Тема: Характеристика зерновой массы, как объекта хранения.
Вопросы:
1. Характеристика и определение зерновой массы.
2. Физические свойства, их значение в практике хранения и обработки зерновых масс.
3. Явление самосогревания зерновых масс, его сущность и условия, способствующие возникновению.
4. Значение микроорганизмов при хранении зерна и семян.
1. Характеристика и определение зерновой массы
Зерновой массой называют сложную биосистему, образующуюся в результате обмолота растений и состоящую из зерён (семян) определённой культуры и различных примесей.
Любая зерновая масса состоит из следующих компонентов: зерна или семена основной культуры, примеси, воздух межзерновых пространств и 2 нежелательных компонента – микроорганизмы, клещи и насекомые.
Зерно – основная часть зерновой массы. Оно неоднородно по размерам, влажности и плотности. Неоднородность зерновой массы увеличивается при уборке урожая (треснутое, травмированное). Условия уборки влияют на содержание примесей.
Зерно и примеси имеют разнообразную конфигурацию, укладываются с промежутками, в которых содержится воздух. Состав межзернового воздуха зависит от процессов, происходящих в зерновой массе и влияет на их интенсивность.
2. Физические свойства, их значение в практике хранения и обра-ботки зерновых масс
а) сыпучесть и самосортирование
Сыпучесть – это способность зерновой массы перемещаться по какой-либо поверхности, расположенной под углом к горизонту.
Сыпучесть зерновой массы характеризуют угол трения и угол естест-венного откоса.
Под углом трения понимается минимальный угол, при котором зерновая масса начинает скользить по какой-либо поверхности.
Под углом естественного откоса понимают угол между диаметром основания и образующей конуса, получающего при свободном падении частиц зерновой массы на горизонтальную плоскость.
Угол трения зависит от формы и размера зерна, состава примесей, характера и состояния поверхности зёрен, влажности зерна.
В процессе хранения сыпучесть зерновых масс может меняться, а при несоблюдении условий хранения сыпучесть может быть утрачена полностью. Большое значение сыпучесть играет при послеуборочной подработке и хранении.
Самосортирование – это способность зерновой массы терять однородность при перемещении или в свободном падении.
Всякое перемещение зерновой массы сопровождается её самосортированием, т.е. неравномерным расслоением входящих в неё компонентов по отдельным участкам насыпи. Это следствие сыпучести зерновой массы и неоднородности входящих в её состав компонентов.
Явление самосортирования носит отрицательный характер. Самосортирование зерновой массы создаёт условия для таких явлений как: самосогревание, слеживание, развитие микроорганизмов, насекомых и клещей в отдельных участках насыпи.
б) скважистость и плотность зерновой массы
Плотность зерновой массы (натура) – косвенно отражает массу 1000 зёрен, структуру и химический состав, соотношение анатомических частей зерновки.
Скважистость – это промежутки между твёрдыми частицами зерновой массы, заполненные воздухом.
Определяется скважистость в %: Е=(V1-V)/V1*100%
V1 – объём зерновой массы
V – объём твёрдой части (истинный объём зерна)
Наличие скважин в зерновой массе влияет на многие физические и физиологические процессы. Так, например перемещающийся воздух по скважинам способствует лучшей сохранности семян.
Скважистость влияет на насыпную плотность. Зависит от формы и размеров зерна, наличия примесей, от однородности, выравненности зерновой массы. Например, овес имеет скважистость 50-70 %, а массу 1 м3 400-550 кг.
в) Сорбционная способность – это способность поглощать из окру-жающей среды пары и газы различных веществ, а так же их выделять.
В зависимости от свойств сорбентов и поглощающих веществ сорбцию подразделяют на адсорбцию и абсорбцию, хемосорбцию и капиллярную конденсацию.
Степень способности зерновой массы поглощать пары и газы называют сорбционной емкостью.
Высокая сорбционная емкость зерновой массы объясняется капиллярно-пористой и коллоидной структурой отдельных зёрен и скважистостью зерновой массы.
Наибольшее значение при хранении зерна имеет сорбция и десорбция паров воды. Это способность зерновой массы называется гигроскопичностью.
Равновесная влажность – это влажность, при которой наступает со-стояние равновесия между сорбцией и десорбцией паров воды. Она зависит от температуры и относительной влажности окружающего воздуха.
Значение равновесной влажности большую роль играет при активном вентилировании. Максимальная равновесная влажность устанавливается при 100%-ной относительной влажности воздуха и равна 30,50% для пшеницы.
Равновесная влажность быстрее и раньше устанавливается в верхних слоях насыпи, поэтому зерновая масса по влажности имеет неоднородность.
г) Теплофизические свойства – характеризуют сложный процесс теплогазообмена в зерновой массе, который происходит за счёт конвекции и кондукции.
