ЙОГО ПЕРЕРОБКИВСТУП МЕТА І ЗАВДАННЯ КУРСУ “ЗБЕРІГАННЯ ЗЕРНА” Основна мета курсу – ознайомити студентів з зерном та продуктами його переробки, як об’єктом зберігання: - показати господарське та економічне значення добре організованого зберігання зерна, зернопродуктів та комбікормів для відповідних галузей народного господарства країни; - показати, що зерно та зернопродукти під час зберігання підлягають загальним фізичним, фізіологічним та біологічним закономірностям, а також закономірностям сипких матеріалів. Підкреслити особливості зберігання зерна, продуктів його переробки та комбікормів. - вивчити режими та способи зберігання різних зернових культур з врахуванням їх морфологічних і фізіолого-біохімічних особливостей, а також звернути особливу увагу окремим технологічним засобам обробки та зберігання зерна з метою не тільки кращого його зберігання, але й покращення якостей, зменшення втрат. - ознайомити студентів з специфікою кількісно-якісного обліку, який застосовують в системі хлібопродуктів. При вивченні курсу «Зберігання зерна» студенти повинні навчитись методам наукової організації зберігання зерна і зернових продуктів, управління технологічними процесами на сучасних зерносховищах в умовах елеваторної, борошномельної та круп’яної промисловості, а також багатогалузевих господарств (колгоспи, фермерські господарства та ін.). Відомо, що зернова маса – це складна, багатокомпонентна біологічна система, об’єкт, який важко зберігати. Властивості живої зернової маси не схожі на властивості інших тіл, вони мають іншу основу. Зберігання зерна без врахування властивостей і накопиченого досвіду призводить до значних втрат. Вивчення даного курсу дисципліни базується на матеріалах фундаментальних та загально-інженерних наук. Особливе значення для вивчення цієї дисципліни мають курси зернознавство, біохімії, фізичної та колоїдної хімії, мікробіології. Студент повинен вміти чітко формулювати суть властивостей зернової маси (фізичних, фізіологічних і біохімічних), значення таких властивостей при зберіганні зернових мас, знати позитивний і негативний вплив різних факторів на них, суть основ і принципів зберігання зерна в промислових умовах. Задачі курсу: - формування у студентів наукового підходу до питань взаємозв’язку між базовими та прикладними дисциплінами, уявлення спільності закономірностей різних режимів і технологій зберігання; - поглиблення знань та практичних умінь в узагальненні конкретних процесів при зберіганні зерна, що допоможе майбутньому фахівцеві при вирішенні питань організації зберігання зерна. В результаті вивчення даного курсу студент повинен: знати: значення зберігання зерна і продуктів його переробки для елеваторно-складського господарства, борошномельно-круп’яної, хлібопекарної промисловості та для комбікормового виробництва, з метою забезпечення зернопереробних виробництв якісною сировиною, що є важливою умовою стабільної праці підприємств і забезпечення населення високоякісними продуктами; вміти: використовувати знання теоретичного матеріалу для організації і правильного проведення технологічних засобів зберігання зерна, зернопродуктів і комбікормів з мінімальними втратами, збереження і покращення їх якості. ТЕМА 1 ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ЗЕРНОВОЇ МАСИ І ОКРЕМИХ ЇЇ КОМПОНЕНТІВ З історії зберігання зерна та продуктів його переробки. Виробництво зерна і завдання по його зберіганню. Загальна характеристика зернової маси. Фактори, які визначають якість зерна, що надходить в систему зберігання. Головні задачі в галузі зберігання зерна та продуктів його переробки. Принципи та методи визначення якості зерна Основні технологічні заходи, які виконують з зерном в системі хлібопродуктів. 