Значение критической влажности при хранении семян

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 18.09.2024

Важным физико-механическим свойством семян подсолнечника как объекта сушки является сыпучесть, характеризующаяся углом естественного откоса. Определяющее значение на сыпучесть семян подсолнечника оказывают влажность семян, содержание посторонних примесей и их характер, а также поверхность, по которой перемещаются семена. Угол естественного откоса сухих семян подсолнечника колеблется от 27 до 35°, влажных — до 42°, а высоковлажных и засоренных (засоренность до 8%) достигает 55°, что значительно выше, чем у злаковых культур. Эти особенности семян подсолнечника вызывают определенные трудности при их поточной обработке. Легковесные семена, имея повышенный коэффициент внутреннего трения, на некоторых участках технологической схемы передвигаются медленнее, чем зерно колосовых культур или кукурузы. Поэтому при работе с семенами подсолнечника трубы зерносушилок должны иметь больший диаметр и их устанавливают под большим углом наклона.

Трудности обработки семян подсолнечника связаны с физическими особенностями и отличием их от злаковых культур. Так, насыпная плотность семян подсолнечника, поступающего на хлебоприемные предприятия, в зависимости от влажности и засоренности колеблется в пределах 326. . 440 кг/м3, т. е. вдвое меньше, чем у пшеницы, поэтому и в 2 раза меньше масса семян, поступающих в сушилку.

Наличие воздушной прослойки между ядром и плодовой оболочкой семян, а также значительное содержание жира является причиной более низкой скорости витания семян подсолнечника, чем для зерна. Скорость их витания изменяется от 4 до 8,0 м/с, в то время как для риса 8,9. .9,5 м/с, пшеницы 9,0. .11,5, кукурузы 12,5. ,14,0 м/с. Поэтому во избежание выноса полноценных семян из коробов шахты и камеры нагрева сушилки скорость агента сушки должна быть ниже, чем при сушке зерновых культур.

Удлиненная форма семянок - подсолнечника и сравнительно шероховатая поверхность обусловливают большую скважистость. Так, скважистость подсолнечника колеблется в пределах 60.

80%, а риса 50. .65, пшеницы 35. .45 и кукурузы 35. .55%. Следовательно, семена подсолнечника, имея большую скважистость, оказывают меньшее сопротивление при прохождении агента сушки в сушилках и сушатся быстрее, чем сесена других культур.

Гигроскопичность — одно из важнейших свойств зерна, определяющих режимы его хранения и сушки. Для семян подсолнечника как капиллярно-пористых коллоидных тел характерны все формы связи, которые, по классификации академика Л. А. Ре - биндера, подразделяются на химическую, физико-химическую и механическую. В процессе сушки семян их основные физические и химические свойства должны сохраниться, следовательно, химически связанную влагу не надо удалять.

Влажность семян подсолнечника, при которой остается химически и адсорбционно связанная влага, часто называют критической. Эта влага не участвует в жизненных процессах, не может быть использована большинсвом микроорганизмов для поддержания своей жизнедеятельности и поэтому не влияет на стойкость семян подсолнечника в процессе хранения. Следовательно, сушить семена необходимо до такой влажености, чтобы в них оставалась преимущественно адсобционно связанная вода.

Критическую влажность семян определяют по формуле:

Юг (100 — М)

Где Wr — влажность гидрофильной части,%; М — фактическая масличность, %.

Например, при критической влажности гидрофильной части 14 %, масличности 50 % критическая влажность семян подсолнечника будет:

14 (100 - 50) Шкр= Ї00 :7%-

Критическая влажность семян высоковлажного подсолнечника 6 8 %.

Равновесная влажность семян подсолнечника, т. е. влажность, при которой семена не отдают и не поглощают влагу, зависит от температуры, относительной влажности атмосферного воздуха, масличности. Равновесная влажность семян изменяется в зависимости от относительной влажности воздуха ф по закономерности

Wp = 0,623 ф>14

Такая зависимость справедлива при ф = 45. 85%, и она не учитывает химического состава высокомасличных сортов семян подсолнечника.

