CÔNG NGHỆ THÔNG THOÁNG TRONG BẢO QUẢN NGŨ CỐC

1. MỤC ĐÍCH THÔNG THOÁNG

Có 3 mục đích thường được nêu khi sử dụng công nghệ thông thoáng bảo quản ngũ cốc là làm mát, tạo sự đồng đều nhiệt độ và ngăn ngừa sự bốc nóng trong khối hạt.

1.1. Thông thoáng làm mát khối hạt

Khi bảo quản, sự hô hấp của hạt vẫn tồn tại, đó là quá trình phân giải oxy hóa các chất dinh dưỡng để duy trì “sự sống”. Hệ quả của quá trình là sự phát sinh nhiệt lượng, tăng dần nhiệt độ khối hạt, tạo điều kiện cho côn trùng, sâu mọt và các loại nấm mốc…, gia tăng mức độ tấn công, gây nguy hiểm cho khối hạt. Điều này luôn xảy ra, ngay khi hạt bảo quản ở ẩm độ được xác định là an toàn.

Kết quả nghiên cứu của Friesen và Humnicki, 1987, về ảnh hưởng của nhiệt độ, ẩm độ đến hoạt động của nấm mốc, sâu mọt, côn trùng…, thể hiện qua hình (1), cho thấy:

     *  Khi bảo quản ở M_cb  = 10 ÷ 12%:

–Nếu nhiệt độ khối hạt < 17^oC sẽ không có bất kỳ côn trùng hay nấm mốc nào hoạt động.

–Từ 17÷30^oC, côn trùng xuất hiện.

–Từ > 30^oC, ngoài côn trùng còn ảnh hưởng khả năng nảy mầm nếu bảo quản hạt giống.

    *  Khi bảo quản ở M_cb  = 14%:

–Từ 5^oC đã xuất hiện vi sinh vật

–Từ > 17^oC có thêm côn trùng

–Từ > 22^oC có thêm nấm mốc và ảnh hưởng đến khả năng nảy mầm nếu hạt được sử dụng làm giống.

    *  Khi bảo quản ở M_cb  = 15%:

–Từ 3^oC đã xuất hiện vi sinh vật

Từ > 20^oC, xuất hiện đầy đủ các thành phần và ảnh hưởng kể trên.

Hình 1: Ảnh hưởng nhiệt độ và ẩm độ đến họat động của côn trùng, nấm mốc

Như vậy, khi hạt được bảo quản ở M_cb nhất định, nhiệt độ khối hạt tăng dần do hô hấp, nhưng hoạt động gây hại của côn trùng, sâu mọt hay nấm mốc …, sẽ xảy ra từ giới hạn nhiệt độ nhất định và tăng dần cường độ theo sự gia tăng của nhiệt độ khối hạt.

Bằng cách đưa vào hệ thống dòng khí có nhiệt độ, ẩm độ thích hợp để hạ thấp và duy trì nhiệt độ khối hạt trong giới hạn cần thiết, sẽ hạn chế được tác hại của côn trùng, sâu mọt, nấm mốc … gây nguy hiểm cho khối hạt. Đây là mục đích thứ nhất của thông thoáng.

Ví dụ, theo nghiên cứu trên, khi bảo quản lúa ở 14% M_w, nếu nhiệt độ khối hạt vượt quá 20^oC, các thành phần gây hại sẽ gia tăng mức độ phát triển và tấn công. Khắc phục bằng cách thổi vào khối hạt dòng không khí môi trường có t £ 20^oC và j £ 70%, sau thời gian nhất định, nhiệt độ khối hạt sẽ giảm xuống 20^oC và không làm tăng ẩm độ khối hạt.

Cần lưu ý, đối với nhiều nước vùng ôn đới, điều kiện “t £ 20^oC và j £ 70%” là không khó vì không khí môi trường trong phần lớn thời gian đều có khả năng đáp ứng, nhưng ở các nước vùng nhiệt đới hay bán nhiệt đới, yêu cầu trên là rất khó. Ví dụ ở Việt Nam, qua thống kê nhiều năm ở Đồng bằng sông Cửu Long (hình 4), thời gian có khí hậu “khô ráo” nhất trong năm là tháng 3, nhưng số giờ trung bình trong ngày có j £ 70% chỉ từ 8 – 9 giờ; riêng điều kiện nhiệt độ thì không thể đáp ứng vì trung bình cả năm là » 27^oC.

Do vậy, tại các nước nhiệt đới và bán nhiệt đới, vấn đề thường gặp khi làm mát bằng không khí môi trường là thời gian thông thoáng chỉ giới hạn ở một số giờ nhất định trong ngày và không thể hạ thấp nhiệt độ để có thể hạn chế nhiều nhất tác hại của côn trùng, sâu mọt hay nấm mốc. Khi có nhu cầu bảo quản ở nhiệt độ thấp, như để làm giống hay trữ hạt cho mục đích lâu dài, giải pháp thường dùng là bảo quản thông thoáng lạnh.