1.1. З історії зберігання зерна та продуктів його переробки Ще кочові народи для зберігання зібраних плодів та насіння дикорослих рослин споруджували різні сховища. З переходом до осілого життя, а головне, коли мали місце лишки продуктів - зберігання стало необхідним в житті людей. Про засоби зберігання зерна в минулому свідчать археологічні розкопки. Встановлено, що найчастіше для цього використовували "зернові ями", корчаги, амфори. Слов'яни у УІ-УП віках нашої ери зберігали зерно в кадках, бочках і як правило, у громадських сховищах. При феодальному устрої, коли мали місце великі земельні господарства, сховища будували вже в садибах, замках. Такі сховища охороняли. Велике значення зберіганню зерна надавала церква, яка володіла сховищами і віддавала їх в оренду купцям та іншим мешканцям. Пізніше, коли утворилась централізована держава, були зроблені перші спроби будувати сховища для довгочасного зберігання зерна на випадок неврожаїв (кінець 15 сторіччя). Значне покращання організації зберігання зерна було проведено під час царювання Петра І. З народженням капіталізму в Росії (друга половина 18 сторіччя) нарощується виробництво зерна на продаж за кордон. Велику роль в пошуках раціональних режимів зберігання зіграли роботи економіста-агронома А.Т.Болотова, хіміка Д.І. Менделєєва, і звичайно – М.В. Ломоносова. З кінця 19 сторіччя почали будувати більш досконалі зерносховища. Вже до 1910 року в Росії поряд з залізницями було збудовано 75 елеваторів на 27 мільйонів пудів (5 мільйонів центнерів). В 1918 році в Росії вже було 125 елеваторів (60 мільйонів пудів) і 800 немеханізованих зерносховищ. Під час Великої Вітчизняної війни було зруйновано 9400 і пошкоджено 2258 елеваторів і складів. Після війни сховища не тільки відбудували, але й збільшили їх кількість. Розвиток технічного прогресу суттєво змінив технічні та технологічні характеристики нових елеваторів. Зросли не тільки їх місткості і технічне оснащення, були знайдені і нові конструктивні рішення. В 1985 році в СНД було побудовано зерносховищ на 200 мільйонів тон, тобто на весь врожай поточного року. Великий внесок в науку в галузі зберігання зерна внесли вчені: В.Л.Кретович, Б.Л.Ісаченко, Е.Н.Мішустін, Н.П.Козьміна, М.Г. Голік та багато інших. Вчені та практики-промисловці розробили режими довгострокового зберігання зерна, посівного матеріалу, борошна, нові засоби активного вентилювання зернових мас, їх дезинсекції, прогресивні технології обробки великих зернових мас в потоці, широко впровадження набула автоматизація технологічних процесів. Зараз в галузі зберігання зерна та продуктів його переробки на перший план виходять нові проблеми. З поширенням процесу приватизації та збільшенням кількості фермерських господарств гостро постало питання зберігання невеликих кількостей зерна. Тому проектуються та будуються елеватори невеликої місткості з новими видами технологічного обладнання простого в обслуговуванні та надійного в роботі.
1.2. Виробництво зерна і завдання по його зберіганню Відомо, що для більшості населення планети зерно та продукти його переробки є основними продуктами харчування. Слід підкреслити, що у різних народів співвідношення продуктів харчування з зерна і тваринного походження різне. Так, багато хлібних продуктів вживають народи Росії, України, Болгарії, Румунії, Югославії і порівняно мало США, Англії, Франції, Данії та інші. Але в більшості країн в основі продуктів харчування так чи інакше знаходиться зерно і продукти його переробки. Забезпеченість зерном окремих регіонів, країн різна. 2000 кг зерна на одного мешканця на рік приходиться в Канаді, а в деяких країнах Африки цей показник складає лише І55-І80 кг. В Україні до останніх років щорічно виробляли біля однієї тони зерна на мешканця /50 мільйонів тон /, в 1998 році виробництво зерна становило лише 16,5 млн. тон, що становить приблизно 330 кг на рік на одного мешканця, в 2005 році – 38 млн. тон Згідно з науковими даними для забезпечення людей харчовими продуктами, тварин - кормами, промисловість - сировиною треба виробляти по одній тоні зерна на рік на одного мешканця країни. В Україні споживання хлібопродуктів становить близько 120 кг за рік на одну людину. Безперервне постачання населенню хліба, макаронних виробів та крупи вимагає наявності в країні необхідних запасів. За даними Продовольчої комісії при 00Н /ФАО/ втрати зерна в світі дуже великі. Вони мають місце як під час виробництва, так при зберіганні хлібопродуктів. Інколи ці втрати в сумі складають до 50 %, з них під час зберігання зерна - до 20 % від кількості зібраного врожаю. Тому зберігання зерна є проблемою всіх країн. Зберігання зерна та зернопродуктів в масштабах нашої країни - важлива справа, що вимагає великих коштів та досвідчених фахівців. Академік А.