Соя и другие бобовые культуры

Уважаемый читатель, хотя соя по всем бизнес-маркетинговым классификациям относится к техническим культурам, но применительно к теме травмирования семян, она, без всяких сомнений, относится к бобовым культурам и мы рассмотрим ее в «компании» с горохом, фасолью, чиной и другими.

Между тем, всхожесть посевной партии существенно зависит как от общего количества травмированных семян, так и от характера повреждений.

Семена зернобобовых не имеют эндосперма, поэтому повреждение объема семени, заключающего питательные вещества, необходимо увязывать с непосредственным повреждением части семядолей. Зародыш семени зернобобовых культур в отличие от зерновых заключен внутри зерна, чаще всего округлой формы. Последнее не позволяет относить повреждения зародыша таких культур как вика, фасоль, горох, к характерным. В то же время семенная оболочка зернобобовых имеет низкую прочность, что обуславливает ее повышенную травмируемость.

Снижение травмирования семян особенно актуально в селекции и первичном семеноводстве. Здесь в силу своей оригинальности ценно каждое отдельное зерно. Однако конструкционно-технологические параметры машин не в полной мере учитывают специфику обработки селекционного материала вообще и зернобобовых культур в частности [14].

Зернобобовые относятся к легко травмируемым культурам. Обусловлено это тем, что семена таких культур крупные и состоят из двух семядолей. При ударе оболочка разрушается и зерно дробится на семядоли. Такая трещиноватость семян бобовых культур исключает возможность использования каких-либо механизмов, скорость перемещения рабочих органов которых более 1,5 м/с, а угол наклона самотечных труб не более 30° [1].

Из бобовых культур фасоль наиболее расположена к дроблению. Повышенное дробление фасоли объясняется особенностями строения семян, у которых между семядолями имеется полость, увеличивающаяся в процессе созревания. Эта полость уменьшает стойкость семян фасоли к механическим воздействиям, особенно при низкой влажности (ниже 10%).

Имеющиеся в литературе данные о травмировании зернобобовых культур при уборке говорят о том, что количество травмированных семян и характер травм (дробление) сильно зависят от режима обмолота и от влажности убираемых семян. Вообще, уборка зернобобовых культур и послеуборочная обработка их затруднена из-за повышенной чувствительности зерна к механическим повреждениям.

Травмирование сои при уборке зависит от ее влажности. На рисунке 72 показана эта зависимость. При большой влажности бобы сои при уборке деформируются, и оболочка отслаивается, а при малой влажности семена дробятся. Это определяет вид травм – микротравм больше, чем макротравм при высокой влажности при уборке, а при малой наоборот. Как уже было сказано, характерное травмирование сои – отслоение оболочки, которое визуально трудно обнаружить и оно относится к микротравмам. По этой причине такие семена проходят лабораторный контроль как кондиционные, а в поле это травмирование проявляется слабым развитием растения и, естественно, недобором урожая. На рисунке 73 показано снижение урожайности в зависимости от вида травм. Приведенные данные подтверждают, что больший «вклад» в снижение урожайности сои вносят микротравмы. Общий недобор урожая из-за травмирования семян может составлять 30%.

Рис.71. Травмирование семян сои (окраска раствором индигокармина): 1 – целые семена, 2 – макротравмы семенной оболочки, 3- микротравмы семенной оболочки, 4- макротравмы семядолей, 5 – микротравмы семядолей [16].

Семена бобовых в большей мере чем зерновые травмируются при севе. Исследование травмирования семян зернобобовых культур при севе в свое время проводили Дунаевский Д.Б. и Онищенко В.И. [17]. Ими установлено, что доля травмирования, например, гороха разными высевающими аппаратами составляла от 8% до 15%. Основной вид травмирования при этом – вмятины. О сушке зернобобовых культур надо говорить отдельно, в силу следующих особенностей семян этих культур. Зернобобовые, за исключением нута, очень неравномерно вызревают, и к моменту уборки большое количество стручков не обмолачивается. А те влажные, что обмолотились, смешиваются в бункере с сухими бобами. Как уже говорилось ранее, влаговыравнивание в зерновой массе происходит чрезвычайно медленно, особенно между крупными семенами, к которым и относятся бобовые культуры. Кроме этого, соя и другие бобовые обладают высокой гигроскопичностью. Так при относительной влажности воздуха 95% равновесная влажность сои 20%. Прочная связь влаги с белковым комплексом семян, низкая влагопроводность, ясно выраженная структурная и анатомическая обособленность оболочки при значительных размерах зерна требуют снижения скорости сушки во избежание растрескивания оболочки семян в процессе сушки.

Рис.72. Травмирование семян сои при уборке [16]. Рис.73. Снижение урожайности сои в зависимости от характера травм [16].

