Вантажознавство (продовольчі вантажі – біологічні процеси і впливи). Навчальний посібник

40

сховищ, конденсації водяних парів у шпаринах зернової маси, а також через явище термовологопровідності (при значних перепадах температур). Сумарна вологість окремих зерен або цілого шару в зерновій масі може бути значно вище її середньої вологості. Цим пояснюється факт проростання зерен у партіях, середня вологість яких значно нижче необхідної для проростання.

При проростанні насіння велику роль грають температурні умови. Наприклад, насіння кукурудзи при сприятливій температурі починало проростати, коли воно всмоктувало приблизно половину необхідної для цього процесу вологи, а при нестачі тепла воно проростало тільки після повного набрякання.

Насіння багатьох культур (наприклад, пшениці, жита, ячменя, вівса) невимогливі до температурного фактора й здатні проростати при температурі 1 – 2 С, а насіння кукурудзи, соняшника й проса більш теплолюбні й починають проростати при 8 – 10 С. Деякі сорти пшениці починають проростати й при –2 С. Такі температури часто спостерігаються в зерновій масі й навіть досить бажані, тому що в значній мірі обмежують життєдіяльність мікроорганізмів, комах і кліщів. Із цього слідує, що температура рідко буває фактором який обмежує можливість проростання насіння при зберіганні.

Для насіння, що проростає, необхідний О2 повітря не тільки для дихання, але й для новоутворення білків, цукрів й інших з'єднань (до складу рослинної клітини входить 42 % О2). До О2 вимогливе насіння ячменя, вівса й пшениці, яке не пройшло післязбирального дозрівання. Однак, при зберіганні, насіння практично не зазнає нестатку в О2, і цей фактор не може лімітувати (від лат. limes – границя, межа).

Проростання супроводжується посиленим дихання, значним виділенням енергії у вигляді тепла, а втрати сухої речовини іноді досягають 45 – 57 %. На пророслому зерні спостерігається бурхливий розвиток мікрофлори, а цвілі зберігання роблять зернові маси не придатними для використання.

Сухі речовини, які залишилися, за цей же час перетерплюють істотні зміни. Високомолекулярні колоїдні запасні речовини зерна при участі води й ферментів перетворюються в кристал-подібні (рос. кристаллоидные), добре розчинні й які легко дифундують через оболонки клітин. У зернах, багатих вуглеводами, особливо енергійно йде процес гідролізу крохмалю до цукрів.

При проростанні зерна спостерігаються морфологічні зміни – міняється структура зерна, розвиваються клітини й тканини зародка, з'являється паросток. Частина гідролізованих речовин використовується зерном для побудови клітин і тканин, що розвиваються. У паростках підвищений вміст клітковини, яка утворюється із цукрів насінням що проростає, і витрачається на побудову оболонок нових клітин рослини.

У процесі проростання насіння, під впливом ферментів, крохмаль розкладається до цукру, що використовується як у процесі дихання, так і для синтезу нових з'єднань. Розпад запасних білків здійснюють ферменти, активність яких зростає в міру проростання насіння. Внаслідок цього відбувається деполімеризація й гідроліз високомолекулярних з'єднань і, зокрема, білків зерна. У зерні знижується вміст білків, збільшується кількість небілкових азотистих з'єднань і вільних амінокислот. Знижу-

41

ється вміст клейковини, погіршується її якість.

У результаті явищ, які спостерігаються при проростанні зерна, відбувається зміна його технологічних якостей. Різко погіршуються борошномельні та хлібопекарські якості й зменшується вихід продуктів при переробці. Таким чином, через проростання при зберіганні в зерновій масі відбуваються наступні явища:

–зменшення у вазі сухої речовини;

–значне виділення тепла, яке призводить до підвищення температури зернової маси й посиленню в ній всіх процесів життєдіяльності;

–погіршення якості зерна.

