервировании зерна органическими кислотами необходимо учитывать не только влажность, но и исходную обсемененность зерна плесенями хранения.
Для надежного консервирования зерна, содержащего десятки тысяч грибов в 1 г, дозы консервирующих веществ должны быть увеличены до 0,8-1,0% от массы зерна.
По данным И.В. Петрухина, для консервирования влажного зерна пропионовую кислоту применяют без разбавления водой, при этом зерно должно иметь влажность не более 45% и быть очищенным от растительных остатков и посторонних примесей. В зависимости от влажности зерна и продолжительности его хранения рекомендованы следующие нормы внесения пропионовой кислоты (табл. 68).

При хранении консервированного влажного зерна необходимо следить за его температурой, и при нагревании выше +30 °C принимать срочные меры по его скармливанию животным или сушке. Время скармливания обработанного зерна практически не ограничивается.
Хорошими консервирующими свойствами обладает сорбиновая кислота с содержанием действующего начала 99%. На практике к влажному зерну ее добавляют из расчета 3 кг на 1 т (0,3%). Она малотоксична для животных.
Пиросульфит натрия (метабисульфат натрия) - белый аморфный порошок с запахом окислов серы - применяют для консервирования влажного зерна или рыбного фарша. Во влажном зерне он предотвращает самосогревание, плесневение и прорастание. Влажное зерно обычно обрабатывают препаратом из расчета 3-5 кг на 1 т, для более длительного хранения - из расчета 12-15 кг на 1 т, а для проса, сорго и чумизы эту дозу увеличивают на 10-15%.
Для консервирования мясо-костной и рыбной муки пиросульфит натрия рекомендовано применять в дозе 20 кг на 1 т, при этом основным требованием для технологии внесения консерванта является его равномерное распределение в консервируемой массе.