Полтава, улица Небесной Сотни, 13, офис 303-А
066-60-30-288
(0532) 508-618

Продавать или перерабатывать. (кукуруза)

Значимость какой-либо с/х культуры в жизни человека легко проявляется при анализе ее производства в глобальном масштабе. Вообще, рост производства любой с/х культуры, как и производство кукурузы сегодня возможен только за счет повышения урожайности и увеличения площадей посева под нее. Но увеличение площадей под какую-либо культуру возможно только за счет сокращения площадей посева других культур, ибо все земли под производство с/х продукции на Земле задействованы, и предпочтение какой- либо культуре за счет сокращения производства других обусловлено постоянно меняющейся конъюнктурой рынка, которая так же, как и все процессы в мире, подчинена одному общему закону – непрерывному изменению состояния. Само слово «процесс» может толковаться, как изменяемость.

Производство кукурузы и других культур: сравнительная характеристика

производство кукурузы
Рис.1. Изменение за 70 лет (с 1940 по 2010) мирового производства кукурузы (а), средней урожайности (б) и посевных площадей под нее (в).

В этой статье мы рассмотрим только направление – производство кукурузы (рис.1).

Графики, приведенные на рисунке 1, позволяют сделать следующие выводы:

  • из всех зерновых культур агробизнес отдает предпочтение кукурузе – это видно по изменению площадей под кукурузу и под все зерновые (рис.1в);
  • мировое производство кукурузы за приведенный отрезок времени выросло в семь раз, средняя урожайность выросла в четыре раза, а площадь под посев этой культуры при этом была увеличена всего на 75%;
  • производство кукурузы происходит за счет повышения урожайности;
  • заметный прирост урожайности и, как следствие, выросло производство кукурузы наступили в пятидесятые годы за счет освоения селекционерами технологии гибридизации.

Производство кукурузы в мировом агробизнесе опредопределяет неизбежность дальнейшего роста ее валового сбора

Прогноз до 2050 года приведен на рисунке 2. Из приведенного рисунка видно, что при фиксированном количестве потребления на душу и без расширения площадей под кукурузу – прирост мирового производства в количестве 300 млн. тонн можно будет обеспечить только за счет роста урожайности.

Точно так же, как и в случае пшеницы, роль Украины на рынке зерна кукурузы будет возрастать, поскольку возможность повышения урожайности этой культуры у нас высокая. Производство кукурузы в Украине– доходная ниша.

Агропотенциал нашей страны позволяет ответить на любой вызов агробизнеса по той причине, что при таком количестве площадей с/х угодий (68% территории страны) и приходящейся площади на одного украинца (0,72 га), Украина предопределена быть крупным игроком на агрорынке (рис.3).

очистка кукурузы
Рис. 2, 3

Производство кукурузы в нашей стране – динамика развития

производство кукурузы
Рис.4. Прирост показателей в период 1995-2013 г.

Если сравнить темпы увеличения площадей под кукурузу, производство кукурузы и рост ее урожайности в Украине за последние 20 лет и эти же показатели в мировом производстве, то, как сказали бы математики, вторая производная прироста (темп) явно в Украине выше (рис.4).

Производство кукурузы в Украине увеличивается в основном за счет повышения урожайности.

Об этом можно уверенно говорить, поскольку в ведущих европейских странах сегодня кукуруза имеет урожайность на уровне 100 ц/га. Это, прежде всего, такие страны, как Испания, Италия, Германия, Франция. В Украине многие хозяйства получают урожай этой культуры также 100 ц/га и даже выше.

Производство кукурузы растет также через достижения в селекции семян высокого потенциала.

Производство кукурузы в Украине на сегодняшний день в основном направлено на экспорт, но перспектива — в его переработке

Часто высказывается общеизвестная аксиома, что переработка с/х продукции на продукты конечного пользования — задача экономической стратегии государства. Это действительно так, только надо понимать, что в развитых странах эта задача в условиях рынка и в течение многих десятилетий решалась наравне с задачами производства вооружения, автомобилей, бытовой техники, оргтехники и т.п.