І.Опарін в одній з своїх праць писав: "Так звані нормальні втрати матеріалів, які відбуваються при зберіганні, є по суті митом на нашу недосвідченість, на наше незнання внутрішніх біохімічних процесів, які відбуваються в клітинах зерна ". Задача фахівців полягає в тому, щоб зменшити якомога це "мито" завдяки й досвідченості та науковому підходу до справи зберігання зерна. 1.3. Загальна характеристика зернової маси В систему хлібозаготівельних підприємств від виробників зерна (колгоспів, фірм, асоціацій та окремих фермерів) надходить біля 100 видів зернової продукції. Це, в першу чергу, продовольче зерно різних культур (пшениця, жито, ячмінь, овес, кукурудза та інші), насіннєве зерно (тих же культур), насіння олійних (соняшник, ріпак), бобових (горох, квасоля, соя), ефіроолійних та інших культур. Всі партії зерна знаходяться у вигляді зернової маси. Терміном “зернова маса” прийнято називати будь-як зерно або насіння, до її складу входять: - зерно основної культури, а також зерно (насіння) інших культурних рослин, які по характеру використання і цінності схожі з зерном основної культури, - мінеральна та органічна домішка, в тому числі і насіння дикорослих і культурних рослин, що не віднесені до основного зерна, - мікроорганізми, - шкідники, - повітря між зернових просторів. “Партією зерна” називають - зернову масу, однорідну по зовнішніх ознаках і показникам якості. Основним компонентом будь-якої зернової маси є зерно (або насіння) визначеного ботанічного роду, назва якого і визначає назву партії зерна або насіння; наприклад пшениця, кукурудза, ячмінь, насіння соняшнику і т.д. Практика свідчить, що навіть цей основний компонент зернової маси не завжди буває однорідним а є сумішшю зерен, що розрізняються по таких ознаках, як геометричні розміри, ступінь зрілості, виповненість, маса 1000 зерен, щільність, вологість, хімічний склад і т.д. До складу зернової суміші можуть входити також зерна (насіння) інших культур, подібних по характеру використання і цінності з зерном основної культури; травмовані при збиранні та транспортуванні робочими органами машин, шнеків, ланцюгових конвеєрів, сепараторів і т.д.; ушкоджені польовими і зерновими шкідниками, пророслі і морозобійні. Поряд із сумішшю зерен основної культури до складу зернової маси завжди входить деяка кількість інших компонентів - домішок мінерального й органічного походження (у тому числі насіння бур'янистих і інших культурних рослин, що не відносяться до основного зерна). Кількісна і якісна характеристика цих компонентів визначається рівнем агротехніки і способом збирання врожаю. Наявність домішок у більшій кількості підвищує неоднорідність зернової маси, знижує її стійкість при зберіганні. Останньому істотно сприяють мікроорганізми, що є у зерновій масі, а іноді комахи і кліщі. Внаслідок нещільного прилягання компонентів зернової маси один до одного в ній завжди присутні повітряні проміжки, які називаються шпарами. Зерно (зернові маси) як об'єкт зберігання характеризується фізичними, теплофізичними, масообмінними і властивим живим організмам фізіологічними властивостями. 1.4. Фактори, які визначають якість зерна, що надходить в систему зберігання До числа факторів, які визначають якість зерна, що надходить на хлібоприймальні підприємства відносять: Сортові і посівні особливості зерна, тобто природні властивості, які залежать від генотипу: характер поверхні зернини, її форма, розміри, крупність, фізіологічна активність та інші. Слід зазначити, що кожний сорт зерна або насіння має різні споживчі ознаки. Так, різні сорти пшениці мають різні борошномельні та хлібопекарні властивості. Це вимагає окремого розміщення партій зерна з урахуванням їх сортових особливостей, необхідність проведення роздільної післязбиральної обробки (з використанням різних режимів) і наступного роздільного зберігання зернових мас а також подальшого використання. Умови розвитку рослини та формування зерна суттєво впливають на розміри врожаю, його якість та стан зернової маси, яка поступає на зберігання. Серед цих умов найбільший