Фізіологічні властивості зернової маси

Фізичні властивості зернової маси.

Склад зернової маси.

ХАРАКТЕРИСТИКА ЗЕРНОВИХ МАС

Лекція 5

1. Склад зернової маси. У практичній роботі з зерном доводиться мати справу з такими поняттями, як зернова маса, культура, сумішка, партія. Під культу­рою розуміють певну ботанічну родину рослин (пшениця, жито, яч­мінь тощо), назву якої дають зерновій масі, якщо в ній є не менше 85% зерна цієї культури. Так, під пшеницею розуміють зернову масу, в якій домішок жита, ячменю та інших зернових культур сумарно не більше 15%. Зерно, що становить переважну частину (85%) зернової маси, називають основною культурою. Якщо в зерновій масі зернових домішок понад 15 %, то її називають сумішкою.

Поряд з цим вживають поняття "однорідне зерно" та "партія". Од­норідне зерно - це зернова маса основної культури, яка має однорід­ний колір, домішки та показники вологості. Партія - це будь-яка кі­лькість однорідного зерна за якістю, призначеного для одночасного продажу, відвантаження, або яке зберігається в одному силосі, складі. Для партії характерні два показники: однорідність та певна кількість.

Складовою частиною кожної партії є зернова маса. Термін "зернова маса" вживають як технічний, прийнятий для зерна або насіння будь-якої культури. Характерною властивістю зернової маси є наявність ве­ликої кількості дрібних частинок та їх неоднорідність за фізичними властивостями і хімічним складом зерна, домішками. Кожна зернова маса являє собою сукупність значної кількості компонентів.

Основою будь-якої зернової маси є зерна (насіння) певної ботаніч­ної родини. Разом з зерном основної культури, яка утворює зернову масу, в неї завжди потрапляє і деяка кількість домішок - насіння ін­ших культурних рослин і бур'янів, органічні і мінеральні частини ро­слин, ґрунту тощо. Зерно основної культури і домішки є середовищем життєдіяльності багатьох мікроорганізмів. Крім цих компонентів, в окремі партії зерна потрапляють шкідники хлібних запасів. Між зер­нами основної культури та домішками є порожнини - щілини, запов­нені повітрям, яке суттєво впливає на всі компоненти зернової маси.

Отже, практично усі зернові маси складаються з п'яти компонен­тів: зерно (насіння) основної культури, домішки, мікроорганізми, шкідники хлібних запасів та повітря.

Зерно. Під час збирання врожаю формується зернова маса, яка складається з величезної кількості окремих зерен, кожне з яких так чи інакше відрізняється від іншого своїми розмірами, формою, масою, хімічними та іншими ознаками. Для одержання правильної характе­ристики зерен і оцінки усієї партії потрібно знати їх відмінності, з'ясувати ступінь неоднорідності партії за тією чи іншою ознакою, встановити межу відмінностей і середні величини їх значень.

Неоднорідність зерна спостерігається уже в межах одного колоса. Наприклад, у колосі пшениці є зерна крупні, з масою понад 50 мг, і дрібні, з масою, меншою 25 мг, з вмістом клейковини 48,4 і 19,3%, вмістом білка - 17,4 і 9,5%. Аналогічне явище спостерігається під час визначення вмісту білка в насінні гороху та інших бобових куль­тур, вмісту олії в насінні соняшнику тощо.

Домішки - це небажаний компонент зернової маси. Кількість до­мішок, виявлених у партії зерна продовольчого, фуражного чи техніч­ного призначення, виражених у відсотках від її маси, називають за­сміченістю.

Домішки бувають рослинного, тваринного і мінерального похо­дження. Кожна з цих груп складається з дуже різноманітних об'єктів, які по-різному впливають на можливість використання партії зерна і якість продуктів, що з нього виробляються. Розрізняють дві фракції домішок: смітну і зернову.

До складу смітних домішок входять: мінеральні (земля, пісок, пил, частинки шлаку, руди тощо); органічні (частки стебла, листків, стри­жні колосків, початку, остюки тощо); насіння дикорослих рослин; на­сіння культурних рослин, якщо воно згідно з відповідним стандартом не віднесене до зернових домішок. Наприклад, зерна жита і ячменю у партії пшениці, зерна пшениці і ячменю в житі чи зерна пшениці і жита в ячмені належать до зернових домішок; зерна усіх інших куль­тур (вівса, проса, гречки, рису тощо) відносяться до смітних домішок; зерна основної культури з чітко зіпсованим ендоспермом (гнилі, плі­сняві, підсмажені тощо); шкідливі домішки. Для основних зернових культур це: ріжки, сажки, пажитниця (дурійка) п'янка, гірчак повзу­чий, софора лисохвоста, термопсис ланцетний, триходесма сіра тощо.

До зернових домішок відносять: биті і частково з'їдені шкідниками, давлені, недостиглі, пророслі, запліснявілі зерна основної культури; цілі і пошкоджені зерна інших культур, які не віднесені до смітних домішок.

В основу класифікації домішок у продовольчому зерні покладено один принцип - ступінь впливу певного виду домішок на вихід і якість продуктів, що виробляють з нього, а у фуражному зерні - вплив домішки на кормову цінність.

Мікроорганізми. До складу мікрофлори кожної зернової маси входять різні бактерії і плісеневі гриби, інколи її заселяють актиномі­цети і споріднені їм організми, а також дріжджі. За способом життя мікроорганізми поділяють на три групи: сапрофітні, фітопатогенні та патогенні для тварин і людини. Переважну більшість мікроорганізмів у зерновій масі становлять сапрофіти, які живляться органічними ре­човинами зерна, внаслідок чого воно частково або повністю руйну­ється, змінюючи свої фізичні властивості і хімічний склад.

Основними представниками мікроорганізмів на свіжозібраному зерні є бактерії. Наприклад, згідно з даними Л. О. Трисвятського, склад мікрофлори пшеничного зерна в лісостеповій зоні становить в період молочного стану 100% (на початку підрахунку мікроорганіз­мів усю кількість їх взяли за 100%), з них бактерій було 91 %, у вос­кову стиглість їх було 126%. в т. ч. бактерій 95%.

Залежно від умов зберігання зернової маси змінюється кількісний і видовий склад мікрофлори. Якщо зернова маса зберігається в умовах, за яких неможливий активний розвиток мікроорганізмів, то зі збіль­шенням строку зберігання спостерігається часткове відмирання їх, а також змінюється співвідношення між окремими видами мікробів. Таке явище пояснюється різним ступенем виживання в різних видів мікробів в умовах, несприятливих для їх розвитку. Проте навіть три­вале зберігання (протягом декількох років) не позбавляє зернову масу від її постійного компонента - мікроорганізмів.

За умов, коли можливий розвиток мікроорганізмів як у свіжозібра­ному, так і за тривалого зберігання, в зерні (насінні) усіх культур перш за все розвиваються плісеневі гриби. Вони більш пристосовані до існування в зерновій масі, ніж бактерії, дріжджі і актиноміцети. Це пояснюється такими властивостями плісеневих грибів:

- здатністю розвиватися при меншій вологості зерна і відносній
вологості повітря міжзернових просторів;

- невисоким температурним оптимумом (20...40°С) і здатністю
добре розвиватися за низьких температур (10...20°С);

- аеробним характером дихання;

- вмістом великого асортименту гідролітичних ферментів, здат­них інтенсивно діяти на покривні тканини зерна і речовини, які містяться у внутрішніх його частинах.

Від умов, за яких розвивались мікроорганізми в зерновій масі, і тривалості їх активного існування в ній залежать розміри втрат у масі сухої речовини зерна і ступінь погіршення його якості.

Дія мікроорганізмів на зернову масу під час зберігання може проявлятись у таких формах:

- втрата партією зерна ознак свіжості, тобто зміна таких показни­ків якості, як колір, запах, смак і титрована кислотність;

- погіршення технологічних якостей зерна (круп'яних, борошномельних і хлібопекарських);

- погіршення посівних і товарних якостей зерна в зв'язку з ураженням його зародка;

- набуття зерном токсичних властивостей;

- утворення і накопичення в зерновій масі значної кількості тепла;

- втрата в масі сухої речовини зерна.

