Зерно – это особый объект хранения, который, не смотря на частные различия зерна в колосе, имеет целый комплекс общих свойств и особенностей.
Любая зерновая масса в своём составе имеет:
- зерно основной культуры;
- примеси; микроорганизмы;
- воздух меж зернового пространство (по своим параметрам существенно отличается от окружающей среды);
- влажность воздуха (в межзерновом пространстве изменяется очень медленно, относительно поверхностного слоя);
- вредители.
Физические свойства зерна
Сыпучесть - (2-х фазная дисперсная система - сыпучий материал) - характеристика на которой базируется вся послеуборочная обработка зерна, причём как при перемещении, так и в недвижимом состоянии (характеризуется углом естественного откоса). Зависит от формы зерна, чем ближе форма к шару, тем меньше угол естественного откоса. В пределах одной культуры угол естественного откоса зависит от засорённости и влажности. Угол естественного откоса пшеницы 28 - 45. гороха 24 - 30.
Самосортирование - разделение по фракциям вследствие не однородности массы, размеров, аэродинамика отдельных зёрен. Отрицательное свойство в большей степени.
Скважистость - отношение объёма межзернового пространства к общему объёму зерновой массы (чем больше скважистость, тем меньше натура). Скважистость почти у всех зерновых около 40 %. Структура скважистости играет важную роль при хранении: чем меньше она, тем труднее продувается зерновая масса; характер неравномерностей структуры скважистости.
Сорбционные свойства - активная поверхность зерна в 200 тыс. раз больше его простой поверхности.
Равновесная влажность зерна (РВЗ) - влажность зерна соответствует влажности воздуха. Равновесная влажность не одинакова по слоям зерновой массы. Внутри она стабильна, не зависимо от влажности воздуха. В основе лежит низкая теплопроводность зерна. Равновесная влажность зерна лежит в основе сушки.
Сушка - отдача влаги зерном для установления равновесной влажности. На равновесной влажности зерна базируется активное вентилирование зерновых масс. Активная вентиляция не целесообразно, если зерно будет увлажняться.
Теплофизические свойства:
- теплопроводность зерновой массы. Зерно обладает низкой теплопроводностью. Коэффициент теплопроводности зерна в 3 раза меньше чем воды.
- термовлагопроводность (термодиффузия) - перемещение влаги из тёплых зон в холодные.
Сроки хранения
Живые компоненты зерновой массы зёрна и семена различных растений (микроорганизмы, насекомые и клещи) при определённых условиях проявляют свою жизнедеятельность: у них наблюдается газообмен, питание и размножение. Из-за этих процессов происходит потеря массы сухих веществ зерна, ухудшение его посевных и товарных качеств, выделение тепла.
Хранение зерновых масс состоит в умении рационально регулировать указанные процессы, не допускать развития нежелательных явлений, своевременно и грамотно повышать потребительские свойства партий, поддерживать зерновые массы в анабиотическом состоянии. Период, в течение которого зерно и семена сохраняют свои потребительские свойства (посевные, технологические и продовольственные), называют долговечностью.
Различают долговечность:
1) биологическую - это промежуток времени, в течение которого в партии или пробе сохраняются способными к прорастанию хотя бы единичные семена;
2) хозяйственную - период хранения, в течение которого всхожесть семян остаётся кондиционной и отвечает требованиям государственного нормирования.
Технологическая долговечность - срок хранения товарных партий зерна, обеспечивающий их полноценные свойства для использования на пищевые, кормовые или технические нужды.
Долговечность зерна и семян зависит от многих факторов, основные из которых: принадлежность их к тому или иному ботаническому виду, условия обработки (очистка, сушка, протравливание и т.д.) и хранения. Большинство семян с/х растений относят к группе мезобиотиков, они сохраняют всхожесть при благоприятных условиях хранения пять - десять лет.
Сохранность мукомольно-хлебопекарным качеств зерна при долгосрочном хранении зависит от его исходных свойств и признаков. Сорта мягкой стекловидной пшеницы обладают большей устойчивостью, чем мучнистые.
