Зерновая масса и показатели качества зерна

15.07.2015

Зерно поступает на хлебозаготовительные пункты, элеваторы, склады, мельницы и на другие предприятия в виде различных по весу партий. Каждая партия зерна состоит не только из зерен основной культуры (пшеницы, ржи и др.), но и содержит обычно небольшое количество зерен других культур, семян сорных растений, минеральных и органических примесей. Эту массу зерен вместе с примесями принято называть зерновой массой или просто — зерном.
Зерновая масса является сыпучим телом, неоднородным по физическому составу. Неоднородность зерновой массы обусловлена тем, что образующие ее зерна основной культуры никогда не бывают совершенно одинаковыми. Наряду с крупными, тяжелыми зернами в ней находятся зерна менее крупные и легкие. Такая неоднородность наблюдается даже в том случае, если все зерна принадлежат к одному сорту, а партия зерна получена на одном посевном участке. Даже образовавшиеся на одном колосе (или метелке) зерна никогда не бывают вполне однородными по размеру, весу, форме.
Вторая причина неоднородности зерновой массы заключается в том, что, кроме нормального зерна основной культуры, в состав зерновой массы входит некоторое количество битых и поврежденных зерен других культур, а также и посторонних, так называемых сорных примесей (органического и минерального сора, семян дикорастущих растений).
В результате систематически проводимых в сельском хозяйстве агрономических мероприятий количество примесей в зерне из года в год снижается и на заготовительные пункты с каждым годом поступает все более чистое зерно, однако даже минимальное содержание примесей оказывает влияние на однородность зерновой массы и на стойкость зерна при хранении.
Изучение зерновой массы показывает, что она содержит значительное количество микроорганизмов и их спор, присутствие которых устанавливается микробиологическим анализом.
Наконец, следует отметить, что зерновая масса состоит из зерен, между которыми находятся пространства, заполненные воздухом, так называемые «межзерновые пространства», объем которых составляет около половины всего объема зерновой массы.
Зерновая масса обладает определенными свойствами, которые необходимо учитывать как при хранении, так и при определении качества партий зерна.
Важными свойствами зерновой массы являются: сыпучесть, скважистость, гигроскопичность, теплопроводность, сорбционная емкость.
Сыпучесть. В зерновой массе отдельные зерна и примеси сравнительно легко изменяют свое взаимное расположение, поэтому вся масса является сыпучим телом и отличается подвижностью. Она может принять форму сосуда, мешка или силоса; под действием силы тяжести зерновая масса перемещается (течет) по наклонной плоскости, лотку, трубам самотека.
Сыпучесть зерновой массы имеет большое значение — благодаря этому свойству зерно можно хранить и перевозить насыпью, перемещать при помощи самотеков, транспортеров и других механизмов. Знать, какой сыпучестью обладает зерновая масса, необходимо при проектировании зерноскладов, определении угла наклона самотеков.
Сыпучесть зерновой массы для различных культур не одинакова и зависит от таких факторов как форма, размеры и плотность зерен, а также влажность зерна (влажное зерно менее сыпуче, чем сухое) и состав примесей зерновой массы.
Для определения сыпучести зерновой массы различных культур устанавливают угол естественного откоса, т. е. угол между основанием и образующей конуса, получающегося при свободном вертикальном падении зерновой массы на горизонтальную поверхность. Для определения угла естественного откоса зерно в необходимом количестве высыпают через воронку с небольшим диаметром. Воронку устанавливают при этом на постоянном расстоянии (высоте) от горизонтальной плоскости. Чем меньше угол естественного откоса, тем больше сыпучесть зерновой массы. Для основных зерновых культур характерны следующие углы естественного откоса: просо — 20—25°, рожь и пшеница — 28—38°, ячмень — 28—40°, овес — 31—44°.
Одним из следствий сыпучести и неоднородности зерновой массы является процесс ее самосортирования. Процесс самосортирования обусловливается легкостью изменения взаимного расположения частиц, в результате которой при перевозке, перемещении, встряхивании тяжелые и округлые зерна и примеси опускаются вниз, а легкие или отличающиеся большей парусностью примеси и зерна «всплывают» наверх. При засыпке зерна в силос тяжелые зерна и примеси занимают центральную часть силоса, а легкие зерна и примеси отбрасываются к стенкам.