Вот перечень технологий (далеко не полный), в которых используется кукуруза: корма, крахмал, пиво, сладости, производство мясных и колбасных изделий, супы, соусы, сладости детского питания, кукурузные хлопья, производство снеков, алкогольные напитки, масло, маргарин, топливо, производство смолы, электроэнергии, бумага, абразивы, мыло, клей, прядильное производство, в промышленности: фармацевтическая, лакокрасочная, химическая, литейная, нефтяная, горная. Кукурузный крахмал используется в 500 различных технологиях.

Производство кукурузы для внутренней переработки – это мощный бизнесресурс Украины

Это направление только начинает осваиваться, и экономические перспективы этого направления трудно переоценить.

Рассмотрим основные направления.

Производсво кукурузы для комбикормов

Необходимо отметить особенность кукурузный крахмал при использовании ее зерен в комбикормовой промышленности.

При рационе питания крупного рогатого скота комбикормами на основе зерновых злаковых культур, привесы и надои растут до того уровня, на котором начинает сказываться проблема проходного крахмала. Именно эта проблема сдерживает прирост надоев и привесов.

А вот кукурузный крахмал проходит в тонкий кишечник ж.к.т. крупного рогатого скота без остатка в толстом кишечнике.

Ясно, что ферментация и полное усвоение продуктов расщепления проходного кукурузного крахмала (кстати, точно таким же свойством обладает и крахмал сорго) позволяет регулировать и надои коров, и привесы молодняка в животноводстве крупного рогатого скота.

Производство кукурузы для пищевых продуктов

Из пищевых продуктов перспективным является производство на основе кукурузы глюкозно-фруктового сиропа (ГФС), который дешевле сахара. Эффективность такой замены составляет около 1 млрд. $ за год. В США на производство сладких сиропов для кондитерской промышленности и напитков перерабатывают около 16 млн. тонн зерна кукурузы.

Кукурузный крахмал, как сырье для производства полимерных изделий, в перспективе заменит исходное сырье, используемое сегодня для этих целей и получаемое из добываемых углеводородов.

Это произойдет по двум причинам:

  1. Дороговизна углеводородов;
  2. Пластики, произведенные на основе кукурузного крахмала, при температуре 30°С разрушаются в течение двух месяцев, не загрязняя окружающую среду.

Уже сегодня один центнер кукурузы позволяет получить 32 литра этанола. Специалисты считают, что переработка кукурузы на спирт позволит снизить его себестоимость на 30-40%.

Выведение специальных гибридов с содержанием масла 7-8% позволит повысить производство кукурузы для изготовления масла на 50% с заметным снижением себестоимости.

Об особенностях кукурузного масла необходимо сказать отдельно, поскольку его отличает высокое содержание витамина Е (рис.5) и стеринов (рис.6). Как известно, и витамины группы Е, и стерины играют важную роль в жизнедеятельности человека.

производство кукурузы
Особенности кукурузного масла

Производство кукурузы в Украине: соотношение переработки и экспорта

Из рисунка 7 видно, что на переработку кукурузы в Украине используется не более 1/3 от всего производимого зерна. Остальное идет на экспорт.

производство кукурузы
Рис.7. Украина. Производство кукурузы, млрд. тонн.

Производство кукурузы и влияние травмирования зерна в процессе переработки

Из всех разновидностей кукурузных семян мы рассмотрим две наиболее распространенные – зубовидную и кремнистую.

производство кукурузы
Рис.8. Механические повреждения семян кукурузы при уборке от общего количества поврежденной кукурузы (%).

Особенность травмирования семян кукурузы заключается в том, что макроповреждение зерен кукурузы при уборке составляет 10%, а в процессе послеуборочной обработки доходит до 40-80% . Зерна кремнистой и зубовидной кукурузы отличаются по характеру повреждений.

Так при уборке, в силу того, что зерно кремнистой кукурузы легче обмолачивается и дробление семян при этом почти не происходит, в отличие от зубовидной кукурузы; зато число зерен с поврежденной оболочкой у кремнистой кукурузы намного превосходит число зерен с таким повреждением у зубовидной кукурузы. На рисунке 8 показано отличие в характере повреждений при обмолоте зубовидной и кремнистой кукурузы.

