Система активного вентилювання — запорука успішного зберігання цукрового буряка в кагатах

 

(За матеріалами журналу «Цукровий бізнес»», №3 (5), серпень 2018 р.).

При тривалому зберіганні коренеплодів цукрового буряка у промислових кагатах, вихід цукру в кінці переробки складає лише 5-6%, а часто – і того менше.

Також добре відомо, що при формуванні кагату вміст цукру коренеплодів цукрового буряка становить 18-20% від маси.

Спеціалісти впевнені, що втрати цукру при зберіганні можна скоротити до 0,012% за добу, що складатиме 0,36% за три місяці, використовуючи сучасні технології зберігання цукрового буряка у промислових кагатах.

Чому витрати цукру такі високі? Ймовірно, головна причина криється, з одного боку, у недосконалості наших нинішніх знань стосовно біології цукрового буряка, нерозумінні екології виробничого кагату та у відсутності чітких критеріїв оцінки стану обмінних процесів у коренеплоді.

З іншого боку, біохімічні показники внутрішньоклітинного гомеостазу буряка у процесі тривалого зберігання вивчені досить повно, виявлені й описані чинники, що впливають на технологічну якість цукрової сировини у процесі заводської переробки. На сучасному етапі розвитку аграрних наук однозначно можна стверджувати лише одне – для успішного тривалого зберігання коренеплодів цукрового буряка у кагатах потрібний комплексний підхід, що враховує сукупність параметрів, управління якими дозволить зберігати коренеплоди буряка тривалий термін із високою технологічною якістю.

Які параметри потрібно враховувати та контролювати для доброякісного тривалого зберігання цукрового буряка?

1. Досягнення повної біологічної стиглості коренеплоду.

2. Відсутність травматичного пошкодження сировини.

3. Грамотне формування промислового кагату та належне підтримання його екології протягом усього часу зберігання.

4. Запобігання розвитку патологічних процесів у кагаті.

5. Зниження інтенсивності протікання обмінних процесів у клітинах коренеплоду.

Перші два пункти мало залежать від можливостей технологів цукрового заводу.

Біологічно дозрілий буряк буде гарно підготовлений самою природою до тривалого спокою та зберігання навіть у несприятливих умовах кагату. Проте, формування біологічної стиглості будь-якого сорту та гібриду залежить від погодно-кліматичних умов і вимагає не менше 200-230 діб періоду зростання та розвитку. Наш вплив на природно-кліматичні умови обмежений, але ми маємо можливість прискорити та контролювати біологічну стиглість коренеплоду.

Травматичне пошкодження сировини повинне контролюватись працівниками поля та перевізниками.

Останні три пункти у повній мірі можуть бути контрольованими технологами, відповідальними за зберігання сировини цукрового буряка. Але виникає багато питань.

Які параметри стану кагату та коренеплоду необхідно контролювати? Які датчики та контрольно-аналітична апаратура підходять для таких вимірів? Чи можна обійтися тільки одним датчиком температури для діагностики стану коренеплодів у кагаті? В які терміни, скільки кубічних метрів, з якою інтенсивністю (м3/час/т) і як часто необхідно подавати повітря у кагат для підтримки оптимальних параметрів життєдіяльності коренеплоду? Які конкретні значення по температурі, вологості та парціальному тиску СО2 є оптимальними для коренеплоду у кагаті? Чи відрізняються оптимальні значення температури, вологості та газового складу для різних сортів і гібридів, стиглого та недозрілого буряка, здорових та пошкоджених коренеплодів?

Перелік подібних питань дуже великий. І не страшно, що ми доки ще не знаємо усіх відповідей. Важливо, що ми постійно оптимізуємо параметри тривалого зберігання буряка та перевіряємо їх на практиці у нашій виробничій діяльності.

Кагат коренеплодів цукрового буряка – це складна екологічна система, створена штучно. Регуляторні процеси у кагаті формуються і починають функціонувати по мірі закладки кагату. Коренеплід цукрового буряка – живий організм. Як і всякий живий організм, коренеплід дихає, споживаючи кисень, генеруючи при цьому тепло та виділяючи вуглекислий газ. При зберіганні буряка маса його зменшується за рахунок цукру, що витрачається на дихання, і випарювання вологи при всиханні. Зменшення маси залежить від метеорологічних умов і коливається за весь сезон зберігання у межах 1,5-3,0% до маси укладеного буряка. Зниження цукристості при тривалому зберіганні буряка прямо залежить від організації зберігання. Основна доля втрат сахарози – до 75% – припадає на процеси дихання.