Самосортирование зерна имеет большое значение для хранения, отпуска, а также для оценки качества партии зерна. Возникающая в результате самосортирования неравномерность распределения в зерновой массе легких и тяжелых зерен, а также легких и тяжелых примесей способствует возникновению гнездового самосогревания, затрудняет получение однородных партий, а также обусловливает необходимость установления определенных и довольно сложных правил изъятия выемок (для получения среднего образца). Соблюдение этих правил является необходимым для получения правильного (т. е. характеризующего всю партию) среднего образца.
Скважистость. Вторым важным свойством зерновой массы является ее скважистость, обусловленная тем, что между твердыми частями находятся заполненные воздухом межзерновые пространства. Объем межзерновых пространств, выраженный в процентах по отношению к объему всей зерновой массы, и называется «скважистостью». Поэтому скважистость зерновой массы в процентах определяется так:

Зерновая масса и показатели качества зерна

Чтобы определить скважистость зерновой массы, берут образец и точно в мерном цилиндре определяют его объем (а) вместе с межзерновыми пространствами, затем путем погружения в жидкость, например керосин, по изменению уровня жидкости определяют объем твердых частиц — зерен и примесей (б) и по этим величинам определяют объем межзерновых пространств и вычисляют скважистость, которая будет равна: а-б/а*100.
Так, например, если объем образца 250 мл, объем зерен 150 мл, то скважистость равна: 250-150/250*100=40%.
Кроме скважистости, можно определять плотность зерновой массы (показатель обратный скважистости). Плотностью называют процентное отношение объема, занимаемого зернами и примесями, ко всему объему зерновой массы. Пользуясь указанными выше величинами, плотность зерновой массы выражают формулой: плотность в процентах равна: б*100/а. Для приведенного примера плотность равна: 150*100/250=60%.
Скважистость зависит от формы, размеров, состояния поверхности, большей или меньшей однородности зерна и ряда других факторов и даже в пределах одной культуры сильно колеблется. Так, скважистость ржи и пшеницы колеблется от 35 до 60%, ячменя — от 45 до 65%, овса -— от 50 до 70%.
Скважистость изменяется в процессе хранения, во-первых, в связи с изменением состояния поверхности зерен, а во-вторых, в результате давления, оказываемого верхними слоями зерна на нижние. Как правило, в процессе хранения зерна скважистость зерновой массы уменьшается.
Скважистость имеет значение для хранения зерна, так как наличие воздуха в межзерновых пространствах обусловливает возможность нормального аэробного дыхания зерен. Наличие паров воды в межзерновых пространствах вызывает изменение влажности зерна. Скважистость облегчает газообмен в хранящемся зерне и создает возможность вентилирования зерновых масс без перемещения их — путем применения активного вентилирования.
Наряду с положительным влиянием скважистости при хранении зерна большая скважистость несколько удорожает хранение, так как для таких партий зерна требуется больший объем складских помещений, чем для партий зерна того же веса, но имеющих меньшую скважистость.
Третьим важным свойством зерновой массы (как и зерен, ее образующих) является ее гигроскопичность, представляющая собой частный случай сорбции.
Сорбцией называется процесс поглощения твердыми телами газообразных и парообразных веществ. Зерно и зерновая масса являются сорбентами, т. е. поглотителями. Способность зерновой массы поглощать значительное количество газов и паров, или, иначе, ее сорбционная емкость, обусловлена скважистостью зерновой массы, большой суммарной поверхностью зерен, участвующих в сорбционных процессах, и микропористым строением самих зерен, В процессе сорбции частицы газов и паров перемещаются из внешней среды (воздуха) внутрь зерна.
В практике хранения и оценки зерна все явления сорбции обычно подразделяют на: собственно сорбцию, подразумевая под этим сорбцию различных паров и газов, кроме воды, и гигроскопичность, т. е. сорбцию (поглощение) и десорбцию (выделение) паров воды.
Замечено, что зерно весьма быстро и в значительных количествах поглощает из воздуха содержащиеся в нем газы и пары, Так, например, 5 г зерна, помещенные в среду, содержащую пары аммиака, за 1 час поглотили 5,5 мг, за 2 часа — 11 мг, за 3 часа — 14,1 мг аммиака, считая на азот.