Зерно у кремнистой кукурузы имеет более плотное строение, чем у зубовидной, так как характеризуется меньшим количеством пор. Зубовидная кукуруза повреждается сильнее, чем кремнистая. Это объясняется более рыхлым расположением крахмальных зерен эндосперма, мало связанных между собой белковыми соединениями, придающими зернам более плотную консистенцию.

Травмирования зерна кукурузы при уборке

Исследователи заметили, что в процессе уборки крупные зерна кукурузы травмируются в большей мере, нежели мелкие. На рисунке 9 приведены данные о зависимости травмированности семян кукурузы от их крупности. Замечено также, что у крупных семян зубовидной кукурузы преобладает повреждение эндосперма на верхушке зерен, а у мелких в большей мере повреждается оболочка.

Травмированность при уборке сильно зависит от влажности кукурузной крупы. Нижеприведенный график (рис.10) наглядно это демонстрирует. Видно, что минимум травмирования приходится при уборке кукурузы, влажность которой находится в пределах 15-18%. При большой влажности семена деформируются, а при низкой влажности зерно трескается и дробится.

производство кукурузы
Рис. 9,10

При уборке кукурузы травмированных зерен примерно в 10 раз больше, чем дробленых, и это надо учитывать при оценке травмирования. Внутренняя трещиноватость (без разрушения оболочки) в большей мере происходит при уборке кремнистых форм. Как было сказано выше, травмирование семян кукурузы в основном происходит при послеуборочной обработке. Для совершенствования технологии необходимо оценивать травмирование на каждом этапе транспортировки, очистки, калибровки и сепарации семян.

Отличительная особенность травмирования кукурузы – это внутренняя трещиноватость

Она может возникать при ударе, но чаще всего, трещиноватость обусловлена изменениями температуры (нагревание, охлаждение) и влагоудалением (сушка). При сушке кукурузных зерен в эндосперме образуются внутренние трещины. В силу эластичной оболочки зерна, в отличие от бобовых культур, не разрываются. Но при механическом воздействии на семена с внутренними трещинами они при разрыве оболочки дробится.

Причиной образования трещин при сушке является то, что влага, интенсивно удаляясь с близлежащих к поверхности слоев, приводит к неодновременному изменению объема отдельных частей зерна (периферийных тканей, по сравнению с внутренними), что вызывает напряжение между ними и, как следствие, образование трещин.

Кроме того, как известно, белковые компоненты легко впитывают влагу и очень медленно отдают ее при сушке по сравнению с зернами крахмала. В результате этого, при влагоудалении белковые соединения и крахмальные зерна изменяют объемы неодинаково по времени, и это приводит к возникновению напряжения на границах между ними и к образованию микротрещин. В случае охлаждения нагретого зерна возникают градиенты напряжения того же порядка, что также приводит к внутренней трещиноватости.

Как влияет на производство кукурузы сушка зерна

При знакомстве с характеристиками зерносушилок разного типа убеждаешься, что, как правило, сравнения проходят в плоскости их экономической эффективности, а такой параметр, как неравномерность сушки, редко оценивается. Для примера возьмем модульную сушилку колонкового типа и рассмотрим неравномерность сушки кукурузной крупы при указанных параметрах на входе и выходе из одной колонны (рис.11).

производство кукурузы
Рис.11. Процесс сушки кукурузы в сушилке колонкового типа

Зерна на расстоянии 3 см от «горячей» стенки нагреты до температуры 102°С и высушены до 10%, а на расстоянии от той же стенки 35 см имеют температуру 51°С и влажность практически ту, с которой поступили в колонну – 24%. Такая неравномерность сушки чревата тем, что пересушенное зерно кукурузы легко будет крошиться при незначительном механическом ударе по той причине, что внутренняя трещиноватость даже при температуре зерна 50°С и температуре теплоносителя (температура агента сушки tаc) 90°С составляет около 20%.

Повышение температуры теплоносителя существенно интенсифицирует процесс сушки, но это, кроме трещиноватости, приводит к денатурации белка зародыша, в первую очередь легко растворимых в воде альбуминов и глобулинов, что недопустимо для семян, а для товарного зерна снижает выход крахмала.

