Характеристика зернових мас

Процеси сорбції й десорбції відбуваються в зерновій масі у зв'язку з різною вологістю її компонентів. Це особливо характерно для свіжозібраної зернової маси, яка містить зерна основної культури і насінини бур'янів з неоднаковою вологістю. В цьому разі за законами сорбційної рівноваги сирі зерна втрачають частину вологи, а сухі її набувають. Такий перерозподіл вологи в зерновій масі починається після її формування і закінчується, як правило, протягом трьох діб.

Рівноважна  вологість швидше встановлюється у  верхніх шарах насипу (до 30 см). Дія  повітря навколишнього середовища на зерно нижніх і середніх шарів  насипу є незначною. Тому й вологість  зерна в різних шарах насипу неоднакова.

Визначають  відносну й абсолютну вологість  зерна (у відсотках). Відносна вологість  зерна Wв — це відношення маси вологи, яка міститься в зерні (mв), до маси води і сухої речовини mв + mc. Для її розрахунку користуються формулою

Абсолютна вологість зерна Wa — це відношення маси mв вологи до маси сухого матеріалу (mс):

Теплофізичні  властивості зернової маси мають  визначальний вплив на ефективність процесів сушіння та активного вентилювання зерна, а також на його зберігання. Основними параметрами теплових властивостей зернової маси є теплоємність, тепло-, температуро- та термовологопровідність. Теплообмінні процеси у зерновій масі відбуваються шляхом прямої передачі теплоти (кондук-ція, або контактний теплообмін) чи за допомогою повітря, що рухається по міжзернових щілинах (конвекція).

Теплоємність  зерна характеризується кількістю  теплоти, необхідної для підвищення температури зерна масою 1 кг на 1 °С. Для вологого зерна її визначають як суму теплоємностей абсолютно сухого зерна і води:

де— кількість сухої речовини в зерні; Сс — теплоємність

сухої речовини зерна (Сс= 1550 Дж/(кг К); Св — теплоємність води (Св = 4190 Дж/(кг -К)).

Оскільки  теплоємність води майже втричі вища за теплоємність сухої речовини зерна, з підвищенням вологості теплоємність зерна підвищується, що вимагає значного збільшення затрат енергії на нагрівання. Цю властивість враховують при тепловому  сушінні зерна, оскільки витрати палива з розрахунку на 1 кг випаровуваної вологи залежать від початкової вологості зерна,

Теплопровідність  зернової маси полягає у її здатності  переносити теплоту від ділянок з високою до ділянок з нижчою температурою.

Зернова маса через наявність у ній  повітряних проміжків має низьку теплопровідність, яка коливається  у межах 0,2 — 0,3 Вт/(м К) (для порівняння теплопровідність міді становить 300 — 390, сталі — 68 Вт/(мК). Із збільшенням вологості зернової маси її теплопровідність зростає — коефіцієнт теплопровідності води — 0,5 Вт/(м К).

Температуропровідність  — швидкість зміни температури  в зерні та його теплова інерція. Коефіцієнт температуропровідності зернової маси коливається в межах 1,7 10~7 — 1,9 10~7 м2/с і залежить від коефіцієнта теплопровідності (l), питомої теплоємності (С та щільності (d) зерна:

Чим більший  показник питомої теплоємності і  менша щільність зерна, тим повільніше охолоджуватиметься або нагріватиметься  зернова маса.

Висока  теплова інерційність, повільне природне охолодження і прогрівання зернової маси можуть відігравати як позитивну, так і негативну роль. Позитивна  роль полягає в тому, що при охолодженні зернової маси активним вентилюванням низька температура у ній зберігається тривалий час, що дає змогу консервувати зернову масу холодом. Негативна дія низької теплопровідності виявляється в тому, що теплота, яка утворюється в процесі життєдіяльності зернової маси, може затримуватися в ній і сприяти швидкому підвищенню температури (через низьку температуропровідність температурна хвиля від осередку тепловиділення поширюється повільно). Так виникає самозігрівання зерна, шкідливе своїми наслідками

Термовологопровідність  — здатність зернової маси спрямовано переміщувати вологу із зони з підвищеною температурою разом із струменем теплоти в менш нагріті ділянки. Інтенсивність термовологопровідності характеризується термовологопровідним коефіцієнтом d (%/К), що показує, який градієнт вологості відповідає температурному градієнту, рівному одиниці.