Зерно, помещенное в среду, содержащую пары полынного масла или других пахучих веществ, быстро воспринимает посторонние запахи. Вещества, поглощенные зерном, весьма прочно им удерживаются, поэтому недопустимо хранить зерно в помещениях, в которых сохранились посторонние запахи или хранятся пахучие продукты и вещества, а при наличии в зерне пахучих примесей (полынь, чеснок, донник) их необходимо удалять сразу после уборки зерна.
Гигроскопичность является также важнейшим свойством зерновых масс (и самих зерен); ее необходимо учитывать как при оценке, так и при хранении зерна. Гигроскопичность зерна заключается в том, что зерно легко поглощает пары воды из окружающей среды и легко отдает влагу этой среде в зависимости от упругости водяных паров в окружающем воздухе. Упругость паров зависит от температуры воздуха и количества содержащихся в воздухе паров воды, или, иными словами, от относительной влажности воздуха.
Определенной относительной влажности воздуха (при постоянной температуре) соответствует определенная (для каждой партии норна) равновесная влажность зерна. В том случае, если фактическая влажность зерна ниже равновесной, происходит увлажнение зерна, если же влажность зерна выше равновесной — происходит высыхание зерна.
Для зерна различных культур (при одной и той же относительной влажности и температуре воздуха) равновесная влажность различна. При температуре 20—25° и относительной влажности воздуха 45% равновесная влажность мягкой пшеницы 11,8%, ржи — 11,7%, овса — 10,8%, льняного семени — 7,5%; при относительной влажности воздуха 75% равновесная влажность пшеницы 17,1%, ржи — 17,4%, овса — 16,0%, льняного семени — 11,1% и при относительной влажности воздуха 100% равновесная влажность пшеницы 34,51%, ржи — 36,5%, овса — 31,4%, льняного семени — 27,3%.
Различная равновесная влажность (характеризующая различную гигроскопичность зерна) зависит от химического состава и строения зерна. Зерно, более богатое белками, имеет более высокую гигроскопичность (белки могут поглощать воду в количестве до 180% своего веса, а крахмал — до 70% своего веса). Наоборот, зерно, богатое жиром, отличается меньшей гигроскопичностью, гак как жир не способен поглощать влагу.
Строение зерна также влияет на его гигроскопичность. Зерно щуплое и мелкое, обладающее большой активной поверхностью, более гигроскопично, чем крупное и хорошо выполненное.
На гигроскопичность влияет и температура зерна. При повышении температуры гигроскопичность зерна возрастает, а при понижении — уменьшается.
Гигроскопичность имеет большое значение при хранении, так как в результате ее изменяется влажность хранящегося зерна, поэтому гигроскопичность необходимо учитывать при установлении условий хранения и вентилирования зерна. Изменение влажности происходит быстро — за 1 день влажность может измениться на 3—4%. Это обстоятельство нужно учитывать при изъятии и хранении образцов зерна, предназначенных для определения влажности.
Четвертым свойством зерновой массы, влияющим на условия хранения зерна, является теплопроводность. Зерновая масса и отдельные зерна являются плохими проводниками тепла. Теплопроводность зерновой массы примерно равна теплопроводности дерева. Теплопроводность зерна характеризуется коэффициентом 0,12—0,2 ккал/м*час.°С (для дерева 0,1—0,4, для железа 40—60, для меди 260—340). С повышением влажности зерна увеличивается его теплопроводность.
Низкая теплопроводность зерновых масс объясняется низкой теплопроводностью зерен, ее образующих, а также скважистостью. Воздух, занимающий межзерновые пространства, имеет ничтожную теплопроводность — коэффициент 0,02—0,04 ккал/м*час.°С. Чтобы уяснить значение плохой теплопроводности, нужно попутно отметить, что зерно обладает и низкой теплоемкостью, а именно 0,32—0,44 ккал/кг°С, т. е. достаточно 1 ккал тепла, чтобы температура 1 кг зерна изменилась соответственно на 3,1—2,3°С.
В связи с плохой теплопроводностью зерновая масса хорошо сохраняет свою первоначальную температуру (низкую или высокую). Это оказывает положительное влияние при хранении охлажденного и промороженного зерна (низкая температура сохраняется долгое время, даже когда температура наружного воздуха повышается) и, наоборот, отрицательное, когда зерно, заложенное на хранение при высокой температуре, сохраняет ее длительное время.
Низкая теплоемкость и плохая теплопроводность в случае выделения в зерне тепла (в результате активных окислительных процессов) вызывает быстрое увеличение температуры зерна, например при его самосогревании.