М. И. Игольченко и В. М. Копейковский установили зависимость между равновесной влажностью семян подсолнечника с содержанием жира до 50% при температуре атмосферного воздуха от 14 до 30°С и относительной влажности от 9 до 82%. Она выражается соотношением

Wp= 2,133 е0,017549- ф \

Где е — основание натурального логарифма.

При всех равных условиях равновесная влажность масличных культур в 2 раза меньше, чём зерновых. Это объясняется меньшим содержанием в семенах масличных культур гидрофильных коллоидов и наличием большого количества жира. С увеличением содержания масличности в семенах равновесная влажность подсолнечника уменьшается, так как с повышением масличности уменьшатся содержание гидрофильных веществ и соответственно увеличивается содержание гидрофобных.

Значительное содержание оболочки в подсолнечнике и ее высокая гигроскопичность являются предпосылками для разработки рациональных осциллирующих режимов — чередования сушки, охлаждения и отволаживания. Например, применение чередования интенсивной продувки и отволаживания, во время которого влага концентрируется в оболочке, приводит к интенсификации влагоотдачи при сушке, так как влагопроводность оболочки выше, чем ядра, и зона испарения находится у поверхности.

Равновесная влажность составных частей семян неодинакова: она больше у оболочки (лузги) и меньше у ядра. Равновесная влажность семян занимает промежуточное положение. Содержащиеся в массе семян подсолнечника органические и сорные примеси обладают большой гигроскопичностью. При одной и той же относительной влажности и температуре воздуха равновесная влажность органических сорных примесей больше равновесной влажности семян в 1,8 раза.

Основными теплофизическими характеристиками, определяющими теплообменные свойства масличных семян, являются теплоемкость, коэффициенты теплопроводности и температуропроводности. Теплофизические характеристики, определяющие скорость протекания процессов нагрева и охлаждения, различны для отдельных семянок и семенной массы, но в обоих случаях зависят прежде всего от размеров семянок, их влажности, химического состава, масличности, лузжистости и температуры. На теплофизические показатели семенной массы большое влияние оказывают количество и состав содержащихся в ней примесей.

При увеличении влажности семян подсолнечника до 17,8% теплоемкость возрастает по линейному закону. Повышение влажности да 11 % приводит к увеличению коэффициента теплопроводности, дальнейшее повышение влажности не влияет на изменение величины этого коэффициента. Коэффициент температуропроводности семян при увеличении влажности до 11% возрастает, а при дальнейшем увеличении снижается.

Значение теплофизических характеристик семенной массы гораздо ниже, чем отдельных семянок, вследствие значительного содержания в ней воздуха.

Технология сушки семян подсолнечника

Для семян подсолнечника различают четыре состояния по влажности: сухое до 7,0%, средней сухости свыше 7,0 до 8,0%, влажное свыше 8,0 до 9,0%, сырое свыше 9,0%. В семенах сухих и средней сухости почти нет свободной влаги, и хранить их можно длительное время.

Семена подсолнечника при поступлении на хлебоприемные предприятия и маслозаводы по качеству должны отвечать требованиям базисных или ограничительных кондиций (табл. 1.).

1. Базисные и ограничительные кондиции семян подсолнечника

Базисная влажность,% Ограничительная влажность,%

TOC \o "1-3" \h \z Южная 12 15

Центральная 13 17

Восточная 14 19

* Сорная примесь 1%, маслиничная 3%.

Специфические свойства семян подсолнечника как объекта сушки, неоднородность семянки (наличие ядра, плодовой и семенной оболочек), естественная неоднородность семян по размерам, массе и влажности, низкая прочность плодовой оболочки, влагоинерционность, низкая теплопроводность, термолабильность белковой и липидной частей системы, повышенная пожарная опасность предъявляют особые требования к способу сушки и к конструкции сушильных устройств. При сушке не должно ухудшаться качество и уменьшаться выход масла, не должно происходить растрескивания лузги и увеличения масличной примеси. Не допускается увеличение в процессе сушки кислотного и йодного чисел жира, изменение вкусовых и пишевых достоинств подсолнечного масла.