Исходя из чисто физических понятий, первоначальный нагрев кукурузных семян при сушке приводит к смыканию тканей, разделенных трещинами. Этот процесс становится заметным при повышении температуры зерна выше 35-40°С.

Последующее обезвоживание усугубляет картину – число трещин растет, а сомкнутые трещины раскрываются на большую величину в силу того, что при смыкании тканей было их уплотнение по обе стороны от трещины. Завершающий этап – охлаждение зерна, добавляет количество трещин и углубляет имеющиеся. То есть, обезвоживание (сушка) и охлаждение приводят к растрескиванию в процессе сушки.

Прибыльное производство кукурузы возможно только с высококачественной сушкой

Увеличивающийся валовый сбор кукурузы вынуждает убирать урожай и проводить послеуборочную обработку на повышенных режимах работы.

Таким образом, учитывая сложность процессов, происходящих в кукурузных зернах при их нагревании, обезвоживании и охлаждении, общие рекомендации могут быть следующие:

  • партии зерна, поступающие на сушку, должны быть выравненные по влажности; не допускать неравномерности сушки;
  • чем выше начальная влажность зерен, тем более щадящим по температуре теплоносителя и продолжительности по времени должен быть процесс сушки;
  • не форсировать охлаждение семян после сушки, а поместить их на длительную отлежку с последующим активным вентилированием.

Длительная отлежка обеспечивает медленное влаговыравнивание не только в отдельно взятом зерне, но и во всей зерновой массе. Кроме этого, в недоохлажденном зерне в процессе отлежки происходит инерционный процесс влагоудаления, и последующая активная вентиляция приводит весь объем просушенного зерна в равновесное состояние. Травмирование семян при такой технологии сушки минимально.

Производство кукурузы и очистка зерна

Очистку кукурузных зерен перед сушкой и после нее рекомендуем выполнять на зерноаспираторе Фадеева (ЗАФ). Два преимущества у такого типа машин:

  1. Отсутствие какого-либо травмирования зерен;
  2. Глубокое монотонное регулирование потоков воздуха и зерна позволяет очищать любые с/х культуры на режимах, отвечающих требуемому качеству очистки.

Нами выпускаются такие зерноочищающие аспираторы, которые имеют следующие конкурентные преимущества:

  1.  Оптимизирована траектория потока зерна с учетом влияния на нее сносящего потока воздуха.
  2. Воздух движется по замкнутому контуру, что исключает установку циклона в основном потоке и существенно снижает потребление электроэнергии по той причине, что принудительная подача воздуха (наддув) на вход вентилятора снижает нагрузку на электропривод рабочего колеса, что позволяет при оптимизации режима выходить на повышенные обороты за счет увеличения частоты тока без перегрузки.
  3. Бесступенчатое регулирование пропускной способности (производительности) и скорости воздушного потока позволяет оптимизировать известное для различных с/х культур противоречие: качество очистки и производительность.
  4. Предусмотрено раздельное удаление пыли и сора.

Очистка кукурузы зерноаспиратором Фадеева

На рисунке 12 показана схема зерноаспиратора Фадеева (ЗАФ-30). Зерноочистка на нем происходит следующим образом.

производство кукурузы
Рис.12. Зерноаспиратор Фадеева (ЗАФ-30).

Неочищенные зерна из бункера (1) ссыпаются в профилированный канал прямоугольной формы (2), ширина которого в десятки раз больше его толщины. Регулятор расхода зерна (3) задает требуемую производительность за счет изменения положения и обеспечивает равномерность непрерывно падающего потока зерна.

производство кукурузы
Рис.13. Схема работы разделителя зерна.

Крупа под воздействием продуваемого через него воздуха сносится на полки жалюзийной решетки (4). К каждой полке жалюзийной решетки прикрепляется разделитель зерна (5).

Разделитель зерна рассредоточивает и задерживает падающий зерновой поток (рис.13) и, тем самым, увеличивает время взаимодействия семян с воздухом, движущимся в межзерновом пространстве, что в совокупности с воздействием струй воздуха разной скорости существенно повышает вероятность выноса из зернового объема частиц, скорость витания которых ниже скорости витания зерна.