He следует, однако, предполагать, что в зерновых массах тепло совершенно не передается и что температура одного слоя зерна не вызывает изменения температуры других слоев.
Плохая теплопроводность препятствует обмену энергии при непосредственном соприкосновении зерен (методом кондукции), но и зерновой массе значительная часть объема приходится на межзерновые пространства, заполненные воздухом, и потому передача тепла в них совершается главным образом путем так называемой конвекции. Последняя заключается в том, что нагретые частицы воздуха становятся .легче, перемещаются в верхние слои зерна и нагревают их и, наоборот, при понижении температуры холодный воздух стремится вниз. В связи с этим при возникновении и хранящемся зерне самосогревания повышение температуры распространяется в основном в верхние его слои, а при охлаждении зернa (верхних слоев) понижение температуры распространяется и в нижние слои насыпи.
Качество зерна определяют по небольшой части зерновой массы, по так называемому «среднему образцу», качественные показатели которого тождественны показателям всей партии.
Требования, предъявляемые к качеству зерна, можно подразделить на общие, относящиеся к любому зерну, независимо от его назначения (свежесть, общая засоренность, влажность), и специальные, связанные с целевым назначением зерна (всхожесть и энергия прорастания для семенного зерна, содержание жира для масличных семян, содержание ядра для крупяного зерна).
При заготовках зерна обычно ограничиваются определением общих показателей качества, при оценке зерна, имеющего определенное целевое назначение, общие показатели дополняются показателями, соответствующими целевому назначению зерна.
Для того чтобы правильно оценить зерно и всесторонне определить его качество, оценку каждой партии зерна производят по многим показателям, каждый из которых (самостоятельно или в совокупности с другими) позволяет вскрыть те или иные свойства испытуемого зерна.
Признаками, характеризующими качество зерна, являются: цвет, вкус, запах зерна, которые позволяют установить однородность партии зерна и доброкачественность (свежесть) его.
Ненормальное изменение цвета, вкуса и запаха указывает на неблагоприятные условия уборки, хранения или даже на порчу зерна. He свойственные доброкачественному зерну вкус и запах могут быть вызваны также поглощением (сорбцией) посторонних веществ.
Влажность зерна, т. е. содержание в нем воды, характеризует пригодность зерна для хранения и ценность для использования, так как чем влажнее зерно, тем менее стойко оно в хранении и менее ценно для переработки.
По засоренности зерна определяют количество и состав его примесей. Зараженность вредителями показывает наличие в зерновой массе насекомых и клещей, жизнедеятельность которых снижает качество зерна и ведет к его потерям.
Показатель физических особенностей зерновой массы — объемный вес (или натура) зерна — характеризует одно из свойств зерновой массы — ее плотность или скважистость.
Абсолютный вес — вес 1000 зерен — позволяет определить среднюю крупность зерен, образующих партию. Чем выше абсолютный вес (вес 1000 зерен), тем крупнее зерно. По абсолютному весу можно отчасти судить и о качестве зерна.
Выровненность зерна характеризует однородность зерновой массы по размеру зерен. Выровненность имеет большое значение для зерна, используемого в крупяной и пивоваренной промышленности, а также для зерна бобовых культур, где выровненность является одним из основных признаков качества.
Определение качества зерна производится различными методами, которые подразделяются на две группы:
а) Органолептические методы определения качества — это методы определения при помощи органов чувств без применения каких-либо приборов. Таким образом определяют цвет, вкус, запах зерна и внешнюю однородность зерновой массы.
Органолептическая оценка основана на том, что зерно обладает определенными свойствами, действующими на органы чувств человека и вызывающими у него соответствующие ощущения.
б) Аналитические (лабораторные) методы исследования. К этой группе относятся все методы исследования (физические, химические, энтомологические и др.) зерна, осуществляемые при помощи различных приборов, позволяющих выразить результаты исследований в виде объективных величин (проценты, градусы, граммы, миллилитры и т. д.).
Аналитически при оценке зерна определяют влажность, засоренность, степень зараженности амбарными вредителями, все показатели физических свойств зерна (натура, абсолютный вес, выровненность) и его химический состав (зольность, содержание жира, белка).
Как органолептические, так и аналитические методы исследования имеют свои достоинства и недостатки, поэтому для правильной оценки качества зерна необходимо сочетать эти методы.