Одним из наиболее рациональных методов улучшения технологических своцств, сохранения качества и повышения стойкости семян подсолнечника в процессе хранения является тепловая сушка. 6

При сушке семян подсолнечника большое значение имеет не только температура нагрева семян, но и продолжительность ее воздействия. Значения коэффициентов теплопроводности, температуропроводности для единичной семянки значительно отличаются от тех же показателей для плотного слоя. Для быстрого нагрева семян необходима такая конструкция сушильного аппарата, в котором бы обеспечивался нагрев каждой единичной семянки в отдельности. В этом случае можно значительно поднять температуру агента сушки при снижении продолжительности нагрева до нескольких секунд. Кратковременное высушивание семян подсолнечника при более высокой температуре предпочтительнее, чем медленное высушивание при низкой.

Чтобы превратить 1 кг воды в пар, необходимо затратить около 2680 кДж тепла. При сушке фактически затрачивается на испарение 1 кг воды 5020. .6280 кДж в шахтных сушилках и 3670. .4490 кДж в рециркуляционных. При сушке семян подсолнечника необходим обоснованный выбор температурных режимов. Сушка должна протекать с минимальными затратами тепла и электроэнергии, с максимальной скоростью удаления влаги при наилучших технологических свойствах высушенного материала.

Сушка представляет собой комплекс одновременно протекающих и влияющих друг на друга явлений. Это — перенос тепла от агента сушки к высушиваемому материалу через его поверхность, испарение влаги, перемещение влаги внутри материала, перенос влаги с поверхности материала в сушильную зону.

На испарение влаги влияют в основном два процесса: влаго - проводность и термовлагопроводность, которые характеризуют внутренний тепло - и влагоперенос во влажном материале. При испарении влаги поверхностные слои подсушиваются. Создается градиент влагосодержания, т. е. внутри материала влаги больше, чем на поверхности. Это явление приводит к перемещению влаги из внутренних слоев к поверхностным слоям и называется вла - гопроводностью. Причем это перемещение тем интенсивнее, чем выше температура материала. Отсюда вытекает основное правило сушки: необходимо в начале сушильного процесса поддерживать максимально допустимую температуру материала, при которой не наблюдается ухудшения пищевых, технологических, семенных и других достоинств семян подсолнечника.

Но влага перемещается не только благодаря градиенту влагосодержания, она перемещается и благодаря градиенту температур (термовлагопроводности), т. е. влага перемещается от малонагретого участка к более нагретому, или, иными словами, влага перемещается по направлению потока тепла.

Применение того или иного способа сушки может способствовать в одном случае совпадению направления перемещения влаги как в результате влагопроводности, так и термовлагопроводности, а в другом случае процесс испарения влаги в результате влагопроводности тормозит процесс испарения влаги в результате термовлагопроводности. В первом случае процесс испарения влаги будет протекать значительно интенсивнее, чем во втором. Для того чтобы эти процессы испарения влаги совпадали по направлению, необходимо, чтобы температура поверхности семянки подсолнечника была ниже температуры внутри ядра. Сушка будет значительно тормозиться, когда температура поверхности семянки выше температуры внутри ядра.

При сушке семян подсолнечника в шахтных прямоточных сушилках явление термовлагопроводности препятствует перемещению влаги изнутри к поверхности и интенсивность потока влаги равна разности между интенсивностью потока влаги в результате влагопроводности и интенсивностью потока влаги в результате термовлагопроводности. При рециркуляционной сушке влага испаряется как под воздействием процесса влагопроводности, так и под воздействием термовлагопроводности.

Температура материала в процессе сушки не, равна температуре агента сушки. В первом периоде сушки температура материала равна температуре смоченного термометра, поэтому можно применять высокие температуры агента сушки. Например, при температуре воздуха 200° С и влагосодержании его 0,008 кг/ кг температура смоченного термометра, а следовательно, и температура материала равна 47° С. При повышении температуры воздуха до 350° С при данном влагосодержании температура смоченного термометра увеличивается до 60° С.

