Газообмен и самосогревание комбикормов при хранении

15.09.2015

Газообмен возникает в результате жизнедеятельности микрофлоры и некоторых компонентов комбикормов (главным образом зерна) при хранении и сопровождается диссимиляцией запасных органических веществ, в основном сахаров.
Диссимиляция сахаров происходит аэробно (когда наблюдается полное окисление сахаров, в частности глюкозы, с выделением углекислого газа и воды), либо анаэробно (когда глюкоза расщепляется с образованием газа и этилового спирта). При аэробном дыхании выделяется 674 ккал тепла на грамм-молекулу глюкозы, а при анаэробном - 28 ккал, т.к. в последнем случае не происходит полного окисления глюкозы до воды и углекислого газа. В продуктах превалирует обычно аэробное дыхание.
На интенсивность газообмена влияют влажность, температура и степень аэрации. При хранении продукции в условиях низкой влажности (ниже критической) и низкой температуры, либо без доступа кислорода газообмен резко снижается. В практике исследований его характеризуют количеством выделяемого тепла, уровнем поглощенного кислорода или образуемого углекислого газа, или потерей в весе сухих веществ.
При окислении и разложении гексоз (главным образом глюкозы) происходит потеря сухих веществ продукта, величина которой обусловлена интенсивностью газообмена. Выделяющаяся при этом вода удерживается в массе продукта, увеличивая влажность, что в свою очередь, приводит к усилению дыхания и создает предпосылки для развития микроорганизмов. Влагонасыщенностъ воздуха в массе продукта может возрастать и приводить к образованию конденсационной влаги на поверхности частиц - к их «отпотеванию».
В вопросах газообмена комбикормов среди исследователей нет единого мнения. Часть их отрицает этот процесс, характеризуя комбикорм как «мертвый субстрат».
Исследования, проведенные во ВНИИКП, показывают, что для комбикормов свойственны и процессы газообмена.
В опыте изучали влияние влажности комбикорма, температуры и продолжительности хранения на интенсивность газообмена.
Кривые газообмена комбикормов рецептов 55-3, 60-1 и 7-1 в зависимости от влажности материала приведены на рис. 33, 34.
Определение исходных величин газообмена показывало следующее: при 50 мкл поглощенного кислорода на 100 г сухого вещества за 1 ч для комбикормов рецептов 55-3, 60-1 и 120 мкл кислорода для комбикорма рецепта 7-1, выделение углекислого газа было настолько малым, что количественно не определялось.

