Еще один важный фактор заключается в том, что у влажного зерна изменяются в худшую сторону физические свойства. Снижается натура (то есть, вес какого-либо объема, например, 1 тн. зерна, в отличие от распространенного показателя веса 1000 шт. зерен) и сопротивление раздавливанию, ухудшается сыпучесть. Оболочки становятся гладкими и более эластичными. В результате, на механическое дробление приходится расходовать больше энергии, чем для сухого материала. Бывает и так, что переработка оказывается просто невозможной.
В период уборки различных зерновых культур, влажность урожая колеблется в значительном диапазоне – от 10% до 30% и более. По указанным выше причинам, определение данного параметра является важным этапом производственного процесса. В зависимости от его результатов, принимается решение о необходимости повышении качества посредством сушки.
Виды влаги в зерне
Определенное количество влаги в зерне есть всегда. Точное его значение зависит от множества факторов: климатических условий, вида культуры, особенностей ее анатомии, степени спелости, наличия гидрофильных коллоидов, условий уборки и последующего хранения.
Вода в зерне может находиться в трех состояниях:
-
Химически связанная. В этом случае молекулы Н2О, в строго определенных соотношениях, входят в состав молекул компонентов зерна. Чтобы удалить такую воду, надо прокалить материал, или провести химическую реакцию. В обоих случаях, структура входящих в зерно веществ окажется разрушенной.
-
Физически связанная. Сюда относится вода структурная, осмотически поглощенная и адсорбционная. Соотношения молекул Н2О могут варьироваться в некоторых пределах. Если они сорбированы присутствующими в зерне гидрофильными коллоидами, то выступать в качестве растворителя уже не могут. Перемещение таких молекул Н2О в теле зерна затруднено, как и участие в химических реакциях. В результате физиологические процессы с их участием почти не происходят. При высушивании такая влага, с трудом, но все же удаляется.
-
Механически связанная. Она располагается в имеющихся в теле зерна макро- и микрокапиллярах. Эта вода называется свободной. Она сохраняет все свои свойства и принимает участие в происходящих в зерне микробиологических, биохимических и физиологических процессах. Легко убирается высушиванием.
Физически и механически связанную воду, которую можно удалить из зерна в процессе сушки, называют гигроскопической.
Оценка влажности и ее критическое значение
По уровню влажности зерно может быть сухое, средней сухости, влажное или сырое. По каждой группе определены показатели в процентах, разные для различных культур. Например, для ячменя, ржи или пшеницы они составляют, соответственно: до 14% включительно; 14,1% — 15,5%; 15,6% — 17,0%; 17,1% и более. У некоторых бобовых эти цифры выше, у масличных – ниже. В частности, в сухом семени подсолнечника присутствует не более 7% влаги.
Лучше всего хранить сухое зерно. Свободная влага в нем практически отсутствует. А связанная, в основном, удерживается гидрофильными коллоидами. Влажность, при которой в зерне появляется свободная вода, после чего резко интенсифицируются дыхание, прорастание и прочие физиологические процессы, вследствие которых начинают активно развиваться микроорганизмы, называют критической.
По основным злакам нормальной для хранения считается влажность ниже 14%, то есть, меньше критической. В этом случае зерно можно относительно долго держать в насыпях высотой до 30 м и более. Если влажность на грани критической (зерно средней сухости), то интенсивность дыхания возрастает в 2 – 4 раза. Но, поскольку газообмен небольшой, то сроки хранения тоже достаточно долгие. У влажного зерна данный показатель увеличивается в 4 – 8 раз, у сырого – в 20 – 30 раз. При этом, с активным развитием микроорганизмов, наблюдается процесс выделения тепла – самосогревание, в процессе которого температура зерновой массы иногда поднимается до 75 град С.
Нормативные документы
Важность получения своевременной и точной информации о наличии влаги в зерне подтверждается тем, что по данной операции на государственном уровне приняты соответствующие нормативные документы:
-
ГОСТ 13586.5-2015 «Зерно. Метод определения влажности (с Поправкой)».
-
ГОСТ 29027-91 «Влагомеры твердых и сыпучих веществ. Общие технические требования и методы испытаний».
Есть и другие, например, ГОСТ 29305-92. В первом стандарте прописан метод измерения влажности зерна злаковых, включая кукурузу, и зернобобовых культур, по технологии воздушно-тепловой сушки. Данный способ считается эталонным и наиболее точным. Используется на перерабатывающих и хлебоприемных заводах, во время проведения контрольных замеров и в спорных ситуациях. Второй ГОСТ распространяется на влагомеры твердых и сыпучих веществ, принцип действия которых основан на использовании косвенных (электрических) методов: диэлькометрическом (объемном), кондуктометрическом, инфракрасном и сверхвысокочастотном. Приборы, работающие по прямым методам измерения, к сфере действия этого документа не относятся.