При кратковременном нагреве материала температуру агента сушки можно значительно повысить. Пределом является температура, при которой температура испарения (температура смоченного термометра) будет равна или близка к допустимой температуре нагрева материала.

При высокой температуре агента сушки прогрев семян до допустимых температур и испарение влаги с поверхности происходят в течение нескольких секунд. Дальнейший подвод тепла нецелесообразен. Таким образом, для максимального использования тепла и сохранения качества семян рекомендуется применять максима льно возможные температуры агента сушки при небольшой продолжительности нагрева.

В зерне и семенах всегда присутствует то или иное количество воды. С веществами зерна и его анатомическими структурами вода связана неодинаково. По наиболее распространенной классификации П.А. Ребиндера вода в различных материалах может находиться в следующих видах.

Химически связанная вода входит в состав молекул веществ в строго определенных количественных соотношениях (в состав белков, углеводов, жиров и других органических веществ). Выделить такую воду можно прокаливанием или путем химического воздействия на вещества зерна. При этом структура вещества разрушается.

Физико-химически связанная вода входит в состав материалов в различных, не строго определенных соотношениях. К этой форме связи относится адсорбционно связанная, осмотически поглощенная и структурная влага. Молекулы воды, сорбированные гидрофильными коллоидами, теряют свойства растворителя, не могут легко перемещаться и участвовать в химических реакциях. Поэтому воду, связанную физико-химически, называют связанной. В зерне, содержащем только связанную воду, все физиологические процессы сведены к минимуму. Физико-химически связанная вода может быть выделена из удерживающих ее веществ интенсивным высушиванием.

Механически связанная вода (свободная) размещена в микро- и макрокапиллярах зерна. Такая вода легко удаляется при высушивании. Воду, удаляемую из зерна при его достаточно интенсивном высушивании в целом или размолотом виде, называют гигроскопической. Количество содержащейся в зерне гигроскопической воды, выраженное в процентах к массе зерна вместе с примесями, и называют влажностью зерна.

Влажность зерна во время уборки и при поступлении его на хлебоприемные предприятия колеблется в больших пределах.

В различных климатических зонах нашей страны влажность партий зерна и семян разных культур бывает от 7-9 до 2530% и более. Содержание воды в свежеубранном зерне зависит от степени зрелости, погоды во время уборки и гигроскопических свойств зерна (способности поглощать воду из окружающей среды или самопроизвольно отдавать ее в окружающую среду). Так, на ранних фазах созревания влажность зерна пшеницы составляет 70-75%, в фазе восковой спелости - 25-40%, полной спелости - 15-20%. В дождливую погоду зерно значительно увлажняется, но такая влага быстро испаряется при улучшении погоды. При транспортировании и хранении зерновой массы влажность ее может меняться, так как происходит влагообмен между зерновой массой и соприкасающимся с ней воздухом.

Влажность — важнейший показатель качества зерна, ее определяют на всех этапах хлебооборота. Содержание воды нормируется государственными стандартами. Для основных зерновых культур базисная влажность варьирует от 13,5 до 15%.

Технологическое значение влажности. Влажность сильно влияет на процесс переработки зерна в муку или крупу. От содержания влаги зависят выход готовой продукции, ее качество, затраты энергии на переработку зерна. Влажность в пределах 15,5-16% считается оптимальной при помоле зерна. При более высокой влажности производительность мельниц и мукомольных заводов резко падает и увеличивается расход энергии на помол. Сырое зерно вообще нельзя превратить в муку, так как оно плющится. В очень сухом зерне оболочки теряют эластичность, сильно измельчаются и вместе с частицами эндосперма попадают в муку, увеличивая ее зольность. Поэтому перед помолом для лучшего отделения оболочек зерно увлажняют до допустимых пределов.

От содержания влаги в зерне зависит возможность его хранения. Повышенное содержание влаги в зерне усиливает процессы его дыхания, способствует развитию микроорганизмов. При этом выделяется большое количество тепла. Вследствие низкой теплопроводности выделяющееся тепло накапливается в толще зерна - происходит самосогревание зерновой массы, температура ее может повыситься до 55-65 °С, а иногда и до 70-75 °С.