вплив мають: - кліматичні особливості сезону, регіону - наприклад, при посусі в період молочно-воскової спілості зерно залишається невиповненим (щуплим), а при посусі в період воскової спілості — виповненим, але дрібним. Ранні заморозки припиняють процес формування зерна. Таке зерно (морозобійне) характеризується низькими технологічним властивостями і меншою стійкістю при зберіганні. Вплив погодних умов позначається також на видовому (кількісному) складі мікрофлори, що населяє рослини, на схильності зерна в період його формування шкідливому впливу бактеріозів і мікозів, на зниженні його врожайності і якості, - зона вирощування, - ступінь враження хворобами, шкідниками - при відсутності ефективних заходів щодо боротьби з польовими шкідниками останні можуть ушкоджувати зерно на корені, наприклад, укуси клопа-черепашки знижують врожайність (особливо при ушкодженні на ранніх стадіях дозрівання; зовнішні ознаки — крапка або вм'ятина в місці укусу, щуплість) і хлібопекарські властивості зерна пшениці. - наявність або відсутність шкідливих рослин, домішок Несвоєчасне проведення або неефективність спеціальних агротехнічних заходів, а також використання насіння низької сортової чистоти можуть привести до підвищеної засміченості окремих партій зерна і, як наслідок, до необхідності проведення спеціальної обробки (особливо при наявності в них шкідливої домішки). Крім того, це зерно варто розміщати окремо від інших партій. Особливості збирання врожаю. Сам процес збирання врожаю може бути однофазним, або роздільним. Роздільний спосіб має ряд переваг: зерно отримуємо більш сухе та чисте, навіть часто не потребує додаткової очистки та сушки. Тому що при цьому способі збирання рослини спочатку косять, а потім після дозрівання та підсихання у валках підбирають комбайном та обмолочують. Однофазний спосіб, або пряме комбайнування дозволяє швидко зібрати врожай, але при цьому більші втрати, погіршена якість зерна і часто підвищена вологість, таке зерно потребує висушування. Однак, при необхідності швидкого збирання врожаю застосовується пряме комбайнування. Слід відмітити, що найбільший вплив на стан зерна і характер процесів, які проходять в зерновій масі, мають погодні умови в період збирання врожаю. В різних районах нашої країни зерно збирають при досить різній вологості, що також суттєво впливає на вологість зібраного зерна. Умови зберігання зерна після збирання та під час транспортування. В зв’язку з тим, що зерно може підвищити вологість в насипі (при поганій гідроізоляції), від дощу, туману, пошкодитись шкідниками, набути сторонніх запахів при транспортуванні від супутніх товарів або в недостатньо очищених кузовах, трюмах та інших, і на зберігання поступає зерно різного стану та якості - головна задача фахівця - швидко та точно визначити якість кожної партії зерна, провести ефективні засоби обробки та встановити режим зберігання такого зерна. 1.5. Головні задачі в галузі зберігання зерна та продуктів його переробки Сезонність виробництва зерна, а також потреба в ньому протягом року для харчових продуктів, корму для тварин і насіння обумовлює необхідність зберігання зерна та продуктів його переробки в кожній країні. В колишньому Радянському Союзі заготівля і продаж зерна проводились Державою, зерно зберігалось: - на виробництві (в колгоспах та радгоспах), - на елеваторах хлібозаготівельної мережі, - на зерносховищах борошномельних, круп'яних, пивоварних заводів та хлібозаводів, - в системі харчової промисловості (реалізаційних базах), - у індивідуального споживача. Зараз добавилось ще зерно в фермерських господарствах. Близько 90 мільйонів тон зерна закупала і зберігала держава, це приблизно 40-45 % від валового збору зерна. Друга половина зберігалась у вищезазначених підприємствах і індивідуальному секторі. На Україні за останні 20 років державні закупки складали від 11 до 18 мільйонів тон зерна за рік. Головною в зберіганні закупленого зерна була система хлібопродуктів. Тут приймали, очищували, зберігали зерно, а також регулювали відправку на підприємства харчової промисловості, в тому числі і за кордон. Таким чином, раніше всі питання, пов'язані з зерном, вирішувались державою. Зараз