1. Теплоёмкость зерна – показывает необходимое количество теп-лоты для нагрева зерновой массы на 1 градус. Выражается удельной теплоёмкостью – Сз, Дж/кг*К (кельвин).
Удельная теплоёмкость зерна в 2 раза больше удельной теплоёмкости воздуха, но меньше теплоёмкости воды.
Сз=1500 Дж/кг*к
Своды=4190 Дж/кг*к
Значение удельной теплоёмкости зерна учитывается при сушке зерна, т.к. расход тепла зависит от его исходной влажности.
2. Теплопроводность и температуропроводность – это скорость изменения температуры в зерновой массе.
Теплопроводность – это теплопроводящая способность. Зерновая масса обладает низким коэффициентом теплопроводности и температуропроводности, поэтому передача тепла от верхних слоёв к нижележащим слоям происходит медленно и резких колебаний в зерновой массе не происходит.
С точки зрения сохранности зерновых масс низкая тепло- и температуропроводность имеют положительно и отрицательное значение.
+: длительное время в зерновой массе можно сохранять низкие температуры. Что способствует лучшей сохранности зерновой массы.
-: при создании благоприятных условий для развития насекомых и клещей и микроорганизмов, выделяемое тепло от их жизнедеятельности будет аккумулироваться в одном месте и может привести к самосогреванию и порче зерна.
3. Термовлагопроводность – это свойства паров воды и воды в целом продвигаться в направлении градиента температуры (перемещение влаги по направлению тепла). Что будет способствовать накоплению влаги и тепла и приведёт к самосогреванию в периферийных участках зерновой массы, где происходят перепады температуры.
3. Явление самосогревания зерновых масс, его сущность и условия, способствующие возникновению.
Самосогреванием называется явление повышения температуры в зер-новой массе вследствие протекающих в ней физиологических процессов и плохой теплопроводности зерновой массы.
В зависимости от исходного качества зерновой массы и условий хранения в отдельных участках насыпи температура поднимается до 55…65 °С, а иногда до 70…75 °С.
От греющегося очага тепло передается в соседние участки насыпи и способствует активизации физиологических процессов. Поэтому при запу-щенный формах самосогревания вся зерновая масса подвергается порче и теряет продовольственную и фуражную ценность. По внешнему виду зерно становится черным.
Возможности и быстрота развития процесса самосогревания зерновой массы зависят от ее состояния и условий хранения.
В одних случаях этот процесс протекает быстро и в течение суток вся зерновая масса может быть испорчена. В других случаях возникновение и развитие процесса самосогревания требует длительного времени.
Физиологической основой самосогревания является дыхание всех живых компонентов зерновой массы, при дыхании которых выделяется много тепла.
Все источники образования тепла в зерновой массе подразделяются на 2 группы: основные и вспомогательные.
К основной группе относятся микроорганизмы и зерно.
Ко второй группе относятся насекомые, клещи и семена сортных рас-тений.
Ведущая роль в образовании тепла принадлежит микроорганизмам. Микроорганизмы используют 5-10 % выделяемого ими тепла на свои нужды. Остальная энергия выделяется в зерновую массу.
Много тепла может выделить и само зерно, если оно находится во влажном состоянии. Зерно выделяет 30-35 % тепла, остальное тепло выделяют микроорганизмы.
Условия, способствующие усиленному процессу теплообразования и самосогревания:
1. Повышенная влажность;
2. Состояние хранилищ и их конструкций: должно быть состояние гидроизоляции хранилищ; теплопроводность материала, из которого сделано это хранилище. Опасны железные крыши, потому что сильно нагреваются арочные склады. Хранилища должны быть герметичны, чтобы сырой воздух не проникал. Хранение в хороших и прочных складах значительно сокращает явление самосогревания. Неравномерный обогрев и охлаждение зерновых масс, а также неравномерный доступ воздуха в нее приводит к резким перепадам температур.
3. Условия содержания зерновых масс в хранилищах и методы ухода за ними. Соблюдение высоты насыпи. Соблюдение правил при подработке зерна.
Охлажденная сухая зерновая масс устойчива при хранении. Большую роль играет формирование партий зерна. Партия должна быть однородна по влажности и засоренности.
Фазы развития самосогревания и его виды.
1. Медленное повышение температур. Развивается травяная палочка.
2. Резки скачек повышения температуры. Развиваются плесневые грибы и спорообразующие бактерии (картофельная палочка).
3. Резкий спад температуры. Погибают грибы, часть бактерий. Выделяются меланоиды – темноокрашенные вещества.
Уже на первой фазе при температуре 40 °С семена сильно заражаются плесневыми грибами и их использовать на семенные цели уже нельзя, так как будет низкая полевая всхожесть.
Виды самосогревания:
Гнездовое – может возникнуть в любой части зерновой массы.
