Автор работы: Пользователь скрыл имя, 15 Марта 2015 в 22:12, курсовая работа
У зерні гречки міститься від 10 до 15 % (у середньому 13,1 %) білка, 67,8 % вуглеводів, 3,1 % олії, 2,8 % золи, 13,1 % клітковини. У складі білка гречки переважають легкорозчинні глобуліни та глютеніни, тому він краще засвоюється і поживніший за білок злакових культур (наближається за якістю до білків зернобобових культур). Містить багато незамінних амінокислот: аргінін (12,7 %), лізин (7,9 %), цистин (1 %), гістидин (0,59 %) та ін. У золі гречки багато фосфорної кислоти (48,7 %), оксиду калію (23,1 %) та оксиду магнію (12,4 %). За вмістом заліза (1,7 %) вона переважає інші круп'яні культури, а також багата на мідь.
Сорбційні властивості зернової маси мають велике значення при її обробці і зберіганні. Вологість і запах зерна, яке зберігається або обробляється, найчастіше змінюються внаслідок сорбції чи десорбції газів або пари води. Раціональні режими сушіння, активного вентилювання, газації та дегазації зерна при знезаражуванні встановлюють з обов'язковим урахуванням його сорбційних властивостей.
Гігроскопічність зернової маси означає її здатність поглинати пару води з повітря або виділяти її в навколишнє середовище. Білкові молекули зерна здатні вбирати до 240, а крохмаль - до 30 - 38 % води відносно своєї маси. Гігроскопічність зерна залежить як від його властивостей, так і від властивостей повітря.
У результаті взаємодії зернової маси з навколишнім середовищем вологість зерна безперервно змінюється до досягнення рівноважної вологості.
Характеристика зернової маси
Волога із зерна переходитиме в повітря під час випаровування, десорбції, сушіння, якщо парціальний тиск водяної пари навколо поверхні зерна перевищує парціальний тиск водяної пари повітря тобто волога з повітря сорбуватиметься зерном. Чим більша різниця між парціальним тиском пари води у повітрі і навколо поверхні зерна (або навпаки), тим швидше протікає процес перерозподілу вологи. Через певний час у результаті перерозподілу вологи парціальний тиск пари в повітрі та над зерном зрівняється і настане динамічна рівновага. Вологість зерна, яка відповідає стану рівноваги, називають рівноважною вологістю. Остання залежить від його сорбційних властивостей (структури, хімічного складу) та від вологості й температури повітря. Найбільша рівноважна вологість зерна встановлюється при насиченні повітря водяною парою до 100 %. Подальше зволоження може відбуватися тільки при вбиранні крапельно-рідкої вологи. Вологість зерна 7 - 10 % встановлюється за відносної вологості повітря 15 - 20 %. Це найнижча межа вологості зерна у виробничих умовах.
Зерно і насіння зернових, олійних та бобових культур через різний хімічний склад мають неоднакову рівноважну вологість. Найвища вона у насіння бобових, середня - у зернових і найменша - в олійних культур. Зниження величини рівноважної вологості зумовлюється зменшенням вмісту у зерні гідрофільних речовин. Із зниженням температури повітря рівноважна вологість зерна і насіння зростає.
Рівноважна вологість окремих зернин у зерновій масі неоднакова, оскільки вони мають різні розміри, хімічний склад, виповненість тощо. Неоднакова рівноважна вологість і окремих частин зернівки. Найбільшу гігроскопічність має зародок зерна, найменшу - ендосперм. Такий розподіл вологи по частинах зерна сприяє розвиткові мікроорганізмів, які знаходяться на його поверхні.
Процеси сорбції й десорбції відбуваються в зерновій масі у зв'язку з різною вологістю її компонентів. Це особливо характерно для свіжозібраної зернової маси, яка містить зерна основної культури і насінини бур'янів з неоднаковою вологістю. В цьому разі за законами сорбційної рівноваги сирі зерна втрачають частину вологи, а сухі її набувають. Такий перерозподіл вологи в зерновій масі починається після її формування і закінчується, як правило, протягом трьох діб.
Рівноважна вологість швидше встановлюється у верхніх шарах насипу (до 30см). Дія повітря навколишнього середовища на зерно нижніх і середніх шарів насипу є незначною. Тому й вологість зерна в різних шарах насипу неоднакова.