Воздух с трудноосаждаемыми примесями всасывается вентиляторами. На пути движения этого потока установлен уловитель трудноосаждаемых частиц (8), вращающий барабан которого оставляет частицы на щетке (9). Удаляются частицы вентилятором отсоса (10) и отводятся в циклон (11). Очищенный воздух вновь подается на аспирацию.

Более губокая очистка зерна повышает производство кукурузы

производство кукурузы
Рис.14. Геометрия сит.

Более глубокую очистку, особенно от мелкого сора, на всех зерноочищающих машинах можно получить за счёт замены сит традиционного варианта исполнения на сита Фадеева (рис.14).

Повышению качества очистки также способствует установка решет новой геометрии (решето Фадеева) взамен плоских щелевых сит. Качество очистки при этом повышается за счет принципиально отличного взаимодействия решета с зерном (рис.15). Семена на таком решете поворачиваются в направлении, определяемом поперечинами, и примеряются к зазору между ними самым малым размером – толщиной.

При очистке зерна от крупного сора устанавливаются решета, размер у которых между поперечинами не меньше толщины зерновки. При этом варианте через такое решето проходит все зерно, а сор крупнее толщины зерна с решета сходит.

Относительная разница (в %) размеров толщины и ширины зерен различных культур приведены на рисунке 16.

производство кукурузы
Рис. 15, 16

Очистка кукурузы: детальный анализ

Такой принцип взаимодействия решета с сыпучим материалом, частички которого имеют разное значение величин длины, толщины и ширины позволяют абсолютно удалять из зерновой смеси семена сорных растений. Анализ размеров семян сорняков сорока различных видов показал, что все они проходят через размер решета, равный 1,7 мм. Все семена при этом сходят с решета. На рисунке 17 в качестве примера приведены размеры шести сорняков и принцип их удаления из состава зерна на решете. Такие решета, кроме мелкого сора, удаляют также из зерновой смеси щуплые, пораженные, невыполненные семена.

производство кукурузы
Рис.17. Удаление семян и плодов сорно-полевых растений на решетах Фадеева.
производство кукурузы
Рис.18. Разница в размерах семян кукурузы и амброзии.

Особое место такие решета занимают при их установке на барабанные сепараторы. Дело в том, что в барабанных сепараторах с горизонтальной осью вращения в процессе пересыпания зерновой смеси мелкий сор падает медленнее крупного зерна по той причине, что отношение поверхности к массе частичек у зерна меньше, чем у мелкого сора. Крупные зерна при этом успевает закрыть отверстие в нижней части барабана раньше, чем в него попадает мелкая частица (рис.18).

Очистка кукурузы решетами новой геометрии

Так происходит, например, при очистке крупных зерен кукурузы от мелких зерен амброзии (рис.19). А поскольку в нижней части барабана отверстия от застрявших в них зерен не освобождаются, то мелкий сор, перемещаясь вместе с зерном, высыпается в соответствующей секции барабана с крупными отверстиями.

Выход из положения опять разрешают решета новой геометрии при размещении поперечин решета в качестве образующих (рис.20). При этом кольцевые щели невозможно перекрыть зерном, тем более что эти кольцевые щели образованы кольцами круглого сечения.

производство кукурузы
Рис.19, 20

Установка таких решет на барабанные сепараторы типа КБС, «Луч» и другие решают проблему удаления семян сорняков, включая семена амброзии. Величина решета при этом для колосовых 1,7, а для кукурузы и сои 2,5.

Производство кукурузы в Украине: выводы, прогнозы

Зачем наращивать производство кукурузы? Украина в настоящее время утверждается как страна-житница, а перспектива ее — стать страной-кормилицей. Учитывая климатические возможности нашей страны и богатые черноземы, производство кукурузы может расти и развиваться. Украина имеет все шансы занять достойное место как в нише органической продукции, так и в производимых из нее продуктов здорового питания. И это не только перспектива, но и реальная возможность.

С уважением, к.т.н.

Фадеев Л.В.