При этом зерно превращается в черный монолит, потерявший все потребительские свойства. Иногда возможно прорастание зерна при хранении. Эти процессы крайне нежелательны, так как приводят к большим потерям зерна и ухудшению его качества.

В зависимости от стойкости зерна при хранении в национальных стандартах на зерно всех культур установлены четыре состояния по влажности: сухое, средней сухости, влажное и сырое (табл. 6.7).

Влажность зерна – фактор, отражающий объем питательных веществ и возможную длительность хранения зерновой массы. Является одним из ключевых показателей качества и определяется непосредственно после приемки новой партии культуры.

Основной способ определения влажности, установленный ГОСТ 3040—45

Согласно ГОСТу 3040—45, устанавливающему возможные способы определения качества зерноматериала, главный метод контроля влажности зерновой массы - определение влажности зерна в сушильном шкафу. Навесок размолотого материала высушивается на протяжении 40 минут при температуре 130 0 С в специальном оборудовании – шкафу Тринклера. Применение метода обязательно при арбитражных определениях влажности (сушка до постоянной массы).

Минус в массе навеска, образующийся в результате сушки, засчитывается как равный массе имеющейся в зерне влаги. Влажность определяется путем отражения полученного минуса в процентах.

Содержание влаги в зерне

По уровню влажности зерноматериал может быть:

сырым;
влажным;
средней сухости;
сухим.

Влияние влаги на качество зерноматериала

Точное определение влажности зерна имеет огромное значение, так как именно по этому показателю можно определить объем питательных веществ и возможную продолжительность хранения материала. При превышении объема влаги в культуре продукция быстро испортится и потеряет большую часть полезных компонентов. Избыток влажности провоцирует неблагоприятные химические и физические процессы, результатом которых становится:

появление и быстрый рост насекомых, клещей, микробов;
потеря сыпучести, рост уязвимости зерна к механическим воздействиям;
активизация процессов брожения;
снижение натуры (объема зерноматериала в одном литре);
расщепление высокомолекулярных биополимеров;
прорастание и набухание продукции.

Длительно влажная масса непригодна для дальнейшего хранения и обработки.

Оценка содержания влаги

Учитывая важность вопроса, методы определения влажности зерна регулярно совершенствуются.

Критическая влажность

высокомасличный подсолнечник – 8%;
кукуруза – 14%;
пшеница – 15,5%;
бобовые культуры – 16%.

Приемлемый показатель влажности для большинства злаковых – до 14%. При влажности ниже на несколько процентов от критической зерноматериал длительный срок сохраняет посевные свойства (при условии, что ему обеспечивается достаточный объем кислорода). При нехватке или отсутствии кислорода всхожесть теряется в первые месяцы хранения.

Методы определения

Косвенный метод вычисления влажности зерновой массы – использование специального влагомера, определяющего уровень ее электропроводности. Объем воды в культуре отражается на ее электропроводности.

Стандартно приборы определения влажности зерна работают так:

зерно попадает в межэлектродное пространство;
через межэлектродное пространство пропускается электроток;
устройство автоматически переводит показатели электропроводности в выраженное в процентном соотношении значение влажности.

На всю процедуру уходит не более пяти минут. Но точность такого метода измерения не слишком высокая (в сравнении с точностью, которую позволяют добиться стандартные способы).

На электропроводность зерноматериала оказывают влияние:

температура воздуха межзернового пространства;
температура зерновой массы;
наличие и объем примесей;
физические свойства и химический состав, вид культуры.

Принимая в расчет все эти факторы, разработчики электровлагомера составляют специальные таблицы, в соответствии с которыми на устройствах нужно устанавливать рабочий режим и код.

Стандартное определение влажности (без предварительной сушки)

При разнице между двумя показателями более чем в 0,2% исследование повторяется.

Определение влажности с предварительным подсушиванием

Этот способ используют для зерноматериала с предполагаемой влажностью >17%.