Особенности эти обусловлены следующим. Белок обладает удивительной способностью поглощать влагу. Так 1 г белка способен впитать воду в количестве 1,8 г, т.е. 180% от собственной массы, в то время как крахмал не более 0,7 г (70%). Богданов С.М. (1988 г.) исследуя потребность прорастающих семян в воде убедительно показал эту разницу (рис. 74) [18]. Поэтому неудивительно, что пшеница дает «команду» на прорастание при поглощении влаги 42- 44% от массы зерновки, а высокобелковые подсолнечник и соя около 100%. В среднем семена бобовых культур отдают влагу в 4-5 раз медленнее, чем пшеница. На рисунке 75 показана сравнительная динамка сушки бобовых и пшеницы. Если взять отношение тепла потраченного на нагрев зерна и на испарение влаги (так называемый критерий Косовича*), то для пшеницы этот коэффициент 0,5-0,75, а для бобовых – 0,12-0,15. Т.е. существенная доля тепла при сушке бобовых идет на нагрев бобов [9].

Рис. 74. Способность к поглощению воды разными составляющими зерна пшеницы [18].

*К=тепло на испарение влаги/тепло на нагрев зерна

Что же до оболочки бобовых культур, то, во-первых, они при тепловой конвекции очень быстро отдают влагу и, не являясь эластичными (в отличии от оболочки кукурузы), легко лопаются. На рисунке 75 показан процесс изменения влажности разных частей семянки гороха при сушке [9]. Растрескивание оболочки приводит к дроблению семян на две семядоли, но даже если оболочка уцелела, а семядоли разошлись, т.е. образовался разрыв между ними, то это предпосылка к дроблению при последующем незначительном по силе механическом ударе.

Рис. 75. Динамика сушки семян бобовых культур и пшеницы [9].

В качестве примера можно привести результаты исследований по травмированности семян сои при сушке с температурой теплоносителя 45°С и влагосъемом с 20% до 13% (рис. 76) [19]. Специально поставленные исследования показали, что при сушке зернобобовых поверхность их быстро обезвоживается, а центральная часть семян остается влажной. На рисунке 77 изображены поля влажности при сушке семян гороха при начальной влажности 35% при температуре в сушильном шкафу 65°С. Графически эти данные показаны на рисунке 78. Хорошо видно, что центральная часть боба сохраняет влажность без изменений длительное время, за которое оболочка, будучи высушенной до 8%, практически не меняет влажность. При конвективном варианте сушки динамика изменения влажности меняется, но порядок уровней обезвоживания сохраняется.

Рис. 76. Прирост травмированных семян сои при теплоносителе 45°С и влагосъеме с 20% до 13% [9].

Казалось бы, проблему можно решить, применяя способ сушки с периодами отлежки, но исследования по оценке требуемого времени для выравливания влажности в семенах зернобобовых утешительных результатов не дали. Были взяты бобы гороха с начальной влажностью 26% подсушенные до средней влажности 19%. Влажность оболочки при этом составляла все те же 8% (8,7%). Через час в герметичном объеме без влагообмена с окружающей средой влажность оболочки поднялась до 9,9%, т.е. влажность поднялась всего 1,2%, а через 1,5 часа влажность оболочки всего составила 10,4%, т.е. темп влаговыравнивания снизился.

Рис. 77. Схема распределения влажности в оболочке и в центре боба через час, два и три часа сушки. Температура теплоносителя 65°С [9].

Тогда был поставлен более длительный эксперимент с временем отлежки 48 часов, результаты приведены на рисунке 79. Если учесть, что время отлежки требует емкостей, что затрудняет поточность технологии сушки, то применительно к зернобобовым культурам с целью предотвращения растрескивания бобов при сушке необходимо на первом этапе нагрева бобов подавать относительно влажный теплоноситель умеренной температуры и влагосъем по среднему значению влажности на всем этапе сушки не должен превышать 3%. В этом случае сушки с рекуперацией тепла до 70% имеют предпочтение перед другими, так как при такой схеме первая фаза сушки – нагрев боба происходит под воздействием увлажненного теплоносителя умеренной температуры и пересушивания оболочки боба не происходит. А еще лучше располагать сушкой с переменной долей теплоносителя направляемой на повторный круг, чтобы регулировать коэффициент рекуперации в зависимости от культур поступающих на сушку.

Рис. 78. Изменение влажности разных частей зернобобовых (соя, горох и т.п.) при начальной влажности 35% и температуре в сушильном шкафу 65°С [9].

А что касается семян зернобобовых культур, особенно семян высоких репродукций, то щадящий режим сушки должен отвечать следующим требованиям: температура теплоносителя не выше 40°С; толщина слоя семян не более 60 см; смена направления движения теплоносителя через 1,5-2 часа; влагосъем не более 5-7%; время сушки 15-16 часов. Для выполнения этих требований должны быть соответствующие сушильные установки.

Рис. 79. Влаговыравнивание в семенах зернобобовых культур за время их отлежки после сушки с 26% до 19% [9].