Початковий період розвитку мікроорганізмів проходить без поміт­них зовнішніх ознак, його можна встановити, лише спостерігаючи динаміку мікрофлори зернової маси. Небезпека цього періоду полягає в тому, що, одержавши можливість для свого активного розвитку, ба­ктерії і плісені, як правило, не припиняють своєї життєдіяльності без втручання людини, і руйнівний їх вплив може довести зернову масу до самозігрівання або запліснявіння і гниття. Отже, важливо взагалі не допустити активного розвитку мікроорганізмів у зерновій масі.

Вчасно вжиті заходи - сушіння, охолодження, хімічне консерву­вання, правильне вентилювання - запобігають активному розвитку мікроорганізмів або гальмують його.

Під дією мікроорганізмів відбуваються зміни показників свіжості зерна. Колір, блиск, запах і смак є найважливішими показниками його свіжості. Дозріле і зібране за нормальних умов зерно має відповідні показники, властиві певній родині, виду і сорту. В процесі зберігання може відбуватись їх зміна. В міру життєдіяльності мікроорганізмів зміна кольору зерна відбувається в такій зростаючій послідовності: поява тьмяних зерен, в т. ч. втрата блиску, поява плямистих і потем­нілих зерен, утворення грибів і бактерій, які видно неозброєним оком, потемніння значної кількості зерен, поява зіпсованих зерен (плісня­вих, гнилих), поява чорних "обвуглілих" зерен і, нарешті, утворення "обвуглілої" зернової маси, яка втратила сипкість.

Негативний вплив мікроорганізмів на продовольчі властивості зерна проявляється у появі затхлого і пліснявого запаху. Затхлий запах перехо­дить у борошно і вироблені з нього продукти. Тому таке зерно вважається дефектним. Зерно з гнильним запахом вважається повністю зіпсованим.

Мікроорганізми беруть участь також і в утворенні "комірного" за­паху зерна. Він виникає в партіях зерна, які довго зберігаються без переміщення і активного вентилювання. Поява такого запаху сигналі­зує про підвищену фізіологічну активність зернової маси, що може бути у свіжозібраного зерна і засипаного на зберігання, і розвитку в ній анаеробних процесів, які знижують схожість посівного матеріалу.

"Сажковий" запах спостерігається в партіях зерна пшениці і жита, уражених сажкою. За своєю природою він також має мікробіологічне походження, оскільки триметиламін, який його виділяє (запах оселе­дцевого розсолу), міститься в спорах мокрої сажки.

Активний розвиток мікроорганізмів спричиняє кислий смак зерна, збільшується його титрована кислотність. Цей показник також харак­теризує свіжість зерна.

Інтенсивний розвиток мікроорганізмів негативно впливає на продовольчі, посівні і кормові властивості зерна, а також створює умови для виділення токсичних речовин. Отруйні речовини можуть заявитися в зе­рні від тривалого знаходження рослин у валках і за теплої дощової пого­ди, зберігання в бунтах зерна з підвищеною вологістю на землі.

Мікроорганізми, як і усі живі істоти, потребують енергії для росту і розмноження. Руйнуючи органічні речовини зерна і використовую­чи їх у розчиненому стані, сапрофітні мікроби одержують енергію. Частина таких речовин з участю ферментів клітин окислюється (в ае­робних умовах) або розкладається (в анаеробних умовах), при цьому виділяється значна кількість теплової енергії. Процес дихання в клі­тинах мікробів являє собою окислення і розпад органічних речовин з виділенням тепла. Чим більша вологість зерна, тим інтенсивніше надходять поживні речовини в клітини мікробів, тим активніше ди­хання і виділення тепла. Внаслідок цього прискорюється розмножен­ня мікроорганізмів. Тепло, яке виділяють мікроби, може затримува­тись у зерновій масі, збільшуючи її температуру, що спричиняє само­зігрівання.

Шкідники хлібних запасів. Втрати в масі і погіршення якості зе­рна і зернових продуктів під час зберігання можуть відбуватись під впливом шкідників хлібних запасів. Серед них пацюки і миші, комахи і кліщі.

В практиці зберігання запасів зернових продуктів відомо декілька сотень комах і десятки видів кліщів. Найбільшої шкоди зерну завда­ють комахи, особливо ті, що розвиваються в середині зерна і з'їдають його (довгоносики, зерновий шашіль, зернова міль, зернівки). Найпо­ширеніші комахи: рисовий і комірний довгоносик - це шкідники зерна пшениці, ячменю, рису, кукурудзи та інших зернових культур; булавовусий хрущак - в першу чергу пошкоджує зародок зерна; великий і малий борошняний хрущак - шкідники зернопродуктів і комбікормів; зерновий шашіль - згризає зернівку усіх злакових культур; коротковусий і суринамський борошноїд - поширений шкідник зерна і зерно­продуктів, віддає перевагу зерну засміченому, битому, пошкодженому іншими шкідниками; горохова зернівка - пошкоджує лише насіння го­роху, зараження відбувається в полі, розвиток закінчується в середині насіння в сховищах; квасолева зернівка - пошкоджує насіння квасолі і деяких інших зернобобових культур, зараження відбувається в полі, розвиток - у сховищі; комірна міль пошкоджує зерно і зернопродукти; зернова міль - небезпечний шкідник зерна, гусінь розвивається в сере­дині зерна, виїдаючи ендосперм, зерно заражується в полі, а цикл роз­витку закінчується в сховищах; млинова вогнівка - небезпечний шкід­ник, поширений на зернопереробних підприємствах, у коморах з бо­рошном, крупою, на хлібозаводах; південна вогнівка - небезпечний шкідник зерна.

В зернових продуктах і сховищах зустрічається декілька видів кліщів. Вони можуть завдати такої шкоди:

- харчуватись зерном, у вологому зерні вони виїдають зародок і
прилеглий до нього ендосперм;

- забруднювати зернову масу, крупу і борошно продуктами своєї
життєдіяльності (шкірками від линяння, екскрементами і трупами);

- утворювати в зернових продуктах специфічний неприємний запах, погіршувати їх колір і смак;

- виділяти деяку кількість тепла і води і тим самим створювати
додаткові умови для зволоження і самозігрівання зернових продуктів;

- створювати умови для розвитку мікроорганізмів внаслідок по­
шкодження оболонок зерна;

- зменшувати схожість насіння, руйнуючи їх зародок.

В борошні і крупі кліщі розмножуються краще, ніж у зерновій ма­сі. Зерно плівчастих і насіння бобових та олійних культур менше по­шкоджується кліщем, ніж зерно пшениці та жита. Серед кліщів найпоширенішими і найнебезпечнішими є борошняний, видовжений, звичайний волосатий кліщ, кліщ Родіонова.

Значна частина зернових мас і хлібопродуктів знищується і псу­ється пацюками та мишами. Вони можуть:

- знищити значну кількість зерна і зернових продуктів;

- забруднити продукти, тару і зерносховище своїми екскрементами;

- переносити комах і кліщів;

- псувати тару, брезенти, інвентар;

- прогризати дерев'яні і навіть бетонні споруди, гризти деталі машин з пластмаси, гумові вироби, ізоляцію електричних проводів тощо;

- бути переносниками збудників багатьох захворювань людини і тварин.

Повітря - постійний компонент зернової маси. Воно є носієм температури, вологості, газів, бере безпосередню участь у процесах, які відбуваються в зерновій масі. Від стану повітря залежить вибір ре­жиму і способу зберігання зернових мас та догляду за ними.

2. Фізичні властивості зернової маси. Зернові маси володіють певними фізичними властивостями, які необхідно враховувати в практиці зберігання. Уміле використання цих властивостей під час транспортування, обробки і зберігання до­зволить зменшити втрати, поліпшити якість партій зерна і зменшити втрати в елеваторно-складському господарстві.

Особливого значення набуває знання фізичних властивостей зер­нової маси в зв'язку з механізацією і автоматизацією процесів оброб­ки в потоці, запровадженням нових способів сушіння, застосуванням пневматичного транспорту і зберіганням великих партій зерна. Зер­нова маса має такі фізичні властивості: сипкість, самосортування, шпаруватість, здатність до сорбції та десорбції різних парів та газів, теплопровідність, температуропровідність, термовологопровідність і теплоємність.