Абсолютний покажчик цих втрат варіює у досить широкому діапазоні значень (від 0,0025 до 0,146% на добу) і залежить від стану буряка у кагаті, і, відповідно, від механізму, по якому протікають дихальний процес і його інтенсивність. Добре відомо, що втрати сахарози за добу зберігання у кагатах закритого типу досягають 0,067%. У невентильованих кагатах – 0,021%. Найбільш низьких щодобових втрат сахарози можна досягти при зберіганні буряка у вентильованих кагатах  – 0,012% від показника цукристості під час збирання та укладання у кагат. Оскільки сукупна маса коренеплодів у кагаті дуже велика, витрата кисню, необхідного для дихання, дуже значна. Кисень необхідно подавати від 15 до 50 м3/час/т буряка. Такий значний розбіг у необхідній кількості кисню залежить від фізіологічного стану буряка та зовнішніх умов. Для України інтенсивність вентилювання повинна складати: у вересні  – 35  м3/годину на 1 тонну буряка; у жовтні – 30 м3/годину на кожну тонну буряка; у листопаді – 25 м3/годину. Інтенсивність вентилювання у подальші місяці залежить від стану буряка у кагатах і повинна підтримувати глибокий спокій коренеплоду. Генероване тепло необхідно відводити, оскільки підвищення температури на 1 °С призводить до наростання інтенсивності дихання, що, у свою чергу, дає генерацію тепла, а отже, процес стає автокатолітичним аж до самозаймання буряка. При температурі вище 41 °С буряк у кагаті гине від теплового шоку.

Вуглекислий газ у концентрації вище 15% викликає задуху буряка. Наші технологи на практиці перевірили та встановили основні реперні точки та «найвужчі місця» технології тривалого зберігання буряка у кагатах для різних районів України. Ідеальна температура для зберігання буряка у кагаті – ±2 °С, відносна вологість – 86-94% від максимальної, і вміст вуглекислого газу – 7-15% у міжкоренеплідному просторі кагатного повітря. Швидкість руху повітря при використанні системи активної вентиляції, що нагнітається, не повинна перевищувати 0,05 м/сек, інакше коренеплоди всихатимуть, і необхідної міри вентилювання досягти буде неможливо.

Активне вентилювання доцільно проводити за наявності перепаду температур між буряком і зовнішнім повітрям від 2 до 4 °С і більше з відносною вологістю повітря вище 80%. Оптимальні вимоги до вентилювання при зберіганні: просушування до 2-15 діб, при цьому – форма вентилювання постійна; лікувальний період, охолодження, основне зберігання – форма вентилювання періодична. Вентилювання з низькою інтенсивністю і високим тиском краще всього відповідає специфіці тривалого зберігання цукрового буряка.

Багаторічні випробування системи активного вентилювання дозволили знайти раціональне рішення усього комплексу завдань для досягнення якісного вентилювання. У нашій системі активного вентилювання (САВ) використовується запатентована труба, що є гофрованою, оцинкованою з перфорацією. 

У правильно гофрованій і перфорованій трубі при середній швидкості руху повітря 17,42 м/с, а також перевищенні динамічного тиску у 108,9 Па, відбувається закручування повітряного потоку по спіралі. При цьому порушується ламінарність повітряного потоку і створюється виражена турбулентність. Відцентровими силами прямо по центру повітропроводу створюється зона низького тиску, де значна частина робочого потоку має найменший аеродинамічний опір. Центральна вісь вихру повітря у трубі – зона аномального прискорення потоку.

Температура цього потоку у центрі при цьому дещо зменшується. Швидкість «турбулентного» повітря у шарі коренеплодів відповідає рекомендованому значенню цього показника, яке складає 0,05 м/с. При вираженій турбулентності витікаючих повітряних потоків і середньому значенні гідравлічного опору 1 м шару коренеплодів буряка 80 Па, відбувається пронизування струменями повітря усієї товщі кагату без утворення «мертвих зон», що не продуваються.

Міжосьову відстань між вентканалами рекомендовано приймати з розрахунку 1,4-1,6  м від висоти кагату (при висоті кагату до 5 м). Для кагату заввишки від 6,0 до 9,0 м міжосьова відстань між рукавами вентканалів приймається 4,25-5,0 м. Проте, при найретельнішому відпрацюванні зазначених параметрів «заліза» САВ, природа вимагає і розробки високоточного програмного забезпечення, що дозволяє швидко та ефективно коригувати виникаючі відхилення від оптимальних значень вентилювання. А  причин для створення таких відхилинь існує дуже багато. Необхідно звернути увагу на основні з них. Так, при закладці на зберігання буряка з високим вмістом механічних ушкоджень втрати сахарози зростають на 50-100%. З різною інтенсивністю дихають нові поліплоїдні сорти: «урожайні», «цукристі» та «нормальні», вітчизняні й імпортні. Загальновідомий факт – підвищення температури у кагаті за рахунок теплопродукції (дихання) залежно від початкової температури кагату. При температурі кагату рівної 4 °С середньодобове підвищення його температури складе 0,05 °С/добу. При температурі кагату рівної 20 °С щодобове підвищення температури складе вже 0,13 °С. Активність дихання буряка зростає майже пропорційно зростанню температури кагату у межах від 0° до 30-35 °С, потім сповільнюється і після 40 °С починається відмирання клітин тканин коренеплоду та їх загибель. Разом із зростанням температури йде інтенсифікація розпаду цукру. Втрати цукру у коренеплоді залежать від температури кагату. При температурі кагату рівної 4 °С втрати цукру складуть 0,012% у кожну добу зберігання. При температурі кагату рівної 40 °С втрати цукру складуть 0,08% на добу.

