Подходы к совершенствованию системы контроля качества зерна на элеваторах

Основное предназначение элеваторов (хлебоприемных предприятий) заключается в приеме большого количества зерна с различными физическими и химико-биологическими свойствами, формирование из него однородных партий с заданными показателями качества и обеспечение его сохранности определенный период времени.

Классический производственный процесс на элеваторных комплексах России состоит из:

─ приемки зерна, распределения его по силосам (банкам) в зависимости от сорта и основных технологических показателей (классу, засоренности, влажности, общей стекловид-ности и т. п.);

─ предварительной и основной очистки зерна от всех типов примесей, в том числе и сорных, линейные размеры и аэродинамические свойства, которых отличаются от зерновок основой культуры;

─ тепловой сушки зерна, как способа, позволяющего обеспечить лучшую сохранность путем корректировки физических и химикобиологических свойств;

• ─    формирования зерновых партии с заданными физическими и химико-биологическими свойствами (классу, засоренностью, влажностью, общей стекловидностью и т. п.), отвечающих требованиям, предъявляемым покупателями, и в зависимости от дальнейшего использования;

─ отгрузки сформированной зерновой партии в транспортное средство с целью ее доставки покупателю, (предприятию) для дальнейшей переработки [1–5].

Процесс приема зерна сопровождается определением ряда физических и химикобиологических показателей его качества.

Лаборатории элеваторов определяют физические и химико-биологические показатели качества поступающего зерна в каждом транспортном средстве, что в свою очередь снижает скорость приема зерна и приводит к простою транспортных средств.

Процедура приемки зерна, поступающего на элеваторы, регламентируется ГОСТ 13586.3–83 [6].

Данный документ определяет правила приема зерна, начиная от правильности оформления сопроводительных документов

В ГОСТ 13586.3–83 содержится перечень оборудования, используемого для забора пробы и формирования из нее навесок для дальнейшего проведения лабораторных исследований. В данный перечень входят: пробоотборники механические и щупы различных конструкций, исключающие травмирование зерна; весы лабораторные с погрешностью взвешивания не более 0,01 г. по ГОСТ 24104–88; весы с пределом взвешивания до 20 кг по ГОСТ 29329–92; ковши вместимостью не менее 200 см3; делители; планки деревянные; совки; емкости для проб и навесок.

В соответствии с ГОСТ 9353–2016 «Пшеница. Технические условия», в поступившей на элеватор партии зерна пшеницы мягких и твердых сортов определяют следующие показатели: массовую долю белка; количество клейковины; качество клейковины; число падения; стекловидность; натуру; влажность; сорную и зерновую примеси. Значения нормируемых показателей приведены в таблице 1.

Продолжительность проведения лабораторного исследования взятой, из одного транспортного средства, пробы зерна, на соответствие вышеуказанных показателей составляет от 30 минут до 1 часа. Длительность проведения исследований вызвана следующими причинами:

• ─    временем доставки исследуемого образца в лабораторию;

• ─    необходимостью подготовки проб;

• ─    большим количеством ручных операций;

─ отсутствием возможности определения нескольких показателей с использованием одного прибора [7–12].

Это приводит к простою транспортных средств, доставляющих зерно на элеватор.

В основной массе технология исследования качества поступающего на элеваторы зерна не соответствует современным требования, поскольку предусматривает использование устаревших методов и оборудования.

Таблица 1.

Показатели качества пшеницы

Wheat quality indicators

Table 1.