Причины его возникновения:
- увлажнение определенного участка зерновой массы;
- размещение в одном хранилище зерна с разной влажностью. Что противоречит правилам формирования партий.
- образование в зерновой массе участков со значительным содержанием сорной примеси и пыли.
- скопление насекомых и клещей в отдельных участках насыпи.
Пластовое – греющийся слой возникает в наспи в виде горизонтального или вертикального пласта. Возникает чаще всего при перепаде температур.
- низовое – в нижней части насыпи. Возникает при засыпании недостаточно охлажденной зерновой массы на холодный пол хранилища.
- верховое – возникает на высоте 0,5 м чаще возникает осенью или весной, когда холодный воздух поступает в верхнюю часть зерновой массы, а внизу идет теплый воздух с влагой.
- вертикально-пластовое – возникает при несоблюдении правил строения хранилища.
Сплошное – это результат запущенных видов самосогревания. Сплошь может греться свежеубранное зерно, влажное, с примесями. Зерно может греться и в бункере комбайна.
Меры борьбы с самосогреванием.
Профилактические:
1 Своевременная сушка, очистка и охлаждение зерновой массы до температуры 10 °С и ниже, при которой прекращаются активные процессы.
2 Правильное формирование партий по влажности и соблюдение правил размещения.
3. Тщательное наблюдение за температурой зерновой массы и своевременное охлаждение.
Меры по ликвидации самосогревания:
Охлаждение зерновой массы активным вентилирование.
4. Значение микроорганизмов при хранении зерна и семян.
Основным источником микроорганизмов являются почва, пыль и насекомые. В 1 кг зерновой массы можно обнаружить от нескольких десятков до сотни тысяч микроорганизмов. Существенное увеличение их происходит при обмолоте зерна.
На долю микроорганизмов приходится от 2 % до 2,5 % потерь сухой массы зерна при хранении. Содержание микроорганизмов зависит от культуры, состояния поверхности зерна.
Видовой состав и количество микроорганизмов зависит от климатических условий и условий хранения. За период хранения микрофлора зерна может изменяться. В процессе хранения в зерновой массе больше появляются спорообразующих бактерий. Микроорганизмы зерновой массы представлены аэробами.
В свежеубранном зерне более 95 % общей численности микрофлоры представлены типичными эпифитными бактериями, не образующими спор. Данные бактерии обитают на поверхности зерна. При благоприятных условиях они интенсивно размножаются и выделяют значительное количество тепла. В результате чего в зерновой массе происходит самосогревание.
Другие 5 % микроорганизмов представлены споровыми, молочнокислыми бактериями, плесневыми грибами и дрожжами.
Классификация микроорганизмов зерновой массы.
Микроорганизмы подразделяются на эпифитные (развиваются на по-верхности зерна) и субэпидермальные (располагаются внутри зерна).
По образу жизни и воздействию на зерно микрофлору делят на 3 группы:
1. сапрофиты – бактерии, плесневые грибы, актиномицеты, дрожжи – они питаются органическими веществами зерна и могут их разрушить частично или полностью.
В свежеубранном и здоровом зерне всегда присутствуют Ervinea и Pseudomonas.
Ervinea herbicola – наиболее распространена. Она составляет 92-95 % от всей микрофлоры зерновой массы. Оптимальная температура для её развития 27…30 °С. Наличие этих бактерий говорит о здоровье зерна и о его свежести, т.е. цвета, блеска, запаха и вкуса. По наличию этих бактерий можно судить о продолжительности хранения зерна.
Pseudomonas fluorescens – эти бактерии обладают флюоренсцирующими свойствами
Bacillus mesentericus – картофельная палочка – в зерне встречается единично, т.к. приводят к порче зерна, оказывают влияние на хлеб (тягучий хлеб). Они способны выдерживать температуру 100 °С в течении 45 мин.
В зерновой могут встречаться молочнокислые и маслянокислые бактерии.
Кроме бактерий в зерновую массу попадают плесневые грибы. Они составляют десятые доли процентов. Плесневые грибы снижают качество и уменьшают массу зерна. Они выделяют ядовитые вещества-метаболиты (вещества их жизнедеятельности). Они не требовательны к условиям обитания. Плесневые грибы представлены двумя видами: Aspergillus и Penicillium. Их еще называют плесенью хранения.
Актиномицеты – это почвенные плесени. Их численность не велика.
Дрожжи – являются одной из причин возникновения амбарного запаха зерна.
2. фитопатогенные микроорганизмы – бактерии, грибы, вирусы. В эту группу входят микроорганизмы, вызывающие заболевания у растений (бактериозы, микозы, фузариозы, головня, спорынья).
Фитопатогенные микроорганизмы не оказывают существенного влияния на сохранность зерновой массы. Их учитывают только при оценке качества зерна при продаже и при покупке.