При правильній організації зберігання зерна, проростанню завжди можна запобігти. Спостереження за вологістю зерна в окремих її ділянок і шарів, а також перевірка партій зерна на вміст домішок (наприклад, виявлення пророслих або зерен які починають проростати) дозволяють вчасно виявити це явище на початковій стадії.

2.4 Довговічність

Під довговічністю розуміють період, протягом якого продукт зберігає свої насінні, технологічні або продовольчі властивості. Довговічність посівного матеріалу менше, ніж технологічна або продовольча. Стійкість деяких продуктів (наприклад, овочів, картоплі, плодів й ін.) при зберіганні й пов'язану із цим можливу тривалість зберігання називають лежкістю.

Якість продуктів при зберіганні знижується (за винятком перевищення межі довговічності) головним чином внаслідок небажаних процесів: можливого проростання багатьох з них; дії мікроорганізмів або комах; псування й забруднення гризунами або птахами; у результаті пошкоджень (травмування).

Довговічність насіння залежить від багатьох причин: газонепроникності покривних тканин, хімічного складу, ступеня обводнення насіння до збирання врожаю й вмісту вологи в ньому при зберіганні, початкового рівня обміну речовин, рівня зараженості та складу мікрофлори насіння, умов зберігання й ін.

Розрізняють довговічність біологічну й господарську. Під першою розуміють той проміжок часу, протягом якого зберігаються здатними до проростання хоча б одиничні зернини. Більше значення для практики має господарська довговічність, тобто той період зберігання насіння, протягом якого воно залишається кондиційними по схожості й відповідає вимогам державного нормування по посівних якостях. Технологічна довговічність – строк зберігання товарних партій зерна, що забезпечує їхні повноцінні властивості для використання на харчові, кормові або технічні потреби. Технологічна довговічність звичайно значно більша довговічності біологічної й господарської.

Довговічність зерна й насіння залежить від багатьох факторів, з яких основними є: приналежність до ботанічного виду, умови вирощування, дозрівання, обробки (наприклад, очищення, сушіння, протравляння й ін.) і зберігання.

Довговічність насіння має велике значення з кількох причин.

По-перше, частина насіння використовується як посівний матеріал, тому необ-

42

хідно знати:

–довговічність насіння при оптимальних для нього умовах зберігання;

–фактори, які збільшують період життєдіяльності насіння;

–фактори, які скорочують період життєдіяльності насіння.

По-друге, через сезонність одержання врожаю, необхідно знати можливість тривалого зберігання партій зерна без погіршення його технологічних якостей.

Зерно, як і всякий живий організм, у процесі свого життя старіє. Старіння викликає ослаблення всіх фізіологічних процесів внаслідок зміни активності органів і окремих клітин. При старінні насіння відбувається відмирання окремих клітин і навіть ділянок утворювальної тканини зародка – меристеми (від грець. meristos – який ділиться), причому відмирання цих клітин відбувається значно раніше, ніж запасних тканин зерна. Останні зберігають здатність до виконання своїх життєвих функцій більш тривалий час.

Причинами старіння насіння є різні різнохарактерні процеси: втрата дихальної активності; руйнування хромосом; збільшення проникності мембран; утворення токсичних продуктів; руйнування гормонів, необхідних для проростання; денатурація білків і самоокислення жирів, яка супроводжується утворенням вільних радикалів (від лат. radix – корінь). У старіючого насіння: знижується вміст вуглеводів, які витрачаються на дихання, та активність окислювально-відновних систем; послабляється дихання; у зерні накопичується аміак, який пригнічує життєздатність насіння. У такого насіння знижується активний імунітет і при зберіганні зерна, що втратило схожість, воно інтенсивно уражаються цвілевими грибами.

Основна спрямованість старіння насіння протилежна дозріванню: змінюється біохімічний склад зерна; у білків знижується розчинність; поступово міняється амінокислотний склад білків; знижується частка доступного лізину. Ці зміни особливо помітно протікають у перші місяці зберігання, а також при тепловому сушінні зерна.