Наименование показателя Indicator name	Характеристика и ограничительная норма для мягкой пшеницы класса Characteristics and restrictive norm for soft wheat of the class					Характеристика и ограничительная норма для твердой пшеницы класса Characteristics and restrictive norm for durum wheat of the class
	1	2	3	4	5	1	2	3	4	5
Массовая доля белка, в пересчете на сухое вещество, %, не менее Mass fraction of protein, in terms of dry matter,%, not less	14,5	13,5	12,0	10,0	Не ограничивается Not limited to	13,5	12,5	11,5	10,0	Не ограничивается Not limited to
Количество клейковины, %, не менее Amount of gluten, %, not less	32,0	28,0	23,0	18,0		28,0	25,0	22,0	18,0
Качество клейковины, не ниже: группы, ед. ИДК Gluten quality, not lower: groups, IDC units	43–77		18–102			18–102
Число падения, с, не менее Number of drops, s, not less than	200		150	80		200		150	80
Стекловидность, %, не менее Vitreous content,%, not less	60		40	Не ограничивается Not limited to		85		70	Не ограничивается Not limited to
Натура, г/л, не менее Nature, g / l, not less	750		730	710	Не ограничивается Not limited to	770	745		710	Не ограничивается Not limited to
Влажность, %, не более Humidity,%, max	14,0					14,0
Сорная примесь, %, не более Weed impurity,%, no more:	2,0				5,0	2,0				5,0
в том числе: including:
минеральная примесь mineral impurity	0,3				1	0,3				1
в числе минеральной примеси: галька among the mineral admixture: pebbles	0,1					0,1
испорченные зерна spoiled grains	1,0					0,2
Зерновая примесь, %, не более Grain impurity,%, no more	5,0				15,0	5,0				15,0

Проведенный анализ показывает, методики оценки качества зерна, используемые лабораториями на элеваторах, требуют изменений и корректировок. Причины такого вывода, следующие:

• 1.    Показатели засоренности зерна вычисляют путем определения соотношения веса примесей, содержащихся в исследуемом образце к весу основной зерновой культуры [13, 14].

• 2.    Показатели влажности зерна определяют, взвешивая исследуемый объем продукта до и после высушивания. Главный недостаток этого способа заключается в том, что он требует больших временных затрат, на анализ каждого исследуемого образца необходимо от 2 до 3 часов.

Разделение исследуемого объема на примеси и основную культуру осуществляется вручную (путем визуального обнаружения примесей и их извлечения) и с помощью лабораторных сит (решет) с различными формами и размерами отверстий. Для определения засоренности поступившего зерна используют навеску в 50 г. и на ее основе делают заключение о содержании примесей в партии весом от 20 до 60 тонн.

Используют и анализатор засоренности зерна У1-ЕА3, позволяющий без участия человека разделить исследуемый объем (1 кг) зерна на фракции и примеси, а затем путем их взвешивания определить требуемые показатели. Однако данные исследования занимают не менее 30 минут с учетом времени, необходимого на доставку исследуемого образца в лабораторию.

Данный способ определения засоренности зерна, как и ручной не позволяет определить засоренность всей партии исследуемого зернового продукта с высокой степенью достоверности, не говоря о возможности использования полученных данных для управления процессом формирования зерновой партии с заданными показателями.

Метод Сарториуса является усовершенствованием классического способа определения влажности зерна и для проведения анализа требуется всего 20–30 минут, включая пробо-подготовку, однако он менее точен. Метод Сарториуса лег в основу ускоренного метода измерения содержания влаги «HOH-Express», предложенного немецкой компанией «Heckmann company». Этот метод позволяет всего за три-пять минут с высокой точностью определить содержание влаги в зерне, однако требует больших временных затрат, связанных с предварительным автоматическим или ручным взятием образцов для исследования.

Одним из способов уменьшения времени проведения лабораторного анализа поступающего зерна на элеватор, является применение приборов, использующих в своей работе метод БИК-спектроскопии. Приборы, работающие на основе данного метода, нашли свое применение во многих странах мира и используются для оперативного (экспрессного) анализа показателей качества зерна. Практически все зарубежные элеваторы оснащены лабораторными приборами, работающими на принципе спектрального анализа в ближней инфракрасной (БИК) области [15–20].

Инструментальной базой спектрального анализа являются специальные приборы: инфракрасные анализаторы и спектрофотометры.

В мировой практике инфракрасные анализаторы широко используются для анализа качества сельхозпродукции:

• •    зерна (пшеницы, ячменя, ржи, тритикале);

• •    масличных культур (рапса, сои, подсолнечника, льна);

• •    продуктов их переработки (жмыхов и шротов);

• •    комбикормов;

• •    сухого молока и т. д.

Современных инфракрасные анализаторы качества зерна позволяют оперативно определять следующие параметры: жир, белок, влажность, клетчатку, крахмал, зольность и т. п.

