1 Обзор литературы

Зерновой массой называют сложную биосистему, образующуюся в результате обмолота растений и состоящую из зерен (семян) определенной культуры и различных примесей.

Любая зерновая масса состоит из пяти компонентов: зерна (семян) основной культуры, примеси, микроорганизмов, вредителей хлебных запасов (насекомых, клещей), воздуха межзерновых пространств.

Зерно – главнейшая составная часть зерновой массы. Оно неоднородно по размерам, влажности, плотности. Неоднородность при уборке урожая увеличивается из-за появления травмированных, треснувших, расколотых зерен. Одновременно при уборке в зерновую массу попадают примеси: семена других культурных растений, сорняков, части стеблей, колоса или метелки, листья и соцветия сорных растений. Эти примеси называют органическими, а пыль, песок, земля относятся к минеральным (Агробиологические основы.., 2003).

Воздух, заполняющий межзерновые пространства, существенно влияет на все компоненты зерновой массы, видоизменяется сам и может существенно отличаться по своему составу, температуре и даже давлению от воздуха атмосферы.

Микроорганизмы – неизбежные спутники зерна, они главный фактор снижения качества и порчи. Микроорганизмы появляются на зерне в период вегетации растений, поселяются на поверхности семян, стеблей, листьев и питаются в основном выделениями растений. В процессе уборки и обработки при контакте семян с пылевидными частицами почвы количество и видовой состав микроорганизмов на зерне резко возрастают. В результате на каждом отдельном зерне свежеубранной пшеницы, ржи, ячменя находятся тысячи и десятки тысяч микроорганизмов (Карпов Б.А., 1987).

Видовой состав микроорганизмов зерновой массы разнообразен, но преимущественно представлен аэробами, среди которых наибольшее значение имеют для качества и сохранности зерна и семян бактерии и плесневые грибы. Причем видовой состав микроорганизмов не остается постоянным и меняется по периодам хранения.

Решающим фактором, активизирующим микробиологическую деятельность зерновой массы, является наличие в ней конденсационной (капельножидкой) влаги (Агробиологические основы.., 2003).

Более сотни видов насекомых постоянно или часть жизненного цикла проводят в зерновой массе, около 50 видов значительно повреждают зерно. Наиболее опасными вредителями являются амбарный и рисовый долгоносики, хлебный точильщик, хрущаки, гороховая зерновка, амбарная и зерновая моль, огневки, мучной клещ и другие. Насекомые выедают зародыш и эндосперм, загрязняют зерно, выделяют большое количества тепла, что способствует самосогреванию (Карпов Б.А., 1987).

Развитие насекомых и клещей зависит от влажности зерновой массы. Однако в отличие от микроорганизмов они могут интенсивно размножаться при влажности зерна 9 – 10 % угнетаются насекомые, но в производственных условиях это редко встречается.

Важнейшим фактором, определяющим развитие насекомых и клещей, является температура, оптимум которой для разных видов находится в пределах 20 – 28 ⁰С. Нижний температурный предел составляет 8 – 12 ⁰С, верхний 36 – 42 ⁰С. Отклонение от температурных пределов в меньшую или большую сторону подавляет жизнедеятельность, а в дальнейшем приводит насекомых и клещей к гибели (Агробиологические основы.., 2003).

Зерновая масса представляет собой совокупность большого количества частиц различной формы и размеров. Она обладает высокой подвижностью, способна скользить и скатываться по наклонной поверхности, заполнять хранилища и емкости любой конфигурации. Это свойство зерновых масс называют сыпучестью. Сыпучесть характеризуется углом трения зерна о поверхность какого-либо материала.

Угол трения – это наименьший угол, при котором зерно начинает самотеком двигаться по наклонной плоскости. При скольжении зерна по зерну его называют углом естественного откоса, то есть угол между диаметром основания и образующей конуса, получающегося при свободном падении зерновой массы на горизонтальную плоскость (Агробиологические основы.., 2003).