Газообмен и самосогревание комбикормов при хранении

Данные, полученные через 15 сут. хранения, указывают на слабый газообмен комбикормов с низкой влажностью и характеризуются величинами 69 и 62 мкл для рецептов 55-3 и 60-1, а для рецепта 7-1 - 154 мкл поглощенного кислорода. Объем углекислого газа за этот промежуток хранения количественно определить не удалось.
Увлажнение продукта стимулирует поглощение кислорода, и чем выше влажность, тем этот процесс активнее. Так, увеличение влажности с 13,5 до 15,5% у комбикорма рецепта 55-3 активизирует поглощение кислорода со 190 до 269 мкл, у комбикорма рецепта 60-1 - со 183 до 308 мкл и с 250 до 377 мкл - у комбикорма рецепта 7-1.
Через 30 сут. хранения увеличение влажности в комбикорме рецепта 7-1 с 13,4 до 15,5% вызывает увеличение поглощения кислорода с 331 до 1100 мкл, т.е. в 3 раза. Аналогичные результаты получены и по другим рецептам комбикормов этого срока хранения.
К концу хранения как поглощение кислорода, так и выделение углекислоты у всех комбикормов независимо от их исходной влажности превосходит первоначальную величину.
Однако начало наиболее резкого возрастания газообмена соответствует различной влажности материала.
Как видно из приведенных рисунков, комбикорма с влажностью 10,5% в течение 45 сут. хранения отличаются слабой интенсивностью газообмена, которая сохраняется практически на исходном уровне или повышается незначительно.
Величины влажности 13% для комбикормов рецепта 7-1 и 14% для остальных вида» комбикормов можно считать, критическими. Следовательно, комбикорма с разным набором компонентов имеют и различную критическую влажность, что необходимо учитывать при установлении максимально допустимых сроков хранения продукта.
Хранение комбикормов рецепта 7-1 при низкой положительной температуре (5 °С) в течение первых 15 дней не привело к существенным различиям в интенсивности газообмена между ним и комбикормом аналогичного рецепта, но хранившимся при температуре 20 и 25 °С. Интенсивность газообмена была низкой.
Д альнейшее хранение при низкой температуре активизировало процесс незначительно и по истечении 45 дней хранения интенсивность дыхания осталась на низком уровне.
С увеличением срока хранения (рис. 35, 36, 37) анализируемый процесс усиливается, и тем значительнее, чем выше влажность продукта. У комбикормов с влажностью 10,5-12,5% интенсивность газообмена хотя и увеличивается на протяжении 45 дней хранения, но не столь значительно, как у комбикормов с более высокой влажностью. Так, у комбикорма рецептов 7-1 при влажности 10,5-12,5% интенсивность газообмена за 45 дней хранения увеличилась примерно в 4-5 раз по сравнению с первоначальной, при влажности 14,5% интенсивность дыхания возросла в 24 раза. Интенсивность газообмена комбикорма рецепта 60-1 с низкой влажностью за тот же период хранения увеличилась в 3-4 раза, а с влажностью 14,5% - в 18 раз.
Непродолжительное дыхание (до 20 сут.) допустимо при критической влажности, т.е. при влажности 13,0-14,0%. При выработке комбикормов, предназначенных для длительного хранения, влажность их должна быть снижена до 11,5-12,5%.
Проведенные исследования показывают, что комбикорм рецепта 7-1 характеризуется более высоким газообменом, чем комбикорма рецептов 60-1 и 55-3.
Более интенсивный газообмен названного комбикорма можно объяснить следующим.
Во-первых, комбикорм для молодняка птиц имеет в своем составе тонко измельченные продукты растительного и животного происхождения, а поэтому является хорошей питательной средой для развития микроорганизмов.

Во-вторых, вносимые в комбикорм микродобавки (микроэлементы и витамины) стимулируют развитие микроорганизмов. Среди же исследуемых нами комбикормов рецепт 7-1 наиболее богат микрокомпонентами. Наконец, из трех исследованных рецептов комбикормов наиболее богаты жирами комбикорма рецептов 7-1 и 60-1, т.к. в их состав входят в наибольшем количестве компоненты с относительно высоким содержанием жира. Вышеперечисленные факты в сумме создают предпосылку для более интенсивного газообмена комбикорма рецепта 7-1 по сравнению с другими комбикормами.
Так как практически разделить интенсивность газообмена соответственно компонентам комбикормов и населяющей их микрофлоре невозможно, определялась суммарная интенсивность данного процесса.

Для выяснения роли микроорганизмов в газообмене комбикормов был проведен опыт со стерильным комбикормом. Полученные данные показывают (рис. 38), что, если на первых этапах хранения комбикормов достоверных различий в поглощении кислорода стерильным и нестерильным комбикормом не обнаружено, то к концу хранения газообмен нестерильного комбикорма в несколько раз превышает данный показатель стерильного комбикорма, который остается на постоянно низком уровне. Из этого можно заключить, что основная роль в газообмене комбикормов с высокой влажностью принадлежит микроорганизмам.
Исходя из вышеперечисленного, можно предположить, что низкий уровень газообмена комбикормов, хранящихся при низких положительных температурах, а также комбикормов с влажностью ниже критической, обусловлен, главным образом, низким уровнем жизнедеятельности микроорганизмов, что способствует сохранности продукта и, таким образом, имеет важное значение в практике хранения.
Проведенные исследования показали, что свежевыработанному комбикорму присущ не столько дыхательный газообмен, сколько газообмен вообще. Мы не отрицаем факта собственно дыхания зерновых компонентов комбикормов, но оно, судя по полученным данным, имеет невысокую интенсивность.

Известно, что в качестве дыхательного материала используются углеводы, жиры и белки. Ho для того, чтобы превратиться в необходимые для дыхания углеводы, жир должен предварительно окислиться, для чего требуется дополнительное количество кислорода. Если на окисление одного грамма углеводов требуется 329 мл кислорода, то на полное окисление грамма жира требуется 2019 мл кислорода.
В связи с этим можно предположить, что в свежеприготовленном комбикорме поглощенный кислород используется на процесс окисления жира, который является, по-видимому, основным дыхательным субстратом. В пользу этого факта говорят и низкие цифры дыхательного коэффициента (табл. 151).

