Ключові показники та особливості сушіння насіння кукурудзи

Сушіння насіння кукурудзи є однією з найважливіших і відповідальних операцій у процесі його післязбиральної обробки. Ця процедура необхідна майже завжди, оскільки кукурудза належить до пізньостиглих культур і її зерно збирають із підвищеною вологістю.

Залежно від погодно-кліматичних умов та групи стиглості, вологість зерна може перевищувати безпечно допустимий рівень на 5–20 % і більше. Навіть у межах одного поля та групи стиглості, збиральна вологість може значно змінюватися під впливом різних агротехнологічних прийомів.

Процес сушіння кукурудзи має свої особливості, оскільки він залежить від багатьох факторів та характеризується низкою показників. До основних факторів належать вологість зерна (насінини), температура його нагрівання та об’єм теплоносія (нагрітого повітря або газоповітряної суміші). Серед показників виділяють швидкість сушіння, якість насіння, рівень енерговитрат, потужність і продуктивність сушильних агрегатів. Фактори впливу та показники закономірно пов’язані між собою і визначають спосіб та режим сушіння. Тому дослідження та виявлення їх техніко-технологічних параметрів з метою оптимізації процесу сушіння мають важливе практичне значення. Напрями оптимізації включають підвищення виходу і якості продукції, зниження енерговитрат на її отримання та збільшення продуктивності сушильних агрегатів.

Існує чимало досліджень, присвячених оптимізації процесу сушіння насіння кукурудзи. Зокрема, встановлені прийоми зниження витрат палива в технологіях сушіння насіннєвої кукурудзи, а також розраховані норми енерговитрат залежно від збиральної вологості зерна. Досліджено особливості формування схожості насіння кукурудзи залежно від способів і температурних режимів сушіння. Складено інструкції із сушіння зерна різної вологості та рекомендовано різні конструкції сушарок, розраховано коефіцієнти вологовіддачі зернових та олійних культур.

Проте залишаються невивченими питання, що також можуть суттєво впливати на процес сушіння: співвідношення вологості зерна і стрижнів качанів, що надходять на сушіння; вологовіддача гібридів кукурудзи з різним типом і формою зернівки; показники термостійкості залежно від вологості зерна і температури його нагрівання. Потребують досліджень також способи сушіння качанів кукурудзи на прикладі районованих і перспективних гібридів різних груп стиглості.

Враховуючи актуальність та важливість зазначених питань, метою досліджень було вивчити особливості процесу сушіння насіння різних гібридів кукурудзи та встановити його основні техніко-технологічні показники. На основі намічених показників планується здійснити оптимізацію та вибрати ефективні способи сушіння для отримання насіння високої якості та економії енерговитрат.

Дослідження проводили в лабораторії методів збереження та стандартизації зерна Державної установи «Інститут зернових культур НААН» (ДУ «ІЗК НААН») протягом 2023–2025 рр. Досліди здійснювали в лабораторних і польових умовах за чинними методами, інструкціями, рекомендаціями. Зокрема, вологість зерна і стрижнів качанів кукурудзи визначали за тепловим методом стандарту ДСТУ 4138, сушіння проводили у сушильній шафі «BINDER». Швидкість сушіння качанів кукурудзи вивчали за вологовіддачею зерна і стрижнів через рівні проміжки часу, відбір наважок для цього проводили за методикою ДУ «ІЗК НААН». Обрахування питомої поверхні зернівки кукурудзи виконували за відношенням площі зовнішньої поверхні до об’єму зернівки. Способи сушіння вивчали на експериментальних установках, на яких створювали режими термічного сушіння, вентилювання та природного підсихання. Якість насіння після сушіння вивчали в лабораторних дослідах за показниками схожості, сили росту, теплової тріщинуватості. У польових дослідах встановлювали схожість насіння та його врожайність, досліди проводили згідно з методикою ДУ «ІЗК НААН». Отримані дані підлягали математично-статистичній обробці. Матеріалом для досліджень слугували гібриди кукурудзи селекції ДУ «ІЗК НААН» — ДН Меотида, ДН Хортиця, ДБ Хотин, ДН Атлант, ДН Сармат, які належали до різних груп стиглості.

Сушіння насіннєвої кукурудзи відбувається в качанах, тому важливо встановити вологовіддачу його окремих частин — зерна і стрижнів. У дослідах виявлено різну вологовіддачу залежно від часу сушіння, що вплинуло на остаточну швидкість сушіння (табл. 1). Вологовіддача визначалась у першій і другій половині сушіння, тривалістю 0–36 годин і 36–72 години відповідно.

