Характеристика зернових мас

Шкідники  хлібних запасів. До основних шкідників  хлібних запасів належать комахи (жуки, метелики, кліщі), птахи і мишо-видні гризуни. У процесі своєї життєдіяльності комірні шкідники знищують зерно, погіршуючи його якість та спричинюючи самозігрівання, виділяють тепло і вологу, підвищуючи температуру та вологість зернової маси. В цих умовах активізується життєдіяльність мікрофлори, яка викликає подальше підвищення температури і вологості зерна, що зберігається. Підвищення температури і вологості зерна відбуваються досить інтенсивно, внаслідок чого воно самозі-грівається. Крім того, екскременти шкідників засмічують зерно і можуть потрапити в борошно під час його переробки, різко знижують якість борошна та випеченого хліба. Інколи таке зерно стає непридатним для використання на продовольчі цілі.

Серед шкідників хлібних запасів є  види, які спочатку живуть у полі, а потім — у сховищі, наприклад, деякі види борошноїдів, метеликів, горохова зернівка. Із зерном з поля комахи (рисовий довгоносик, зерновий точильник, зернова міль, комірний довгоносик) потрапляють у зерносховища.

На відміну  від мікроорганізмів, комахи можуть активно розвиватися в сухому зерні. При цьому сушіння і доведення зерна до сухого стану не забезпечують захисту його від шкідників. Тільки вологість зерна нижче 9 - 10 %, що на практиці буває дуже рідко, пригнічує їх розвиток. Відповідно до державних стандартів навіть при наявності в зерні одного живого представника комах-шкідників воно вважається зараженим.

Найважливішим фактором, що впливає на інтенсивність розвитку комах і кліщів у зернових продуктах та зерносховищах, є температура. Оптимальні умови для розвитку шкідливих комах створюються при температурі 20 — 28 °С. Наприклад, потомство комірного довгоносика при температурі 25 — 26 °С з'являється приблизно через 30, а при 12 °С — через 209 діб. Більшість комах погано переносять температуру 10— 11°С: при 0 °С вони заклякають, а при більш низькій — гинуть. Так, при температурі мінус 15 °С шкідники гинуть протягом доби. Підвищена температура (понад 35 °С) також несприятливо позначається на життєдіяльності шкідників: у них припиняється відкладання яєць. При 38 — 40 °С відбувається їх теплове заклякання, а вище 48 — 55 °С вони гинуть.

Кліщі менш вибагливі до високої температури  і тривалий час витримують мінусову температуру, однак вони можуть забезпечити себе поживою тільки при підвищеній вологості зернової маси. Сушіння зерна до сухого стану (12 — 13 %) практично виключає зараження його кліщами. Останні менш небезпечні, ніж інші шкідники зерна, тому, згідно з державними стандартами, допускається приймання зерна, зараженого кліщами.

Крім  температури, на розвиток кліщів істотно  впливає вологість зернової маси. Тіло комах — шкідників зернових продуктів на 48 — 67 % складається  з води. Тому тільки при вмісті у  зернових продуктах певної кількості  вологи комахи і кліщі можуть існувати і розмножуватися, оскільки поповнення води в їхньому організмі необхідне внаслідок втрати її при диханні, виділенні з екскрементами тощо.

В умовах без доступу кисню (вміст його не більше 1 — 2 %) комахи й кліщі гинуть. Якщо його в окремих шарах зернового  насипу не вистачає, комахи й кліщі  переміщуються в ділянки, багатші  на кисень.

Вміст у зерновій масі різних компонентів  зумовлює її специфічні властивості, які  треба враховувати під час  зберігання та обробки. Розрізняють  фізичні та фізіологічні властивості  зернової маси.

 
2. Фізичні властивості  зернових мас

Зернова маса має певні фізичні властивості  — сипкість, самосор-тування, шпаруватість, здатність до сорбції та десорбції різних парів і газів (сорбційна ємність), тепло-, температуро- і термовологопровідність, теплоємність. Знання і врахування фізичних властивостей зернових мас набувають особливого значення у зв'язку з механізацією й автоматизацією процесів обробки зерна в потоці, впровадженням нових способів сушіння, застосуванням пневматичного транспорту та зберіганням значних партій його у великих сховищах (силосах сучасних елеваторів, металевих бункерах, на складах).

Сипкість  — це здатність зерна і зернової маси переміщуватися по поверхні, розміщеній під певним кутом до горизонту. Правильно використовуючи цю властивість і застосовуючи відповідні пристрої та механізми, можна повністю уникнути затрат ручної праці при переміщенні зернових мас норіями, конвеєрами і пневмотранспортними установками, самопливом, завантажуванні в різні за розмірами і формою транспортні засоби (автомашини, вагони, судна) та сховища (засіки, склади, траншеї, силоси елеваторів).