К достоинствам инфракрасных анализаторов качества зерна можно отнести:

• •    значительное сокращение времени на проведение анализа;

• •    существенная экономия энергоресурсов;

• •    приборы не требуют применения дорогостоящих расходных материалов и химических реактивов;

• •    менее жесткие требования по специальной подготовке предъявляются к обслуживающему персоналу, производящему измерения (по сравнению с их коллегами, осуществляющими традиционные лабораторные методы анализа).

Для контроля качества зерна метод БИК-спектроскопии введен в число официально принятых во многих странах, вот некоторые из них:

• ─    Метод БИК-спектроскопии определения белка. Метод 39–10, одобренный Американской ассоциацией химиков зерна (АСС approved method 39–10). Область применения – пшеница всех классов;

• ─    Методика анализа зерна и зернопро-дуктов методом спектроскопии отражения в БИК-области (NIR). Рекомендация ICC № 202 (International Association for Cereal Science and Technology – Международное общество по химии зерна). Область применения – определение белка и влаги в размолотом зерне и зернопродуктах;

─ Официальный метод FOSFA. Federation of Oils, Seed and Fast Association – Федерация производителей масел, семян и жиров. Область применения – одновременное определение содержания жира, влаги и летучих веществ, протеина в бобах сои.

В Российской Федерацией действуют государственные и межгосударственные стандарты, позволяющие использовать ИК-анализаторы и спектрофотометры для определения ряда показателей:

• •    ГОСТ Р 50817–95. Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Метод определения содержания сырого протеина, сырой клетчатки, сырого жира и влаги с применением спектроскопии в ближней инфракрасной области.

• •    ГОСТ Р 50852–96. Комбикорма, комбикормовое сырье. Метод определения содержания сырой золы, кальция и фосфора с применением спектроскопии в ближней инфракрасной области.

• •    ГОСТ Р 53600–2009. Семена масличные, жмыхи и шроты. Определение влаги, жира, протеина и клетчатки методом спектроскопии в ближней инфракрасной области.

• •    ГОСТ 32040–2012. Корма, комбикорма, комбикормовое сырье. Метод определения содержания сырого протеина, сырой клетчатки, сырого жира и влаги с применением спектроскопии в ближней инфракрасной области.

• •    ГОСТ 32041–2012. Комбикорма, комбикормовое сырье. Метод определения содержания сырой золы, кальция и фосфора с применением спектроскопии в ближней инфракрасной области.

• •    ГОСТ 33749–2014. Семена масличные, жмыхи и шроты. Определение влаги, жира, протеина и клетчатки методом спектроскопии в ближней инфракрасной области.

Не смотря на использование инфракрасных анализаторов и спектрофотометров, в качестве лабораторного оборудования, на комбикормовых заводах России, их использование на элеваторах затруднительно, по причине отсутствия нормативных документов, регламентирующих их применение.

Недостатки инфракрасных анализаторов качества зерна:

• •    отсутствие нормативных документов, позволяющих использовать инфракрасные анализаторы для определения качества зерна;

• •    временные затраты на доставку исследуемого образца в лабораторию;

• •    отсутствие возможности использования полученных показателей качества сырья для управления процессом формирования партий зерна с заданными свойствами.

Таким образом можно сделать следующие выводы:

• •    проводимые на элеваторах исследования по определению физических и химикобиологических показателей зерна являются статичными (не в потоке), требуют больших временных затрат, их значения относительными, так как получаются методом усреднения полученных результатов;

для формирования однородной зерновой партии, с заданными физическими и химикобиологическими показателями, осуществляется большое количество однотипных лабораторных исследований, в сочетании с технологическими операциями, позволяющими достичь нужного результата;

• •    применяемые на элеваторах методы лабораторных исследований зерна не позволяют их интегрировать в технический процесс управления современными машинами и аппаратами в «on-line» режиме;

• •    на элеваторах отсутствует возможность непрерывного определения требуемых физических и химико-биологических показателей зерна, позволяющих принимать решение о дальнейших технологических операциях, выборе необходимых для этого машин и аппаратов и установке на них оптимальных режимов работ.

Заключение

Существующий на элеваторах технологический процесс требует усовершенствования в плане изменения подходов к проведению исследований по определению физических и химико-биологических показателей зерна.

Ведутся работы, направленные на изменение сложившегося технологического процесса на элеваторах, внедрения новых методов определения физических и химико-биологических показателей зерна, путем применения инфракрасных анализаторов и спектрофотометров.