20 гр. зерна помещаются в бюксу и подсушиваются в течение 10-12 минут при температуре +105 0 С в сушильном аппарате. В течение 5 минут бюксы охлаждаются в эксикаторе. Проводятся замеры, измельчение массы в течение 30 секунд, выделение и обезвоживание навесов.

Сорбция – поглощение водяных паров и газов телами. Зерно всех культурных растений, семена сорняков и вся зерновая масса способны интенсивно поглащать или, как принято говорить, сорбировать (от лат. sorbere – поглощать) различные газы и пары. Сорбционные свойства зерна высокие, что объясняется его капиллярно-пористой структурой и способностью отдельных биохимических веществ зерна поглощать и удерживать строго определенное количество воды. Система макро– и микрокапилляров зерна с высокой активностью стенок капилляров обеспечивает интенсивное поглощение и удерживание молекул воды.
Наибольшей гигроскопичностью в зерне пшеницы обладает зародыш, затем оболочка и эндосперм. Щуплые и мелкие зерна обладают большей гигроскопичностью, чем выполненные, крупные. Это связано с тем, что отношение зародыша к размеру зерновки и отношение площади поверхности к массе зерна у щуплых и мелких зерен значительно больше. Битые и деформированные при обмолоте зерна также обладают повышенной гигроскопичностью.
Из-за высокой сорбционной способности зерновых масс хранить их в помещениях, где находятся пахучие вещества, нельзя. Следует своевременно проводить очистку партий зерна, в которых обнаружены корзинки полыни, дикого чеснока, кориандра и др.
Гигроскопичность зерновых масс, т. е. способность поглощать и отдавать пары воды – одно из его важнейших физико-химических свойств, учитываемых при хранении зерна и семян.
Зерно и зерновая масса способны поглощать или отдавать пары воды, происходит процесс сорбции или десорбции влаги. Это явление получило название гигроскопичности. Десорбция воды происходит, если парциальное давление водяного пара в непосредственной близости от поверхности зерна больше, чем в окружающем воздухе. Скважистость зерновой массы, обеспечивающая ее проницаемость, дает возможность каждому зерну принимать активное участие в процессах сорбции и десорбции.
Процессы сорбции и десорбции воды находятся у зерна в состоянии динамического равновесия. Каждому значению парциального давления водяного пара, находящегося в воздухе, и температуры соответствует определенное количество сорбируемой или десорбируемой воды. Сухое зерно поглощает водяные пары до тех пор, пока не наступит так называемое гигроскопическое равновесие, т. е. прекратится обмен влаги между зерном и воздухом. Установившаяся влажность зерна при данных параметрах влажности и температуры воздуха называется равновесной.
Равновесная влажность для злаковых культур и гречихи колеблется в пределах 7-36 %. При относительной влажности 60–70 % и температуре воздуха 20 є С зерно пшеницы имеет влажность 13,4-14,8 % и будет сухим (табл. 6).
Таблица 6
Равновесная влажность зерна различных культур при температуре 12 – 25 є С, % на сырую массу (по данным Б. А. Кригер)

* Равновесная влажность при температуре 20 є С.

У гречихи наблюдается неравномерное распределение влаги в ее морфологических частях. Так, при относительной влажности воздуха 75–77 % влажность гидрофильной части целого зерна составляет 15,6-15,9 %, а влажность гидрофильных каллоидов зародыша достигает 16,5-17,0 %. Повышенная влажность гидрофильных коллоидов зародыша по сравнению с плодовой оболочкой объясняется различиями в химическом свойстве. В ядре содержится гидрофильного белка в 4,5 раза выше, чем в плодовой оболочке. Эту закономерность в распределении влаги в анатомических частях гречихи следует учитывать при закладке ее на хранение. Гречиху на длительное хранение с влажностью более 13,0-13,55 % засыпать не следует.
С явлением сорбции и десорбции зерном, колосом и соломой влаги во время уборки урожая зерновых культур сталкивается в поле комбайнер. Так, если в ночные часы выпадает роса, то хлебные валки за ночь впитывают влагу, становятся не пригодными для обмолота, но в хорошую погоду по истечении некоторого времени они подсыхают и уборка продолжается.
Исследования влажности зерна, взятого в различное время из бункера комбайна, также говорят об этом (табл. 7).
Таблица 7
Влияние времени суток в период уборки урожая пшеницы на количество зерна различной влажности