Явище переміщення вологи з одних ділянок  насипу зерна на інші треба враховувати під час його зберігання, особливо в осінньо-зимовий і весняно-літній періоди, які характеризуються перепадами температур між верхніми та внутрішніми шарами насипу. Подібні перепади температур між різними ділянками насипу виникають при нерівномірному обігріванні сонцем стін сховищ, розміщенні теплої зернової маси на холодних асфальтових підлогах, контакті її з холодними стінами сховищ. Внаслідок термовологопровідності окремі шари насипу сильно зволожуються, а життєдіяльність їх компонентів активізується. В них нагромаджуються теплота і волога, створюються умови для самозігрівання та погіршення якості зерна (проростання, зниження насіннєвих і продовольчих властивостей та ін.). Тому для запобігання небажаним процесам у зерновій масі слід ретельно контролювати температуру і вологість зерна. 

3. Фізіологічні властивості  зернових мас

Зернова маса є складною біологічною системою — сукупністю живих організмів з  приблизно однаковими вимогами до умов життя. Процеси, які відбуваються в  зерновій масі в результаті життєдіяльності її компонентів (зерна, насіння культурних рослин та насіння бур'янів, мікроорганізмів, комах, кліщів), називають фізіологічними. Життєдіяльність зернової маси під час зберігання виявляється у вигляді дихання, післязбирального дозрівання, проростання. Ці процеси мають велике практичне значення, оскільки вміння регулювати їх дає змогу зберегти зерно і скоротити втрати ним сухої речовини.

Період, протягом якого зерно й насіння  зберігають свої споживчі якості (посівні, технологічні, продовольчі), називають  довговічністю. Розрізняють довговічність  біологічну, господарську і технологічну.

Біологічна  довговічність зерна і насіння  означає проміжок часу, протягом якого  в партії або зразку їх зберігаються здатні до проростання хоча б одиничні насінини. Особливе значення для практики має господарська довговічність зерна і насіння, тобто період зберігання, протягом якого їх схожість залишається кондиційною і відповідає вимогам державного нормування. Технологічна довговічність — це строк зберігання товарних партій зерна, протягом якого вони не втрачають своїх якостей для використання на харчові, фуражні й технічні потреби. Технологічні властивості зерна зберігаються довше, ніж насінні.

За біологічною  довговічністю насіння всі рослини  поділяють на мікро-, мезо- і макробіотики. Перші зберігають схожість від кількох днів до 3 років, другі — від 3 до 15 років, треті — від 15 до 100 років. Насіння більшості сільськогосподарських рослин належить до мезобі-отиків і зберігає схожість за сприятливих умов протягом 5—10 років. Найдовговічнішим є насіння бобових (квасолі, бобових кормових трав та ін.), вівса, сорго, пшениці, менш довговічним — ячменю, кукурудзи, найменш довговічним — жита, проса, тимофіївки.

Найпоширеніша причина зниження життєздатності насіння  при тривалому зберіганні — поступова  дегенерація хроматину в клітинному ядрі, внаслідок чого порушуються  процеси поділу клітин. Дослідження  природи загибелі насіння під  час зберігання та причин їх різної довговічності тривають і нині.

Збереженість  борошномельних і хлібопекарських  властивостей зерна при тривалому  зберіганні залежить від його початкових характеристик і ознак. Різкі температурні та механічні впливи на зерно під час зберігання спричинюють значні зміни його якості. Борошномельні та хлібопекарські властивості зерна жита і пшениці через 7-10 років зберігання залишаються переважно без істотних змін.

З подовженням  строку зберігання зерна круп'яних культур ядро його стає крихкішим, внаслідок чого зменшується вихід доброякісної крупи. В насінні олійних культур відбуваються розкладання й окислення жирів. Вихід олії з такого насіння не знижується, але вона малопридатна для харчових та деяких технічних цілей. Чим нижчий рівень біологічної активності зернової маси, тим менші втрати нею сухих речовин і тим краща кількісна та якісна збереженість зерна. При зберіганні зерна пшениці, жита, ячменю за оптимальних умов втрати сухих речовин протягом року не перевищують 0,1 %.

 
3.1. Дихання

Дихання — важливий фізіологічний процес, який є основою обміну речовин у живих організмах. Під час дихання відбувається процес дисиміляції запасних органічних речовин, переважно цукрів, внаслідок якого виділяється енергія, необхідна для підтримання життєвих реакцій організму. Тільки невелика частина енергії дихання зерна використовується для його потреб; більшість її (90 — 95 %) виділяється у вигляді теплоти, зумовлюючи підвищення температури зернової маси, погіршення її збереженості.

