Технологии хранения и переработке зерновых

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 ії визначають як суму теплоємностей абсолютно сухого зерна і води: 

100-W            W                           ,де

100-W кількість сухої речовини  в зерні;

С_с теплоємність сухої речовини зерна (С_с=1550Дж/(кг к);

С_в-теплоємність води (С_в 4190 Дж/(кг к);

Оскільки теплоємкість води майже втричі вища за теплоємність сухої речовини зерна, з підвищенням  вологості теплоємність зерна підвищується, що вимагає значного збільшення затрат енергії на нагрівання.

Теплопровідність-зернової маси полягає у її здатності переносити теплоту від ділянок з нижчою температурою.Із збільшенням вологості зернової маси її теплопровідність зростає- коєфіціент теплопровідності води-0,5т(м.К.)

Температуропровідність -швидкість зміни температури в зерні та його теплова енерція. Чим більший показник питомої теплоємності і менша щільність зерна , тим повільніше охолоджуватиметься або нагріватиметься зернова маса. Висока теплова енерційність, повільне природне охолодження і прогрівання зернової маси можуть відігравати як позитивну так і негативну роль: позитивна, що при охолодженні зернової маси активними вентилюванням низька температура у ній зберігається тривалий час; негативна, що теплота, яка утворюється в процесі життедіяльності зернової маси, може затримуватися в ній і сприяти швидкому підвищенню температури. [1]

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 інщі треба враховувати під час його зберігання, особливо в осінньо-зимовий і весняно літній періоди, які характерезуються перепадами температур між верхніми та внутрішніми шарами насипу. Внаслідок термовологопровідності окремі шари насипу сильно зволожуються, а життедіяльність їх компонентів активізується. В них нагромаджується теплота і волога, створюються умови для самозігрівання та погіршення якості зерна. Тому для запобігання небажаним процесам у зерновій масі слід ретельно контролювати температуру і вологість зерна. [6]

1.3 Фізіологічні процеси, які  відбуваються у зерновій масі  при збереганні.

Дихання-важливий фізіологічний процес, який є основою обміну речовин у живи організмах. Під час дихання відбувається процес дисиміляції запасних органічних речовин, переважно цукрів, внаслідок якого виділяється енергія , необхідно для підтримання життевих реакцій організму. Розрізняють аеробне й анаеробне дихання зернової маси.

Аеробне дихання відбувається при вільному доступі кисню. Поглинання зерном кисню та виділення вуглекислого газу і води змінюють газовий склад  повітря міжзернових щилин, що може погіршити збереженість зерна насінного призначення. У цьому разі відбувається неповний гідроліз запасних речовин, утворюється значна кількість етилового спирту, що призводить до самоотруєння і загибелі  зародка зернівки. Дихання зернової маси супроводжується втратою маси зерна внаслідок витрати гексози, підвищенням вологості зерна і відносної вологості повітря міжзернового простору та змвною його складу, утворенням тепла в зерновій масі, яка зберігається. При інтенсивному диханні зернової маси за сприятливих умов втрати сухих речовин можуть бути значними.

Анаеробне дихання зерна  іноді поряд із спиртовим бродінням  частково супроводжується молочно-кислим, за якого з глюкози утворюється молочна кислота та виділяється енергія. Щоб запобігти цим небажаним явищам, зерно насінневого призначення треба зберігати в умовах з достатнім доступом повітря. У процесі дихання зернової маси  виділяється значна кількість теплоти. Частина її використовується для внутрішніх перетворень в зерні, а решта вивільняється і надходить у навколишній простір. Тому найкращу збереженість зерна можно забесаечити тоді, коли воно в період зберігання перебуває у стані анабіозу, тобто в стані пониженної життедіяльності. Дихання зерна і насіння для підтримання життя дістають потрібну їм енергію в процесі дисиміляції запасних органічних речовин, головним чином цукрів. Цукри, які при цьому витрачаються, поповнюються в результаті гідролізу або окислення більш складних запасних речовин. Так, у зернах, багатих на крохмаль, останній розщеплюється при  участі ферментів до цукрів. У насінні олійних культур до цукрів окислюються жири (жирні кислоти, які входять до них).