Таблиця 1. Динаміка зниження вологості качанів гібридів кукурудзи у процесі їх сушіння

Наприклад, у першій половині сушіння гібридів ДН Меотида і ДБ Хотин вологовіддача зерна була більш інтенсивною і становила 0,36–0,38 % за годину, стрижнів — 0,20–0,24 %. У другій половині динаміка підсихання качанів суттєво змінювалася: вологовіддача зерна знижувалась до 0,15–0,21 %, стрижнів, навпаки, підвищувалась до 0,58–0,65 % за годину. Залежно від особливостей динаміки підсихання, кінцева швидкість сушіння зерна становила 0,26–0,30 % за годину, стрижнів — 0,41–0,43 %. Отже, технологія сушіння качанів кукурудзи потребує оптимізації саме у другій половині процесу, у напрямах підвищення вологовіддачі зерна та скорочення енерговитрат.

Вологовіддача зерна знижується особливо за вологості 18–20 % і може змінюватись залежно від виду зернівки гібридів кукурудзи — зубоподібної чи кременистої. У дослідах встановлено, що зубоподібна зернівка має більшу вологовіддачу під час сушіння качанів та зерна порівняно із кременистою (табл. 2). Її вологовіддача під час сушіння в качанах при температурі теплоносія 40 і 50 ºС становила 0,31 і 0,45 % за годину, вологовіддача кременистої зернівки відповідно — 0,27 і 0,39 %. Під час сушіння в зерні і залежно від температури показники становили у зубоподібної зернівки 2,01 і 2,56 % та 1,70 і 2,09 %, відповідно. У середньому зниження швидкості сушіння зернівки кременистого типу було в межах 12,9–13,3 % (качани) і 15,4–18,4 % (зерно) порівняно із зубоподібною. Слід додати, що в чинних технологіях різна швидкість сушіння зубоподібної і кременистої зернівки не враховується.

Таблиця 2. Швидкість сушіння гібридів кукурудзи залежно від типу зернівки та температури теплоносія, % за годину

Також досліджено вплив форми зернівки кукурудзи на її вологовіддачу. Відомо, що форма зернівки суттєво змінюється залежно від ботанічних особливостей гібридів кукурудзи та технологій їх вирощування. При цьому значним чином може впливати гідротермічний коефіцієнт упродовж вегетації та достигання рослин, ступінь виповненості качана тощо. Виходячи з відмічених передумов, зернівка може мати різну форму — округлу, довгасту, пласку. Повідомлень про вплив різної форми зернівки на швидкість її сушіння в літературних джерелах відсутні. У наших дослідах встановлено, що форма зернівки може значним чином впливати під час сушіння кукурудзи в зерні (табл. 3).

Таблиця 3. Вплив форми зернівки кукурудзи на швидкість її термічного сушіння

Зокрема, найбільшу вологовіддачу мало зерно пласкої форми; швидкість його сушіння була вищою на 17,2–18,4 % порівняно із зерном округлої форми. Швидку вологовіддачу можна пояснити геометричною будовою зернівки та її коефіцієнтом питомої поверхні, який означає відношення площі зовнішньої поверхні (S) до об’єму (V). У наших дослідах коефіцієнт становив від 1,053 до 1,167, що дозволило розподілити зерно за формою — округлою, довгастою, пласкою. Маючи більше відношення площі до об’єму, зерно пласкої форми віддає більшу кількість вологи, тобто має вищу швидкість сушіння. Швидкість також зростає за більшої вологості зерна і, навпаки, наприклад, вона зростала в 1,7–1,8 рази за вологості 28–30 % порівняно із вологістю 18–20 %.

Для проведення сушіння відомі різні способи. До основних належать: природний — з використанням атмосферного повітря в режимі повільного підсихання; вентилювання — в активному режимі з можливістю підігріву повітря на 3…5 ºС; термічне високотемпературне сушіння зі швидким випаровуванням вологи. Способи можуть по-різному впливати на якість насіння та енергетику процесу сушіння, тому їх було включено до програми досліджень.

У досліді природне сушіння, яке виконували атмосферним повітрям без будь-якого підігріву, призводило до мінімальної тріщинуватості в дослідах (в межах 2,1–3,2 %), проте за якістю насіння поступалося іншим способам (табл. 4). Насіння за природного висихання надто довго залишалось вологим, втрачало частку сухої речовини, уражалось хворобами, що призводило до зниження його схожості та врожайності.

Таблиця 4. Вплив способів сушіння качанів кукурудзи на показники термостійкості, 2023–2025 рр.

Вентилювання качанів кукурудзи значно скорочувало тривалість сушіння і підвищувало якість насіння. За збирання із вологістю 20–36 % і вентилювання отримано насіння практично з однаковою польовою схожістю та врожайністю, однак збільшувалась кількість насінин із внутрішніми тріщинами порівняно із природним висиханням.