на елеватори та борошномельні заводи поступає зерно: - державне; - комерційне, це зерно, що здається на зберігання та переробку виробником або комерційною фірмою за договірними цінами, - давальницьке – зерно, яке здається на зберігання та переробку під певний процент від виробленої продукції, (здають зерно - забирають продукцію). Незалежно від таких змін у відносинах виробників та промисловців в галузі зберігання зернових необхідно незмінними є задачі, які слід вирішувати і контролювати: 1. Зберегти зерно та продукти його переробки без втрат маси або з якомога меншими втратами. Природа втрат добре вивчена, їх поділяють на дві групи:
Неминучі серед всіх цих втрат тільки розпил та витрати на дихання. Всі інші - наслідки безгосподарності. До втрат маси призводять всі біологічні та механічні втрати. 2. Зберігати зернові продукти без погіршення якості. Погіршення якості може стати з двох причин: - порушення технології зберігання, - дуже довгий термін зберігання, що призводить до "старіння" зерна. До втрат якості призводять також - проростання зерна, розвиток мікроорганізмів, розвиток шкідників, пошкодження гризунами, втрати від птахів, самозігрівання, травмування. Необхідно зробити все, щоб не допустити погіршення технологічних, споживчих та насіннєвих якостей зерна. З. Підвищення якості зерна і зернових продуктів під час зберігання. Для цього розроблено багато технологічних засобів - своєчасно і якісно очистити зерно, довести його до оптимальної вологи, якщо треба підсушити та інші. В останні роки використовують так звану, гідротермічну обробку, миття та інші засоби. 4.Скорочення витрат праці та засобів на одиницю маси зерна, що зберігається, без втрат його кількості та якості. Всі ці задачі можна вирішити тільки за рахунок удосконалення технологій та підвищення кваліфікації працівників. 1.6. Принципи та методи визначення якості зерна, яке надходить на зберігання При здачі зерна на елеватори існує дві безперечні умови: зерно повинно бути чистим та сухим. При конкуренції, коли існує перевироблення зерна, фермер мусить ці вимоги виконувати. В наших умовах, поки що, таких вимог не дотримуються. Тому перед хлібоприймальними підприємствами стоять важливі завдання: І. В першу чергу необхідно визначити з допомогою органолептичних методів якість кожної партії, яку приймають /колір, запах, смак /. 2. На підставі документів, огляду та лабораторних аналізів необхідно визначити не тільки якість зерна, а й методи його обробки /сушіння, очищення, активне вентилювання/ і, що не менш важливо, здійснити їх в оптимальні строки. З. Дуже важливо визначити раціональний режим зберігання в залежності від стану зерна та його призначення. Виконання всіх завдань буде сприяти кращому проведенню послідуючої роботи з зерном: - підготовка однорідного за якістю зерна і утворення великих партій, - нагляд за станом зерна під час зберігання /температура, вологість/, - відвантаження зерна споживачам. 1.7. Основні технологічні заходи, які виконують з зерном в системі хлібопродуктів 1. Очищення - одна з найважливіших операцій. 2. Сушіння - друга по рахунку, але перша по значенню операція, яка гарантує оптимальну технологію зберігання. Встановлено, що зернова маса всіх злакових та бобових культур з вологістю 12-14 %, що не має ознак зараження шкідниками, при правильній організації зберігання в елеваторі буде знаходитись в стані анабіозу, тобто всі фізіологічні процеси в такій зерновій масі будуть проявлятись тільки у формі уповільненого дихання. З. Охолодження - теж дуже важлива операція, але енергоємна, якщо її проводять шляхом активного вентилювання. В осінньо-зимовий період охолодження проводять з використанням природного холоду. За рахунок того, що в охолодженій зерновій масі різко падає життєдіяльність всіх її живих складових частин, своєчасним та вмілим охолодженням можна досягти повної консервації зернової маси. 4. Захист від шкідників - ця проблема залежить від загальної культури в виробництві зернових рослин та на хлібоприймальних підприємствах. Якщо всі технологічні заходи виконуються своєчасно, то й захисту не треба. Якщо ж виникла необхідність, то провадять дезінсекцію. 