1.2. Thông thoáng tạo đồng đều nhiệt độ khối hạt

Tác dụng chính của mục đích này là ngăn ngừa sự dịch chuyển ẩm trong khối hạt, nó đặc biệt có ý nghĩa cho những vùng thời tiết biến động nhiều hoặc có sai biệt lớn về nhiệt độ giữa các mùa trong năm.

Sự di chuyển ẩm trong khối hạt xuất phát từ khả năng dẫn nhiệt kém và sự tồn tại khoảng trống giữa các hạt. Khi có sai biệt đáng kể về nhiệt độ giữa bên trong và ngoài kho, nhiệt lượng được truyền qua vách nhưng chỉ tác động đáng kể đến lớp hạt và lớp không khí sát vách kho, sự truyền nhiệt vào sâu bên trong rất chậm, tạo ra sự khác biệt nhiệt độ giữa vùng trung tâm và khu vực xung quanh. Kết quả là sự hình thành dòng khí đối lưu mang ẩm từ các lớp hạt ấm về các lớp hạt lạnh hơn.

Hình 2:  Sự di chuyển và tích lũy ẩm trong kho bảo quản khi nhiệt độ môi trường thấp hơn (a) và cao hơn (b) nhiệt độ khối hạt

Hình (2) minh họa hiện tượng di chuyển ẩm do dòng khí đối lưu khi nhiệt độ môi trường thấp hơn và cao hơn khối hạt bảo quản. Trong cả hai trường hợp, sự di chuyển ẩm đều dẫn đến kết quả là ẩm ngày càng tích tụ tại các lớp hạt lạnh nhất đó là phần đỉnh và đáy kho, tạo điều kiện cho nấm mốc phát triển, dẫn đến hư hỏng cục bộ khối hạt.

Nếu thông thoáng định kỳ, tạo nhiệt độ đồng đều trong khối hạt sẽ ngăn ngừa được điều vừa kể. Đó là mục đích thứ hai của thông thoáng.

Cần lưu ý, thông thoáng trường hợp này dù không nhằm mục đích làm mát nhưng chỉ tiến hành khi điều kiện không khí môi trường không làm gia tăng nhiệt độ và ẩm độ khối hạt.

1.3. Ngăn ngừa sự bốc nóng trong khối hạt ẩm ướt

Khối hạt ẩm ướt, có thể do mới thu hoạch, không thể phơi vì thời tiết không thuận lợi, hay đang chờ sấy vì không đủ máy sấy …

Đặc điểm của khối hạt ẩm là quá trình hô hấp rất mạnh, phát sinh nhiều nhiệt lượng, tăng nhanh nhiệt độ khối hạt. Nếu kéo dài có thể gây ra hiện tượng “bốc nóng”, nhiệt độ có thể đến 50 - 60^oC, và nhanh chóng lan truyền gây hư hỏng nghiêm trọng khối hạt.

Hình (3) là kết quả nghiên cứu thời gian bảo quản bắp cho phép ở các giá trị ẩm độ và nhiệt độ khác nhau. Đồ thị cho thấy:

–  Trong khoảng ẩm độ 24 – 26%, nếu nhiệt độ khối hạt từ 25 – 30^oC, thời gian “chờ” cho phép chỉ từ 2 – 3 ngày; nhưng nếu duy trì nhiệt độ trong khoảng 20 – 25^oC, thời gian chờ có thể từ 4 – 6 ngày.

–  Trong khoảng ẩm độ 28 – 30%, nếu nhiệt độ khối hạt từ 25 – 30^oC, thời gian chờ từ 1 – 2 ngày; nếu duy trì nhiệt độ 20 – 25^oC, thời gian chờ là 2 – 3 ngày.

Hình 3:  Thời gian bảo quản bắp phụ thuộc ẩm độ & nhiệt độ

Như vậy, thông thoáng trong trường hợp này có tác dụng ngăn ngừa hiện tượng bốc nóng, giữ an toàn cho khối hạt trong thời gian chờ xử lý.

Ở các nước thuộc vùng khí hậu ôn đới, giải pháp này được sử dụng khá phổ biến, vì thường ẩm độ hạt khi thu hoạch không cao ( » 20 ¸ 22%), không khí môi trường có nhiệt độ và ẩm tương đối thấp, sự hư hỏng do chậm sấy nếu có cũng xảy ra sau thời gian đáng kể (hình 3).

