Хранение зерна осуществляется в зернохранилищах трёх типов: в ангарах напольного хранения; в бетонных силосах и в или металлических силосах. Они выполняют разные функции и, конечно, отличаются своими особенностями и преимуществами.
Наземный склад позволяет поддерживать постоянный режим хранения, достигается минимальное количество повреждённых семян, различные партии и виды зерна хранятся отдельно в закромах. Основным недостатком напольного варианта хранения является отсутствие механизации. Также этот способ хранения не позволяет экономить площадь. Зерновая насыпь не вентилируется в полном объеме.
Бетонный силос. Мощное надёжное хранилище с высоким уровнем теплоизоляционных свойств. Оно подойдёт для временного и длительного хранения зерна. Ему не страшны перегрузки, а сохранность содержимого не будет зависеть от перепадов температуры. Бетонные колодцы достаточно сложны в обслуживании. Ещё одним недостатком является значительное количество раздробленных от трения о бетон зёрен.
Металлический силос – наиболее современный бункер, имеет множество видов и размеров.
Современные силосы изготавливаются из алюминия, стали и различных сплавов. В нашей стране такие силосные комплексы стали довольно популярны. Это и не удивительно: они быстро возводятся, вмещают большой объем продукции, применяются все виды обработки зерна.
Также отдельно отметим преимущества металлических силосов с конусным дном:
быстро монтируются;
занимают небольшую территорию;
механизированные погрузочно-разгрузочные работы;
пожаробезопасны;
защищают зерновые культуры от грызунов;
дополнительное вентилирование и дезинфекция зерна;
быстро окупаются.
Как зерносклады и другие зернохранилища, силосы также имеют некоторые недостатки:
образовывается конденсационная влага в зерновых слоях, близких к стенкам, когда происходят резкие перепады температуры воздуха;
ограничение диаметра силосов с конусным дном (максимальный диаметр составляет 9 метров). Их вместимость достигает 1000 тонн.
Силосы с плоским дном гораздо вместительнее: диаметр может достигать 15 метров и более, а вместимость ─ более 6000 тонн.
Зерновая масса выгружается сквозь воронку, которая распологается в центре дна. Процесс осуществляется с помощью цепного конвейера, который размещают под днищем. Обегающим шнеком подаётся оставшееся зерно, а очистка дна силоса выполняется вручную или с помощью пневморазгрузчика. Уровень механизации процесса разгрузки металлического силоса с плоским дном уступает уровню механизации элеваторам и силоса с конусным дном.
Сравнивая виды хранения зерна, силосное зернохранилище более дорогое в строительстве, но полностью автоматизировано. Устанавливаются автоматические системы загрузки и разгрузки зерна, автоматизированного контроля уровня влажности и температуры. Автоматизация значительно снижает трудозатраты при эксплуатации.
Форма силосов─ это цилиндрическая ёмкость с прямым или конусным дном (для самотёчной выгрузки зерна). Цепной конвейер, размещённый под днищем, служит для выгрузки зерна из силосов.
Отличительными особенностями силосных зернохранилищ можно назвать:
внутреннее пространство хранилищ этого типа используется полностью (на 99,9%);
разные виды культур, зерно с разной влажностью, урожаи разных лет хранятся раздельно;
достигается высокая степень автоматизации процесса и сохранность зерновых культур;
высокая цена силосных зернохранилищ окупается в течение 2-4 лет за счёт отличной сохранности зерна и его высокого качества.
Брожение – процесс, который представляет собой совокупность окислительно-восстановительных реакций анаэробного расщепления органических субстанций (главным образом углеводов), с помощью которых микроскопические организмы получают необходимую им энергию.
Конечным акцептором отнятых от субстрата в процессе брожения электронов является легковосстановительные органические вещества.
Энергия, которая высвобождается при различных видах брожения, аккумулируется преимущественно в макроэргических фосфатных связях (в основном в виде АТФ).
Кроме энергообразующей функции, реакции брожения выполняют роль поставщика различных метаболитов для анаболических и катаболических синтетических процессов, происходящих внутри клетки.
Получение энергии путем различных видов брожения (так называемый бродильный тип метаболизма) довольно часто встречается у грибов, бактерий, особенно дрожжей, а также простейших. Конечные продукты и пути ферментации и широко варьируют и обусловлены видом микроскопического организма, а также веществом (питательным субстратом) и условиями ферментации.
В зависимости от превалирующих или особо типичных продуктов выделяют:
спиртовой бродильный процесс, которое осуществляется мукоровыми грибами и дрожжами;
молочнокислый тип брожения — молочнокислыми бактериями;
маслянокислый тип бродильного процесса — клостридиями;
муравьинокислый тип брожения — энтеробактериями;
лимоннокислый тип брожения — грибами;
пропионовокислая реакция брожения — пропионовокислые бактериями
бутанол-ацетоновый вид брожения — клостридиями;
метановый вид брожения – особыми метановыми бактериями.