Содержание в зерновой массе твердых частиц, различных по размеру и плотности, нарушает ее однородность при перемещении. Данное свойство зерновой массы, проявляющееся и как следствие ее сыпучести, называют самосортированием.

Самосортирование – явление отрицательное, так как в зерновой массе образуются участки, неоднородные по физиологической активности, скважистости и т.д. Скопление легких примесей и пыли создает больше предпосылок к возникновению самосогревания (Трисвятский Л.А, 1991).

В зерновой массе между отдельными зернами всегда остаются свободные пространства, заполненные воздухом. Их объем, выраженный в процентах по отношению к общему объему зерновой массы, характеризует величину скважистости. Межзерновые пространства образуют в зерновой массе густую сеть каналов, различных по размерам и форме. По этим каналам перемещается воздух как естественным путем в результате конвекции, так и принудительно под воздействием вентилятора. Благодаря скважистости возможны сушка, активное вентилирование, газация зерновых насыпей большой высоты (Карпов Б.А., 1987).

Зерно и семена всех культур способны поглощать (сорбировать) из окружающей среды пары различных веществ и газы. При определенных условиях возможен частично или полностью обратный процесс выделения (десорбции) этих веществ в окружающую среду. Результатом сорбционного процесса является приобретение зерном посторонних запахов.

Сорбционные свойства зерна обусловлены его капиллярно-пористой структурой и способностью входящих в него химических веществ поглощать и удерживать строго определенное количество воды.

В процессе сорбции и десорбции зерно взаимодействует с воздухом атмосферы и межзерновых пространств. Направленность влагообмена и его интенсивность зависят от влажности зерна и воздуха.

Процесс сорбционного влагообмена продолжается до тех пор, пока не уравняется давление водяного пара в зерне и в воздухе. После установления равенства наступает состояние динамического равновесия, и влажность зерна стабилизируется. Такая влажность называется равновесной (Карпов Б.А., 1987).

При сушке и хранении зерновых масс учитывают теплоемкость, тепло - и температуропроводность и термовлагопроводность.

Теплоемкость характеризуется количеством теплоты, необходимой для нагревания 1 кг зерна или семян на 1 ⁰С, и выражается величиной удельной теплоемкости. С увеличением влажности зерна удельная теплоемкость возрастает. Теплоемкость учитывают при сушке зерна, так как расход тепла зависит от исходной влажности зерна (Трисвятский Л.А, 1991).

Теплопроводность зерновой массы очень низкая и составляет 0,13 – 0,20 Вт/(м*К), что обусловлено ее органическим составом и наличием большого количества воздуха. При повышении влажности зерновой массы увеличивается и ее теплопроводность, но в целом она остается невысокой.

Температуропроводность характеризует скорость изменения температуры в зерновой массе, т.е. ее теплоинерционные свойства. Она в тысячи раз ниже, чем у хороших проводников.

Своевременно проведенное охлаждение позволяет сохранять зерновые массы при низкой температуре даже в теплое время года. Это существенно тормозит биологические процессы в них, и потери не превышают естественной убыли (Агробиологические основы.., 2003).

Изучение возникновения и развития процесса самосогревания показало, что влага в зерновой массе перемещается вместе с потоком тепла. Такое явление миграции влаги в зерновой массе, обусловленное градиентом температуры, называют термовлагопроводностью.

В зерновых массах, характеризующихся плохой тепло - и температуропроводностью отдельных участков, особенно периферийных, происходят перепады температур, приводящие к миграции влаги по направлению потока тепла. В результате влажность того или иного периферийного слоя зерновой массы повышается, часто с образованием на поверхности зерен конденсационной влаги.

Термовлагопроводность проявляется и при солнечной сушке зерна. Верхний слой массы, нагреваемый солнечными лучами, передает нижележащим слоям тепло, вместе с которым перемещается и влага. Подсушивание зерновой массы обеспечивают периодически перелопачиванием (Трисвятский Л.А, 1991).

Искусство хранения зерновых масс состоит в умении рационально регулировать процессы жизнедеятельности, не допускать развития нежелательных явлений, своевременно и грамотно повышать потребительские свойства партий, поддерживать зерновые массы в анабиотическом состоянии (Трисвятский Л.А, 1991).