Методы определения влажности
Все методы измерения влажности твердых и сыпучих веществ делятся на две категории:
-
Прямые. Количество влаги в материале определяется непосредственно, путем его разделения на воду и сухое вещество.
-
Косвенные. Наличие влаги узнается путем измерения какой-либо физической величины, числовое значение которой связано с количеством воды в материале.
Прямые методы
В первую категорию измерения влажности твердых и сыпучих материалов входят способы: высушивание, дистилляционные, экстракционные и химические.
Наиболее распространенным является метод воздушно-тепловой сушки (термогравиметрический), описанный в ГОСТ 13586.5-2015. Суть его заключается в том, что навеску измельченного зерна взвешивают, а затем высушивают в специальном шкафу при температуре 130 град С в течение 40 мин. После этого – охлаждают в эксикаторе (без доступа влаги из атмосферы) и снова взвешивают. Влажность зерна определяют по формулам, исходя из полученных значений масс, и выражают в процентах. Достоинство метода заключается в его высокой точности. Недостатки – длительный процесс, необходимость наличия сушильного шкафа и вспомогательного оборудования, а также квалифицированного лаборанта.
Для ускорения сушки материала, могут применяться инфракрасные лучи или токи высокой частоты.
При дистилляционном методе материал нагревают в сосуде с жидкостью, которая с водой не смешивается (минеральное масло и др.). В процессе нагрева, из сосуда выделяются пары этой жидкости с парами воды, содержащейся в исследуемом материале. Их отводят через холодильник в мерный сосуд, где пары воды конденсируются, после чего остается измерить их вес или объем. Эта технология не слишком точная, допускаются ошибки, в том числе, систематические.
В экстракционных методах влага из исследуемого материала извлекается с помощью водопоглощающей жидкости (например, спирта). После этого надо определить числовые значения физических характеристик полученного экстракта, таких как температуры замерзания или кипения, показателя преломления, плотности или других, зависящих от содержания в нем воды.
В основу химических методов положена обработка исследуемого образца таким реагентом, который вступает в реакцию только с содержащейся в материале влагой. Процентное содержание воды определяется по количеству образовавшегося в результате реакции конечного продукта. Самыми популярными в данной категории являются газометрический (карбидный) способ и технология с использованием реактива Фишера.
Косвенные методы
К косвенным методам относятся механические, физические и другие. В ходе механических измеряют характеристики, которые зависят от количества влаги в материале. Например, определяют сопротивление пшеничного зерна раздавливанию. Или усадку материала под давлением поршня, сопротивление деформации или вдавливанию конуса и прочие. Механические технологии отличаются простотой исполнения и низкой точностью результатов, поэтому большого распространения они не получили.
Намного шире используются физические методы. В ходе их проведения, влажность материала преобразуется в другую величину, более удобную для измерения. Все они относятся к двум категориям: электрические и неэлектрические. В первом случае измеряются электрические параметры образца, зависящие от количественного содержания влаги. Во втором – другие характеристики.
Среди неэлектрических технологий наиболее популярными являются способы, в основу которых положено применение или изучение:
-
Теплофизических характеристик вещества.
-
Акустических свойств материала.
-
Нейтронов и гамма-лучей (радиометрические методы), рентгеновского излучения.
-
Магнитного ядерного резонанса.
-
Инфракрасного излучения и видимого света (спектральные способы).
В группе электрических методов самыми популярными являются кондуктометрический и диэлькометрический (емкостный). Кроме них, есть и другие, основанные на изучении прочих характеристик влагосодержащих веществ – электростатического заряда, ЭДС гальванический пары и т.д. Но их распространенность крайне низкая.
При определении влажности кондуктометрическим методом , меряется электрическое сопротивление исследуемого вещества, которое зависит от содержания в нем воды. Пробу материала 1 располагают между электродами 2 преобразователя. Амперметр 3 показывает силу проходящего через образец тока. Резистор R0 нужен для того, чтобы точно выставить аппарат на нулевую отметку. Первые приборы, работающие по этому способу, определяли влажность сыпучих веществ в диапазоне от 2% до 20%. Выше было проблематично, так как, с ростом влажности, снижается чувствительность. Ниже – тоже, по причине трудности измерения значительных сопротивлений.