Згодом кількість вуглеводів знижується через їхню витрату на дихання, але потім спостерігається поступовий ріст вмісту розчинних вуглеводів за рахунок ослаблення процесу дихання.

Уліпідному комплексі зерна, яке зберігається, протікають ферментативні процеси – розщеплюються фосфоліпіди, гліцериди; при цьому накопичуються вільні жи-

рні кислоти. Під дією О2 повітря й ферментів вони окисляються, утворюються перекиси, гідроперекиси й інші продукти окислювання.

Упроцесах втрати схожості, особливо у олійного насіння, деяка роль належить

іжирам. Останні при тривалому зберіганні змінюють свої властивості й структуру. Повітря, що дифундує через оболонки насіння, призводить до окислювання жирів, у результаті якого утворюється тверда маса, або плівка, яка облягає (огортає) зародок. У результаті зародок виявляється ізольованим від води й приведення його в активний стан стає неможливим, зародок втрачає здатність до проростання.

В основі довговічності насіння лежить його біологічні й анатомічні особливості. Насіння із щільними плодовими й насінними оболонками, а також які мають ущільнений шар палісадних (від франц. palissade – частокіл, загородь) клітин, мають більшу довговічність. Певний вплив робить і хімічний склад насіння. Насіння, яке має

43

у своєму складі смолисті речовини більш довговічне, ніж насіння, що не містить цих речовин.

Насіння, залежно від їхньої довговічності, розділені на три біологічних класи: мікро-, мезо- (від грець. mesos – середній, проміжний) і макробіотичні:

–до першого класу відноситься все насіння, життєдіяльність якого не перевищує 3 років;

–до другого – яке має довговічність понад 3 до 15 років;

–до третього – усе насіння з довговічністю понад 15 років.

Насіння злакових культур при нормальних умовах зберігання повністю втрачає схожість через 10 – 12 років, хоча відомі випадки, коли насіння має схожість і після більше тривалого зберігання.

При зберіганні насіння, в ньому відбуваються мутаційні процеси – структурні зміни самих хромосом і зміна якості спадкоємних задатків, наявних у хромосомі. Із цих причин зберігання насіння, призначеного до використання як посівний матеріал, повинне бути не дуже тривалим. Скорочення довговічності насіння при зберіганні може відбутися в результаті ряду причин:

–надлишкове висушування насіння і занадто малий вміст вологи (7 – 10 %) сприяють відмиранню клітин зерна;

–зниження схожості можливо при термічному сушінні зерна, якщо встановлений неправильний режим сушіння або неправильно працює сушильний агрегат (наприклад, занадто висока температура теплоносія, нерівномірний обігрів зерна й ін.);

–утримання насіння без доступу або з обмеженим доступом повітря знижує схожість у вологого насіння;

–особливо швидко може бути втрачена схожість насінням у випадку розвитку на ньому мікроорганізмів.

Зерна злакових і бобових рослин, які не зіпсовані мікробами або комірними шкідниками, ще протягом ряду років після втрати схожості можуть бути використані для технологічних цілей. Але в міру зберігання цих зерен, вони будуть усе більше й більше втрачати свої технологічні якості. Борошно, отримане з такого зерна, буде мати знижену ферментативну активність, у зв'язку із чим подовжується строк шумування тіста й можливе зменшення виходу хліба. У круп'яних культур (наприклад, просо, гречка) буде спостерігатися крихкість ядра, у результаті чого зменшується вихід доброякісної крупи. Ячмінь при зниженні схожості стає непридатним для готування солоду. В олійних культурах відбуваються розпад і окислювання жирів. Отримане масло буде менш придатно для харчових і деяких технічних цілей.