Визначають відносну й абсолютну вологість зерна (у відсотках). Відносна вологість зерна WB - це відношення маси вологи, яка міститься в зерні (тв), до маси води і сухої речовини тв + тс. Для її розрахунку користуються формулою:
Абсолютна вологість зерна - це відношення маси тв вологи до маси сухого матеріалу (mс):
Теплофізичні властивості зернової маси мають визначальний вплив на ефективність процесів сушіння та активного вентилювання зерна, а також на його зберігання. Основними параметрами теплових властивостей зернової маси є теплоємність, тепло, температуро та термовологопровідність. Теплообмінні процеси у зерновій масі відбуваються шляхом прямої передачі теплоти (кондукція, або контактний теплообмін) чи за допомогою повітря, що рухається по міжзернових щілинах (конвекція).
Теплоємність зерна характеризується кількістю теплоти, необхідної для підвищення температури зерна масою 1 кг на 1 °С. Для вологого зерна її визначають як суму теплоємностей абсолютно сухого зерна і води:
Оскільки теплоємність води майже втричі вища за теплоємність сухої речовини зерна, з підвищенням вологості теплоємність зерна підвищується, що вимагає значного збільшення затрат енергії на нагрівання. Цю властивість враховують при тепловому сушінні зерна, оскільки витрати палива з розрахунку на 1 кг випаровуваної вологи залежать від початкової вологості зерна.
Теплопровідність зернової маси полягає у її здатності переносити теплоту від ділянок з високою до ділянок з нижчою температурою.
Зернова маса через наявність у ній повітряних проміжків має низьку теплопровідність, яка коливається у межах 0,2 - 0,3 Вт/(мК) (для порівняння теплопровідність міді становить 300 - 390, сталі - 68 Вт/(мК). Із збільшенням вологості зернової маси її теплопровідність зростає - коефіцієнт теплопровідності води - 0,5 Вт/(мК).
Температуропровідність - швидкість зміни температури в зерні та його теплова інерція. Коефіцієнт температуропровідності зернової маси коливається в межах 1,7-10~7 - 1,9 10~7 м2/с і залежить від коефіцієнта теплопровідності, питомої теплоємності та щільності зерна.
Чим більший показник питомої теплоємності і менша щільність зерна, тим повільніше охолоджуватиметься або нагріватиметься зернова маса.
Висока теплова інерційність, повільне природне охолодження і прогрівання зернової маси можуть відігравати як позитивну, так і негативну роль. Позитивна роль полягає в тому, що при охолодженні зернової маси активним вентилюванням низька температура у ній зберігається тривалий час, що дає змогу консервувати зернову масу холодом. Негативна дія низької теплопровідності виявляється в тому, що теплота, яка утворюється в процесі життєдіяльності зернової маси, може затримуватися в ній і сприяти швидкому підвищенню температури (через низьку температуропровідність температурна хвиля від осередку тепловиділення поширюється повільно). Так виникає самозігрівання зерна, шкідливе своїми наслідками.
Термовологопровідність - здатність зернової маси спрямовано переміщувати вологу із зони з підвищеною температурою разом із струменем теплоти в менш нагріті ділянки. Інтенсивність термовологопровідності характеризується термовологопровідним коефіцієнтом сі (%/К), що показує, який градієнт вологості відповідає температурному градієнту, рівному одиниці.
Явище переміщення вологи з одних ділянок насипу зерна на інші треба враховувати під час його зберігання, особливо в осінньо-зимовий і весняно-літній періоди, які характеризуються перепадами температур між верхніми та внутрішніми шарами насипу. Подібні перепади температур між різними ділянками насипу виникають при нерівномірному обігріванні сонцем стін сховищ, розміщенні теплої зернової маси на холодних асфальтових підлогах, контакті її з холодними стінами сховищ. Внаслідок термовологопровідності окремі шари насипу сильно зволожуються, а життєдіяльність їх компонентів активізується. В них нагромаджуються теплота і волога, створюються умови для самозігрівання та погіршення якості зерна (проростання, зниження насіннєвих і продовольчих властивостей та ін.). Тому для запобігання небажаним процесам у зерновій масі слід ретельно контролювати температуру і вологість зерна. [9]
1.3. Фізіологічні процеси, що відбуваються в зернових масах під час зберігання
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.
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 анаеробно - 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 2830 кДж тепла на грам-молекулу глюкози. При аеробному диханні виділяється всього 117 кДж, 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.