Зерна, пораженные головней, спорыньей и фузариозом могут быть ядовитыми, поэтому они нормируются ГОСТом ().
3. микроорганизмы патогенные для животных и человека – они являются нежелательными спутниками зерновой массы. К ним относятся возбудители туберкулеза, сибирской язвы, брутулеза.
Условия, ограничивающие развитие активных микробиологических процессов
Основные факторы, влияющие на развитие микроорганизмов:
1. Относительная влажность воздуха и влажность компонентов.
Влажность зерновой массы – это основной фактор определяющий стойкость при хранении.
Микроорганизмы по потребности во влажности делятся на 3 группы:
- гидрофиты – бактерии, которые развиваются при условиях повышенной влажности. Оптимальная влажность воздуха 100 %.
- мезофиты – оптимальная влажность воздуха для их существования 100 %, но могут развиваться при влажности воздуха 80-90 %.
- ксерофиты – оптимальные условия их существования 90-95 %, могут жить и при влажности воздуха 70-80 %.
Все бактерии и дрожжи относятся к гидрофитам. Грибы – ксерофиты и мезофиты. Плесневые грибы развиваются на зерне с влажностью чуть выше критической (15-15,5 %).
2. Температура.
В зависимости от отношения к температуре микроорганизмы делятся на:
- хладостойкие или психрофильные. Минимальная температура существования 0…8 °С, максимальная 25…30 °С, оптимальная 10…20 °С.
- теплолюбивые или термофильные. Минимальная температура при которой они развиваются 25…40 °С, максимальная 70…80 °С, оптимальная 50…60 °С.
- мезофильные – минимальная температура 10…15 °С, максимальная 40…45 °С, оптимальная 20…40 °С. Эти микроорганизмы в зерновой массе наиболее многочисленны.
3. Степень аэрации.
Все микроорганизмы делят на:
- факультативноанаэробные – могут существовать в присутствии кислорода и без него;
- аблигатноанаэробные – живут в безкислородной среде.
Проветривание и продувание зерновой массы, а также снижение влажности и температуры приводит к снижению бактериальной микрофлоры, но при этом происходит развитие плесневых грибов (т.к. они являются аэробами).
4. целостность и состояние покровных тканей зерна.
На поврежденном зерне количество микроорганизмов больше.
5. количество и видовой состав примесей.
30-65 % микрофлоры находятся на примеси.
А такие факторы развития микроорганизмов как свет и реакция среды имеют вторичное значение.
Влияние микроорганизмов на посевные и товарные качества зерна. Приобретение токсичных веществ.
Под действием микроорганизмов существенно изменяются цвет, блеск, запах и вкус зерна.
Изменение цвета сопровождается запахом разложения – плесневый и затхлый. Это происходит при развитии грибов рода Penicillium. При полной порче зерно приобретает гнилостный запах.
Плесневение зерна сопровождается снижением всхожести, т.к. клетки зародыша отравляются продуктами метаболизма плесневых грибов.
Развитие плесневых грибов рода Penicillium и Aspergillus сопровождается образованием микотоксинов. Микотоксины – это продукты метаболизма плесени, которые токсичны для животных и человека.
Известно около200 токсичных веществ, выделяемые плесневыми гри-бами.
Афлотоксины – это ядовитые вещества, вырабатываемые плесневым грибом Aspergillus.
Известны группы А, В1, G1, G2. Все эти вещества являются потенци-альными канцерогенами.
Существенное снижение качества твердой и сильной пшеницы проис-ходит в результате развития фузариоза (грибы и рода Fusarium). Возникает явление «пьяный хлеб». Микотоксины выделяемые возбудителем этой болезни оказывают вредное влияние на здоровье животных и человека (заболевает алейкией, приводящей к резкому снижению в крови лейкоцитов).
Меры борьбы с микроорганизмами при хранении зерна
Профилактические меры, предупреждающие активное развитие микроорганизмов:
- максимальная очистка свежеубранных партий зерна от всех видов примесей в максимально сжатые сроки;
- снижение влажности зерна до критической и ниже путем сушки;
- солнечная сушка зерна (УФ лучи) – погибает более 90 % микрофлоры;
- достаточная гидроизоляция хранилищ;
- уменьшение относительной влажности воздуха в межзерновом пространстве до 70-75 %, путем активного вентилирования;
- охлаждение зерновой массы до температуры менее 10 ºС;
- регулярное наблюдение за температурой зерновой массы;
- соблюдение правил активного вентилирования;
- профилактическая газация зерна.
Мероприятия, направленные на ликвидацию микробиологических процессов:
- немедленное проветривание и охлаждение партии зерна в которых обнаружен амбарный запах;
- срочная тепловая сушка зерновой массы, в которой обнаружено развитие плесеней или охлаждение до 0 ºС и ниже;
-срочная сушка или охлаждение зерна при самосогревании.