Старіння також іде під дією ферментативного комплексу зерна й при участі О2 повітря. Однак основна спрямованість його протилежна дозріванню. Всі процеси старіння колоїдів у зерні протікають значно повільніше, ніж у продуктах його переробки. Тому резервне зберігання хлібних продуктів у всіх країнах здійснюється саме

увигляді сировини, а не борошна й крупи. Навіть при самих сприятливих умовах зберігання, життєві процеси в зерні тривають (хоча й з малою інтенсивністю) і колоїди, які утворюють зерно, поступово змінюються, старіють, знижують свою харчову цінність.

44

2.5Самозігрівання

2.5.1Особливості процесу самозігрівання

Всі швидкопсувні вантажі тваринного й багато рослинного походження (наприклад, плодоовочі) у наслідку своїх специфічних властивостей і особливостей перевезення й зберігання менш піддані (або зовсім не піддані) негативному впливу процесів їх самонагрівання. Негативний вплив процесу самозігрівання в більшому ступені проявляється під час перевезення й зберіганні насипних вантажів – зерна, насіння і продуктів їхньої переробки. Самозігріванням (або самонагріванням) зернової маси називають явище підвищення її температури внаслідок фізіологічних процесів, що протікають у ній, і її поганої теплопровідності.

Осередок (рос. очаг) самозігрівання, який утворюється, не залишається локалізованим (від лат. localis – місцевий, locus – місце). Тепло передається в сусідні ділянки насипу, що, у свою чергу, сприяє активізації в них фізіологічних процесів і теплотворенню. Якщо не прийняти заходів до ліквідації (від лат. liquidatio (linquere) – залишати, покидати) процесу самозігрівання, який почався, то вся зернова маса виявиться в стані зігрівання.

Самозігрівання призводить до значних втрат у масі сухої речовини зерна й зниженню її харчових, кормових і посівних якостей. При запущених формах самозігрівання партія зерна взагалі може бути непридатною до використання.

Фізіологічною основою самозігрівання є дихання всіх живих компонентів зернової маси, яке призводить до значного виділення тепла. Фізичною основою самозігрівання є погана теплопровідність зернової маси. Утворення тепла в тій або іншій ділянці зернової маси, що перевищує віддачу його в навколишнє середовище, дає типову картину самозігрівання.

Зернова маса, як правило, складається із зерна основної культури, зерен інших культур, насіння бур'янистих рослин, мікроорганізмів, комах і кліщів. Процеси дихання зерна вже були описані раніше, тому зараз розглянемо більш докладно вплив інших складових зернової маси.

В утворенні тепла в зерновій масі мікроорганізмам належить значна, а іноді провідна роль. Чисельний і видовий склад мікроорганізмів у процесі самозігрівання перетерплює наступні зміни:

–початок процесу – збільшення кількості мікроорганізмів, у тому числі епіфітних (від грець. epi – на, над, понад, при, після й phyton – рослина) бактерій і цвілевих грибів (цвілі);

–розвиток процесу (підвищення температури до 25 – 40 °С) – подальше збільшення кількості мікроорганізмів, посилений розвиток цвілевих грибів і актиноміцетів (від грець. aktis (aktinos) – промінь), значне скорочення епіфітної мікрофлори. Актиноміцети – мікроскопічні організми (інакше називані променисті гриби), близькі до бактерій і які утворюють гіллясті (розгалужені) клітини або гіфи (від грець. hyphe – тканина, павутина);

–процес, що зайшов далеко (підвищення температури вище 40 – 50 °С) – повне зникнення епіфітних бактерій, зменшення чисельності цвілевих грибів, накопичення

45

коків (від грець. kokkos – зерно) – бактерій кулястої форми й спороутворюючих термофільних бактерій, зниження загальної кількості мікроорганізмів у зерновій масі;

– кінцевий етап – подальше зниження чисельності мікроорганізмів.