Сипкість. Основою зернової маси як за об'ємом, так і за масою є зерно. Крім нього, в зерновій масі знаходяться мінеральні та органіч­ні домішки. Все це забезпечує певну рухомість зернової маси, її сип­кість. Сипкістю називається здатність зерна і зернової маси перемі­щуватись по будь-якій поверхні, що розміщена під певним кутом до горизонту.

Добра сипкість зернових мас дозволяє досить легко переміщувати їх за допомогою норій, транспортерів і пневмотранспортних установок, завантажувати в різні за розмірами і формою зерносховища та застосо­вувати принципи самопливу. Цю властивість використовують під час обробки зерна і навантажувально-розвантажувальних робіт. На основі самопливу виконуються усі технологічні процеси на елеваторах, мли­нах і круп'яних заводах, де зерно подається вертикально. Зернова маса, піднята норією на верхній поверх елеватора чи млина, самопливом спу­скається вниз і обробляється різними машинами та агрегатами.

Сипкість зерна характеризується кутом тертя та кутом природного уклону. Під кутом тертя розуміють найменший кут, при якому зернова маса починає сковзати по будь-якій поверхні. Під кутом природного уклону, або його ще називають кутом скочування, розуміють кут, при якому скочується зерно по зерну. Крім цих показників, відомі коефіціє­нти тертя зернової маси, що переміщується різними способами і по різ­ному матеріалу. Так, наприклад, для пшениці, яка переміщується по стальному листу, коефіцієнт тертя становить 0,306...0,70, по тран­спортерній стрічці - 0,445...0,839. Кут природного уклону для проса становить 20...27 градусів, гороху - 24...31, сої - 25...32, вики - 28...33, кормових бобів - 29...35, сочевиці - 25...32, льону - 27...34, жита та пшениці - 23...38, ячменю - 28...45, вівса - 31...54, кукурудзи - 30...40, соняшнику - 31...45, рицини - 34...46, рису - 27...48 граду­сів.

На сипкість зернової маси впливає багато факторів. Основними з них є: форма, розмір, характер і стан поверхні зерна, вологість його, кількість домішок і їх видовий склад, матеріал, форма і стан поверхні, по якій переміщають зерно.

Найменшим кутом тертя і природного уклону, тобто найбільшою сипкістю, володіють зернові маси, у яких зерно кулястої форми з гла­денькою поверхнею (горох, просо, люпин). Чим більше відхиляється форма зерна від кулястої і чим шорсткіша їх поверхня, тим менша сипкість зернової маси.

Домішки зменшують сипкість зернової маси. За великої кількості легких домішок (солома, полова), а також за значної кількості насіння бур'янів з шорсткою і липкою поверхнею сипкість може бути зовсім втрачена.

Зі збільшенням вологості зерна сипкість зернової маси значно зменшується. Це явище властиве для усіх зернових мас, за винятком зер­нових мас із кулястим зерном і гладенькою поверхнею.

Самосортування. Різне переміщення зернової маси супроводжу­ється самосортуванням, тобто нерівномірним розподілом компонентів у межах насипу, місткості. Самосортування - результат сипкості й неоднорідності частинок, з яких складається зернова маса. Неоднорі­дність зерна за формою, питомою масою, крупністю, виповненістю сприяє різній парусності зерна, тобто переміщенню кожної частинки в повітряному потоці. Крупне, але з малою питомою масою зерно завжди має більшу парусність.

Найбільше самосортування зернової маси проявляється під час завантажування і розвантажування зерносховищ. При цьому крупне, виповнене, з великою питомою масою і малою парусністю зерно швидко досягає дна або поверхні насипу. Дрібне, щупле зерно та до­мішки з великою парусністю опускаються повільно і відкидаються вихровими потоками повітря до стін або скочуються по поверхні ко­нуса, який утворюється зерновою масою. У зв'язку з цим створюється неоднорідна зернова маса в силосах, насипі і складах.

Самосортування - явище негативне. Порушується неоднорідність партії, створюються умови для розвитку різних фізіологічних проце­сів, скупчення легких домішок і пилу, для самозігрівання, розвитку комах і кліщів та мікроорганізмів, а в кінцевому результаті це при­зводить до часткового або повного псування зерна через відсутність спостереження за зерновою масою.

Шпаруватість. Простір, що утворюється між твердими частками зернової маси, заповнений повітрям, називають шпарами, а його кіль­кість, виражена у відсотках від 1м³ об'єму зернової маси, - шпаруваті­стю. Шпари становлять значну частину об'єму зернової маси і показу­ють, яка частина її об'єму припадає на міжзернові простори. Так, шпа­руватість соняшнику становить 60...80%, вівса - 50...70, рису - 50...65, гречки - 50...60, ячменю -45...55, кукурудзи - 35...55, проса - 30...50, жита - 35...45, пшениці - 35...45, гороху - 40...45%.

Шпаруватість визначається за формулою:

де W- загальний об'єм зернової маси,

V- справжній об'єм твердих частинок зернової маси.

Наявність шпар у зерновій масі суттєво впливає на фізичні й фізіо­логічні процеси, що відбуваються в зерні. Так, повітря, яке циркулює у шпарах, сприяє передачі тепла шляхом конвенції, а також переміщенню води у вигляді пари. Велика газопроникність зернової маси дає змогу продувати її повітрям (під час активного вентилювання), а також дезинфікувати відповідними препаратами. Певна кількість повітря в міжзернових просторах необхідна для збереження життєздатності насіння.

Під час зберігання зерна мають значення загальні розміри шпар і їх структура. Чим більша шпаруватість, тим менша питома маса зер­нової маси. В зв'язку з цим для її розміщення необхідна більша за об'ємом площа сховища. Розмір і форма шпар впливають на повітре- і газопроникність зернової маси, її сорбційні властивості та опірність повітря під час активного вентилювання.

Шпаруватість зернової маси залежить від форми, крупності, роз­мірів і стану поверхні зерен, від кількості і виду домішок, від маси і вологості зернової маси, форми і розмірів зерносховища.

Зернова маса має меншу шпаруватість, влягається щільніше, якщо вона має в своєму складі крупні і дрібні зерна. Вирівняні зерна, а та­кож шорсткі або зі зморшкуватою поверхнею влягаються не так щільно. За однакових інших умов тонкі і короткі зерна влягаються щільніше, ніж зерна іншої форми.

Крупні домішки, як правило, збільшують шпаруватість зернової маси, дрібні легко розміщуються в міжзеркових просторах і зменшують її.

Шпаруватість зростає зі збільшенням вологості зернової маси. У випадку зволоження уже засипане в сховище зерно бубнявіє, збіль­шується в об'ємі, і в зв'язку з цим зернова маса дещо ущільнюється. Внаслідок цього значно зменшується сипкість і створюються переду­мови до злежування.

Форма і розміри зерносховища, маса засипаного зерна також впли­вають на щільність укладання. Зі збільшенням площі поперечного розрізу силосу зернова маса укладається щільніше. В міру зростання висоти насипу щільність у нижніх шарах збільшується до певної ме­жі, після чого уже не змінюється. Щільність укладання збільшується також від тривалості зберігання.

Сорбційні властивості. Зерно і насіння усіх культур вбирає з навколишнього середовища пари різних речовин і газу (сорбція) і, на­впаки, за певних умов виділяє їх, особливо воду (десорбція). В зерно­вій масі спостерігається адсорбція, абсорбція, капілярна конденсація і хемсорбція. Здатність зерна до сорбції зумовлена його капілярно-пористою колоїдною структурою і шпаруватістю маси. Встановлено, що лише за рахунок макро- та мікрокапілярів поверхня зерна збіль­шується в 20 разів порівняно з власною поверхнею.

Зерно - це живий організм, тому вологообмін між зерновою масою і повітрям відбувається безперервно. Спрямованість та інтенсивність сорбції парів води залежить від тиску водяних парів у навколишньо­му повітрі та на поверхні зерна. Залежно від параметрів повітря (його вологості і температури) і стану зернової маси вологообмін прохо­дить у двох протилежних напрямках:

- передача вологи від зерна до повітря. Таке явище (десорбція)
спостерігається, коли парціальний тиск водяних парів біля поверхні
зерна більший від парціального тиску водяних парів у повітрі;

- зволоження зерна внаслідок поглинання (сорбція) вологи з навколишнього повітря. Цей процес відбувається, якщо парціальний
тиск водяних парів біля поверхні зерна менший від парціального тиску водяних парів у повітрі.