При одной и той же относительной влажности и температуре воздуха зерно различных культур имеет различную влажность, что непосредственно связано с его химическим составом и гидрофильностью входящего в его состав белка.
Особенно заметными эти различия становятся при высокой влажности воздуха. Так, при относительной влажности воздуха 85 %, равновесная влажность зерна кукурузы составляет 18,1 %, а гороха, богатого белком, – 19,0 %.
С сухим веществом зерна и семян выявлены различные формы связи воды. На основе термодинамического принципа о формах связи воды, предложенного П. А. Ребиндером, сухие коллоиды поглощают первые порции воды с тепловым эффектом, соответствующим энергии образования химической связи. В зерне это химически связанная вода, удаление ее нарушает молекулярную структуру тканей зерновки. Затем, с повышением обводненности коллоида, тепловой эффект прогрессивно уменьшается, т. к. молекулы воды, окруженные гидратационными оболочками электроотрицательных группировок коллоидов, начинают удерживаться силами электростатического притяжения.
Вода эта адсорбционно связанная, при ее удалении структура ткани зерновки нарушается, а при последующем увлажнении восстанавливается.
Установлено, что молекулы воды в периферических слоях водных оболочек слабо удерживаются, и их можно удалить даже при небольшом внешнем воздействии. Внедряющиеся при набухании молекулы воды раздвигают молекулы коллоидов и тем самым ослабляют силы взаимного притяжения между ними. С увеличением толщины гидратного слоя уменьшаются силы притяжения воды, набухание затормаживается. Эта вода – капиллярно связанная, осмотически удерживаемая, при тепловой сушке может быть удалена без нарушения молекулярной структуры тканей.
В зерне не вся связанная вода удерживается с одинаковой энергией, и ее определяют как свободную и связанную. Та часть воды, которая удерживается большой силой, является связанной, а удерживаемая меньшей – свободной. Химически и адсорбционно связанной в зерне является связанная вода, капиллярно связанной и осмотически удерживаемой – свободная. При появлении в зерне и семенах свободной воды возрастает активность ферментов, участвующих в дыхании, активизируется сам процесс дыхания.
Граница появления в зерне свободной воды, при которой наблюдается резкий скачок интенсивности дыхательных процессов, получила название критической влажности.
Ее величина зависит от вида зерна, анатомического строения и химического состава. Чем больше в зерне содержится крахмала и белка, тем выше критическая влажность. Она низкая у семян масличных культур, т. к. вода в них удерживается только нелипидной частью семянки (табл. 8).
Таблица 8
Критическая влажность зерна и семян злаковых, бобовых и масличных культур

Зерно и семена масличных культур, содержащие свободную воду в значении ниже критического, считаются сухими и пригодны для хранения.

2.4. Физиологические процессы, протекающие в зерне при хранении

Любая зерновая масса – это биологическая система с присущими ей свойствами проявления жизнедеятельности в виде послеуборочного дозревания, дыхания, прорастания и самосогревания. Эти процессы, происходящие в результате жизнедеятельности входящих в нее живых компонентов (зерно, семена сорняков, насекомые и клещи, микроорганизмы), получили название физиологических. Знание их сущности и умение регулировать в зерновой массе их интенсивность прохождения дает возможность обеспечить надежное хранение зерна и семян.

2.4.1. Дыхание зерна

Рис. 49. Влияние температуры на интенсивность дыхания зерна (по В. Л. Кретовичу и А. П. Прохоровой) при влажности:
1 – 14 %; 2 – 16 %; 3 – 18 %; 4 – 22 %
В производственных условиях своевременное охлаждение зерна является эффективным мероприятием, обеспечивающим сохранность при временном хранении до сушки сырого зерна.
Итак, при хранении зерна и семян необходимо создавать условия для снижения интенсивности их дыхания до минимума за счет охлаждения или снижения влажности.