Резкие различные воздействия (температурные, механические и т.д.) способствует старению зерна. С увеличением продолжительности хранения крупяных культур ядро становится более хрупким, в связи с чем, уменьшается выход лучших сортов крупы.
Долговечность семян и зерна при хранении может быть и кратковременной, если в зерновой массе создаются условия для развития нежелательных процессов. В результате пищевые, технологические и посевные качества партии теряются за несколько дней.
Дыхание зерновой массы
Дыхание - нормальный процесс жизнедеятельности семян и зерна при хранении.
Зёрна и семена для поддержания жизни получают необходимую энергию в процессе диссимиляции запасных органических веществ, главным образом сахаров. Расходуемые сахара пополняются в результате гидролиза или окисления более сложных запасных веществ.
Диссимиляция сахаров (гексоз) происходит аэробно, то есть окислением, или анаэробно.
При хранении семян и зерна наблюдаются два вида диссимиляции.
Первое характеризуется аэробный процесс диссимиляции - аэробное дыхание, когда наблюдается полное окисление гексозы (глюкозы) с выделением продуктов фотосинтеза -диоксида углерода и воды. Второе - типичное спиртовое брожение, то есть анаэробный процесс, когда гексоза расщепляется с образованием такого мало окисленного органического продукта, как этиловый спирт. При достаточном доступе воздуха в зерне и семенах преобладает процесс аэробного дыхания, однако им свойственно и анаэробное дыхание, которое иногда рассматривают как приспособительный процесс зерна и семян к неблагоприятным условиям окружающей среды
Следствие дыхания
В результате диссимиляции в отдельных зёрнах и зерновой массе происходят следующие существенные изменения: потеря массы сухих веществ зерна; увеличение количества гигроскопической влаги в зерне и повышение относительной влажности воздуха меж зерновых пространств; выделение тепла.
При окислении и разложении гексоз происходит невозвратимая потеря сухих веществ зерна или семян. Величина данных потерь зависит от интенсивности дыхания.
Вода, выделяющаяся при дыхании, чаще всего удерживается зерном и зерновой массой, увеличивается влажность, что, в свою очередь, приводит к более интенсивному газообмену и создаёт предпосылки для развития микроорганизмов. Влагонасыщенность воздуха меж зерновых пространств может возрастать до предела и приводить к образованию конденсационной влаги на поверхности зёрен - их «отпотеванию». Такие явления характерны для свежеубранной зерновой массы с повышенной физиологической активностью. Паровоздушная среда в зерновой массе при хранении претерпевает и другие изменения. В результате дыхания зёрна выделяют диоксид углерода. Если хранящуюся зерновую массу не перемешивают, то диоксид углерода как более тяжёлый частично задерживается в межзерновых пространствах. Это отчётливо наблюдается в во внутренних участках больших насыпей и, особенно в достаточно герметичных хранилищах. В зерновой массе создаются условия, вынуждающие клетки зёрен и другие организмы переходить на анаэробный тип дыхания.
В процессе диссимиляции освобождается энергия. При аэробном дыхании полностью окисляется глюкоза с выделением тепла 2763,4 кДж на грамм-молекулу глюкозы. При анаэробном дыхании его выделяется всего 114,8 кДж, т.к. в этом случае глюкоза не расщепляется полностью до воды и диоксида углерода. В покоящихся зёрнах и семенах почти всё тепло выделяется в окружающую среду. Образовавшееся тепло в зерновой массе вследствие её плохой проводимости может задерживаться в ней и приводить к самосогреванию.
Факторы, влияющие на интенсивность дыхания.
Интенсивность дыхания зерна и семян при хранении закономерно зависит от факторов, которые делят на две группы: влияющие на интенсивность дыхания в любой зерновой массе (влажность, температура, степень аэрации зерновой массы); имеющие существенное значение только при хранении отдельных партий зерна и вытекающие из их специфических особенностей.
Критическая влажность зерна и семян.
