Информационное агентство "Светич". Сайт о сельском хозяйстве. 16+

Гигроскопические свойства зерна: влияние на технологию хранения

Гигроскопические свойства зерна: влияние на технологию хранения
Большое значение при хранении зерна и семян имеют погодные условия данной местности, в частности, они влияют на их гигроскопичность. Так, зерно и семена всех культур способны поглощать (сорбировать) из окружающей среды пары различных веществ и газы. При определенных условиях возможен частично или полностью обратный процесс выделения (десорбции) этих же веществ в окружающую среду. Результатом сорбционного процесса является приобретение зерном посторонних запахов. Сорбция и десорбция паров воды характеризует гигроскопические свойства зерна. Изучение их является обязательным условием подготовки высококвалифицированного специалиста по обработке и хранению зерна. Закономерности, отражающие гигроскопические свойства зерна, лежат в основе технологии хранения, сушки, активного вентилирования и других операций по обработке и уходу за зерновыми массами.
  Сорбционные свойства зерна обусловлены  его капиллярно-пористой структурой и способностью входящих в него химических веществ поглощать и удерживать строго определенное количество воды. Зерно представляет собой пористое тело, пронизанное микроскопическими каналами, по которым может перемещаться парообразная влага. У зерна различных культур объем, занимаемый микро- и макрокапиллярами, составляет 5…12% и более. Внутренняя поверхность стенок капилляров активная. На ней имеется большое количество активных центров (участков), обладающих свободной энергией, которая обеспечивает поглощение и удержание молекул воды. Площадь активной поверхности капилляров очень велика.
  В процессе сорбции и десорбции зерно взаимодействует с воздухом атмосферы и межзерновых пространств. Направленность влагообмена и его интенсивность зависят от влажности зерна и воздуха. Побуждающей причиной влагообмена является разница давлений паров воды в воздухе и над поверхностью зерна. Если имеется отмеченный градиент, влага из зоны большего давления стремиться перейти в зону с меньшим давлением. Установлено, что такое перемещение влаги происходит в результате перескока молекул воды с одного активного центра поверхности капилляра на другой и т.д
  Таким образом, подсушивание будет происходить во всех случаях, когда парциальное давление водяных паров у поверхности зерна больше парциального давления водяных паров в окружающем воздухе. Если давление пара у поверхности зерна ниже, чем в воздухе, зерно будет увлажняться. Технологический процесс работы зерносушилок основан именно на том, чтобы создать значительное превышение давления паров воды над поверхностью зерна по сравнению с воздействующим на него воздухом. Чаще всего этого достигают нагреванием зерна и воздуха. 
   Процесс сорбционного влагообмена продолжается до тех пор, пока не уравняется давление водяного пара в зерне и воздухе. После установления равенства наступает состояние динамического равновесия, и влажность зерна стабилизируется. Такая влажность зерна называется р а в н о в е с н о й.
  Понятие о равновесной влажности является главным в характеристике сорбционных свойств зерна. В практике равновесную влажность зерна связывают не с величиной парциального давления паров воды, а с более простым и доступным для производственного использования показателем относительной влажности воздуха. Последняя характеризует степень его влагонасыщенности в процентах от максимально возможной величины влагопоглощения для данных условий. При относительной влажности 100% в воздухе содержится максимальное количество воды при данной температуре и атмосферном давлении и, следовательно, достигнут максимум давления паров воды. При относительной влажности 50% в воздухе содержится половина массы парообразной влаги от максимально возможного количества и т.д. Чем меньше относительная влажность, тем суше воздух и тем больше воды он может поглощать.
  Относительную влажность воздуха измеряют с помощью психрометра. Он состоит из двух одинаковых термометров, но у одного из них шарик с ртутью обернут тканью из батиста, нижняя часть которой опущена в воду. Чем суше воздух, тем интенсивнее испаряется вода с поверхности батиста и сильнее охлаждается термометр. По разнице температуры сухого и смоченного термометров с помощью специальных психрометрических таблиц определяют относительную влажность воздуха. Простейший психрометр должен быть в составе приборов любого агрегата и комплекса для обработки зерна или зернохранилища.

Таким образом, равновесная влажность-это такой уровень влажности зерна, который устанавливается при дачной относительной влажности воздуха. Равновесную влажность зерна широко используют в повседневной практике обработки и хранения зерна. Равновесная влажность зерна различных культур неодинакова. Это обусловлено различиями в химическом составе, главным образом, соотношением гидрофильных (склонных к поглощению влаги) и гидрофобных (не поглощающих влагу) веществ. Из компонентов зерна наиболее гидрофильны белки, удерживающие до 180…240% воды от своей массы. Крахмал поглощает до 70% воды, а жир гидрофобен и практически не удерживает влагу. Поэтому равновесная влажность семян подсолнечника, содержащих до 50% жира, почти в два раза меньше, чем у пшеницы и ржи. Если же уровень равновесной влажности пересчитать только на гидрофильную часть семени, то почти у всех культур она будет примерно одинакова.  
  Максимальной равновесной влажности зерно и семена достигают при относительной влажности воздуха 100% . Она является тем пределом, до которого зерно способно поглощать пары воды из воздуха. Семена пшеницы увлажняются в этих условиях до 30…32% , а подсолнечника до 16…19%.Дальнейшее увлажнение зерна возможно только в результате впитывания капельно-жидкой влаги.
  Равновесная влажность зерна зависит также от температуры среды. При охлаждении зерна с 30 до 10…5градусов она увеличивается примерно на 1%. Однако для практики хранения массы исключительно важно то, что происходит  изменение его относительной влажности. При повышении температуры возрастает способность воздуха к поглощению и удержанию парообразной влаги, т.е., при неизменном влагосодержании он становится более сухим и его относительная влажность снижается. При снижении температуры относительная влажность воздуха соответственно возрастает, так как снижается его способность к поглощению влаги. Повышение температуры воздуха на 1 градус вызывает снижение его относительной влажности на 4…5 %, и наоборот.
  Снижение температуры воздуха в ночные часы всегда связано с возрастанием и его относительной влажности, что вызывает увлажнение зерна на корню, а также опасность увлажнения зерновой массы при ночном вентилировании атмосферным воздухом. Днем воздух прогревается и становится сухим, поэтому активное вентилирование для высушивания зерна наиболее успешно можно проводить в дневные и вечерние часы, а охлаждать зерно лучше ночью и утром. Однако в последнем случае обязателен контроль за относительной влажностью воздуха, чтобы не допустить увлажнения зерна при обработке.
  Скорость влагообмена между зерном и воздухом сравнительно невысока. Зерно в небольших навесках, помещенных в атмосферу с постоянной относительной влажностью воздуха, приобретает равновесную влажность через две-три недели. Процесс ускоряется до нескольких часов при принудительном продувании воздуха через зерновую массу. В производственных условиях это обеспечивается активным вентилированием.
  В природных условиях относительная влажность воздуха изменяется непрерывно в соответствии с суточным ходом температуры, а также в зависимости от меняющихся погодных условий, в том числе, и по сезонам года. Следовательно, в обычном неотапливаемом хранилище влажность хранящегося зерна не может оставаться длительное время в стабильном равновесном состоянии. Она непрерывно изменяется в соответствии с изменением относительной влажности окружающего воздуха. Однако это касается лишь самой верхней части зерновой насыпи или периферийных слоев зерна, размещенного в мешках, активно взаимодействующих с воздухом помещения. Значительное изменение влажности зерна под влиянием меняющейся влажности воздуха происходит лишь в поверхностном слое толщиной 1…2 см. Амплитудой изменения влажности зерна в этом слое в течение года составляет 6…8%, в 100 мм от поверхности насыпи 1% и на глубине 200…400 мм около 0,1%.
  Таким образом, непрерывно меняющаяся относительная влажность наружного воздуха является определяющим фактором изменения  влажности верхних слоев насыпи зерна. Внутри зерновой насыпи основным фактором является влага зерна, которая и определяет уровень относительной влажности воздуха межзерновых пространств. Воздух внутри зерновой насыпи находится в равновесном состоянии по отношению к влажности зерна. Это обусловлено тем, что зерно содержит в 10 000…20 000 раз больше количества воды, чем воздух межзерновых пространств.
  Вследствие отмеченных колебаний относительной влажности наружного воздуха в производственных условиях происходит заметное изменение влажности и массы зерна. В осенне-зимний период зерно несколько увлажняется, весной и летом, как правило, подсыхает. Хотя изменения влажности и массы зерна происходят в результате влагообмена периферийного (толщиной 5…10 см) слоя насыпи, они тем не менее сказываются на изменении массы и качестве продукции.
  Кроме сорбционного изменения влажности в результате поглощения или отдачи парообразной влаги через воздух возможно прямое увлажнение или подсушивание зерна при перемещении капельно-жидкой влаги (контактный влагообмен). Эти процессы могут происходить одновременно. У зерновой массы с влажностью выше ее максимальной гигроскопичности, т.е выше 30…36% для зерновых и зернобобовых культур, влагообмен может происходить только контактно в результате перемещения капельно-жидкой влаги.
  В свежеубранной зерновой массе, для которой характерна большая неравномерность по влажности всех ее компонентов, одновременно наблюдается контактный и сорбционный влагообмен. В результате сравнительно быстро выравнивается влажность, значительно подсыхают самые влажные фракции примесей и недозревшего зерна и заметно увлажняется спелое зерно. Чтобы не допустить такого увлажнения спелого зерна, надо немедленно очистить свежеубранное зерно. Точность этого показателя изображают на графике кривые выравнивания влажности зерна в пределах зерновой насыпи.
                                                                                                   В.А.Зальцман,  г.Челябинск
Журнал "Нивы России" №3 (147) апрель 2017
Комментарии (0)

Нет комментариев. Ваш будет первым!

Яндекс Директ