Đối với các nước vùng nhiệt đới hay bán nhiệt đới, thông thoáng trường hợp này thường có tính chất “đối phó” hay “chữa cháy”, không được coi là giải pháp cơ bản. Nếu áp dụng, cần có những lưu ý đặc biệt như thời điểm thông thoáng, thời gian thông thoáng và đặc biệt lượng gió sử dụng phải “mạnh” hơn so với thông gió bình thường.

2. XÁC ĐỊNH THỜI GIAN THÔNG THOÁNG

Trong thực tế, khi xây dựng chế độ bảo quản cho khối hạt, thời gian thông thoáng cần thiết có thể tính gần đúng dựa vào phương trình cân bằng nhiệt giữa không khí và khối hạt trong quá trình thông thoáng.

Nếu ký hiệu:

            –  T_1gr & T_2gr   là nhiệt độ khối hạt trước và sau khi thông thoáng, ^oC

            –  T_1air & T_2air  là nhiệt độ không khí vào và ra khỏi khối hạt, ^oC

            –  d_1air & d_2air  là lượng chứa ẩm không khí vào và ra khỏi khối hạt, kg/ kg

–  C_gr & C_air    là nhiệt dung riêng khối hạt và khí thông thoáng, kJ/ kg.^oC

–  r_gr & r_air     là khối lượng riêng khối hạt và khí thông thoáng, kg /m³

–  V_air              là lưu lượng thể tích khí thông thoáng, m³/ h

–  r                   là ẩn nhiệt hóa hơi, kJ/ kg

          –  t                  là thời gian thông thoáng, h

·  Theo Brooker D.B, F.W. Bakker-Arkema, and C.W.Hall. 1992, sự cân bằng nhiệt lượng cho quá trình thông thoáng, có thể mô tả bằng phương trình:

   [ V_air r_air C_air (T_1gr – T_1air) + V_air r_air r (d_1air – d_2air)] t  =  G_gr C_gr ( T_1gr – T_2gr)        (5.1)

Từ đây tìm được thời gian thông thoáng cần thiết:

Ví dụ 5.1:  Một tấn hạt đang bảo quản ở ẩm độ M_wb = 14%, được thông thoáng để làm mát từ nhiệt độ 35^oC xuống 30^oC. Không khí thông thoáng có khối lượng riêng 1,16 kg/m³ (ở 30^oC), thổi vào khối hạt với lưu lượng 0,15 m³/phút.tấn, và khi ra khỏi lớp hạt độ chứa ẩm tăng trung bình 0,003 kg/kg. Biết ẩn nhiệt hóa hơi nước là 3.450 kJ/kg, nhiệt dung riêng của hạt là 1,67 kJ/kg.^oC và của không khí là 1 kJ/kg.^oC (ở 30^oC). Xác định thời gian thông thoáng cần thiết, lượng ẩm mang ra khỏi khối hạt và ẩm độ hạt sau khi làm mát.

·  Nếu trong quá trình thông thoáng, sự trao đổi ẩm giữa không khí và khối hạt không đáng kể (d_1air = d_2air), phương trình (5.1) trở thành:

                          V_air r_air C_air ( T_1gr – T_1air ) t    =  G_gr C_gr ( T_1gr – T_2gr )                        (5.3)

Và nếu khối hạt được làm mát đến bằng nhiệt độ không khí môi trường (T_2gr = T_1air), ta có:

                                            ( V_air r_air C_air ) t  =  G_gr C_gr                                             (5.4)

Suy ra thời gian thông thoáng cho trường hợp này:

·  Cần lưu ý, khác vùng ôn đới, ở nhiều nước thuộc vùng nhiệt đới như Việt Nam, việc thông gió chỉ được tiến hành vào một số giờ nhất định trong ngày. Do vậy, việc nắm rõ các dữ liệu về khí hậu, cụ thể là nhiệt độ và ẩm độ tại địa phương nơi lắp đặt kho bảo quản là điều không thể thiếu.

Hình (4) là diễn biến của ẩm độ và nhiệt độ ở Cần Thơ vào một ngày tiêu biểu trong tháng 3 và tháng 8, được tổng hợp từ số liệu trung bình của 5 năm 1988 – 1992. Vào tháng 8, ẩm độ và nhiệt độ là 88% và 27^oC, ứng với điều kiện này ẩm độ cân bằng của hạt lúa là 15,5%, thông gió vào thời gian này chỉ phản tác dụng.

Hình 4: Biến thiên nhiệt độ và ẩm độ không khí trong 1 ngày :

                           Cần thơ (1988 – 1992)            tháng 3:            27,4^oC và 77%

                                                                             tháng 8:            26,8^oC và 88%

                           Baton Rouge, Lousiana:        tháng 7:            27,1^oC và 77%