Вологообмін між повітрям і зерном припиняється, якщо парціальний тиск водяних парів у повітрі і над зерном однаковий. При цьому настає стан динамічної рівноваги. Вологість зерна, яка відповідає такому ста­ну, називають рівноваговою. У практиці зберігання рівновагова воло­гість зерна усіх злакових культур і гречки знаходиться в межах від 7 до 36%. Вологість зерна 7% є рівноваговою для повітря, вологість якого 15...20%, а. вологість зерна 36% — для повітря, насиченого водяними парами.

Дуже важливим для практики зберігання і обробки зернових мас є факт нерівномірного збільшення вологості зерна за умови його зна­ходження в повітрі різної вологонасиченості. Так, в умовах відносної вологості повітря 75% рівновагова вологість зерна знаходиться на рі­вні 15...16%, а в умовах 80...100% вона досягає 36%.

Треба зазначити, що сорбція та десорбція вологи зерном частіше спостерігається під час збирання врожаю. В цей час вологість окре­мих зерен в колосі, а також у певні періоди доби дуже змінюється, навіть тоді, коли немає опадів. Вранці зерно вологіше, ніж у другій половині дня. Це потрібно враховувати під час збирання врожаю. Обмолочене вологе зерно значно ускладнює усі процеси його оброб­ки і зберігання. Таке зерно здатне сорбувати пари нафтопродуктів та інших речовин.

Рівновагова вологість зерна залежить від температури повітря. Зі зниженням температури повітря збільшується рівновагова вологість зерна. Залежить вона також від хімічного складу зерна і насіння. Так, у насіння олійних культур за усіх інших однакових умов рівновагова вологість майже вдвічі менша, ніж у зернових. Це пояснюється мен­шим вмістом в насінні олійних культур гідрофільних колоїдів і більшим вмістом жиру, який не володіє гігроскопічними властивостями. Тому чим більший вміст олії, тим менша їх рівновагова вологість.

На рівновагову вологість зерна, крім його хімічного складу, струк­тури і параметрів навколишнього повітря, впливає також явище сорбційного гістерезису, що проявляється в несумісності ізотерм сорбції і десорбції. Для зерна і продуктів його переробки ізотерма десорбції в системі координат розміщується вище, ніж ізотерма сорбції. Тому во­логість зерна, що визначається за ізотермою сорбції, завжди буде ме­ншою, ніж за ізотермою десорбції, для однієї й тієї ж відносної воло­гості повітря. Тобто якщо зерно після сушіння знову піддати зволо­женню, то для одержання тієї ж рівновагової вологості потрібна вища вологість повітря. Найбільше розходження між ізотермами сорбції і десорбції на ділянках з відносною вологістю повітря від 20% до 80%. В зв'язку з явищем сорбційного гістерезису в зерновій масі ні­коли не спостерігається повного вирівнювання вологості між окре­мими зернами. Цю обставину слід враховувати у практиці зберігання і обробки зернових мас.

Причинами нерівномірного розподілу вологи в зерновій масі мо­жуть бути:

- нерівномірний розподіл вологи в кожному окремо взятому зерні;

- різна сорбційна ємність зерен різної виповненості і крупності;

- відносна вологість навколишнього повітря зернової маси;

- виділення води і тепла усіма живими компонентами зернової маси;

- стан зерносховищ;

- зміна температури в різних ділянках насипу і пов'язане з цим явище термовологопровідності.

Термовологопровідність - це переміщення вологи в зерновій масі разом з потоком тепла, зумовлене градієнтом температури. Під дією термовологопровідності відбувається переміщення вологи в хо­лодніші шари і ділянки зернової маси. Спостерігається при нерівно­мірному нагріванні стін силосів, розміщенні теплої зернової маси на бетонних, заасфальтованих підлогах складу, великій різниці між тем­пературою повітря і зерна, під час його сушіння на сонці. Перемі­щення вологи в напрямку потоку тепла може призвести до конденсу­вання водяних парів, тобто утворення краплиннорідкої води в окре­мих ділянках зернової маси. Це явище інколи досягає таких розмірів, що стає можливим бубнявіння зерен, а інколи навіть їх проростання і самозігрівання.

Теплоємність — це кількість тепла, що необхідна для нагрівання зерна на 1°С; виражається вона розміром питомої теплоємності і ви­значається за формулою:

де W - вологість зерна, %.

Теплоємність сухого зерна майже вдвічі більша за теплоємність повітря і значно менша за теплоємність води.

Теплопровідність. Вона характеризується коефіцієнтом тепло­провідності λ,:

де q- тепловий потік, дж/м·год.; - градієнт температури, град./м.

Зернова маса володіє низькою теплопровідністю, що зумовлено її органічним складом, а також наявністю повітря в міжзернових прос­торах. Коефіцієнт теплопровідності зернової маси становить 0,13...0,2 дж/м·год.·град. Зі збільшенням вологості коефіцієнт тепло­провідності зростає. Погана теплопровідність зернових мас має і по­зитивне, і негативне значення під час зберігання.

Температуропровідність. Цим терміном характеризують швид­кість зміни температури в тому чи іншому матеріалі (у нашому випа­дку – це зернова маса), його теплоінерційні властивості.

Швидкість нагрівання або охолодження зернової маси визначаєть­ся коефіцієнтом температуропровідності (а):

де λ - коефіцієнт теплопровідності зерна, дж/м·год.·град;

с - питома теплоємність, дж/кг·град.;

v - об'ємна маса зерна, кг/м³.

Зернова маса характеризується низьким коефіцієнтом температуропровідності (він знаходиться в межах 1,7·10^-7...1,9·10^-7 м²/с), тобто ве­ликою тепловою інерцією. Це має позитивні й негативні сторони. Позитивне те, що своєчасне охолодження зернової маси (на початку зберігання) й надалі правильно організоване зберігання дають можливість тривалий час підтримувати в ній порівняно низьку температуру. Отже, зернову масу можна консервувати холодом. Негативним є те, що навіть за оптимальних умов зберігання тепло, яке виділяється внаслідок життєдіяльності компонентів зернової маси, може затримуватися в певній ділянці і призвести до підвищення температури та самозігрівання.

3. Фізіологічні властивості. Зернова маса - складна біологічна система, сукупність живих ор­ганізмів, які за певних умов проявляють свою життєдіяльність (ди­хання, живлення, розмноження тощо). Внаслідок цього втрачається маса сухих речовин, погіршуються посівні й товарні якості. Процеси, які відбуваються в зерновій масі внаслідок життєдіяльності живих компонентів, що входять до її складу, називаються фізіологічними. Це дихання, післязбиральне достигання, довговічність, проростання, життєдіяльність мікроорганізмів, комах і кліщів, самозігрівання.

Дихання. Для життєдіяльності кожного організму потрібне постійне поста­чання енергії. Вона з'являється внаслідок розщеплення і перетворення в ньому речовин, тобто в процесі дисиміляції. Ця енергія сприяє синтезу речовин в організмі, необхідних для його життєдіяльності, утворення, росту і розвитку нових клітин і тканин. Енергія звільняється в результа­ті дисиміляції органічних речовин, головним чином цукрів. Витрачені при цьому цукри поповнюються в організмі внаслідок гідролізу або окислення складніших запасних речовин. Так, у зернах, багатих на кро­хмаль, він розщеплюється за участю ферментів до цукрів. В насінні олійних культур відбувається окислення жирних кислот до цукрів.

Дисиміляція цукрів (гексоз) в організмі відбувається аеробно, тобто окисленням, або анаеробне - бродінням. З точки зору організації збе­рігання зернових мас важливо знати, який вид дисиміляції переважає під час зберігання, як впливає процес дисиміляції на якість і стан зер­нових мас, і які фактори впливають на інтенсивність дисиміляції.

В процесі зберігання зерна і насіння спостерігаються обидва види дисиміляції. Аеробний процес дисиміляції - аеробне дихання, коли спостерігається повне окислення гексози з утворенням вихідних про­дуктів фотосинтезу - вуглекислого газу і води, відбувається за таким рівнянням: С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ = 6СО₂ + 6Н₂О + енергія.