Дисиміляція цукрів (гектоз) відбувається аеробна тобто в процесі окислення, або анаеробного — під час бродіння. Тісний зв’язок між цими процесами докладно розглядається в кірсі фізіології і біохімії рослин, 3 погляду організації зберігання зернових мас істотний інтерес становить вивчення переважаючого виду дисиміляції при зберіганні, впливу процесів дисиміляції на якість і стан зернових мас при зберіганні та факторів, що впливають на інтенсивність процесів дисиміляції.[2]

Види дихання. При зберіганні зерна і насіння в них спостерігаються обидва види дисиміляції, кінцевий результат якої може бути сумарно виражений такими рівняннями:

С6НІ2О6 + 602 = бС02 + 6Н20 + енергія

С6НІ2О6= 2С02 + 2С2Н5ОН + енергія      [1]

Продуктом анаеробного дихання  є етиловий спирт, що пригнічуючи  діє на життєві функції клітин зернини і призводить до втрати її життєздатності.

У процесі дисиміляції  вивільнюється енергія. При аеробному  диханні відбувається повне окислення  глюкози, тому виділяється 674 ккал тепла  на грам-молекулу глюкози. При анаеробному  диханні виділяється лише 28,2 ккал, тому що в цьому випадку глюкоза повністю не розщеплюється до води і вуглекислого газу. Перше характеризує аеробний процес дисимиляції — аеробне дихання, коли спостерігається повне окислення гектази (глюкози) з виділенням вихідних продуктів фотосинтезу — вуглекислого газу і води. Друге — типове рівняння спиртового бродіння, тобто анаеробного процесу, коли гексоза розщеплюється з утворенням такого малоокисленого органічного продукту, як етиловий спирт.

Наслідок дихання. З наведених  вище рівнянь дихання видно, що в  результаті дисиміляції в окремих  зернах і зерновій масі відбуваються істотні зміни: 1) втрата у масі сухих речовин зерна; 2) збільшення кількості гігроскопічної вологи в зерні і підвищення відносної вологості повітря міжзернових просторів; 3) зміна складу повітря міжзернових просторів; 4) нагромадження тепла в зерновій масі.

Окислені і розкладені гексози (головним чином глюкоза) є  не повтор-ною втратою частини сухих речовин зернини або насінини. Величина цих втрат залежатиме від інтенсивності дихання. Тому вивчення факторів, які впливають на інтенсивність цього процесу, становить великий інтерес для організації боротьби з втратами зерна у масі.  Вода, яка виділяється при диханні, найчастіше утримується зерном і зерновою масою, збільшуючи вологість останньої, що в свою чергу призводить до більш інтенсивного газообміну і створює передумови для розвитку мікроорганізмів. Насиченість вологою повітр’я  міжзернових просторів зростає до граничної межі і спричинює утворення конденсаційної вологи на поверхні зерен, їхнє «відпотівання». Такі випадки особливо характерні для свіжозібраної зернової маси з підвищеною фізіологічною активністю.

Фактори, які впливають на інтенсивність дихання.

Виходячи з рівнянь  дихання, інтенсивність цього процесу  може бути виражена кількома показниками: 1) втратою у масі сухих речовин (у мг або в % маси сухої речовини, досліджуваної зернової маси); 2)кількістю тепла, яке виділяється при диханні; 3)кількістю увібраного кисню або виділеного вуглекислого газу.