Ко времени уборки урожая в зерне еще продолжаются сложные биохимические процессы преобразования органических веществ, в результате которых улучшаются технологические и посевные качества зерна. Эти процессы продолжаются в течение некоторого периода после уборки и обусловливают послеуборочное дозревание зерна.

Жизнедеятельность компонентов зерновой массы проявляется в виде дыхания (газообмен), а для отдельных компонентов также питания и размножения. В результате активной жизнедеятельности происходит ощутимая потеря в массе сухих веществ зерна, ухудшение качества, возможна полная утрата посевных и товарных достоинств зерна.

Уровень процессов жизнедеятельности зерновой массы зависит главным образом от её состояния по влажности, температуре, содержанию примесей, газовому составу воздуха межзерновых пространств.

Интенсивность дыхания зерна является основным критерием жизнедеятельности зерновой массы.

Выделяемая в процессе дыхания вода увлажняет зерновую массу и ухудшает её сохранность. Поглощение зерном кислорода и выделение диоксида углерода вызывают изменения газового состава межзерновых пространств, что может ухудшить сохранность, например, семенного зерна. Однако в зерновой массе дыхание продолжается и после полного потребления кислорода. В этом случае происходит неполный гидролиз запасных веществ, образуется значительное количество этилового спирта, что ведёт к самоотравлению и гибели зародыша зерновки. Влага зерна – это наиболее важный и надёжный фактор регулирования жизнедеятельности зерновой массы. Увеличение влажности активизирует ферментные системы и усиливает обмен веществ. Следовательно, чтобы защитить зерно от быстрой порчи, обеспечить его надёжную длительную сохранность, необходимо как можно быстрее после уборки обеспечить его просушку до влажности ниже критического уровня, т.е. до сухого состояния.

Температура зерна это важный фактор, регулирующий в широких пределах уровень жизнедеятельности зерновой массы, определяющий сохранность и долговечность зерна. Снижение температуры значительно ослабляет интенсивность дыхания всех живых компонентов зерновой массы и, таким образом, способствует увеличению сроков её сохранности. Охлаждение особенно полезно для сырого свежеубранного зерна, которое по каким либо причинам не может быть сразу просушено. Основным источником холода при охлаждении свежеубранного зерна летом и осенью является использование суточных перепадов температур воздуха, обработки зерновых масс активным вентилированием атмосферным воздухом в ночные и утренние часы. Зерно считается охлаждённым, если его температура понижена до 10-0 ⁰С. В этих условиях, особенно при температуре 5 ⁰С и ниже, жизнедеятельность всех компонентов зерновой массы резко снижена. Снижение температуры зерна до отрицательных значений (промораживание) считается охлаждением во второй степени. Это обеспечивает глубокий анабиоз зерновой массы и длительный консервирующий эффект.

Интенсивность и характер дыхания зерновой массы зависят от газового состава воздуха межзерновых пространств. Только в присутствии кислорода возможно нормальное, т.е. аэробное дыхание зерновой массы повышенной влажности. Сухое зерно интенсивность дыхания, которого ничтожно мала, без ощутимых отрицательных последствий выдерживает высокие концентрации диоксида углерода, и полное отсутствие кислорода в течение длительного времени. Зрелость, выполненность, травмированность зерна, засорённость зерновой массы органическими примесями значительно влияют на интенсивность её дыхания (Карпов Б.А., 1987).

Как известно основными факторами определяющими возможность прорастания, является влага, тепло и воздух. Таким образом, в случае прорастания зёрен при хранении происходят следующие явления: потеря массы сухого вещества, выделение значительного количества тепла, что может привести к повышению температуры зерновой массы и усилению в ней всех процессов жизнедеятельности; ухудшение качества зерна. В результате всех этих явлений семена выходят из категории посевного материала, резко ухудшаются мукомольно-хлебопекарные качества зерна. Наблюдение за влажностью зерновой массы в отдельных её участках и слоях, а так же проверка партий зерна на содержание примесей позволяют своевременно обнаружить это явление в начальной форме. Отсутствие в зерновой массе капельножидкой влаги и предпосылок к образованию последней исключает возможность прорастания зерна (Трисвятский Л.А., 1986).