5. Підготовка партій зерна однорідної якості. Для ритмічної роботи борошномельних та круп'яних заводів необхідно, щоб вони працювали на одній сировині, тобто сировині однієї якості протягом не менше 10 діб. Для цього під час зберігання зерна в елеваторі формують великі партії і направляють їх в спеціальні силоси для відпуску в подальшому зернопереробним заводам. 6. Калібрування зерна та насіння. Переважна більшість машин борошномельного та круп'яного виробництва своїми робочими органами має сита. Розмір отворів сит встановлюється в залежності від крупності зерна та продуктів його подрібнення. Але, зерна дуже різняться між собою, навіть зерна однієї культури і однієї партії. Тому для раціонального використання й переробки зернову масу фракціонують за розмірами /калібрують/ і в подальшому окремо перероблюють різні фракції зерна. Зараз розробляються все нові засоби впливу на зернову масу під час зберігання: хімічне консервування, променева стерилізація та інші, але їх впровадження потребує значних коштів, що не зовсім економічно вигідно. Запитання для самоконтролю 1. Головні задачі в галузі зберігання зерна. 2. Які групи втрат зернової маси Вам відомі? 3. Які втрати відносять до неминучих втрат? 4. З яких складових складається зернова маса? 5. Назвіть фактори, які визначають якість зерна. 6. Які технологічні заходи проводять із зерном на хлібоприймальних підприємствах? Література: [1] ст. 27 – 37,[2] ст. 10 – 21, [3] ст. 7 – 14, [7] ст. 5 – 30.
ТЕМА 2. ФІЗИЧНІ ВЛАСТИВОСТІ ЗЕРНА ТА ПРОДУКТІВ ЙОГО ПЕРЕРОБКИ
2.1. Загальна характеристика властивостей зернової маси 2.2. Фізичні властивості зернової маси – сипкість, самосортування, шпаруватість 2.3. Гігроскопічні властивості зернової маси 2.4. Теплофізичні та масообміні властивості зернової маси 2.5. Фізичні властивості борошна, крупи та комбікормів 2.1. Загальна характеристика властивостей зернової маси Зернова маса складається з двох фаз: - твердої (зерно, насіння сміттєвих та інших культурних рослин, мінеральні домішки тощо), - повітря міжзернових просторів. Зерно, як двохфазна система має ряд фізичних, теплофізичних та гігроскопічних властивостей, які необхідно знати і враховувати під час зберігання. Фізичні: сипкість, самосортування, шпаруватість. Гігроскопічні: здатність до сорбції і десорбції різних парів та газів. Теплофізичні: теплоємкість, теплопровідність, температуропроводність, термовологопровідність. Вміле використання вищевказаних властивостей під час транспортування, очистки зерна від домішок та зберігання зернових мас дозволяє зменшити втрати, покращити якість будь-якої партії зерна чи насіння, тобто зменшити витрати у всіх галузях народного господарства, пов’язаних з виробництвом, зберіганням, переробкою та використанням зерна за призначенням. Врахування фізичних властивостей зернової маси особливого значення набуває в зв'язку з: - механізацією та автоматизацією процесів обробки зерна в потоці; - під час проведення сушіння зерна; - при використанні пневматичного транспорту; - під час зберігання великих партій зерна в зерносховищах. Це пов'язане з необхідністю зменшення втрат під час зберігання на всіх рівнях. 2.2. Фізичні властивості зернової маси Сипкість Зернова маса відноситься до сипких матеріалів. Це дозволяє її легко переміщати за допомогою норій, транспортерів та пневпотранспортних установок. При цьому використовується принцип самопливу. На основі цього принципу всі схеми технологічного процесу на елеваторах та зернопереробних підприємствах побудовані по вертикалі. Зернова маса, яку піднімають на верхній поверх норією або пневмотранспортом, самопливом спускається вниз і на шляху переміщення проходить ті чи інші технологічні машини. Сипкість зернової маси характеризується коефіцієнтом зовнішнього та внутрішнього тертя і визначається кутом природного нахилу. Кут природного нахилу у зернових злаків залежить від стану зерна, і характеризується такими показниками: - форма зерна, - розміри зерна, - характер поверхні, - вологість, - кількості домішок та їх складу. Кут природного нахилу коливається від 20 до 50° і добре характеризує стан сипкості зерна. Зрозуміло, що найбільшу сипкість мають зернові маси, які складаються з насіння кулястої форми з гладенькою поверхнею /горох, просо, люпин/. На сипкість такої зернової маси всі інші фактори впливають в значно меншій степені. Домішки, як правило, знижують сипкість зернової маси. Вологе зерно також має меншу сипкість. В процесі зберігання сипкість зернових мас може змінюватись, а при несприятливих умовах зберігання зернова маса може зовсім втратити сипкість (в результаті самозігрівання, злежування та інших причин). Кут природного нахилу, може бути наступним:
Самосортування Самосортування має місце при будь-якому переміщенні зернової маси. При цьому компоненти зернової маси нерівномірно розподіляються. Неоднорідність зерна за формою, питомою вагою, масою 1000 зерен сприяє різній парусності, тобто переміщенню кожної частинки в повітряному потоці. Велике за розмірами, але з малою питомою вагою, зерно завжди має більшу парусність. Саме на різній парусності окремих частинок зернової маси базується принцип роботи багатьох зерноочисних машин, де проходить відділення легких домішок в повітряному потоці. Найбільш виражене самосортування зернової маси проходить під час завантажування і розвантажування зерносховищ. При цьому велике, виповнене з великою питомою вагою і малою парусністю зерно швидко досягає дна, або поверхні насипу. Мале, щупле зерно, домішки з великою парусністю опускаються повільно і відкидаються вихровими потоками повітря до стін або скочуються по поверхні конуса, що утворюється зерновою масою. В зв'язку з цим утворюється неоднорідна зернова маса в силосах і складах. Вивантаження зернової маси також супроводжується її значним самосортуванням. В результаті окремі частини партії, вивантажені із силосу в різний час, можуть значно відрізнятись по якості. Характер самосортування при висипанні із силосу залежить від характеру висипання, який в свою чергу обумовлений формою силосу, відношенням його висоти до поперечного розрізу, розміщенням випускного отвору. Існує три випадки висипання: нормальне, асиметричне та симетричне. При нормальному висипанні в першу чергу, рухається вертикальний шар зерна над випускним отвором. Поступово в цей шар втягуються верхні бокові шари (в силосах з симетрично розміщеними завантажувальними і випускними отворами з відносно великим діаметром). Асиметричний характер висипання спостерігається в силосах з великим діаметром, але при несиметричному розміщенні завантажувальних і випускних отворів. Симетричне висипання спостерігається у вузьких силосах. Воно характеризується одночасним рухом всієї зернової маси з дещо швидшим рухом центрального стовпа. Коли в силосі залишається приблизно половина зерна, характер висипання стає нормальним. В цілому самосортування - негативне явище, бо при цьому в зерновій масі утворюються ділянки, неоднорідні за якісними показниками та фізіологічною активністю. Нагромадження легких домішок і пилу біля пристінних ділянок створює умови для самозігрівання зерна, а це в свою чергу призводить до розвитку мікроорганізмів та кліщів. Враховуючи здатність зернової маси до самосортування, необхідно в усіх випадках суворо дотримуватись встановлених правил відбору проб, щоб знати реальну картину якості зернової маси та в разі потреби швидко вжити заходів по поліпшенню якості. Шпаруватість Простори, які утворюються між твердими частками зернової маси і заповнені повітрям, називаються шпарами. Звідси термін "шпаруватість". Повітря, що знаходиться в шпарах бере участь в багатьох фізичних та фізіологічних процесах. В першу чергу, в обміні тепла шляхом конвекції та переміщенню вологи крізь зернову масу у вигляді пари. Запас повітря в міжзернових просторах потрібен для збереження життєдіяльності зерна. Наявність шпар дозволяє проводить активне вентилювання, тобто штучний повітрообмін. Саме шпаруватість зернової маси дозволяє її знезаражувати за допомогою парів отруйних газів, тобто проводити дезинсекції. Шпаруватість зернових мас має технічне та фізіологічне значення. В практичній роботі важливий не тільки розмір шпар, але й їх структура. Наприклад: чим більше шпаруватість зерна, тим менше його щільність, а тому для розміщення такої маси потрібна більша площа і об'єм сховища. Характер шпаруватості залежить від: 1. Форми, розмірів, стану поверхні зерна, а також його щільності. 