2.4.2. Послеуборочное дозревание зерна и семян

2.4.3. Самосогревание зерновых масс

Высокая физиологическая активность зерновых масс при небрежном отношении к свежеубранному зерну с повышенной влажностью, начиная с первых моментов его поступления, может вызвать крайне нежелательные явления, связанные с потерей всхожести семян и снижением технологических, пищевых и кормовых достоинств зерна. Из-за отсутствия надлежащего контроля и ухода за зерновыми массами и вследствие протекающих в них физиологических и физических процессов у влажного и сырого зерна наблюдается повышение температуры до 55–65 є С, а в отдельных случаях до 75 є С и выше. Это физиологическое явление получило название самосогревания зерновых масс.
Под самосогреванием понимают повышение температуры зерновой массы вследствие как интенсивных физиологических процессов, самопроизвольного распада запасных веществ зерна, так и из-за крайне низкой теплопроводности зерновой массы. Различные зерновые культуры по-разному проявляют свою способность к самосогреванию. По этому признаку, т. е. подверженности к самосогреванию, все зерновые культуры, как считает М.Г. Голик, можно условно разделить на 4 группы: первая – культуры, слабо подвергающиеся самосогреванию (горох и кукуруза в початках); вторая – умеренно подвергающиеся самосогреванию (пшеница, рожь, ячмень, рис); третья – легко подвергающиеся самосогреванию (просо, овес, кукуруза в зерне); четвертая – сильно подвергающиеся самосогреванию (подсолнечник, соя и другие масличные культуры).
Состоящая из автономных живых систем зерновок и некоторого количества семян сорных растений зерновая масса при влажности свыше критической интенсивно дышит, выделяя при аэробном типе дыхания огромное количество тепла. Самосогревание возникает в результате проявления активной жизнедеятельности зерна основной культуры, зерен других культур, семян сорных растений, микроорганизмов, насекомых и клещей. На возникновение самосогревания огромное влияние оказывают физиологически активные семена сорняков. В практике хранения зерна чаще всего самосогревание наблюдается в свежеубранных зерновых массах, своевременно не прошедших очистку от примесей.
Интенсивность дыхания семян сорняков, как об этом свидетельствуют данные исследований А. И. Стародубцевой, чрезвычайно велика (табл. 9).
Таблица 9
Интенсивность дыхания в свежеубранной зерновой массе зерна пшеницы и семян сорных растений при температуре 19–22 °C

При интенсивном развитии в зерновой массе скапливающихся в ограниченных участках насыпи насекомых и клещей создаются предпосылки для самосогревания зерна.

Изменяется жирнокислотный и фракционный состав липидов, при этом заметно уменьшается содержание триглицеридов и увеличивается количество свободных жирных кислот. Отмечено также снижение активности липазы, вероятно, вследствие накопления продуктов гидролиза жира. Понижается и содержание токоферолов, что подтверждает данные, полученные ранее на других зерновых культурах.
По мере потери зерном всхожести активность протеаз падает. После годичного хранения их активность понижается почти вдвое. В связи с этим исследовали механизм снижения активности протеаз зерна кукурузы при длительном хранении. Было установлено, что в процессе хранения повышается активность ингибитора протеаз и соответственно понижается общая активность гидролаз, расщепляющих запасные питательные вещества эндосперма.
Представляет интерес изучение свойств зерна пшеницы урожая 1888 г., хранившейся в лаборатории в стеклянном сосуде в течение 64 лет, по сравнению с зерном пшеницы того же сорта, хранившимся в течение трех лет. Зерно полностью потеряло всхожесть. Анализ его выявил сильное понижение растворимости белков в 0,1 н. растворе уксусной кислоты (табл. 151). На низком уровне была также активность протеаз, но активность комплекса осахаривающих крахмал ферментов практически не отличалась от нормальной, Пробная выпечка обнаружила сильное изменение свойств белков клейковины, которые не обладали должными для получения нормального хлеба реологическими свойствами.

Читайте также: