2.3. Гігроскопічні властивості зернової маси

Зерно та насіння всіх культур, як і продукти їх переробки, мають властивість за певних умов поглинати з оточуючого середовища /сорбувати/, або виділяти в оточуюче середовище /десорбувати/ різноманітні пари та гази.

В основі цього явища лежить два фактори:

1. Капілярно-шпарувата колоїдна структура зерна;

2. Шпаруватість зернової маси.

В зерновій масі проходять такі сорбційні явища:

Абсорбція - хімічні речовини, в тому числі і волога, вільно утримуються капілярними силами;

Адсорбція - між хімічними речовинами, присутніми в парах та газах, та хімічними речовинами зерна утворюються більш міцні зв’язки полярного або валентного типів;

Хемосорбція - утворюються хімічні зв'язки, наприклад, поглинання фумигантів при знезаражуванні зерна. Виділити такі речовини з зернової маси дуже важко.

Капілярна конденсація - механізм цього виду сорбції такий: молекули води в декілька шарів захвачуються активним центром сухої речовини. Перший, мономолекулярний шар, молекули води в ньому утримуються молекулами гідрофільної речовини дуже міцно. Вологість пшениці в такому стані дорівнює приблизно 5-6% і таке зерно може зберігатись десятки років. Рівень вологості близько 14% відповідає присутності в капілярах бімолекулярного шару. Молекули води прикріплені не до самих активних центрів, й до мономолекулярного шару, але тримаються ще досить міцно. Слід знати, що білкові молекули можуть утримувати до 240% води по відношенню до своєї маси, а молекули крохмалю - від 30 до 80%.

Гігроскопічність - здатність до сорбції, або десорбції парів води, тобто - це один з видів капілярної конденсації.

З фізичної точки зору вологообмін між зерном та оточуючим середовищем відбувається в двох напрямках:

1. Якщо парціальний тиск водних парів біля поверхні зерна менший тиску водних парів повітря, то проходить процес поглинання води, сорбція;

2. Якщо тиск парів біля поверхні зерна більший тиску парів повітря, то проходить процес віддачі води, десорбція.

Але за певних умов, коли тиск повітря і парів біля поверхні зерна однакові, настає стан динамічної рівноваги. Вологість зерна, що відповідає цьому стану називається рівноважна вологість.

На стан рівноважної вологості зерна впливають:

1. атмосферні умови під час збирання врожаю;

2. кліматичні особливості району зберігання;

3. температура повітря навколишнього середовища. Наприклад, зі зменшенням температури від 30 до 0⁰с рівноважна вологість збільшується на 1,4%;

4. хімічний склад зерна. Для олійних культур рівень рівноважної вологості приблизно в 2 рази менший, ніж для зернових;

5. явище сорбційного гістерезісу.

Тобто, в практиці зерно після висушування потребує більше (приблизно на 1,2 %/ вологи для доведення його до рівноважної вологості. Це пояснюється тим, що в зерні змінились рівні сорбції та десорбції, Найбільше розходження між ізотермами сорбції та десорбції при відносній вологості повітря від 20 до 80 %.

Слід зазначити, що максимальна рівноважна вологість зерна становить 33-36% і досягається при відносній вологості повітря 100%. Мінімальна рівноважна вологість становить 7-10% при відносній вологості повітря 15-20%.

В зв'язку з явищем сорбційного гістерезісу в зерновій масі ніколи не спостерігається природного повного вирівнювання вологості між окремими зернами. Рівноважна вологість встановлюється на 7-22 добу зберігання

Нерівномірне розподілення вологи в зерновій масі виникає внаслідок:

1. Нерівномірного розподілення вологи в кожній окремій зернівці.

Відомо, що найбільшу гігроскопічність має зародок, меншу - оболонки, ще меншу - ендосперм. Тому зародкова частина зернівки завжди більш волога навіть в сухому зерні. В зернах плівчастих культур більш зволожене ядро, менше - квіткові плівки. Крім того, відомо, що в зерновій масі присутнє насіння смітних рослин, що, як правило, має більшу вологість, яку під час зберігання воно віддає зернам основної культури, підвищуючи їх вологість.

2. Різної сорбційної здатності зерна, виповненості і крупності.

Дрібні та щуплі зерна внаслідок більшої активної поверхні та відносно більших розмірів зародку мають більшу вологість, ніж крупне і виповнене зерно. Великою гігроскопічністю володіють також биті зерна,

3. Відносної вологості повітря, яке надходить в зернову масу.

Рівноважна вологість швидше встановлюється в верхніх /до З0 см/ шарах насипу, прилеглих до атмосферного повітря.

4. Виділення вологи та тепла всіма живими компонентами зернової маси.

Життєдіяльність зерна, насіння, мікроорганізмів та шкідників завжди супроводжується виділенням вологи та тепла.

5. Стану зерносховищ,

В сухих, фундаментально побудованих зерносховищах зернові маси значно менше зазнають впливу негативного впливу атмосфери і краще зберігаються. Тому необхідно передбачити добру гідро - і теплоізоляцію елеваторів та складів.

Теплофізичні та масообміні властивості зернової маси

Теплоємкість - вказує яка кількість тепла необхідна для нагріву 1 кг зерна на 1 ºС. Характеризується величиною питомої теплоємкості і розраховується як середньозважена величина між теплоємкістю сухих речовин зерна та теплоємкістю води. Так, теплоємкість сухих речовин зерна становить 1550 Дж/кг'К, а води - 4190 дж/кг'К°.

Теплопровідність - це поширення тепла в речовинах або тілах без переміщення і променистого теплообміну. Характеризується коефіцієнтом теплопровідності. Зернова маса має низьку теплопровідність, її приймають рівною теплопровідності дерева. Коефіцієнт теплопровідності зернової маси коливається в межах 0,13-0,2 Вт/м'К. Слід зазначити, що на коефіцієнт теплопровідності зернової маси найбільший вплив має її вологість. Наприклад, овес з вологістю 38 % має удвічі більшу теплопровідність, ніж той самий овес з вологістю 9,9 %.

Температуропроводність визначає швидкість зміни температури в тому чи іншому матеріалі, тобто його теплоінерційні властивості. Зернова маса характеризується дуже низьким коефіцієнтом температуропроводності, він становить 1,7-1,9 х 10^-7 м²/с.

Термовологопровідність - це переміщення вологи в зерновій маси, обумовлене градієнтом температури. Цей показник характеризується - термоградієнтним коефіцієнтом. Під впливом термовологопровідності відбувається переміщення вологи в більш холодні шари зернової маси. Це явище досягає іноді таких розмірів, що стає можливим набухання зерен із-за їх зволожування до 50-70 %.