Культурные молочнокислые бактерии используют в производстве молочной кислоты путем брожения, в хлебопечении и спиртовом производстве. Они превращают сахар в молочную кислоту.
В спиртовой промышленности молочнокислое брожение может применяться для подкисления дрожжевого сусла. Молочная кислота стимулирует развитие дрожжей и подавляет развитие посторонних микроорганизмов.
Дикие молочнокислые бактерии кроме молочной кислоты образуют ряд летучих кислот, неблагоприятно влияющих на ход технологического процесса, поэтому в бродильной промышленности с ними ведут борьбу.
Маслянокислые бактерии сбраживают сахар в масляную кислоту.
Маслянокислое брожение используют для производства масляной кислоты, эфиры которой применяются в качестве ароматических веществ. В спиртовом производстве маслянокислые бактерии являются вредителями, так как масляная кислота подавляет развитие дрожжей и инактивирует фермент амилазу.
Особым видом маслянокислых бактерий являются ацетоно-бутиловые бактерии. Они превращают крахмал и другие углеводы в ацетон, бутиловый и этиловый спирты.
Ацетоно-бутиловые бактерии используют в качестве возбудителей брожения в ацетоно-бутиловом производстве.
Уксуснокислые бактерии используют в бродильной промышленности для получения уксуса (раствор уксусной кислоты).
В спиртовом производстве уксуснокислое брожение является вредным процессом, так как окисление спирта приводит к уменьшению выхода его, а образующаяся уксусная кислота угнетает развитие дрожжей. В пивоварении уксуснокислые бактерии ухудшают качество пива, могут вызвать порчу его.
Экзоферменты не связаны со структурой протоплазмы, легко выделяются в субстрат при жизни микробной клетки (гидролитические ферменты), растворимы в питательной среде и проходят через бактериальные фильтры.
Эндоферменты прочно связаны с бактериальной клеткой и действуют только внутриклеточно, осуществляя дальнейшее разложение питательных веществ и превращение их в составные части клетки. К таким ферментам можно отнести, например, дегидрогеназы, оксидазы.
Жесткость — комплексный показатель, в большей степени зависящий от концентрации в воде ионов кальция и магния. Количественно измеряется в мг-экв/л (миллиграмм-эквивалент на литр). Вода глубоких подземных источников имеет более высокую жесткость (8-10 мг-экв/л), а поверхностных источников — относительно небольшую (3-6 мг-экв/л).
Жесткая вода содержит много растворенных минеральных солей, что при нагревании приводит к образованию накипи. Накипь— твердый нерастворимый осадок на внутренних стенках водопроводных труб, котлов, бытовых нагревательных приборов.
Вода считается пригодной для питья, если ее жесткость не превышает 7-10 мг-экв/л.
Окисляемость характеризует содержание в воде растворенных органических соединений. Высокие показатели окисляемости означают, что вода сильно загрязнена бытовыми стоками. Недопустимо, чтобы в колодец попадали сточные воды с содержанием белков, жиров и углеводов, эфиров, органических кислот, фенолов, нефти, спиртов и т.п.
Щелочность — показатель, логически противоположный кислотности. Щелочность природных и технических вод – способность содержащихся в них ионов нейтрализовать эквивалентное количество сильных кислот.
Показатели щелочности воды необходимо учитывать при реагентной подготовке воды, в процессах водоснабжения, при дозировании химических реагентов.
Если концентрация щелочноземельных металлов повышена, знание щелочности воды необходимо при определении пригодности воды для систем орошения.
Щелочность воды и показатель pH используются в расчете баланса угольной кислоты и определении концентрации карбонат-ионов.
Сухой остаток. Эта величина характеризует количество растворенных неорганических и органических веществ. В первую очередь это сказывается на органолептических свойствах воды. Установлено, что до 1000 мг/л вода может быть использована для водопотребления.
Величина сухого остатка влияет на вкусовые качества питьевой воды. Человек может без риска для своего здоровья употреблять воду с сухим остатком до 1000 мг/л. При большем значении вкус воды чаще всего становится неприятным горько-соленым. Следует также отметить, что у воды с низким уровнем сухого остатка вкус может отсутствовать и употреблять ее тоже не очень приятно.
Биологические показатели качества воды можно разделить на прямые и косвенные. Прямые показатели – это общее число бактерий и количество кишечных палочек. Загрязнение микрофлорой характеризуется так называемый микробным числом, т.е. количеством бактерий в 1 мл воды.