2. Кількості та складу домішок. 3. Вологості зерна. 4. Особливостей тої чи іншої культури /овес, пшениця/, Так, більш щільно укладається зернова маса, до складу якої входить велике та мале зерно. Добре вирівняні зерна, а також шорсткуваті або зі зморщеною поверхнею укладаються менш щільно. Крупні домішки, як правило, збільшують шпаруватість, дрібні - легко розміщуються в міжзернових просторах і зменшують її. Шпаруватість зростає з підвищенням вологості зернової маси. Зерно пшениці має шпаруватість в межах 35-45 %, а насіння соняшника 60-80 %. Тобто шпаруватість надто залежить від особливостей морфологічної будови тої чи іншої культури. Відмічено, що із збільшенням площі поперечного перерізу силосу зернова маса ущільнюється, і нижні шари мають меншу шпаруватість, ніж верхні. В цілому шпаруватість (
де
Шпаруватість може бути виражена також формулою:
де Шпаруватість деяких зернових мас:
Знаючи об'єм зернової маси та її шпаруватість можна обчислити об'єм повітря, яке знаходиться в цій зерновій масі. Під час активного вентилювання ця кількість повітря приймається за один обмін. 2.3. Гігроскопічні властивості зернової маси Зерно та насіння всіх культур, як і продукти їх переробки, мають властивість за певних умов поглинати з оточуючого середовища /сорбувати/, або виділяти в оточуюче середовище /десорбувати/ різноманітні пари та гази. В основі цього явища лежить два фактори: 1. Капілярно-шпарувата колоїдна структура зерна; 2. Шпаруватість зернової маси. Річ в тому, що останніми дослідами проф. Г.О. Єгорова доведено, що активна поверхня зерна становить 200-250 м /г, що в 200 тисяч разів перевищує видиму поверхню зерна. Тобто, між клітинами та тканинами зерна існує велика кількість макро- і мікропор. Діаметрмакропор становить 10-3 -10-4 см. а діаметр макропор - до 10-7 см. Саме завдяки тому, що на поверхні цих капілярів знаходяться активні центри таких гідрофільних речовин як білки та крохмаль зерно має меншу сорбційну ємність. В зерновій масі проходять такі сорбційні явища: Абсорбція - хімічні речовини, в тому числі і волога, вільно утримуються капілярними силами; Адсорбція - між хімічними речовинами, присутніми в парах та газах, та хімічними речовинами зерна утворюються більш міцні зв’язки полярного або валентного типів; Хемосорбція - утворюються хімічні зв'язки, наприклад, поглинання фумигантів при знезаражуванні зерна. Виділити такі речовини з зернової маси дуже важко. Капілярна конденсація - механізм цього виду сорбції такий: молекули води в декілька шарів захвачуються активним центром сухої речовини. Перший, мономолекулярний шар, молекули води в ньому утримуються молекулами гідрофільної речовини дуже міцно. Вологість пшениці в такому стані дорівнює приблизно 5-6% і таке зерно може зберігатись десятки років. Рівень вологості близько 14% відповідає присутності в капілярах бімолекулярного шару. Молекули води прикріплені не до самих активних центрів, й до мономолекулярного шару, але тримаються ще досить міцно. Слід знати, що білкові молекули можуть утримувати до 240% води по відношенню до своєї маси, а молекули крохмалю - від 30 до 80%. Найважливіша для нас поглинаюча властивість зерна - це його гігроскопічність - здібність до сорбції, або десорбції парів води, тобто - це один з видів капілярної конденсації. З фізичної точки зору вологообмін між зерном та оточуючим середовищем відбувається в двох напрямках: 1. Якщо парціальний тиск водних парів біля поверхні зерна менший тиску водних парів повітря, то проходить процес поглинання води, сорбція; 2. Якщо тиск парів біля поверхні зерна більший тиску парів повітря, то проходить процес віддачі води, десорбція. Але за певних умов, коли тиск повітря і парів біля поверхні зерна однакові, настає стан динамічної рівноваги. Вологість зерна, що відповідає цьому стану називається рівноважна вологість. Такий стан зерна дуже важливий в практиці зберігання, але він дуже не с
|
) - це відношення об'єму, зайнятого шпарами, до загального об'єму зернової маси у відсотках:
, (1.1)
- загальний об'єм зернової маси,
- дійсний об'єм твердих частинок зернової маси.
, (1.2)
- щільність зернової маси.