Другий тип дихання - типове рівняння спиртового бродіння, тобто анаеробний процес дихання, коли гексоза розщеплюється з утворен­ням етилового спирту: С₆Н₁₂О₆= 2СО₂ + 2С₂Н₅ОН + енергія.

При зберіганні зернових мас в нормальних умовах, за достатнього доступу повітря в зерні переважає процес аеробного дихання. Проте тут може відбуватись й анаеробне дихання, як процес пристосування до несприятливих умов навколишнього середовища.

Тип дихання можна взнати, визначивши дихальний коефіцієнт за формулою:

де СО₂ - об'єм виділеного зерном вуглекислого газу;

О₂ - об'єм кисню, ввібраного в процесі дихання.

За повністю аеробного процесу дихальний коефіцієнт дорівнює одиниці. Наявність анаеробних процесів збільшує виділення вуглеки­слого газу (без використання кисню атмосфери). У тих випадках, ко­ли частину кисню зерно витрачає не лише безпосередньо в процесі дихання, але й на інші потреби, наприклад, окислення жирів, дихаль­ний коефіцієнт буде меншим від одиниці.

Дихальний коефіцієнт залежить від багатьох факторів: виду зерна (насіння), спрямованості процесів, що в ньому відбуваються, доступу повітря до зернової маси, її вологості ступеня газообміну між зерно­вою масою і зовнішнім повітрям. За обмеженого доступу повітря в середину зернової маси в міру використання кисню повітря міжзер­нових просторів і накопичення вуглекислого газу в клітинах зерна буде посилюватись анаеробне дихання і збільшуватись дихальний ко­ефіцієнт. Він залежить від вологості зерна. З її збільшенням спостері­гається зменшення дихального коефіцієнта, який при вологості зерна понад 17%, як правило, буває близько одиниці У зернах з невеликою або кондиційною вологістю відбувається не лише звичайне аеробне дихання, але й анаеробне. Різке зменшення дихального коефіцієнта в зерні вологістю понад 17% пояснюється енергійним споживанням кисню різними анаеробними мікроорганізмами, які заселяють зернову масу і мають можливість розвиватися при підвищеній вологості зерна.

Внаслідок дихання зерна спостерігається втрата в масі сухих речо­вин; збільшення кількості гігроскопічної води в зерні і відносної воло­гості повітря міжзернових просторів; зміна складу повітря міжзернових просторів; утворення тепла в зерновій масі. Кількість втрат сухої речо­вини зерна в процесі зберігання залежить від інтенсивності дихання: чим воно інтенсивніше, тим більші втрати. Вода, що виділяється вна­слідок окислення глюкози в процесі дихання, затримується зерном і збільшує його вологість. Якщо при цьому зернова маса зберігається не­рухомо і не вентилюється, то внаслідок гігроскопічної рівноваги збіль­шується й відносна вологість повітря міжзернових просторів, тобто за інтенсивного дихання можливе значне зволоження зернової маси.

Одні­єю з причин, що призводить до відпотівання зерна, треба вважати його посилене дихання, яке викликається тим, що повітря міжзернових просторів не поновлюється. Зволоження зернової маси, в свою чергу, збі­льшує інтенсивність дихання і сприяє розвитку мікроорганізмів. Вна­слідок аеробного дихання зерна виділяється вуглекислий газ. Якщо зе­рнову масу не ворушити, вуглекислий газ, як важчий порівняно з інши­ми газами, частково затримується в міжзернових просторах. Це особли­во чітко спостерігається в період зберігання у внутрішніх, достатньо герметичних силосах елеваторів. При цьому в зерновій масі можуть ство­ритись умови, що змусять клітини зерен і інші організми, здатні до анаеробного дихання, переходити на цей вид дихання. Анаеробне дихання, в свою чергу, сприяє утворенню етилового спирту, який пригнічує жит­тєві функції клітин зерна, яке потім втрачає свою життєздатність.

В процесі аеробного і анаеробного дихання зерна вивільнюється енергія. При аеробному диханні відбувається повне окислення глюко­зи, тому виділяється 2830кДж тепла на грам-молекулу глюкози. При аеробному диханні виділяється всього 117кДж, оскільки в цьому ви­падку не відбувається повного розщеплення глюкози до води і вугле­кислого газу. Тільки частина цієї енергії використовується для внутрі­шньоклітинної роботи, інша її частина вивільнюється і надходить в навколишнє середовище. Тепло, що утворилося в зерновій масі в зв'язку з поганою теплопровідністю, може затримуватись у ній. Тому тепло, яке виділяється в процесі дихання зерна, є однією з причин са­мозігрівання. В зв'язку з цим виникає потреба в організації зберігання зернових мас в умовах, які гальмують до мінімуму процеси дихання.

Інтенсивність дихання зерна під час зберігання може бути визна­чена одним з таких методів:

- втратами маси сухої речовини зерна;

- кількістю виділеного тепла;

- кількістю засвоєного кисню або виділеного вуглекислого газу.

На практиці користуються достатньо простим і точним методом - визначенням кількості вуглекислого газу, виділеного зерном під час дихання. Для цього вуглекислий газ, який утворився в процесі дихан­ня зерна, пропускають крізь розчин їдкого бариту. При цьому вугле­кислий газ з'єднується з Ва(ОН)₂ і перетворюється на нерозчинний осад ВаСО₃ за рівнянням:

Ва(ОН)₂ + СО₂ = ВаСО₃ + Н₂О.

Знаючи титр розчину їдкого бариту до пропуску вуглекислого газу і відтитрувавши кислотою залишок їдкого бариту після досліду, легко визначити залишок нез'єднаного бариту і, виходячи з цього, підраху­вати, скільки було виділено вуглекислого газу зернами за період до­сліду.

Інтенсивність дихання зерна визначають в міліграмах або міліліт­рах вуглекислого газу, який виділився за 24 години за певних умов (температура, вологість і доступ повітря), за кількістю ввібраного ки­сню. Числовий показник енергії дихання переводять на 100 чи 1000г сухої речовини зерна.

Втрати маси сухої речовини під час дихання можна розрахувати за кількістю виділеного і врахованого вуглекислого газу. Наприклад, якщо припустити, що весь вуглець, який входить у вуглекислий газ, виділений зерном під час зберігання, утворюється внаслідок розщеп­лення глюкози, то розрахунок проводиться таким чином:

Молекулярна маса вуглекислого газу СО₂ = 44.

Атомна маса вуглецю 12, тобто в молекулі вуглекислоти вагових частин вуглецю 12:44 = 0,273, або на утворення 1 мл вуглекислоти необхідно 0,273 мг вуглецю.

Молекулярна маса глюкози 180.

В молекулі глюкози вагових частин вуглецю 72:180 = 0,4, тобто 1 мг вуглецю одержується з 1:0,4 = 2,5 мг глюкози. Отже, 1 мг вугле­кислоти одержується з 0,273·2,5 = 0,6825 мг глюкози.

За кількість втрат сухої речовини береться маса витраченої під час дихання глюкози, яка дорівнює масі виділеної вуглекислоти, помно­женої на 0,6825. В розрахунку не взято до уваги деяке збільшення ма­си глюкози порівняно з масою крохмалю, з якої вона утворюється під час гідролізу. Цей розрахунок можна застосовувати лише для зерен, в яких відбувається аеробне дихання, тобто весь вуглець глюкози пере­творюється на вуглекислий газ. За анаеробного дихання значна час­тина вуглецю не виділяється у вигляді вуглекислого газу, а залиша­ється в молекулах спирту. Визначення інтенсивності дихання проводять в газоаналізаторах, найточніші результати можна одержати, ви­користавши апарат Варбурга.

Інтенсивність дихання зерна усіх культур під час зберігання зале­жить від багатьох факторів. Усі вони досить різноманітні за своїм хара­ктером і нерівнозначні за впливом на інтенсивність дихання. Ці факто­ри можна поділити на дві групи: такі, що впливають на інтенсивність дихання в будь-якій зерновій масі, і такі, що мають суттєве значення лише для окремих партій зерна. Вирішальне значення для стійкості в зберіганні усіх партій зерна мають фактори першої групи, і серед них - вологість, температура і ступінь аерації зернової маси.