Партії зерна, які хоча б один раз підлягали частковому самозігріванню, стають нестійкими при зберіганні навіть після ліквідації цього процесу. Пояснюється це тим, що активний розвиток мікроорганізмів призводить до руйнування покривних тканин зерна, а мікрофлора яка чисельно зросла, при найменших сприятливих умовах знову активізується й швидко призводить до підвищення температури зернової маси.

У процесі самозігрівання найбільше значення мають цвілеві гриби. Більша частина енергії, що вивільняється цвілевими грибами зі споживаних речовин, не використовується на власні потреби. Тільки 5 – 10 % енергії використовується для синтетичних цілей, інша енергія у вигляді тепла виділяється в навколишнє середовище. У порівнянні з іншими рослинними об'єктами вони мають величезну інтенсивність дихання. Так, наприклад, дводенна культура цвілевого гриба (цвілі) виділяє 1750 – 1870 мг СО2 на 1 г сухої речовини за 24 год., а інтенсивність дихання сухого зерна пшениці або жита за той же період перебуває в межах 0,1 – 0,02 мг.

Самозігрівання починається раніше й протікає більш інтенсивно в зернових масах, які містять насіння бур'янистих рослин, пил й інші домішки. Енергійне дихання насіння бур'янистих рослин, що звичайно має більшу вологість, ніж основне зерно, сприяє накопиченню тепла. Тим більше, що вміст мікроорганізмів у неочищеній від пилу й бур'янів зерновій масі набагато більший, ніж в очищеній.

При великій зараженості зернової маси комахами-шкідниками, їхньому скупченні в певних її ділянках і наявності сприятливих умов для їхнього розвитку, виділяється дуже багато тепла. Наприклад, комірний і рисовий довгоносики, у процесі їхнього розвитку виділяють значно більше тепла на одиницю маси свого тіла, ніж така ж кількість сухої речовини зерна. Крім виділення тепла, комахи й кліщі, руйнуючи покривні тканини зерна, сприяють розвитку цвілевих грибів й інших мікроорганізмів, що також прискорює процес самозігрівання зернової маси.

Причинами самозігрівання можуть бути: грубе (істотне) порушення технології зберігання зерна й насіння; відсутність належного контролю за їхнім станом, особливо у свіжозібраних партій зерна, яке не пройшло періоду післязбирального дозрівання й яке находиться в активному фізіологічному стані.

Тому температура зернової маси, що зберігається, повинна перебувати під повсякденним контролем. При невеликому підвищенні температури (на 1 – 3 С) проводять активне вентилювання сухим холодним повітрям. Якщо зерно після цього продовжує грітися, то його необхідно переміщати в резервний силос, пропускаючи при цьому через зерносушарку й зерноочисну машину для охолодження.

2.5.2Стадії самозігрівання зерна

Змоменту виникнення, розвиток самозігрівання зернових мас послідовно прискорюється, протікає як би по типу ланцюгової реакції. Температура зернової маси в перший період самозігрівання підвищується повільно, але, досягши 25 – 27 °C, про-

46

цес прискорюється, вологість зерна інтенсивно наростає, швидкими темпами йде процес гідролізу білків, крохмалю, жирів, і температура зерна, що гріється, досягає 40 – 50 °C. При такій температурі гине термочутлива мікрофлора, але термофільні мікроорганізми продовжують діяти, температура в зерні досягає 65 – 70 °C.

При температурах 10 – 15 °С початкові стадії самозігрівання розвиваються дуже повільно, а при температурах нижче 8 – 10 °С воно звичайно не виникає. У зв'язку із цим, процес самозігрівання зерна можна умовно розділити на 3 стадії.

Перша (початкова) стадія – посилений дихання зерна – характеризується порівняно повільним наростанням температури до 24 – 30 °C. У стані зерна помітних змін не спостерігається. У глибині насипу зерно на дотик сухе. У цілому колір зерна поки не змінюється, тільки темніють зародок у кукурудзи й недоспілі зерна вівса. У зерні підвищуються частка моносахаридів, титруема кислотність і кислотне число жиру. Активність ферментів істотно зростає. З активізацією життєдіяльності цвілі, у зерні з'являється цвілий запах, який після сушіння не пропадає, але змінюється його характер, що при органолептичному аналізі сприймається як затхлий (комірний). У цей період самозігрівання на зародках з'являється цвіль, знижується схожість зерна.