Термічне сушіння качанів проводили за температури 34…47 ºС, залежно від збиральної вологості зерна, яка була в межах 20–36 %. Виявлено, що цей спосіб сушіння є ефективнішим за впливом на якість насіння та скороченням тривалості процесу, але залежить від співвідношення «температура — вологість». Підвищувалась схожість насіння та його врожайність порівняно із природним висиханням та вентилюванням качанів. Також у результаті швидкого випаровування вологи збільшувалась теплова тріщинуватість насінин, особливо за вологості 20–24 %, де застосовувалась підвищена температура нагрівання до 46…47 °С.

Для встановлення впливу різних температурних режимів сушіння досліджували показники термостійкості насіння гібридів кукурудзи. До них належали: теплова тріщинуватість, схожість та сила росту, які значним чином відчувають вплив температурного фактора. Було виявлено, що термостійкість зростає за зниженням вологості та температури нагрівання, але в певних межах (табл. 5).

Таблиця 5. Термостійкість насіння кукурудзи залежно від його вологості і температури нагрівання в процесі сушіння

Наприклад, найвищої термостійкості насіння кукурудзи досягає за вологості 28–30 % і температури нагрівання — 37…38 °С. За такої вологості можливе ще підвищення температури до 40…41 °С, показники схожості і сили росту залишаються у статистично однакових межах. Також виявлено збереження високої термостійкості за вологості насіння 32–36 % і температури 34…35 °С та вологості 20–24 % і температури 43…44 °С, за яких швидкість сушіння зростала.

Особливості формування термостійкості насіння кукурудзи можна оцінити не лише за його життєздатністю, тобто показниками схожості і сили росту. За дії температурного фактора відбувається також зміна фізичного стану насінини, поява у ній механічних пошкоджень, наприклад, внутрішніх тріщин. Їх поява виникає при надто швидкому сушінні і нерівномірному випаровуванні вологи з різних частин насінини — зародку, ядра, оболонок, також свідчить про певну термостійкість. Вплив тріщин теплової природи є різним і залежить від низки факторів: вологості зерна, температури і швидкості його нагрівання, консистенції зернівки, способу сушіння.

У наших дослідах вміст насінин із тепловими тріщинами дещо підвищувався за нижчої вологості збирання, але набагато більший вплив мав температурний режим сушіння. За отриманими даними (табл. 5), однієї вологості, але за вищої температури сушіння, збільшення тріщинуватості становило в межах 2,6–19,3 %. Найвищою тріщинуватість була за збирання насіння з вологістю 20–24 % і сушінням за температури 46…47 ºС.

Термічне сушіння качанів було найбільш ефективним, особливо за вологості насіння 26–30 %, проте воно супроводжувалось збільшенням теплової тріщинуватості. Тріщинуватість особливо зростала за збиральної вологості 20–24 %, оскільки сушіння велось в інтенсивному режимі за підвищеної температури нагрівання 46…47 ºС.

Отже, теплова тріщинуватість є техніко-технологічним показником, який характеризує процес сушіння насіння і може впливати на його якість за певного співвідношення між вологістю і температурою нагрівання. У наших подальших дослідах встановлено, що внутрішні тріщини в насінині послаблюють її будову і призводять до механічного травмування на стадіях обробки після сушіння.

Таким чином, встановлено особливості сушіння качанів кукурудзи та його основні техніко-технологічні показники, що впливають на процес. До показників слід віднести вологість і динаміку вологовіддачі качанів кукурудзи, швидкість сушіння зерна та стрижнів, теплову тріщинуватість насіння, його схожість і продуктивність. Виявлено дві стадії вологовіддачі: першу — з більшою швидкістю сушіння зерна, другу — стрижнів. На другій стадії швидкість сушіння зерна помітно знижується за вологості 18–20 %. Загальна швидкість сушіння зерна становила в дослідах 0,26–0,30 % за годину, стрижнів — 0,41–0,43 %. Швидкість підвищувалась у разі сушіння зернівки зубоподібного типу та тієї, що мала збільшену питому поверхню за відношення геометричної площі до об’єму насінини.

Вивчено вплив різних способів сушіння вологих качанів кукурудзи: природного висихання, вентилювання та термічного. Найвищу швидкість сушіння і якість насіння забезпечував термічний спосіб за нагрівання до температури 34…44 ºС за початкової вологості 36–20 % відповідно, тобто підвищенням температури у процесі висихання качанів кукурудзи. Вплив термічного сушіння рекомендується контролювати за показниками теплової тріщинуватості насіння, його схожості і сили росту.

М. Кирпа, О. Лупітько, В. Кирпа, ДУ «Інститут зернових культур НААН України»,
Д. Козарійчук, Буковинська державна сільськогосподарська дослідна станція Інституту сільського господарства Карпатського регіону НААН України

За даними порталу: propozitsiya.com