В процессе аэробного дыхания сырого, особенно свежеубранного, зерна выделяется тепло, которое повышает температуру зерновой массы. Самосогревание, если его не остановить, завершается полной утратой семенных, продовольственных, кормовых и технических достоинств зерна. Средство борьбы с самосогреванием – незамедлительная просушка зерна до сухого состояния и последующее его охлаждение. Эффективным средством является так же активное вентилирование при высоких удельных подачах воздуха (Карпов Б.А., 1987).

Современная технология послеуборочной доработки зерна предполагает, что сразу же после взвешивания свежеубранный зерновой ворох должен быть направлен в ворохоочистительные машины. Основное требование к очистке зерна в ворохоочистительных машинах сводится к тому, чтобы выполнить эту операцию как можно быстрее.

Сушка, так же как и предварительная очистка должна быть проведена без задержки. Сушка является важной операцией послеуборочной обработки, которая делает зерно стойким, способным противостоять факторам порчи при длительном хранении.

Общая задача второго этапа послеуборочной обработки заключается в том, чтобы обеспечить получение зерна заданной чистоты с максимально высоким выходом готовой продукции. Для этого современное сельскохозяйственное производство располагает зерноочистительными машинами. Широко используются воздушно-решётные машины для первичной очистки, триерные блоки, сложные воздушно-решётные машины для вторичной очистки и сортирования, пневмосортировальные столы, электромагнитные сепараторы (Карпов Б.А., 1987).

В практике хранения зерна в различных странах применяют три режима основанных на свойствах зерновой массы:

Хранение зерновых масс в сухом состоянии. Основан на том, что при отсутствии свободной воды в зерне исключается возможность активного развития микроорганизмов, массового развития клещей и обеспечивается минимальный газообмен основного зерна и семян сорняков. Этот режим является наиболее приемлемым для долгосрочного хранения зерновых масс.

Хранение зерновых масс в охлаждённом состоянии. Основан на том, что при температуре ниже 10 ⁰С резко снижается интенсивность дыхания зерна и семян, приостанавливается размножение насекомых и микроорганизмов. Охлаждение зерновых масс естественным атмосферным воздухом можно разделить на две группы: пассивное и активное. Наиболее прогрессивным методом охлаждения является активное вентилирование. Обязательным условием охлаждения зерновой массы является проведение его без увеличения влажности последней.

Хранение зерновых масс без доступа воздуха. При отсутствии кислорода зерно и живые компоненты лишаются возможности дышать аэробно, дыхание значительно снижается, принимает тип анаэробного (Агробиологические основы.., 2003).

В сельскохозяйственной практике зерно и семена хранят в сухом и охлажденном состоянии. Эти два основных режима хранения зерновых масс взаимно дополняют друг друга и обеспечивают надежную сохранность высокого качества зерна и семян.

Предназначенное на корм, а также продовольственное зерно можно успешно хранить без доступа воздуха (Агробиологические основы.., 2003).

Партии семян хранят отдельно по культурам, сортам, репродукциям, категориям сортовой чистоты, а также с учетом показателей качества по засоренности и влажности.

Основную массу семян размещают на хранение насыпью в закромах, бункерах, силосах, секциях и отделениях хранилищ. Семена высоких репродукций зерновых культур, а также партии мелкосемянных культур размещают в мешках (Карпов Б.А., 1987).

Для сохранности качества семян необходимо систематически наблюдать за температурой, влажностью, цветом, запахом, зараженностью и всхожестью семян. Наблюдения ведут по каждой партии, складу, штабелю. Поверхность насыпи больших партий условно разбивается на секции по 50 м², и за каждой из них наблюдаются. Показатели качества семян по штабелям, закромам и секциям записывают в журнал наблюдений и в штабельные ярлыки по установленной форме (Обработка и хранение.., 1980).