Преимущественное поглощение кислорода на первых этапах хранения комбикорма может быть рассмотрено и как чисто химическое взаимодействие свободных жирных кислот с молекулярным кислородом.
Ho в процессе хранения от этапа к этапу начинает прослеживаться тенденция дыхательного газообмена: наряду с поглощением кислорода отмечается выделение углекислого газа. Особенно это характерно для комбикормов с повышенной влажностью. В литературе указывается, что с увеличением влажности на зерновых, бобовых и крупяных культурах начинает активно развиваться как поверхностная, так и субэпидермальная микрофлора, дыхание которой во много раз превышает собственно дыхание семян. Такой факт, видимо, и наблюдается в данном случае.
Подтверждением этого факта являются и данные, представленные в табл. 152. Динамика поглощения кислорода соответствует классической кривой роста микроорганизмов в периодическом процессе (без обновления среды), что аналогично росту в массе комбикорма.

Таким образом, еще раз подтверждается, что в газообмене комбикормов существенная роль принадлежит микроорганизмам.
Сравнивая наши результаты с литературными данными по дыханию зерновых культур, отмечаем, что интенсивность дыхания комбикормов в несколько раз превышает интенсивность дыхания зерна. Более высокий дыхательный газообмен комбикормов можно объяснить тем, что в их состав входит раздробленное зерно, обладающее повышенной энергией дыхания. Одновременно с этим раздробленные зерна, а вместе с ними и комбикорма в целом, обсеменены микроорганизмами в большей степени, чем целые зерна, что также способствует интенсификации дыхания. Благоприятствуют развитию микроорганизмов и микродобавки.
Характер кривых интенсивности газообмена комбикормов в общих чертах повторяет закономерности возрастания интенсивности дыхания с повышением влажности, температуры и продолжительности хранения, свойственные различным сельскохозяйственным культурам.
Таким образом, экспериментальный материал показывает, что в комбикормах происходит газообмен. В результате этого процесса при хранении продукции могут наблюдаться потери сухих веществ и изменение состава воздуха продукта. При этом увеличение влажности, приводящее к усилению газообмена и развития микроорганизмов, и образующееся в комбикормах тепло, которое задерживается в них вследствие плохой теплопроводности, способствуют самосогреванию. Значит самосогревание продукции - следствие ее биологических и физических свойств.
Достаточно хорошо процессы самосогревания изучены в зерновых компонентах. При развитии этого явления температура в продукте достигает 55-65 °C и в редких случаях 70-75 °С, зерна темнеют («обугливаются»), теряется сыпучесть. Даже при значительно меньшей температуре 25-30 °C заметны ухудшение качества и потеря сухих веществ.
Образование и накопление тепла в продукции происходит за счет интенсивного дыхания зерновой массы, активного развития микроорганизмов и интенсивной жизнедеятельности насекомых и клещей. Л.А. Трисвятский указывает на существенность этих источников теплообразования. Вместе с тем, зерно, очищенное от примесей и без признаков зараженности (т. е. живых насекомых и клещей), также подвержено самосогреванию. Поэтому автор считает основными источниками образования тепла в зерновой массе само зерно и микроорганизмы. Самосогревание может быть вызвано жизнедеятельностью одних микроорганизмов, среди которых важнейшими и устойчивыми продуцентами тепла являются плесневые грибы, особенно при развитии мицелия, или одних вредителей (насекомых и клещей). Как правило, в результате жизнедеятельности самого зерна, т.е. при отсутствии микроорганизмов и вредителей, самосогревание не наблюдается.
Самосогревание подразделяют на три вида: гнездовое, пластовое и сплошное.
Гнездовое самосогревание возникает в любой части продукта в результате нескольких или одной из следующих причин:
- увлажнение какого-то участка продукции за счет попадания атмосферных осадков (неисправность крыши или недостаточная гидроизоляция стен хранилищ);
- размещение в одном складе продукции с различной влажностью, в результате чего создаются очаги (гнезда) повышенной влажности;
- образование участков с повышенным содержанием различных примесей и пыли (а следовательно, и микроорганизмов);
- скопление насекомых и клещей на одном участке.