Розрізняють аеробне й анаеробне дихання  зернової маси.

Аеробне дихання відбувається при вільному доступі кисню. Сумарно його можна виразити таким рівнянням:

Поглинання  зерном кисню та виділення вуглекислого газу і води змінюють газовий склад  повітря міжзернових щілин, що може погіршити збереженість зерна насінного призначення. У зерна підвищеної вологості весь об'єм кисню міжзернових щілин може бути витрачений протягом першої доби після збирання. Однак у зерновій масі дихання триває і після повного використання кисню:

У цьому  разі відбувається неповний гідроліз запасних речовин, утворюється значна кількість етилового спирту, що призводить до самоотруєння і загибелі зародка  зернівки.

Процес  дихання зерна можна оцінити  за допомогою дихального коефіцієнта  — відношення об'єму вуглекислого газу, що виділився, до кількості кисню, витраченого безпосередньо у  процесі дихання. Цей коефіцієнт дорівнює одиниці, якщо процес відбувається точно за рівнянням аеробного  дихання. Якщо на дихання витрачаються речовини, багатші на кисень, ніж  цукор (щавлева або винна кислота), то коефіцієнт дихання більший за одиницю. І навпаки, якщо процес дихання відбувається за рахунок речовин з невеликим вмістом кисню (жирних кислот) і при цьому жир перетворюється на цукор (у насінні олійних культур), то об'єм кисню, що використовується, перевищуватиме об'єм виділеного вуглекислого газу і коефіцієнт дихання буде меншим за одиницю.

Аналіз  наведених вище рівнянь свідчить, що дихання зернової маси супроводжується  втратою маси зерна внаслідок  витрати гексози, підвищенням вологості зерна і відносної вологості повітря між-зернового простору та зміною його складу, утворенням тепла в зерновій масі, яка зберігається. При інтенсивному диханні зернової маси за сприятливих умов втрати сухих речовин можуть бути значними. Втрати маси сухого зерна при його зберіганні називають природними.

Інтенсивне  дихання зернової маси супроводжується  її зволоженням, оскільки вода, що виділяється в результаті окислення гексози, сорбується зернами. Це призводить до збільшення відносної вологості повітря міжзернового простору та подальшого посилення інтенсивності дихання зернової маси.

При диханні  зернової маси витрачається кисень і  виділяється вуглекислий газ, внаслідок чого в насипі збільшується вміст вуглекислого газу і зменшується вміст кисню, тобто змінюються умови зберігання. В партіях зерна створюються анаеробні умови, що супроводжуються виділенням етилового спирту, який пригнічує його життєдіяльність та призводить до втрат схожості.

Анаеробне дихання зерна іноді поряд  із спиртовим бродінням частково супроводжується молочнокислим, за якого з глюкози утворюється молочна кислота та виділяється енергія:

Для того, щоб запобігти цим небажаним  явищам, зерно насіннєвого призначення  треба зберігати в умовах з  достатнім доступом повітря.

У процесі  дихання зернової маси (зерна, насіння, мікроорганізмів, шкідників) виділяється значна кількість теплоти. Частина її використовується для внутрішніх перетворень у зерні, а решта — вивільняється і надходить у навколишній простір. Тому найкращу збереженість зерна можна забезпечити тоді, коли воно в період зберігання перебуває у стані анабіозу, тобто в стані пониженої життєдіяльності (понижена інтенсивність дихання).

Інтенсивність дихання визначають за кількісними  втратами маси сухої речовини зерна, виділеної теплоти, використаного кисню та виділеного вуглекислого газу зерновою масою при певних значеннях вологості, температури і доступу повітря. Інтенсивність процесу дихання виражають у міліграмах або в кубічних сантиметрах вуглекислого газу, що виділився з 1000 г сухої речовини зерна за добу.

Фактори, що впливають на інтенсивність дихання  зерна. Збереженість зернової маси залежить від інтенсивності її дихання. Чим  вона вища, тим важче зберегти зернову  масу від псування і тим більші втрати її маси. Інтенсивність дихання  зернової маси залежить від вологості, температури, ступеня аерації, тривалості зберігання її якості і стану.