Друга стадія характеризується підвищенням за короткий строк температури до 34 – 38 °C і значними втратами в якості й масі. Зерно відіпріває, знижується сипкість, особливо у вівса і ячменя, темніють плівки, й вони з ясно-жовтого цвіту стають жовтими. У зерні з'являються продукти шумування з легким запахом солоду й печеного хліба. Змінюється колір зерна пшениці. Спочатку зерно знебарвлюється, потім його поверхня здобуває червонуватий відтінок, а ендосперм – сіруватий. Така зміна цвіту спостерігається в першу чергу в недостиглих зернах. На цій стадії самозігрівання насіння олійних культур, під дією ферментів самого насіння і мікрофлори відбувається гідроліз триацетилглицеролів з наступним розпадом жирних кислот до продуктів, які використовуються для дихання. При переробці такого насіння уже неможливо одержати якісне масло, тому що в нього починають переходити структурні ліпіди й продукти їхнього гідролізу, окислювання й полімеризації.

Третя стадія самозігрівання (запущена) наступає при підвищенні температури до 50 – 60 °C і вище. Зерно в цей період самозігрівання здобуває сильно виражений затхлий, гнильний запах внаслідок повного його псування. Гнильний запах створюють продукти розпаду органічних речовин зерна в різноманітних співвідношеннях, що обумовлює його різні відтінки. Гнильні запахи утворює аміак, сірководень, індол, скатол, феноли й інші низькомолекулярні летучі продукти, у тому числі й метан. Виділення в сховищах метану в процесі самозігрівання веде до утворення вибухонебезпечної суміші.

З розвитком самозігрівання й підвищенням температури в зерні до 50 – 55 °C відбувається самоліквідація термочутливих мікроорганізмів, на зміну їм приходять термофільні. Температура зернових мас, що гріються, у результаті їхньої життєдіяльності підвищується до 65 – 70 °C. З досягненням таких температур у зерні починають відбуватися вже реакції не біологічного, а термічного окислювання органічних речовин зерна. Через високі температури. дихання зерна уповільнюється, а потім і зовсім припиняється. Наступає розпад органічних речовин зерна, воно темніє аж до повного

47

почорніння. У міру розпаду речовин, у результаті самозігрівання, змінюються й фі- зико-механічні властивості зерна, знижується схожість зерна аж до повної її втрати.

Обвуглювання зерна спостерігається тільки при запущених формах самозігрівання, коли температура насипу досягає максимуму (70 – 75 °C) або близька до цієї межі. При обвуглюванні, зерно часто спікається в однорідну темну масу.

Якщо самозігрівання виникає в поверхневому шарі насипу (до 0,7 м від поверхні), то головною причиною псування зерна є його пліснявіння. При виникненні самозігрівання в глибинних шарах бурхливий розвиток плісняви затримується нестатком там О2, тому основною причиною псування є діяльність власних ферментів і висока температура. Зерно, яке зазнало самозігріванню більше, ніж у першій стадії, на харчові (іноді й кормові) цілі не використовується.

2.5.3 Теплофізичні характеристики зерна

Окремі зерна й зернова маса в цілому володіють рядом теплофізичних і масообмінних властивостей, з яких для зерна як об'єкта зберігання найбільше значення мають теплопровідність, температуропровідність, теплоємність, термовологопровідність.