Чим вологіше зерно, тим інтенсивніше воно дихає. Інтенсивність дихання дуже сухого зерна - пшениці, жита, ячменю, вівса, кукурудзи і бобових культур (вологість до 11...12%) - практично дорівнює ну­лю. Дуже сире зерно (вологість 30% і більше), що знаходиться в неохолодженому стані за вільного доступу повітря, втрачає в масі сухої речовини щодоби 0,05...0,2%. У зерні, як і в іншому організмі, вода є середовищем, за участю якого відбуваються реакції обміну речовин. Якщо вміст води великий, вона знаходиться у зв'язаному стані: її міц­но утримують білки і крохмаль. Ця вода не може переміщуватися з клітини в клітину і майже не бере участі в реакціях обміну речовин. В міру збільшення вологості в клітинах зерна заявляється так звана віль­на вода, яка слабко або зовсім не утримується крохмалем і білками. Вона бере участь у реакціях гідролітичного характеру (в перетворенні крохмалю в цукри, складних білків у прості, в розщепленні жиру на гліцерин і жирні кислоти тощо), в обміні речовин у клітинах і може переміщуватися з клітини в клітину. З появою в зерні вільної води сут­тєво збільшується активність гідролітичних і дихальних ферментів, ін­тенсивність дихання зерна і, таким чином, втрата сухих речовин.

Вологість зерна, за якої в клітинах з'являється вільна вода і різко збільшується інтенсивність дихання зерна, називається критичною. Критична вологість залежить від роду зерна, його хімічного складу і анатомічної будови. Для зерна пшениці, жита, ячменю, вівса і гречки критична вологість знаходиться в межах 14,5...15,5%, зернобобових - 15...16, кукурудзи - 13...14, проса - 12...13%.

У сухому зерні (вологість до 14%) і середньої сухості (вологість на межі критичної) нема або майже нема вільної води, енергія дихання його незначна. Таке зерно придатне для тривалого зберігання насипом, воно добре зберігається і потребує значно менших затрат для догляду. Зерно середньої сухості дихає приблизно в 2...4 рази інтенсивніше від сухого, але має ще незначний газообмін і тому досить стійке під час зберігання.

У вологому зерні (вологість до 17%) у зв’язку зі збільшенням вмі­сту вільної води помітно збільшується енергія дихання: воно дихає в 4...8 разів інтенсивніше, ніж сухе. При зберіганні без достатнього спостереження і догляду можливе подальше зволоження внаслідок дихання і поступовий розвиток самозігрівання. Без попереднього охолодження або підсушування таке зерно не можна закладати на зберігання насипом великої висоти.

У сирому зерні (вологість понад 17%) за температури понад 10...14°С інтенсивність дихання за рахунок вільної води різко збіль­шується (вона в 20...30 разів енергійніша, ніж у сухого), виділяється багато тепла, відбуваються значні втрати сухої речовини зерна і ство­рюються сприятливі умови для розвитку мікроорганізмів і самозігрі­вання.

З підвищенням температури інтенсивність дихання зерна під час зберігання збільшується, проте лише до певного рівня. В зв'язку з руйнуванням речовин, які входять до складу клітин зерна, швидко зменшується інтенсивність дихання. Це руйнування відбувається вна­слідок теплової дії на вміст клітин зерна. Відомо, що ферменти, які знаходяться в клітинах, чутливі до температури. Кожний фермент має свій температурний оптимум, за якого його участь в реакціях найінтенсивніша. Чутливі до температурного впливу й білки, які є основою будь-якої живої матерії. При дуже високих температурах (понад 50°С) інтенсивність дихання зменшується, усі інші життєві функції припи­няються, клітини відмирають, і зерно, як живий організм, гине. Дія підвищених температур на інтенсивність дихання зерна і його життєві функції залежить також від часу, протягом якого воно піддавалось цим температурам. Із збільшенням строку обігрівання інтенсивність ди­хання зменшується тим швидше, чим більша вологість зерна. Своєчас­не охолодження вологого і сирого зерна є ефективним заходом, який забезпечує його схожість.

На характер і інтенсивність дихання під час зберігання певним чи­ном впливає доступ атмосферного повітря до зернової маси і склад повітря в міжзернових просторах. В умовах тривалого зберігання зе­рнових мас без ворушіння і продування в міжзернових просторах на­копичується вуглекислий газ і зменшується кількість кисню. Це яви­ще спостерігається в силосах елеваторів і в насипах сховищ за дуже великої концентрації вуглекислого газу. У першому випадку воно відбувається на глибині 10...15м, тобто в середній частині силосу, у другому - на глибині 1,5...3м. При цьому треба мати на увазі, що ае­робне дихання може розвиватися лише у вологому і сирому зерні, а в сухому енергія дихання дуже мала.

Під час дихання 1 т зерна протягом 24 годин при температурі 18°С, якщо його вологість становить 14...15%, виділяється 14,95кДж тепла, а якщо вологість становить 20,5 %, то уже виділя­ється 6027кДж. Для порівняння: тепла, яке виділяється у першому випадку, достатньо для того, щоб нагріти 1л води з 14,5 до 18°С, а в другому випадку можна нагріти уже 100л води з 14,5 до 23,5°С.

Концентрація вуглекислого газу і накопичення кисню в зерновій масі залежать також від ступеня герметичності сховища. Склади з цег­ляною, асфальтовою чи дерев'яною підлогою сприяють скупченню ву­глекислого газу в нижніх шарах насипу. Нестача кисню і наявність ву­глекислого газу гнітюче діє лише на зерно, яке має підвищену воло­гість. На життєздатність сухого зерна навіть велика концентрація вуг­лекислого газу і повна відсутність кисню суттєво не впливають. Це пояснюється тим, що інтенсивність дихання сухого зерна дуже мала і в його клітинах утворюється мало отруйного для них спирту. Потрібно також відзначити, що проникність плівок зерна для газів знаходиться в прямій залежності від вологості: чим менша вологість, тим менша га­зопроникність плівок. Таким чином, продовольче і фуражне зерно мо­жна зберігати з доступом повітря і без нього, але воно має бути сухим. Під час зберігання насіннєвого матеріалу, навіть із стандартною воло­гістю, треба забезпечувати приплив повітря в зернову масу.

Поряд з цим слід враховувати умови збирання і транспортування зерна. Несприятлива погода під час збирання різко зменшує стійкість зернової маси під час зберігання. Так зерно, зволожене під час зби­рання чи транспортування, навіть після підсушування характеризу­ється підвищеним диханням.

Інтенсивність дихання залежить від культури. Зерно кукурудзи, маючи великий зародок, дихає інтенсивніше, ніж зерно інших куль­тур. Інтенсивність дихання зерна м'якої пшениці вища, ніж твердої.

На інтенсивність дихання зерна суттєво впливає мікрофлора. Складові зерна є для неї хорошим харчовим середовищем. Знання умов життєдіяльності окремих мікроорганізмів дозволяє зробити пра­вильні висновки стосовно обробки і зберігання зерна.

Відомо, що ріст і розвиток рослин, формування зерна відбуваються в умовах середовища, заселеного мікроорганізмами. Грунт особливо багатий різними представниками мікроорганізмів. Частина бактерій і грибів із ризосфери поступово переходить на стебла, листки і зерна. Крім цього, накопичення мікрофлори зернової маси, її чисельного і видового складу відбуваються внаслідок неправильного поводження з зерновими масами під час перевезення і зберігання, а також в процесі збирання врожаю, коли створюються умови для активного розвитку мікроорганізмів. Так, тривале перебування скошених рослин у валках супроводжується розвитком мікроорганізмів на всій рослині, в тому числі й на зерні.

У нормальних здорових зерен вся мікрофлора розміщена на поверх­ні. Внутрішні частини зернівок, як правило, стерильні. Проте є дані про наявність внутрішньої паразитної і сапрофітної мікрофлори. В цьому випадку мікроорганізми проникають крізь пори оболонок в різні шари покривних тканин, алейроновий шар, зародок і навіть ендосперм.