Втрата кожного відсотка вологи у коренеплоді може привести до збільшення втрат сахарози на 0,005-0,01% від маси буряка. При весняному внесенні мінеральних добрив втрати сахарози будуть на 20% вище, ніж при осінньому внесенні тих же добрив. При пошкодженні буряка шкідниками та хворобами у період вегетації величина втрат сахарози при зберіганні збільшується на 30-70%. При видаленні бадилля дефоліантом втрати сахарози у період зберігання на 25% нижчі, ніж у буряка навіть з правильно обрізаною головкою. Гірше зберігається буряк, вирощений в умовах дефіциту вологи – втрати сахарози при зберіганні перевищують типові показники на 100-200%. На 20% збільшуються втрати сахарози при зберіганні підв'яленого буряка (втрата вологи від 5% та вище). Триплоїдні односім’яні гібриди цукрового буряка зарубіжної селекції при зберіганні втрачають у 2 рази більше цукру, ніж наші вітчизняні аналоги.

Втрати сахарози істотно зростають і виникає небезпека самозаймання буряка при накопиченні вуглекислого газу у кагаті. Якщо температура всередині кагату у межах від 0 °С до 2 °С, то вуглекислий газ накопичується поступово і, відповідно, поступово зменшується вміст кисню у кагатах. Якщо температура всередині кагату 8 °С і вище, то кількість вуглекислого газу вже на п'ятий день може бути 25-30%, якщо немає доступу повітря у глибокі шари кагату. Дихання в коренеплоді стає вимушено анаеробним.

Найбільш сприятливі умови для зберігання коренеплодів створюються, якщо у кагатному повітрі кисню міститься 12-14%, вуглекислого газу – біля 5%. Посилена аерація (при вмісті кисню більше 21%) і підв'ялювання коренеплодів підвищують інтенсивність дихання. При вмісті кисню у повітрі менше 7% дихання стає інтрамолекулярним (анаеробним).

Перелік чинників, що вимагають обліку та тонкого коригування можна продовжувати довго і, ймовірно, цей перелік нескінченний. Тому потрібно мати комплексну технологію діагностики стану кагату, як мінімум за трьома показниками (температури, відносної вологості та концентрації вуглекислого газу) і системи швидкого управління по всім трьом показникам.

З урахуванням усіх перерахованих чинників, нами розроблено програмне забезпечення САВ. Програмне забезпечення системи активної вентиляції дозволяє підтримувати температуру у кагаті на 5 °С нижче зовнішнього повітря у теплий період зберігання. У холодний період зберігання, при мінусових температурах зовнішнього повітря, програмне за- безпечення САВ дозволяє підтримувати всередині кагату температуру 0 ± 2 °С, виключаючи вірогідність підмерзання коренеплодів. Використання комплексної технології САВ дозволяє запобігати втраті тургору та забезпечити збереження високих технологічних властивостей цукрового буряка при утриманні у кагатах протягом 90 діб, що показано на Рисунку 1.

На Рисунку 2 видно, що запобігання підсиханню буряка та підтримання оптимального співвідношення кисень/диоксид вуглецю є запорукою суттєвого зменшення витрат цукру на підтримання процесів життєдіяльності коренеплоду.

Як сукупний результат, на Рисунку 3 можна бачити як зростає вихід цукру при грамотному використанні системи активної вентиляції.

Сьогодні вимоги ринку змушують переробників цукрового буряка підвищувати рентабельність виробництва. Життя показало, що зберігання буряків з використанням системи активної вентиляції дозволяє суттєво збільшити вихід цукру при довготривалій його переробці. Прямі втрати буряка можуть бути зведені до мінімуму.

«Що занадто, то не здраво» – стверджують наші польські колеги, і, на жаль, доводиться повністю з ними погодитися, розуміючи, що будь-яке зміщення оптимальних показників зберігання буряка неприпустимо. Недостатність вентилювання призводить до ризику розвитку анаеробних патогенов, гіпервентиляція провокує розвиток аеробної мікрофлори. Ми добре знаємо, що «кашу маслом не зіпсуєш», але не завжди пам'ятаємо закінчення прислів'я  – «якщо покласти масла в міру». Для цього потрібно знати міру, щоб уникнути шкоди. Наші технології САВ гарантовано позбавить Вас від подібних ризиків.

У даний час система активного вентилювання та глибокої заморозки кагатів – це проста, економічна та затребувана у всьому світі технологія зберігання цукрових буряків. Кожна гривня використана на систему активного вентилювання дасть прибуток у десятки і сотні гривень.


3481