Пластовое самосогревание представляет собой горизонтальный или вертикальный греющийся слой продукции. Оно происходит вследствие термовлагопроводности, свойственной продукту. Перепады температур, испытываемые периферийными частями насыпи, создают условия для перемещения влаги и ее конденсации. Поэтому пластовое самосогревание возникает недалеко от поверхности насыпи в слоях, близко находящихся от пола, стен хранилища. В зависимости от того, на каком участке насыпи образуется греющийся пласт, различают самосогревание верховое, низовое и вертикальное.
Верховое самосогревание чаще всего наблюдается поздней осенью и весной. При небольшой высоте насыпи (1,0-1,5 м) греющийся слой образуется на расстоянии 15-25 см от поверхности, при большой высоте он возникает на глубине 70-150 см. Предрасполагает к этому самосогреванию размещение достаточно охлажденной продукции, когда нагретый и увлажненный воздух, поднимаясь в верхние участки насыпи и соприкасаясь с несколько охладившимся верхним слоем насыпи, способствует конденсации водяных паров, а следовательно, и развитию микроорганизмов. Конденсация водяных паров возможна при соприкосновении прогретого в поверхностных слоях воздуха с охлажденным в глубине насыпи воздухом, т.е. при перепаде температур.
Низовое самосогревание развивается горизонтальным пластом в нижней части продукции на расстоянии 20-25 см от пола и возникает обычно при загрузке неохлажденной продукции в склады с холодными полами. Это наиболее опасный вид самосогревания, т. к. тепло, образующееся в нижних участках насыпи, легко перемещается в лежащие выше слои, вся масса за короткий период подвергается самосогреванию. Вертикальное самосогревание характерно для продукции, хранящейся в силосах, но встречается оно и в складах при увлажнении стены, соприкасающейся с насыпью. Поэтому насыпи должны быть удалены от стен на 50-60 см.
Сплошное самосогревание характеризуется нагреванием всей массы продукции, за исключением поверхностных слоев. Появляется оно при хранении продукции с высокой влажностью.
Самосогревание комбикормов, представляющих собой сложную смесь различных растительных, животных и минеральных компонентов, мало изучено. В значительной мере это обусловлено тем, что в большинстве случаев комбикорма используются вскоре после их выработки. Однако в практике хранения комбикормов случаи самосогревания их не редки.
Для выяснения особенностей самосогревания комбикормов была проведена серия опытов в производственных условиях. В исследованиях использовали рассыпные и гранулированные комбикорма-концентраты рецепта 51-19 для поросят-отъемышей, которые хранили в зимний и весенне-летний периоды насыпью в типовых кирпичных складах.
В опыте, проведенном в зимнее время, партия рассыпных комбикормов с влажностью 11,7% (весом 111,3 т) была заложена на хранение насыпью размером 15,0x13,5 м и высотой 4,6 м. В процессе хранения наблюдались значительные изменения температуры воздуха и насыпи комбикормов, что видно из данных табл. 153.

Анализ материала показывает, что с 15 февраля на глубине 1,5 и 2 м наблюдалось значительное повышение температуры в насыпи комбикормов (не связанное с изменением температуры воздуха), которое продолжалось все последующие дни, и к 22 февраля температура возросла на глубине насыпи 1,5 м до 50 °C и на глубине 1 м - до 42 °С. При детальных замерах температуры насыпи комбикормов очаг самовозгорания располагался в центральной части и имел диаметр около 1,6 м, высоту - 1,5 м. В дальнейшем самосогревание распространилось на всю партию продукции. В нагретом участке насыпи образовались комья комбикорма, в остальных ее частях сыпучесть заметно снизилась.
В двух опытах по хранению комбикормов, проведенных в весеннелетний период (апрель-сентябрь включительно), также были зафиксированы явления самосогревания, которые сопровождались появлением запаха, усиленным развитием клещей сначала в очаге самосогревания и затем - во всех слоях насыпи. На поверхности комбикормов обнаружены гусеницы мельничной огневки, паутина.
Характер и скорость самосогревания гранулированных комбикормов изучали при хранении их насыпью размером 15х15 м и высотой 3,8 м. Партия комбикормов весом 118,3 т имела влажность 12,8%. Следует отметить, что при закладке на хранение продукции имело место самосортирование целых гранул и их дробленых частей (крошки). В частности, в центре насыпи имелось 25,2% крошки, на расстоянии 0,5 м от центра - 20,3%, 1м - 14,7%, 1,5 м - 9,8%, 2м - 6,6% и на расстоянии 2,5 м от центра - 2,2% крошки, что объясняется различной парусностью. Это неизбежно должно было отразиться на условиях аэрирования центрального столба насыпи и близких к нему участков.
В процессе хранения наблюдались значительные изменения температуры воздуха и насыпи гранулированных комбикормов (табл. 154).