Сипкість  зернової маси характеризується кутом  тертя, або кутом природного схилу. Кут тертя — найменший кут  між основою і схилом насипу, за якого зернова маса починає ковзати  по поверхні. При ковзанні зерна  по зерну його називають кутом  природного схилу, або кутом скочування (табл. 2).

Найбільшу сипкість і найменший кут схилу  мають маси насіння кулястої форми (гороху, проса, люпину). Чим більше форма  зерен відрізняється від кулястої і чим шорсткуватіша їх поверхня, тим менша сипкість зернової маси. Зерна продовгуваті, тонкі, з квітковими плівками (рису-сирцю, окремих сортів вівса, ячменю та ін.) також менш сипкі. 

На сипкість зернової маси впливає багато факторів: гранулометрична будова та гранулометрична характеристика (форма, розміри, характер і стан поверхні зерен), вологість, кількість домішок та їх видовий склад, матеріал, форма і стан поверхні, по якій самопливом перемішується зернова маса.

Наявність домішок, особливо легких і дрібних  з шорсткуватою поверхнею, також  знижує сипкість зернової маси. Аналогічно впливає на сипкість підвищення вологості зернової маси, за винятком тієї, що складається з кулястих зерен з гладкою поверхнею. Сипкість зернової маси знижується при зберіганні внаслідок ущільнення, що є побічним показником стану зерна.

Самосортування — це властивість зернової маси втрачати свою однорідність під час переміщення і вільного падіння. Вона зумовлюється сипкістю зернової маси і неоднорідністю твердих часточок, що входять до її складу. Як позитивне явище, самосортування використовується в практиці очистки та сортуванні зернових мас. Відбувається при її переміщенні й струшуванні, завантажуванні та розвантажуванні сховищ і силосів елеваторів. Наприклад, під час перевезення зерна в автомашинах або вагонах, пересуванні по стрічкових конвеєрах внаслідок поштовхів і струшувань компоненти зернової маси з малою масовою часткою (легкі домішки, насіння в квіткових плівках, щуплі зерна тощо) розміщуються ближче до поверхні насипу, а з більшою та абсолютною масою — ближче до його нижньої частини.

Самосортуванню при вільному падінні твердих часточок зернової маси (наприклад, під час завантажування силосів, сховищ) сприяє парусність, тобто опір повітря переміщенню кожної окремої часточки. Великі, важкі зерна і домішки з великою масовою часткою і меншою парусністю опускаються прямовисно і швидко досягають основи сховища або поверхні насипу. Щуплі, дрібні зерна й домішки з невеликою абсолютною і масовою часткою та більшою парусністю

опускаються повільніше, відкидаються вихровими  потоками повітря до стін сховища  або скочуються по поверхні конуса зернової маси. Ця властивість зерна  використовується при його очищенні.

Самосортування зернової маси під час його зберігання — явище негативне. Порушення однорідності партії зерна у сховищі заважає правильному його оцінюванню як у силосі, так і під час розвантажування з нього, спричинює розвиток негативних фізіологічних і мікробіологічних процесів у місцях насипу, де зосереджені компоненти з підвищеною життєдіяльністю. Все це призводить до самозігрівання зернових мас.

Шпаруватість  зернової маси — це наявність проміжків  між її твердими часточками, заповнених повітрям. Характер фізіологічних і мікробіологічних процесів у зерновій масі залежить від кількості та складу повітря в міжзернових просторах (табл. 3).

Шпаруватість  зернових мас сприяє передачі теплоти  конвекцією, переміщенню вологи через  зернову масу у вигляді пари. Через  між-зернові проміжки здійснюються сушіння, активне вентилювання і  газація зерна.

Внаслідок самосортування шпаруватість у різних місцях зернової маси може бути неоднаковою. Шпаруватість та щільність укладання зерна у сховищі залежать від форми, пружності, розмірів і стану поверхні твердих компонентів, форми і розмірів сховища, а також строку зберігання.

Зернова маса має меншу шпаруватість, укладається  щільніше, якщо у ній є крупні і дрібні зерна. Вирівняні зерна, а також шорсткуваті або із зморщеною поверхнею укладаються менш щільно. Вологе й сире зерно займає більший простір у сховищі, ніж сухе за інших рівних умов. На складах більшого поперечного перетину зерно розміщується щільніше.