Післязбиральне достигання. Комплекс процесів, який проходить в зерні чи насінні під час збе­рігання, поліпшуючи їх посівні чи технологічні якості, одержав назву післязбирального достигання, а час, протягом якого настає повна фі­зіологічна стиглість (найбільша схожість, сила росту, енергія проростання, найкращі технологічні якості), називається періодом післязби­рального достигання. В основі цього лежить ряд біохімічних проце­сів, які збільшують життєздатність насіння, його схожість, енергію проростання, в насінні олійних культур продовжується синтез жиру і збільшення виходу олії, поліпшується якість клейковини в пшенич­ному зерні тощо. Проте ще не повністю розкриті усі біохімічні про­цеси, що проходять в період післязбирального достигання.

Низька схожість насіння пояснюється декількома причинами: проростання затримується різними хімічними сполуками (оцтовим і мурашиним альдегідами), що містяться в насінні після збирання; речо­вини, потрібні для проростання насіння в цей час малодоступні заро­дку внаслідок недостатньої гідролітичної активності ферментів; пога­ною газо- і водопроникністю плівок насіння; особливим станом про­топлазми клітин зародка. За нормального ходу післязбирального до­стигання після завершення процесів синтезу активність ферментів і інтенсивність дихання зерна зменшується, воно стає фізіологічне сти­глим і вступає в стан спокою.

Післязбиральне достигання відбувається лише тоді, коли синтети­чні процеси в зерні переважають над гідролітичними. Таке явище можливе лише за низької вологості зерна. Для успішного завершення післязбирального достигання партія зерна повинна мати вологість зе­рна нижчу від критичної або в її межах. Поліпшення технологічних якостей зерна в період післязбирального достигання також є наслід­ком комплексу біохімічних процесів, які відбуваються в клітинах і тканинах зерна за невисокої його вологості.

Спрямованість цих процесів пояснюється зменшенням кількості водорозчинних речовин, поступовим зниженням активності фермен­тів, скороченням інтенсивності дихання, а також подальшим синте­зом хімічних речовин, що входять до складу зерна (синтез білків з амінокислот, синтез крохмалю з цукрів, утворення жиру з жирних ки­слот і гліцерину тощо). Збільшення схожості і енергії проростання при післязбиральному достиганні супроводжується зменшенням ак­тивності амілази, вмісту небілкового азоту.

Інакше все відбувається у свіжозібраному зерні з підвищеною во­логістю. Переважання процесів гідролізу стимулює не зменшення фі­зіологічної активності, а її подальше зростання. Насіння не тільки не поліпшує своїх посівних якостей, але може їх знизити. Післязбираль­ного достигання зерна в таких партіях не відбувається, їх потрібно або негайно висушити, або охолодити. Правильно проведене теплове сушіння не лише припиняє гідролітичні процеси, але й сприяє після­збиральному достиганню.

Другою важливою умовою процесу післязбирального достигання є температура. Зерно достигає тільки за позитивної температури і найінтенсивніше за 15...30°С і більше. Тому в перший період зберігання зерна не потрібно його охолоджувати. Спостерігаючи за партіями та­кого зерна і піддаючи їх періодичному провітрюванню, можна добити­ся завершення процесів достигання протягом одного - двох місяців зберігання.

Процес післязбирального достигання можна прискорити, застосо­вуючи повітряно-сонячне сушіння. Післязбиральне достигання найінтенсивніше проходить за активного доступу повітря до зерна. Повітря при цьому виконує комплексну роль: підводить до зерна кисень і ви­тісняє тепло і воду, що виділяються під час дихання.

На хід післязбирального достигання суттєво впливає також склад навколишнього середовища. При зберіганні свіжозібраного хліба в середовищі різних газів найкоротший період достигання відбувається у зерні, яке зберігалося в середовищі кисню, довшим він буває в азо­ті. Нестача кисню і накопичення в зерновій масі вуглекислого газу гальмують дозрівання. До речі, подібне явище спостерігається при анаеробному диханні, коли не тільки не відбувається достигання, але й навіть зменшується початкова схожість.

Вважається, що за сприятливих породних умов зберігання процес післязбирального достигання насіння основних злакових культур за­кінчується протягом півтора - двох місяців, а жита - 10...12 місяців. Тому доцільно для сівби використовувати насіння жита минулих ро­ків, а не цьогорічного врожаю. Насіння кукурудзи має фізіологічну повноцінність одразу ж після видалення з нього надлишкової води.

Насіння з підвищеною вологістю і законсервоване шляхом охоло­дження може пройти процес післязбирального достигання протягом деякого часу після зменшення його вологості і збільшення темпера­тури в насипі, проте схожість і енергія проростання такого насіння не досягають можливого максимуму.

У зерновій масі з підвищеною вологістю процес післязбирального достигання не закінчиться. Він буде перерваний у перші ж дні збері­гання, а перевага гідролітичних процесів неминуче спричинить втра­ти маси зерна, погіршення його товарних і посівних якостей. Тому для зберігання партій вологого і сирого свіжозібраного зерна усі зу­силля повинні бути спрямовані на придушення його життєдіяльності, створюючи для цього умови, які обмежують ферментативні процеси в клітинах і тканинах мікроорганізмів, що знаходяться на поверхні зер­на. За усіма партіями свіжозібраного зерна повинен бути постійний контроль температури і його загального стану.

Проростання зерна. Під час зберігання спостерігається не лише підвищена фізіологічна активність зернових мас, але й явище проростання окремих зерен чи деякої маси зерна в певних ділянках насипу. Проростання зерна під час зберігання - явище негативне. Воно виникає внаслідок неправильного зберігання. Основними факторами, за яких відбувається проростання, є вода, повітря і тепло.

Розвиток зерна (насіння) починається з набубнявіння, тобто з тако­го фізичного процесу, за якого вода поглинається гідрофільними ко­лоїдами, головним чином білками і крохмалем; об'єм зерна при цьому збільшується. Ступінь набубнявіння, а також його інтенсивність зале­жать від хімічного складу зерна, просякання його плівок і інших умов. Встановлено, що насіння, багате білками, може поглинати води до 15% своєї маси, багате вуглеводами - до 80%, багате жирами - бли­зько 40%. Найменш вимогливі до води просо, кукурудза (38...45%), вологолюбніші — пшениця, ячмінь, жито, овес (50...80%) і, особливо, насіння бобових. Зерно може проростати за низьких позитивних тем­ператур. Наприклад, зерно пшениці, жита, ячменю, вівса, гречки і ко­нопель проростає при 2...5°С, соняшник і кукурудза - 8...10°С. Такі температури часто спостерігаються в зернових масах, але це не озна­чає, що зерно буде проростати; потрібна ще певна кількість води і теп­ла. Води, яка адсорбується зерном з парів повітря, недостатньо для проростання. Воно можливе лише за наявності краплиннорідкої води. Така вода може потрапити в зернову масу під час перевезення, при по­ганій гідроізоляції сховища; вона утворюється також в зерновій масі внаслідок конденсації водяних парів міжзернових просторів. В резуль­таті цього вологість окремих зерен чи певного шару в зерновій масі може бути значно більшою від її середньої вологості. Цим пояснюєть­ся факт проростання зерна в партіях, середня вологість яких значно менша, ніж потрібна для проростання.

Проростання супроводжується посиленим диханням, значним виділенням енергії і втратою маси сухої речовини. Так, наприклад, проростаючи, зерна жита протягом доби витрачають 0,7% маси сухої речовини, двох діб - 0,8, трьох - 2,3, чотирьох - 3,2 і п'яти - 4,4%. Сухі речовини, які залишились у зерні, за цей час зазнають суттєвих змін. Високомолекулярні колоїдні запасні речовини з участю води і ферме­нтів перетворюються на кристалоїдні, добре розчинні і можуть легко дифундувати (проникати) крізь оболонки клітин. У зернах, багатих вуглеводами, особливо енергійно іде процес гідролізу крохмалю до цукрів. Енергійне перетворення крохмалю в цукор можливе лише внаслідок значного зростання активності амілази. Збільшується також активність протеолітичних і інших ферментів, відбувається гідроліз білків до пептонів, пептидів і амінокислот, розщеплення жиру. Під час проростання зерна спостерігаються також морфологічні зміни в його структурі: розвиваються клітини і тканини зародка, з'являється росток, для чого витрачаються гідролізовані речовини зерна. В парті­ях зерна, де відбулося проростання, значно погіршуються борошно­мельні, хлібопекарські, круп'яні властивості, зменшується вихід про­дуктів під час переробки.