Как видно из таблицы, самосогревание к 22 января распространилось на всю верхнюю часть насыпи комбикормов. В греющейся части появился солодовый запах, снизилась сыпучесть, наблюдалось развитие клещей до III степени, а на глубине до 0,2 м появились гусеницы мельничной огневки. Подобные результаты были получены при хранении гранулированных комбикормов в весенне-летний период (март-август включительно). В этом опыте также самосогревание начиналось с верхнего слоя насыпи и распространялось в нижние слои центральной части, а также в стороны от оси насыпи. Такой характер самосогревания, по-видимому, связан с наличием крошки гранулированных комбикормов по оси насыпи, что привело к снижению аэрации и температуропроводности этих участков.
Кроме того, отмечается, что самосогревание в насыпи гранулированных комбикормов наступает раньше примерно на 30 дней, чем в насыпи рассыпных. Это объясняется более быстрым обновлением воздуха и поступлением кислорода в гранулированную продукцию, вследствие чего ускоряется развитие микроорганизмов. Данному процессу способствуют, видимо, более выраженные явления сорбции влаги в гранулированных комбикормах.
Выше отмечалось, что ведущая роль в возникновении и развитии самосогревания принадлежит мико- и микрофлоре, среди которой наибольшую опасность представляют плесневые грибы. В связи с этим была изучена динамика развития микрофлоры и бактерий на различных глубинах насыпей рассыпных и гранулированных комбикормов (табл. 155).
Анализ результатов исследований показывает, что при самосогревании комбикормов количество как грибов, так и бактерий значительно возрастает по сравнению с участками насыпи, в которых не отмечалось повышение температуры. С увеличением глубины отбора образцов в насыпи продукции (свыше 1,5 м) общее количество мико- и микрофлоры в большинстве случаев заметно снижается, как при самосогревании, так и при его отсутствии.
Значительное увеличение численности грибов рода Aspergillus (вида A. flavus, A, fumigatus, A. candidus, A. nidulaus и др.) отмечено при самосогревании рассыпных и гранулированных комбикормов на глубине от 0,5 до 1,5 м, когда температура насыпи достигала 26,5-38,7 °С. На глубине от 2 до 3 м наряду с видами Aspergillus появились грибы рода Mucor.

По мере повышения температуры и глубины насыпи изменялся и видовой состав бактерий. Если в верхних слоях преобладали бактерии рода Pseudomonas и в меньших количествах кокки, то в глубине насыпи с увеличением температуры появлялись спорообразующие бактерии - Вас. mesentericus, Вас. subtilis и др.
Процесс самосогревания представляет большой интерес и с точки зрения изменения химического состава. Исследования показали, что уже перед началом самосогревания в рассыпных и гранулированных комбикормах наблюдалось уменьшение содержания сырого протеина, жира и каротина с одновременным повышением кислотности и количества аммиака (табл. 156).
В результате развития самосогревания отклонения изучаемых показателей от исходных увеличились. Существенной разницы в величинах показателей качества в рассыпных и гранулированных комбикормах не отмечалось.
Таким образом, процессы самосогревания сопровождаются понижением качества комбикормов, что влечет за собой потери веса сухих веществ. Поэтому при хранении готовой продукции (а также и сырья) следует устанавливать строгое наблюдение. Появление температуры в насыпи, заметно отличающейся от температуры воздуха в складе, указывает на возможные тепловые процессы в комбикормах.