Сыпучесть – способность зерна перемещаться по какой-либо поверхности, расположенной под некоторым углам к горизонту.
Сыпучесть объясняется тем, что она в своей основе состоит из отдельных мелких твердых частиц – зерен основной культуры и примесей. Так, в 1 т зерновой массы пшеницы насчитывается 30-40 млн. зерен, а в 1 т проса – 150-190 млн. зерен.
Зерновая масса обладает хорошей сыпучестью, что используют при перемещении зерна конвейерами, нориями, при загрузке в бункера, силосы и выпуске из них самотеком. сыпучесть зерновой массы определяет минимальный угол наклона бункеров и силосов элеваторов на мукомольных, крупяных, комбикормовых заводах, ее учитывают при расчетах зернохранилищ на прочность и т.д. Сыпучесть характеризуют углом естественного откоса, т.е. углом между диаметром основания и образующей конуса, получающегося при свободном падении зерновой массы на горизонтальную плоскость. На сыпучесть влияет: форма, размер, характер и состояние поверхности зерен, влажность, примеси и т.д.
Скважистость – зерновая масса при размещении в складах или силосах не образует плотной массы; между ее твердыми компонентами остаются свободные промежутки, заполненные воздухом. Наличие скважин в межзерновой массе влияет на многие физические и физиологические процессы, протекающие в ней. Так, воздух, перемещающийся по скважинам, способствует передаче тепла путем конвекции и перемещению влаги через зерновую массу в виде пара. Значительная газопроницаемость зерновой массы позволяет использовать это свойство для продувания их воздухом (при активном вентилировании), или вводить в них пары различных отравляющих веществ для обеззараживания (дезинфекции). Запас воздуха в скважинах нужен и для сохранения жизнеспособности семян. Таким образом, скважистость имеет техническое и физиологическое значение.
Гигроскопичность зерновой массы. Способность зерновой массы поглощать пары воды из воздуха или выделять их в окружающее пространство называют гигроскопичностью. Исследования показывают, что при хранении зерна в производственных условиях наблюдается самопроизвольное изменение влажности зерна. При хранении его во влажной атмосфере происходит увлажнение, а в сухой – подсыхание.
Влагообмен между зернами и воздухом может происходить в двух противоположных направлениях: а) передача влаги от зерна к воздуху – процесс десорбции – происходит, если парциальное давление водяных паров у поверхности зерна больше, чем в воздухе; б) увлажнение в связи с поглощением влаги из окружающего воздуха – процесс сорбции – происходит, если парциальное давление водяных паров у поверхности зерна меньше, чем в воздухе. Влагообмен между воздухом и зерном прекращается, когда парциальные давления водяного пара в воздухе и над зерном равны. В этом случае наступает состояние динамического равновесия. Влажность зерна, соответствующая этому состоянию, называется равновесной. Ее используют для выбора режимов активного вентилирования зерна, сушки, для выявления условий безопасного хранения зерна.
В практике равновесная влажность всех злаковых и гречихи колеблется в пределах от 7 до 33-36 %.
Как показали исследования, для достижения полного равновесия требуется стационарный режим в течение 9 и более суток. В производстве такого не бывает, поэтому наружные участки зерновой насыпи, соприкасающиеся с воздухом, непрерывно изменяют свою влажность.
При длительном хранении зерновой массы с повышенной влажностью в условиях низкой относительной влажности воздуха происходит постепенное снижение их влажности. Наоборот, сухая зерновая масса при хранении в складе с воздухом, более насыщенном водяными парами, увлажняется и ее масса увеличивается. Подобные изменения носят и сезонный характер, т.к. насыщенность воздуха влагой в разные месяцы различна.
Теплопроводность зерновой массы. Свойство зерновой массы передавать тепло называется ее теплопроводностью. Зерновая масса является плохим проводником тепла. Тепло в зерновой массе передается благодаря двум ее свойствам теплопроводности и конвекции.
Теплопроводность заключается в том, что тепло в зерновой массе передается от зерна к зерну при непосредственном соприкосновении.
Конвекция состоит в перемещении нагретых частиц воздуха меж зерновых
пространств в вышележащие слои зерновой массы. Нагретые частицы воздуха становятся легче, перемещаются в верхние слои зерна и нагревают их.
Плохая теплопроводность позволяет длительное время удерживать в ней низкую температуру (при которой она была заложена на хранение), что имеет очень важное значение для сохранности зерна. Холод является хорошим консервантом зерновой массы.
Явление термодиффузии влаги в зерновой массе. Изучение перемещения влаги (миграции) в капиллярно-пористых материалах показало, что перемещение влаги происходит также под влиянием температурного градиента, т. е. когда создается разность температур в различных участках тела (материала).
