Жизнедеятельность зерновой массы. Дыхание зерна и семян.

Хранение; зерна (характеристика компонентов зерновой массы; физические, сорбционные и теплофизические свойства зерновой массы и их значение в практике хранения. Физиологические Свойства зерновых масс при хранении: дыхание, послеуборочное дозревание зерна; прорастание; долговечность и самосогревание. Причины и виды самосогревания зерна. Способы предупреждения прорастания и самосогревания зерна. Элеваторы.

Зерновой массой называют сложную биосистему, образующуюся в результате обмолота растений и состоящую из зерен определенной культуры и различных примесей. Любая зерновая масса состоит из 5 компонентов: зерно (семена) основной культуры, примеси, м.о., вредители хлебных запасов (насекомые, клещи), воздух межзерновых пространств. Зерно – главнейшая состовная часть зерновой массы. Оно неоднородно размерам, влажности, плотности. 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. Зерно и примеси, имея разнообразную конфигурацию, укладываются с промежутками, заполненными воздухом. Состав воздуха межзерновых пространств зависит от процессов, происходящих в зерновой массе, и влияет на их интенсивность. В зерновой массе также могут быть насекомые и клещи, которые при благоприятных для них условиях существенно ухудшают состояние и качество зерна. Таким образом, зерновая масса рассматривается как комплекс живых организмов, интенсивность жизнедеятельности которых определяет ее сохранность.

Физические св-ва. Сыпучесть. 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 различной конфигурации. Это св-во называется 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 или углом ската. Угол трения зерна учитывают при устройстве самотечных труб, в зерноочистительных машинах, сушилках и т.д. Чем меньше угол естественного откоса, тем выше сыпучесть. Известны зерна и семена, имеющие округлую форму и гладкую поверхность (просо, горох, вика, соя). Если в дополнение к этому семена имеют крайне незначительные размеры (клевер, горчица), то применяют термин текучесть.

Самосортирование. Хорошая сыпучесть, а также сложный и неодноролный состав зерновой массы приводят к тому, что при перемешивании и пересыпании в ней образуются слои и участки, состоящие из компонентов с близкими характеристиками. Так, при загрузке транспортных средств, хранилищ тяжелые зерна и минеральная примесь падают быстрее и находятся в месте ссыпания, а легковесные компоненты (щуплое, колотое зерно, семена сорняков, органическая примесь) опускаются медленнее и отбрасываются вихревыми движениями воздуха к переферии насыпи или скатываются по поверхности конуса к его основанию.

Скважистость. Между видимыми компонентами зерновой массы всегда имеются промежутки, заполненные воздухом. Суммарный объем этих межзерновых пространств называют скажистостью. Обратная величина скважистости называется плотностью укладки.

Сорбционные св-ва. Сорбция – поглощение твердым телом или жидкостью каких-либо в-в из окружающей среды. Поглощающее тело называется сорбентом. Сорбционные запахи приобретаются зерновой массой вследствие ее сорбционных св-в. Из этой группы наиболее часто встречается дымный запах, связанный с сорбцией зерновой массой продуктов неполного сгорания топлива в зерносушилках. Чаще и значительно интенсивнее зерноваые массы поглощают (сорбируют) из окружающей среды пары воды, а при известных условиях наблюдается обратный процесс, называемый десорбцией.

Теплофизические св-ва. При сушке и хранен зерновых масс учитывают теплоемкость, тепло- и температуропроводность и термовлагопроводность. Теплоемкость характеризуется количеством теплоты, необходимой для нагревания 1 кг зерна или семян на 1 градус, и выражается в Дж\(кг*К). Теплоемкость сухого в-ва зерна составляет 1550 Дж\(кг*К). Чем выше влажность зерна, тем выше его теплоемкость. Высокая теплоемкость влажного зерна может привести к перегрузу его при сушке, поэтому температура зерна при первом пропуске через сушилку строго контролируется и при влажности его около 26-30% составляет 36-38 градусов. Продолжительность сушки при этом увеличивается.

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 теплопроводность ее, но в целом она остается невысокой.

Температуропроводность характеризует скорость изменения температуры в зерновой массе, т.е. ее теплоинерционные св-ва. Она в тысячи раз ниже, чем у хороших проводников. Низкая тепло- и температуропроводность при хранении зерновых масс имеет как положительное, так и отрицательное значение. 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. Если же по каким-либо причинам в зерновой массе образуются участки с повышенной биологической активностью, то выделяемое при этом тепло крайне медленно перемещается по профилю продукции и приводит к повышению ее температуры.

Термовлагопроводность – это перемещение влаги в зерновой массе вместе с потоком тепла, обусловленное градиентом температуры. Плохая тепло- и температуропроводность приводит к перепадам температур различных участков зерновой массы. По направлению потоков тепла мигрирует влага в виде пара и конденсируется на поверхности зерна. Количество капельно-жидкой влаги может быть значительным и достаточным для активизации процессов жизнедеятельности компонентов зерновой массы, а также для набухания и прорастания зерна и семян. Установлено, что перемещение влаги по направлению потока тепла происходит в насыпи зерна и семян любой влажности и в любом направлении.

Жизнедеятельность зерновой массы. Дыхание зерна и семян.