Теплопровідність – властивість зернової маси передавати тепло. Теплопровідність зернової маси невисока, тому що її компоненти (зерно й повітря) – погані провідники тепла. Теплопровідну здатність характеризує коефіцієнт теплопровідності , Вт/(м К), що показує, яка кількість теплоти передається в одиницю часу через одиницю поверхні при зміні температури на один градус на одиницю довжини матеріалу

= Q / (F t t / ℓ),

де Q – кількість переданої теплоти, кДж; F – площа поверхні, м2;

t – час, с;

t – різниця температур, К; ℓ – лінійний розмір, м.

Зерно погано проводити тепло, його коливається в межах від 0,12 до 0,3 Вт/(м·К), в той час як, наприклад для міді 300 – 390 Вт/(м·К). Шпарини (простори між зернами) зернової маси на 30 – 70 % заповнені повітрям, яке погано проводить тепло та має, в порівнянні із зерном, меншу приблизно в 8 разів теплопровідність. Тому у зернової маси низька – 0,08 – 0,15 Вт/(м·К). У практиці зберігання зерна погана теплопровідність зернової маси і насіння дозволяє тривалий час зберігати їх в охолодженому стані, а холод – дешевий і незамінний консервант будь-якої сільськогосподарської (с/г) продукції. З підвищенням показника вологості зерна, теплопровідність зернової маси також підвищується. Через низьку теплопровідність зернової маси при сушінні зерна кондуктивним (від англ. conductivity – електропровідність) методом, можливий перегрів окремих шарів зерна, знижується схожість насіння, погіршуються технологічні достоїнства зерна.

Температуропровідність характеризує швидкість зміни температури в зерні,

48

його теплову інерцію, здатність за певний строк вирівнювати температуру в різних шарах насипу зерна. Коефіцієнт температуропровідності (м2/с) залежить від показників його вологості й температури та розраховується по формулі

= / (С ),

де С – питома теплоємність, Дж/(кг К);

– натура (натуральна маса або щільність) зерна, кг/м3.

Єрозходження в і . Вони полягають у тому, що показує, яка кількість теплоти передається в одиницю часу, тобто характеризує теплоізоляційні властивості, а

– температуропровідність – швидкість нагрівання або охолодження зернової маси, тобто тепло-інерційні властивості. Між цими коефіцієнтами спостерігається наступна

закономірність: зі збільшенням зростає, а при збільшенні питомої теплоємності зерна й щільності зернової маси зменшується.

Зернова маса характеризується низьким (від 1,7 10–7 до 1,9 10–7 м2/с) і має тому велику теплову інерцію. У зв'язку із чим насипи зерна тривалий час зберігають температуру, яку придбали в період надходження на зберігання. Приблизно 3 місяці потрібно для вирівнювання температури насипу висотою 4 м з температурою навколишнього повітря у складі.

Низька тепло- і температуропровідність зернової маси в технології зберігання розглядаються і як позитивне, і як негативна властивість зернової маси. Позитивним фактором є те, що маси зерна які зберігаються, можуть довго перебувати в охолодженому за зиму стані навіть при підвищених весняних температурах повітря в сховищах; негативним – через низку температуропровідність при інтенсивному диханні зернової маси й виділенні значної кількості тепла, може відбуватися її концентрація в нижніх шарах насипу, що викликає самозігрівання зерна або насіння.

При зберіганні у виробничих умовах поширення температурної хвилі в зерновій масі від верхніх шарів до нижніх в силу низкою температуропровідності відбувається дуже повільно. Тому температура в середньому шарі насипу практично залишається незмінною тривалий час. Таким чином, спостерігається повільне прогрівання зерна в силосі улітку (низькі температури утримуються в середніх і нижніх шарах зерна) і досить повільне охолодження зерна з настанням зими (утримується літнє тепло). Наприклад, зерно, прийняте в серпні й закладене на зберігання в не охолодженому стані, після настання холодів зберігає позитивну температуру протягом всіх зимових місяців, а зерно, яке прийняте в грудні й засипане в силос із мінусовою температурою, зберігає її до кінця липня.