Чем зерно влажнее, тем интенсивнее оно дышит. Интенсивность дыхания очень сухих зёрен (пшеницы, ржи, ячменя, овса, кукурузы и бобовых влажностью 11-12 % и высокомасличных 4-5 %) ничтожна. Очень сырое зерно (влажностью более 30 %) и семена масличных (влажностью более 15-20 %), находящиеся в неохлаждённом состоянии при свободном доступе воздуха, теряют 0,05-0,2 % сухих веществ в сутки.
Влажность, при которой в зерне появляется свободная влага и резко возрастает интенсивность дыхания зерна и семян, называют критической.
Зерно и семена основных злаковых культур влажностью до 14 % (ниже критической) устойчивы. Их можно хранить в насыпи большей высоты (до 3 м и более). Зерно средней сухости, находящейся на грани критической влажности, дышит примерно в два раза интенсивнее сухого, но у него малый газообмен, поэтому такое зерно достаточно устойчиво при хранении. Влажное зерно дышит в четыре - восемь раз интенсивнее сухого, сырое (влажностью более 17 %) - в 20- 30 раз энергичнее сухого. По мере дальнейшего увлажнения зерна и накопления в нем свободной воды интенсивность дыхания нарастает.
Температура зерновой массы
С повышением температуры интенсивность дыхания зерна при хранении увеличивается. В определённом интервале температур увеличение подчиняется правилу Вант Гоффа. При высоких температурах (50° С и более) интенсивность дыхания снижается вследствие разрушения веществ, входящих в состав клеток зерна (белков, ферментных систем и др.). При пониженных температурах газообмен резко снижается и не наблюдается скачёк, характерный для критической влажности. При температуре 0-10° С интенсивность дыхания зерна даже влажностью 18 % ничтожна. Критическая влажность зерна пшеницы отчётливо проявляется лишь при температуре 18° С и более. Подобные данные показывают исключительное значение низких температур (до 10° С) для сохранения зерна.
Состав газовой среды
Интенсивность и характер дыхания зерна и семян находятся в прямой зависимости от состава окружающей газовой среды. Только в присутствии кислорода, возможно, их нормальное (аэробное) дыхание. Это, прежде всего, относится к семенам с влажностью, близкой к критической или выше её. На жизнеспособность сухого зерна существенно не влияют даже большие концентрации диоксида углерода и полное отсутствие кислорода. Интенсивность дыхания у такого зерна ничтожна, мала, и в его клетках почти не образуется продуктов анаэробного распада.
При длительном хранении зерновых насыпей без перемешивания и искусственного продувания в межзерновых пространствах иногда создаются условия для накопления диоксида углерода и потери кислорода. Это зависит от степени герметичности хранилища, состав газовой среды чаще изменяется в зерновых массах, хранящихся во внутренних силосах элеватора, сооруженных складах из камня, кирпича и железобетона с полными полами (асфальтовыми и подобным им).
Таким образом, зерновые массы (основных зерновых и бобовых) влажностью ниже критической на 2-3 % довольно длительное время (до года) сохраняют всхожесть и энергию прорастания без обмена состава воздуха в межзерновых пространствах. Зерновые массы влажностью, близкой к критической и выше, при недостатке кислорода теряют посевные качества в первые месяцы хранения.
Из факторов, имеющих значение для отдельных партий зерна, необходимо отметить ботанические особенности, зрелость, выполненность и крупность зёрен, наличие травмированных и проросших зёрен. В пределах уравненной критической влажности интенсивность дыхания зерна кукурузы, сорго, проса, овса, и семян подсолнечника большая, чем зёрна пшеницы, ржи, ячменя и семян бобовых культур. Некоторые отклонения существуют даже в пределах рода: зерно мягкой мучнистой пшеницы дышит более энергично, чем зерно стекловидной и тем более твёрдой.
Примесь в партии зерна недозрелых зёрен (зелёных, морозобойных и т.д.) резко увеличивает интенсивность дыхания даже при низкой влажности. У щуплых зёрен повышенная интенсивность дыхания по сравнению с нормально выполненными. Повышенный газообмен свойствен травмированным и битым зёрнам, проросшим или начинающим прорастать. Таким образом, все зерновые массы, содержащие зёрна и семена с указанными отклонениями, характеризуются повышенной интенсивностью дыхания.