Зерна и семена, а также другие живые компоненты зерновой массы для поддержания своей жизнедеятельности получают необходимую энергию в процессе гидролиза (распада) запасных питательных в-в под действием ферментов. Гидролиз, проходящий с поглощением кислорода, называется аэробным. Если при гидролизе кислород воздуха не потребляется, то речь идет об анаэробном дахании. На интенсивность дыхания влияют влажность и температура зерновой массы, газовый состав воздуха межзерновых пространств, а также ботанические особенности, зрелость, выполненность и крупность, травмированность и наличие проросших зерен и семян. Дыхание сухого зерна ничтожно мало, но оно резко возрастает при появлении в зерне свободной влаги. Такая влажность зерна или семян называется критической.

Комплекс процессов, происходящих в зернах и семенах при хранении, улучшающий их посевные и технологические качества, называют послеуборочным дозреванием.

Прорастание зерна и семян. Прорастание зерна и семян при хранении всегда рассматривается как следствие ошибок и упущений в организации работ с зерновыми массами. Единственный фактор, сдерживающий прорастание, - влажность зерна и семян. В большинстве случаев опасность прорастания возникает при увлажнении семян от 40% и выше.

Микроорганизмы зерна. Зерновая масса – благоприятная среда для жизнедеятельности микроорганизмов. Они появляются на зерне в период вегетации, и их количество резко возрастает при уборке и послеуборочной обработке зерна и семян в результате контакта с частицами почвы. Микроорганизмы являются главным фактором снижения качества продукции при хранении.

Вредители хлебных запасов. В зерновой массе обитает более 100 видов насекомых, грызунов и клещей, большая часть которых значительно повреждает зерно и вызывает существенные количественные потери. Развитие насекомых и клещей зависит от влажности зерновой массы. Однако в отличие от микроорганизмов они могут интенсивно размножаться при влажности зерна значительно ниже критической. Лишь при влажности зерна 9-10% угнетаются насекомые, но в производственных условиях это встречается редко. Важнейшим фактором, определяющим развитие насекомых и клещей, является температура, оптимум которой для разных видов находится в пределах 20-28 градусов. Нижний предел составляет 8-12 градусов, верхний 36-42 градуса. Отклонение от температурных пределов в меньшую или большую сторону подавляет жизнедеятельность, а в дальнейшем приводит насекомых и клещей к гибели.

Самосогревание зерновых масс. Жизнедеятельность компонентов зерновой массы сопровождается выделением тепла и влаги. Из-за плохой теплопроводности почти все образующееся тепло расходуется на нагрев зерна, интенсивность дыхания живых компонентов возрастает и начинается процесс повышения температуры зерновой массы, называемый самосогреванием. При самосогревании температура зерновой массы достигает 55-65 градусов, реже 70-75. Зерно полностью теряет сенные, продовольственные, кормовые и технологические качества. Особенно скоротечен процесс самосогревания свежеубранного зерна, часто не превышающий 3-4 суток. Самосогревание возникает не сразу на всех участках насыпи, а в тех, где создались благоприятные условия. В зависимости от места расположения очагов различают следующие виды самосогревания: гнездовое, пластовое, сплошное.

Долговечность зерна и семян. Долговечность – это период, в течение которого зерно и семена сохраняют потребительские св-ва. Различают долговечность биологическую, технологическую и хозяйственную.

Биологическая долговечность представляет период, в течение которого из всей партии способность к прорастанию сохраняют хотя бы единичные семена. Технологическая долговечность – это период, в течение которого партии зерна и семян сохраняют товарные св-ва. Она значительно больше биологической долговечности, часто превышая ее на порядок. Хозяйственная долговечность по продолжительности наименьшая и представляет собой промежуток времени, в течение которого семена сохраняют всхожесть на уровне требований государственного нормирования.

Режимы хранения зерновых масс. Сохранение зерна и семян с минимальными потерями возможно лишь при условиях, обеспечивающих состояние анабиоза всех живых компонентов. Этого можно добиться, зная свойства зерновых масс и характер процессов, в них происходящих. Интенсивность этих процессов определяется главным образом температурой, влажностью зерновой массы и газовым составом межзерновых пространств. В с\х практике применяют следующие основные режимы хранения зерна и семян: - в охлажденном состоянии (при температуре ниже 10 градусов резко снижается интенсивность дыхания зерна и семян, приостанавливается размножение насекомых и микроорганизмов); - В сухом состоянии (при отсутствии свободной воды в зерне исключается возможность активного развития м.о., массового развития клещей и обеспечивается минимальный газообмен основного зерна и семян сорняков); - без доступа воздуха (при отсутствии кислорода зерно и живые компоненты лишаются возможности дышать аэробно, дыхание значительно снижается, принимает тип анаэробного. Образующийся при этом этиловый спирт способствует гибели любого зерна). Также выделяют 4 режим хранения – химическое консервирование. Оно основано на обработке кормового зерна различными химическими в-ми (пиросульфат натрия), но чаще всего – низкомолекулярными кислотами (муравьиной, уксусной, пропионоваой, масляной, сорбиновой) или препаратами, полученными на основе (пропкорк, КНМК). Эти кислоты являются сильными ингибиторами для м.о. и в то же время в применяемых концентрациях безопасны для животных. В дополнение к этим режимам обязательно применяют вспомогательные приёмы, направленные на повышение устойчивости зерновых масс при хранении. К таким приемам относят очистку от примесей перед закладкой на хранение, активное вентилирование, борьбу с вредителями хлебных запасов, соблюдение комплекса оперативных мероприятий и др.