При тривалому  зберіганні зернова маса ущільнюється, а її шпаруватість зменшується. Показники шпаруватості та щільності укладання зернової маси можуть змінюватися у досить значних межах. Шпаруватість зерна S визначають за формулою

де V1 —  загальний об'єм зернової маси, м3; V—  дійсний об'єм твердих часточок зернової маси.

Знаючи  об'єм, який займає зернова маса, та показник її шпаруватості, можна визначити об'єм повітря у шпаринах. При застосуванні активного вентилювання цю кількість беруть за один обмін.

Сорбційні властивості зернової маси — це її здатність поглинати (сорбувати) з навколишнього середовища пару, запахи різних речовин і гази, а також виділяти (десорбу-вати) їх. У зернових масах спостерігаються такі сорбційні явища, як абсорбція, адсорбція, капілярна конденсація і хемосорбція. Сумарний результат адсорбції, абсорбції, капілярної конденсації, хемосорбції називають сорбцією, а ступінь здатності зернової маси поглинати пару і гази за різних умов — сорбційною ємністю. Остання визначається капілярно-пористою колоїдною структурою зерна і шпаруватістю зернової маси. Окрема зернина як багатоклітинний організм є пористим тілом з великою поверхнею. Клітини і тканини зернин мають численні макро- і мікрокапіляри, перші — переважно в оболонках, а другі — в ендоспермі. Стінки макро- і мікрокапілярів беруть участь у процесах сорбції молекул парів і газів. По системі капілярів переміщується зріджена пара. Активна поверхня зерна становить 20 — 25 см2/г, що у 20 разів перевищує його справжню поверхню. Тому сорбційні явища відбуваються не лише на поверхні зерна, а й усередині кожного капіляра.

Сорбційні властивості зернової маси мають велике значення при її обробці і зберіганні. Вологість і запах зерна, яке зберігається або обробляється, найчастіше змінюються внаслідок сорбції чи десорбції газів або пари води. Раціональні режими сушіння, активного вентилювання, газації та дегазації зерна при знезаражуванні встановлюють з обов'язковим урахуванням його сорбційних властивостей.

Гігроскопічність  зернової маси означає її здатність  поглинати пару води з повітря або виділяти її в навколишнє середовище. Білкові молекули зерна здатні вбирати до 240, а крохмаль — до 30 — 38 % води відносно своєї маси. Гігроскопічність зерна залежить як від його властивостей, так і від властивостей повітря.

У результаті взаємодії зернової маси з навколишнім  середовищем вологість зерна безперервно змінюється до досягнення рівноважної вологості.

Волога  із зерна переходитиме в повітря  під час випаровування, десорбції, сушіння, якщо парціальний тиск водяної  пари навколо поверхні зерна (Рп.з) перевищує парціальний тиск водяної пари повітря (Рп.п), тобто Рп.з > Рп.п. Волога з повітря сорбуватиметься зерном, якщо Рп.з < Рп.п. Чим більша різниця між парціальним тиском пари води у повітрі і навколо поверхні зерна (або навпаки), тим швидше протікає процес перерозподілу вологи. Через певний час у результаті перерозподілу вологи парціальний тиск пари в повітрі та над зерном зрівняється і настане динамічна рівновага (Рп.з = Рп.п). Вологість зерна, яка відповідає стану рівноваги, називають рівноважною вологістю. Остання залежить від його сорбційних властивостей (структури, хімічного складу) та від вологості й температури повітря (табл. 4).

Найбільша рівноважна вологість зерна встановлюється при насиченні повітря водяною парою до 100 %. Подальше зволоження може відбуватися тільки при вбиранні крапельно-рідкої вологи. Вологість зерна 7 — 10 % встановлюється за відносної вологості повітря 15 — 20 %. Це найнижча межа вологості зерна у виробничих умовах.

Зерно і насіння зернових, олійних та бобових культур через різний хімічний склад мають неоднакову рівноважну вологість. Найвища вона у насіння бобових, середня — у зернових і найменша — в олійних культур. Зниження величини рівноважної вологості зумовлюється зменшенням вмісту у зерні гідрофільних речовин. Із зниженням температури повітря рівноважна вологість зерна і насіння зростає.

Рівноважна  вологість окремих зернин у зерновій масі неоднакова, оскільки вони мають різні розміри, хімічний склад, виповненість тощо. Неоднакова рівноважна вологість і окремих частин зернівки. Найбільшу гігроскопічність має зародок зерна, найменшу — ендосперм. Такий розподіл вологи по частинах зерна сприяє розвиткові мікроорганізмів, які знаходяться на його поверхні.