Процеси які відбуваються в зерні і насіння під час  зберігання та приводять до поліпшення його посівних і технологічних якостей  називають – пізлязбиральним достиганням. Характеризується воно двома показниками: підвищенням схожості та зниженням інтенсивності дихання. Дослідження показали, що в результаті складних біохімічних процесів змінюється хімічний склад та властивості зерна, знижується активність ферментів, відбувається перетворення низькомолекулярних сполук найбільш складний, знижуються вміст цукрів небілкових, азотистих речовин, кислотне число жиру і титрована кислотність. Тривалість періоду післязбирального насіння залежить, крім сортових особливостей від умов його наливання і дозрівання в полі та умов подальшого зберігання. Основними показниками є температура і вологість середовища. Якщо в період наливання і дозрівання зерна була дощова й прохолодна погода то тривалість його післядозрівального дозрівання збільшується. Воно значно прискорюється якщо зерно після збирання висушене до вмісту звя^,заної вологи і зберігається при підвищенній температурі(20-22⁰С) та доброму доступі кисню. Так сухе зерно, добрий доступ повітря та підвищенна температура-основні фактори післязбирального достигання.

Проростання зерна. При різкому  порушенні режиму обробки і зберігання зерна в насипу можуть проростати як окремі зерна, так і цілі шари зернової маси. Однак для проростання  зерна необхідні певні умови-достатня вологість, тепла і доступ повітря. Зерно починає проростати при  сильному зволоженні зернової маси опадами  або ґрунтовою вологою чи в  результаті конденсації води за рiзьких перепадів температури. Проросле зерно має зародковий корінець і брунечку, коричневе забарвлення зародку, збільшений об^,єм, пониженні сипкість та вя^,зкість та водно-борошнистої суспензії, підвищений вміст розчинних у воді речовин. Вміст сухої речовини в такому зерні значно зменшується, оскільки на проростання і підвищенні інтенсивності його дихання витрачається велика кількість органічних речовин.[9]

Для підвищення якості житнього борошна з пророслого зерна його сушать при підвищенні температури (65-70⁰С) або застосовують гідротермічну обробку, зволожуючи перед розмелюванням до 23-25% і прогрівають близько 2хв при 75-78⁰С. Тривалість зберігання житнього борошна з малопророслого зерна 2-3 тижні. Ретельний контроль за вологістю зерна в різних шарах і ділянках насипу, запобіганню утворенню крапельно-рідкої вологи в зерновій масі-основні заходи запобігання проростання зерна під час його зберігання.

На повірхні зерна і насіння будь-якої культури, не залежно від віку та якісного стану знаходятьмя мікроорганізми оскільки ріст  і  розвиток рослин та формування плодів відбувається в умовах де є значна їх кількість. Факторів, які впливають на стан і розвиток сапрфітних мікроорганізмів в зенровій масі, дуже багато. Вирішальне значення серед них мають: середня вологість зернової маси і вологість окремих її компонентів, температура та ступінь аерації, цілісність і стан покривних тканин та життеві функціі зернини, кількість та видовий склад домішок.

Шкідники хлібних запасів.  До основних шкідників хлібних запасів належать комахи (жуки, метелики, кліщі), птахи і мишовидні 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. 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 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.

Самозігрівання зернової маси-це підвищення її температури в наслідок фізіологічних процесів, які відбуваються в них, та низької теплопровідності. Можливе при зберіганні зерна на токах, у зерносховищах, при транспортуванні у вагонах або суднах. Самозігрівання що почалося в зерновій масі, не припиняється мимовільно, до повного його закінчення. Цей процес закінчується тільки тоді, коли температура підвищується до меж, яких не витримують живі компоненти зернової маси і гинуть. Тому, якщо вжити термінових заходів щодо припинення самозігрівання зернової маси, то воно може повністю втратити посівні, продовольчі, фуражні та технічні якості. Гранична температура зерна при самозігріванні  55-65⁰С. Самозігрівання свіжозібраного зерна відбувається досить інтенсивно-граничної температури вже через 2-4 доби. У процесі життєдіяльності комах та кліщів також виділяється певна кількість теплоти. При великих зараженостях зерна і скупченнях шкідників в окремих ділянках насипу виділяється значна кількість теплоти, що також призводить до його самозігрівання. Самозігрівання сухого зерна, яке зберігається 20-30⁰С, може виникнути в наслідок розвитку в нього комірного довгоносика або тривалого зберігання.