Исследование перемещения влаги в зерновой массе под влиянием разницы температур впервые было проведено в 1939 г. Васильевой и Цыганковой (Московский государственный университет). Опыты показали, что такое перераспределение влаги происходит даже при очень низкой первоначальной влажности зерна. В местах, где более низкая температура, возникают очаги повышенной влажности, а в местах с более высокой температурой — очаги пониженной влажности. Происходит это исключительно под влиянием температурных изменений при полной физико-химической неизменяемости коллоидов зерна. Влага перекочевывает на участки, обладающие пониженной температурой, даже если разница в температуре не превышает 1—3°. Эти опыты впервые показали, что сухое зерно может испортиться из-за нарушения равномерности температуры в насыпи.
Перемещение влаги, о котором сказано выше, может быть объяснено следующими процессами:
1) явлением термодиффузии влаги, т. е, перемещением ее в виде жидкости;
2) перемещением водяных паров и их конденсацией на поверхности более холодных слоев зерновой массы и последующим поглощением влаги зернами.
Основная цель замачивания - довести зерно до требуемой влажности, очистить его от пыли и грязи, удалить легкие зерновые и незерновые примеси, продезинфицировать зерно.
Переход зерна из состояния покоя к первым признакам жизни начинается с процесса набухания. В зерне появляется свободная влага в виде пара или в капельно-жидком состоянии. При наличии достаточного количества влаги зерно быстро увеличивается в объеме. Скорость поглощения влаги зависит от особенностей используемого зерна. Крупные зерна поглощают ее медленнее, так как их поверхность, отнесенная к единице массы, меньше.
Весь процесс взаимодействия зерна с водой можно разделить на три этапа. Начальный этап длится от 0,5 до 1,0 часа, за это время происходит влагонасыщение плодовых и семенных оболочек, алейронового слоя и зародыша. Основной этап составляет от 5 до 12 часов, за это время происходит перенос влаги внутрь эндосперма. Заключительный этап длиться до суток и более, при этом завершается распределение влаги по анатомическим частям.
Длительное нахождение зерна в воде приводит к активации биохимических процессов в прорастающей зерновке, которые заключаются в интенсивном гидролизе высокомолекулярных соединений, расположенных в эндосперме, и переводе их в водорастворимое состояние, доступное для подачи в росток, наряду с этим возрастает дыхательный газообмен зерна При замачивании первоначальный захват воды производят плодовые оболочки, которые имеют большое количество капилляров, пор, пустот, служащих резервуарами для первичного накопления влаги. Вода, поглощенная плодовыми оболочками, связана непрочно и легко может испариться. Зародыш, богатый белками, липидами и углеводами, по своей биологической роли и физической структуре обладает способностью интенсивного поглощения влаги. Эндосперм, состоящий главным образом из крахмала и белков, также способен поглощать значительное количество воды, но ее поглощение сдерживается оболочками и алейроновым слоем зерна С увеличением длительности увлажнения замоченного зерна наблюдается снижение содержания крахмала. Растворение крахмала у прорастающего зерна начинается около щитка и постепенно распространяется по эндосперму. Крахмал под действием α-амилазы расщепляется до растворимых углеводов – декстринов и сбраживаемых сахаров. Декстрины – это коллоидные вещества, растворимые в воде, имеющие значительно меньшую молекулярную массу по сравнению с крахмалом. Β-амилаза, действуя на крахмал и родственные полисахариды, образует путем инверсии мальтозу. Молекула мальтозы состоит из двух молекул глюкозы, и является конечным продуктом распада крахмала. Одновременно с крахмалом идет распад и клетчатки, являющейся основой оболочек и клеток зерна. Таким образом, содержание крахмала по сравнению с исходным зерном снижается. Значительная часть сахаров используется при дыхании зерна. Через 18 часов замачивания наблюдается рост содержания восстановливающих сахаров, что объясняется распадом крахмала.При прорастании происходит не только распад крахмала, но и значительные изменения белков зерна. При прорастании пшеницы содержание клейковины уменьшается, свойства ее изменяются в сторону ослабления. Аминокислоты, входящие в состав белков, являются конечными продуктами распада белков, которые используются при прорастании. Через клетки щитка аминокислоты поступают в зародыш так же, как и продукты распада крахмала и клетчатки, и идут на построение тканей развивающегося ростка.Как только в зерне появляется в избытке свободная влага, в нем начинается процесс быстрого распада жира. Сконцентрированные в основном в зародыше липиды являются важным источником энергии для прорастающего зерна, и в процессе прорастания их содержание резко снижается.