Отже, внаслідок проростання зерна під час зберігання відбувають­ся такі явища: втрата маси сухої речовини; виділення значної кількос­ті тепла, що може підвищити температуру зернової маси і посилити в ній усі процеси життєдіяльності; погіршення якості зерна. Щоб запо­бігти проростанню зерна, потрібно спостерігати за вологістю зернової маси в окремих її ділянках і шарах, перевіряти на вміст домішок, на­явність пророслих зерен, стежити за розвитком шкідників хлібних за­пасів, температурою. Це дасть можливість своєчасно запобігти явищу масового проростання шляхом підсушування різними способами або охолодження зернової маси до мінусових температур.

Життєдіяльність мікроорганізмів. У процесах, які відбуваються в зерні і зерновій масі після обмоло­ту, найактивнішу участь беруть мікроорганізми. По суті, у більшості випадків неможливо відокремити життєдіяльність власне зерна від життєдіяльності мікроорганізмів, які заселяють його поверхню і навіть проживають під плівками зерна. За певних умов післязбирально­го обробітку і зберігання інтенсивність розмноження і життєдіяльно­сті мікрофлори зерна настільки збільшується, що може негативно вплинути на його посівні, харчові і кормові якості. Часто продукти обміну речовин, які виділяються мікроорганізмами, мають токсичні властивості.

У зернових масах, як правило, розвиваються сапрофітні мікроор­ганізми. Серед найважливіших факторів, які впливають на розвиток сапрофітних мікроорганізмів під час зберігання, є такі: середня воло­гість зернової маси і вологість її окремих компонентів (основного зе­рна, домішок і повітря міжзернових просторів), температура зернової маси, ступінь її аерації, цілість і стан покривних тканин зерна, його життєві функції, кількість і видовий склад домішок.

Залежність існування мікроорганізмів від вологості субстрату загальновідома. Вона пов'язана з хімічним складом клітин мікробів. Вміст у них великої кількості води (80...96%) і механізм живлення мікро­бної клітини дозволяє здійснювати обмін між клітиною і субстратом лише за наявності достатньої кількості води в останньому. Чим більша вологість навколишнього середовища, тим інтенсивніше відбувається обмін речовин між мікроорганізмами і субстратом, тим швидше і кра­ще розвиваються і розмножуються мікроби. Мікроорганізми можуть розвиватися на продуктах (зерно, крупа, борошно), вологість яких зна­чно менша, ніж вміст води в їх тілі. Пояснюється це здатністю клітин мікробів до всмоктування і наявністю в клітинах осмотичного тиску. Проте активна життєдіяльність і розмноження мікроорганізмів у зер­новій масі можливі лише за наявності певної кількості води.

Не зважаючи на різну потребу окремих представників мікрофлори у воді, встановлена межа мінімальної вологості зерна, за якої мікроби можуть розвиватися. Такою межею є вологість зерна чи насіння будь-якої культури, що перевищує критичну на 0,5...1 %. Тобто розвиток мікроорганізмів на зерні можливий лише за наявності вільної води. В практиці зберігання трапляються випадки розвитку мікроорганізмів у зерновій масі, яка має середню вологість, меншу від критичної. Проте це можливо тільки за нерівномірного розподілу води, що виходить за межі відносної нерівномірності розподілу води в компонентах зерно­вої маси. Таке явище, як правило, спостерігається за наявності однієї з таких умов:

- досить різна вологість окремих зерен, що спостерігається в партіях свіжозібраного зерна;

- збільшена вологість насіння бур'янів або інших органічних домі­шок;

- перерозподіл води в зерновій масі під час зберігання.

За відносно рівномірного розподілу води в зерновій масі вологість, близька до рівня критичної, ще не забезпечує умов для швидкого розмноження мікроорганізмів; вони розвиваються часто надзвичайно повільно, і супроводжується цей розвиток збільшенням вологості міжзернових просторів. Останнє на певному етапі може сприяти швидкому розмноженню мікробів. Якщо вологість зернової маси будь-якої культури значно більша від критичної, то за наявності ін­ших сприятливих умов (головним чином певної температури) мікро­організми в ній розвиваються бурхливо, що супроводжується поміт­ними змінами якості зерна. Інтенсивність процесу пояснюється наяв­ністю в мікрокапілярах плівок зерна значної кількості води, що вико­ристовується мікроорганізмами.

Серед видового складу сапрофітів, які заселяють зерно і насіння різних культур, за потребою у воді є усі три групи: ксерофіти, мезо­фіти і гідрофіти. До гідрофітів належать мікроби, які успішно розви­ваються на щільних субстратах, що містять воду в рівновазі, при від­повідній відносній вологості повітря близько 100% і мінімум 90%. Ксерофіти розвиваються за відносної вологості повітря 90...95%, нижній поріг - 70...79%. Проміжне положення займають мезофіти (нижній поріг відносної вологості 80...90%). Тому залежно від вихі­дної вологості зерна будуть створюватись сприятливі умови для того чи іншого виду мікроорганізмів.

Усі бактерії і багато дріжджів є гідрофітами, а більшість грибів, поширених у зернових масах - це мезофіти і ксерофіти. Отже, за на­явності мінімуму надлишкової води понад критичну вологість в пер­шу чергу одержують умови для свого розвитку плісеневі гриби. Так, наприклад, в зерновій масі пшениці повільне розмноження плісняви відзначається за вологості 16%, а бактерій і дріжджів - понад 18%.

Важливою умовою, яка впливає на розвиток мікроорганізмів в зерновій масі, є не лише її середня вологість, але й розподіл води як у насипі зерна, так і в межах одного зерна. Розміщуючись на поверхні зерен, мікроби особливо чутливо реагують на вологість їх плівок, які не лише містять капілярну воду, але за певних умов можуть бути по­криті тонкою водяною плівкою (під час зберігання і перевезення). Наявність водяної плівки є наслідком конденсації водяних парів в зе­рновій масі під час зберігання. Ця краплиннорідка вода відіграє вирі­шальну роль в початковому розвитку мікроорганізмів. Вона особливо важлива для проростання спор плісеневих грибів в гіфи, бо спори ви­могливіші до води, ніж міцелій. Негативна роль краплиннорідкої во­ди посилюється ще й тим, що вона дуже інтенсивно поглинається за­родком зерна. Доведено, що зародок кукурудзи всмоктує воду втричі інтенсивніше, ніж ендосперм. Таке зволоження зародка робить його ще доступнішим для мікроорганізмів.

Відомо, що кожний вид мікробів розвивається найінтенсивніше за певних температур. При відхиленні від цих температурних меж життєдіяльність мікроорганізмів порушується або вони гинуть. Залежно від рівня температурного оптимуму усі мікроорганізми поділяють на холодостійкі (психрофільні), теплолюбні (термофільні) і мезофільні (оптимум середніх температур між двома першими).

Мікрофлора зернової маси переважно складається з мезофільних мікробів, психрофілів практично не буває взагалі, а термофільні мік­роорганізми накопичуються в зерновій масі на останніх стадіях самозігрівання. Мезофіли успішно розвиваються при температурі 20...40°С, можуть, хоч значно повільніше, розвиватися і при нижчій температурі. Особливо це стосується плісеневих грибів, які успішно розвиваються й за температури 10...20°С. Серед мезофілів зернової маси є деякі розбіжності в рівні температурного оптимуму і макси­муму. Так, плісняви родини Реnicillium мають оптимум близько 25°С, для багатьох видів Аspergillus він знаходиться на рівні 30°С, а для ко­кових форм бактерій - 25...35°С; мінімальна температура для Реnicillium значно нижча, ніж для Аspergillus.

Для пригнічення життєдіяльності мікроорганізмів використову­ються заходи впливу на них високими або зниженими температура­ми. Для зернової маси дія високих температур як засіб її стерилізації неприйнятний, оскільки це пов'язано з їх негативним впливом на якість зерна. В умовах звичайних режимів теплового сушіння поміт­ного стерилізуючого ефекту не спостерігається. Тому захист зерна під час зберігання від активного розвитку на ньому мікроорганізмів базується на використанні знижених температур.

Знижені і низькі (мінусові) температури спричиняють лише консервуючий ефект, тобто гальмують розмноження мікробів, але не вбивають їх. Тривале перебування зерна (протягом п'яти місяців) за температури

Дата добавления: 2014-01-07