2.3. Гігроскопічні властивості зернової маси

Зерно та насіння всіх культур, як і продукти їх переробки, мають властивість за певних умов поглинати з оточуючого середовища /сорбувати/, або виділяти в оточуюче середовище /десорбувати/ різноманітні пари та гази.

В основі цього явища лежить два фактори:

1. Капілярно-шпарувата колоїдна структура зерна;

2. Шпаруватість зернової маси.

Річ в тому, що останніми дослідами проф. Г.О. Єгорова доведено, що активна поверхня зерна становить 200-250 м /г, що в 200 тисяч разів перевищує видиму поверхню зерна. Тобто, між клітинами та тканинами зерна існує велика кількість макро- і мікропор. Діаметр макропор становить 10^-3 -10^-4 см. а діаметр макропор - до 10^-7 см. Саме завдяки тому, що на поверхні цих капілярів знаходяться активні центри таких гідрофільних речовин як білки та крохмаль зерно має меншу сорбційну ємність.

В зерновій масі проходять такі сорбційні явища:

Абсорбція - хімічні речовини, в тому числі і волога, вільно утримуються капілярними силами;

Адсорбція - між хімічними речовинами, присутніми в парах та газах, та хімічними речовинами зерна утворюються більш міцні зв’язки полярного або валентного типів;

Хемосорбція - утворюються хімічні зв'язки, наприклад, поглинання фумигантів при знезаражуванні зерна. Виділити такі речовини з зернової маси дуже важко.

Капілярна конденсація - механізм цього виду сорбції такий: молекули води в декілька шарів захвачуються активним центром сухої речовини. Перший, мономолекулярний шар, молекули води в ньому утримуються молекулами гідрофільної речовини дуже міцно. Вологість пшениці в такому стані дорівнює приблизно 5-6% і таке зерно може зберігатись десятки років. Рівень вологості близько 14% відповідає присутності в капілярах бімолекулярного шару. Молекули води прикріплені не до самих активних центрів, й до мономолекулярного шару, але тримаються ще досить міцно. Слід знати, що білкові молекули можуть утримувати до 240% води по відношенню до своєї маси, а молекули крохмалю - від 30 до 80%.

Найважливіша для нас поглинаюча властивість зерна - це його гігроскопічність - здібність до сорбції, або десорбції парів води, тобто - це один з видів капілярної конденсації.

З фізичної точки зору вологообмін між зерном та оточуючим середовищем відбувається в двох напрямках:

1. Якщо парціальний тиск водних парів біля поверхні зерна менший тиску водних парів повітря, то проходить процес поглинання води, сорбція;

2. Якщо тиск парів біля поверхні зерна більший тиску парів повітря, то проходить процес віддачі води, десорбція.

Але за певних умов, коли тиск повітря і парів біля поверхні зерна однакові, настає стан динамічної рівноваги. Вологість зерна, що відповідає цьому стану називається рівноважна вологість. Такий стан зерна дуже важливий в практиці зберігання, але він дуже не стійкий.

На стан рівноважної вологості зерна впливають:

1. атмосферні умови під час збирання врожаю;

2. кліматичні особливості району зберігання;

3. температура повітря навколишнього середовища. Наприклад, зі зменшенням температури від З0 до 0⁰с рівноважна вологість збільшується на 1,4%;

4. хімічний склад зерна. Для олійних культур рівень рівноважної вологості приблизно в 2 рази менший, ніж для зернових;

5. явище сорбційного гістерезісу.

Тобто, в практиці зерно після висушування потребує більше (приблизно на 1,2 %/ вологи для доведення його до рівноважної вологості. Це пояснюється тим, що в зерні змінились рівні сорбції та десорбції, Найбільше розходження між ізотермами сорбції та десорбції при відносній вологості повітря від 20 до 80 %.

Слід зазначити, що максимальна рівноважна вологість зерна становить 33-36% і досягається при відносній вологості повітря 100%. Це свідчить про те, що зерно не може збільшити вологість понад 36 % тільки за рахунок сорбційних процесів.

Мінімальна рівноважна вологість становить 7-10% при відносній вологості повітря 15-20%.

В зв'язку з явищем сорбційного гістерезісу в зерновій масі ніколи не спостерігається природного повного вирівнювання вологості між окремими зернами. Рівноважна вологість встановлюється на 7-22 добу зберігання

Нерівномірне розподілення вологи в зерновій масі є однією з головних причин, які ускладнюють роботу по її зберіганню.

Нерівномірне розподілення вологи в зерновій масі виникає внаслідок:

1. Нерівномірного розподілення вологи в кожній окремій зернівці.

Відомо, що найбільшу гігроскопічність має зародок, меншу - оболонки, ще меншу - ендосперм. Тому зародкова частина зернівки завжди більш волога навіть в сухому зерні. В зернах плівчастих культур більш зволожене ядро, менше - квіткові плівки. Крім того, відомо, що в зерновій масі присутнє насіння смітних рослин, що, як правило, має більшу вологість, яку під час зберігання воно віддає зернам основної культури, підвищуючи їх вологість. Тому необхідно своєчасно виділяти насіння смітних рослин із зернової маси, що запобігти збільшенню вологсті і подальшого псуванняю.

2. Різної сорбційної здатності зерна, виповненості і крупності.

Дрібні та щуплі зерна внаслідок більшої активної поверхні та відносно більших розмірів зародку мають більшу вологість, ніж крупне і виповнене зерно. Великою гігроскопічністю володіють також биті зерна, тому дрібні, щуплі та биті зерна необхідно якомога швидше виділити з зернової маси, щоб вони з-за підвищеної вологості не стали поживним середовищем для мікроорганізмів та не збільшили вологість основного зерна.

3. Відносної вологості повітря, яке надходить в зернову масу.

Рівноважна вологість швидше встановлюється в верхніх /до З0 см/ шарах насипу, прилеглих до атмосферного повітря. Тому вологість зерна в різних шарах насипу не однакова, вона постійно змінюється внаслідок зміни параметрів оточуючого повітря.

4. Виділення вологи та тепла всіма живими компонентами зернової маси.

Життєдіяльність зерна, насіння, мікроорганізмів та шкідників завжди супроводжується виділенням вологи та тепла. В результаті підвищується вологість повітря міжзернових просторів, потім - окремих зернівок та зернової маси в цілому. В цьому випадку повітря міжзер­нових просторів насичується парами води, проходить їх конденсація і подальше збільшення вологи всієї зернової маси і її окремих ділянок.

5. Стану зерносховищ,

В сухих, фундаментально побудованих зерносховищах зернові маси значно менше зазнають впливу негативного впливу атмосфери і краще зберігаються. Тому необхідно передбачити добру гідро - і теплоізоляцію елеваторів та складів.

З усів перелічених причин нерівномірного розподілення вологи в зерновій масі основними є:

І. Відносна вологість повітря.

2. Температура повітря.