Тепло в зерновій масі передається за рахунок теплопровідності в результаті безпосереднього контакту зерен між собою й за рахунок конвекції тепла повітряним потоком. При конвекції відбувається переміщення нагрітих часток повітря шпарин у шари зернової маси, які розташовані вище, з їх нагрівом.

Швидкість зміни температури в зерновій масі залежить від способу зберігання зерна, і виду зерносховищ. При зберіганні в складі, де товщина шару насипу зерна значно менша й зернова маса більш піддана дії атмосферного повітря, температура змінюється значно швидше, ніж у силосах елеватора. У внутрішніх силосах елевато-

49

ра температура зернової маси більш постійна, ніж у зовнішніх силосах. Теплоємність зернової маси характеризується питомою теплоємністю – ви-

тратою тепла при нагріванні 1 кг зерна на 1 °C. У зерні завжди присутнє якась кількість вологи, і внаслідок цього теплоємність зерна визначається як складова теплоємності абсолютно сухого зерна, яка рівна 1,32 – 1,55 кДж/(кг·К), й води – 4,19 кДж/(кг·К). Тому, питома теплоємність зерна СЗ розраховується як середня величина між теплоємністю абсолютно сухого зерна й води по формулі

СЗ = W / 100 СВ + (100 – W) / 100 СС,

де W – вологість зерна, %;

СВ – питома теплоємність води, кДж/(кг·К); СС – питома теплоємність сухої речовини зерна, кДж/(кг·К).

Так як теплоємність води значно вище теплоємності сухого зерна, то з підвищенням його вологості показник теплоємності зерна зростає. Наявність органічних і інших домішок у зерновій масі впливає на теплофізичні властивості зернової маси, а отже, рівняння для визначення таких характеристик зернової маси отримані трохи емпірично (від грець. empeiria – досвід) і застосовні тільки в певних межах.

Питома теплоємність при розрахунку процесу сушіння й охолодження вологих партій зерна й насіння є найважливішим показником теплофізичних характеристик. Наприклад, питома теплоємність зерна пшениці невисока й при вологості 10 – 15 % дорівнює 1,8 – 2,1 кДж/(кг·К).

Термовологопровідність безпосередньо пов'язана з теплофізичними властивостями зернової маси. Термовологопровідність – спрямоване переміщення в зерновій масі вологи, яке обумовлене градієнтом температур, їхнім перепадом. Градієнт (від лат. gradiens – крокуючий), вектор, що показує напрямок найшвидшої зміни даного скалярного поля. Інтенсивність термовологопровідності характеризує термоградієнтний коефіцієнт, що показує, який градієнт вологості створюється при температурному градієнті, рівному одиниці, і виражається в %/ К. Наприклад, його значення у сухого зерна твердої пшениці становить 0,022 – 0,026 %/ К.

Волога в зернових масах через перепади температури в різних шарах постійно переміщається в напрямку теплового потоку – від більш до менш нагрітих шарів. Це переміщення вологи має велике практичне значення для зберігання зерна. Так, через нерівномірний обігрів навесні стін зерносховища сонячними променями або при розміщенні не охолодженої зернової маси на холодній бетонній або асфальтовій підлозі, в ній виникає різкий перепад температур, що викликає міграцію (від лат. migro (migratio) – переходжу, переселяюся) вологи із шарів насипу з більшою температурою до шарів більш холодних. Охолоджуючись до температури нижче точки роси, вологе повітря утворює у цих шарах краплиннорідку вологу. Зерно являє собою колоїдно-пористе тіло, здатне поглинати воду з величезною сисною силою, рівною 500 – 700 атм. (1 атм. – 101,325 кПа). Тому краплиннорідка волога, яка з'явилася, негайно воложить зерно. При високій вологості ферменти, які є у зерні, активізуються, підвищується інтенсивність дихання й виникає самозігрівання зернової маси.

У виробничих умовах переміщення вологи звичайно є наслідком не тільки тер-