При диэлькометрическом методе емкостный влагомер служит для измерения в большом диапазоне частот диэлектрических свойств материала. При этом, работа на сверхвысоких частотах имеет некоторые существенные отличия, из-за чего ее иногда рассматривают, как отдельный способ.
Основные компоненты сухого зерна – слабо полярные или неполярные. Их диэлектрическая проницаемость невысокая. Например, у жиров она составляет 3,5, у клетчатки – 6,5, у крахмала – 10. Вода, наоборот, является веществом сильно поляризованным, у нее данный параметр равен 81 (при 18 град С). Поэтому, наличие в зерне влаги значительно изменяет его диэлектрическую проницаемость – когда зерно сухое, оно диэлектрик, когда влажное, оно проводник. Для определения содержания воды, достаточно измерить емкость конденсатора, между пластинами которого размещен исследуемый материал.
Резонансный контур влагомера состоит из конденсатора переменной емкости СХ и катушки индуктивности L. Для получения резонанса, настраивается конденсатор С0. С помощью такого контура, определяется емкость преобразователя и, соответственно, диэлектрические потери. Вольтметр 2 служит для индикации резонанса. От генератора 1 колебательный контур отделен конденсатором СР.
Если влажность исследуемого материала 3 увеличивается, то, соответственно, изменяется емкость преобразователя. Чтобы восстановить симметричное положение, следует емкость конденсатора С0 изменить на такую величину, чтобы общая емкость контура вновь стала равна первоначальной. Разница между начальным и конечным положением ручки конденсатора С0 покажет содержание влаги в зерне.
У диэлькометрического метода есть один минус – емкость образца зависит не только от влажности, а еще и от химического состава. Поэтому, для каждого материала в комплекте прибора должна быть «своя» градуированная шкала.
Современные анализаторы влажности
В настоящее время анализаторы влажности отечественного и зарубежного производства представляют собой намного более совершенные приборы, чем те, которые выпускались в конце прошлого столетия. Все они делятся на две группы: лабораторные и портативные. Первые предназначены для стационарного применения. Они используют гравиметрическую технологию (высушивание образцов, с измерением массы навески). Работают быстро. Например, влагомер серии РМ (Kett, Япония), выдает результаты через 15 секунд после начала измерений.
Большинство портативных устройств работает по кондуктометрическому либо диэлькометрическому методу. Во втором случае, к прибору прилагается несколько (от 5 до 20) различных шкал для разных видов зерна. Есть возможность сделать индивидуальную градуировку. Диапазон измерений максимально широкий, от 0% до 100%. (Здесь надо отметить, что, при покупке влагомера для зерна, не обязательно выбирать аппарат с самыми большими возможностями, поскольку это увеличивает его цену. Вполне достаточно от 0% до 50%, или даже меньше, потому что содержание воды практически никогда не выходит за эти пределы).
Есть модели для определения влажности зерна в потоке. Например, «Фауна – П».
На рынке предлагаются анализаторы влажности универсальные и специализированные. Первые могут определить содержание воды практически в любом материале, или в очень большом перечне веществ разных типов. Они способны работать, как с твердыми и сыпучими образцами, так и с жидкими либо газообразными. Вторые предназначены для одного или нескольких материалов одной группы, например, для зерновых, для древесины и т.д.
Ниже, в качестве примера, описано несколько марок наиболее популярных влагомеров для зерна.
Анализатор влажности Эвлас
Анализатор влажности Эвлас – это универсальный прибор, с помощью которого можно определить содержание воды в более чем 300 видов пищевых продуктов и других материалов в отраслях сельского хозяйства, химической, фармацевтической, строительной и прочих.
Аппарат работает по гравиметрической технологии. Сушильная камера оборудована тороидальным инфракрасным нагревательным элементом, благодаря чему влага удаляется равномерно. Близкое к пробе расположение управляющего сенсора позволяет точно регулировать температуру. Время измерения (сушки) колеблется в пределах от 5 мин до 15 мин. Точное значение зависит от массы навески, влажности материала и его способности «отдавать» воду. Диапазон значений – от 0% до 100%.
Влагомер состоит из двух основных узлов: сушильной камеры с нагревателем и блока управления (микропроцессора) со взвешивающим устройством. Программное обеспечение позволяет работать в автоматическом или полуавтоматическом режиме. Результаты выводятся на индикатор с точностью до 0,01%.
Влагомер зерна Фауна
Влагомер зерна Фауна – это специализированный портативный аппарат с автоматической термокомпенсацией температуры, предназначенный для определения влажности до двух десятков зерновых, зернобобовых и масличных культур. При необходимости, после выполнения индивидуальной градуировки, можно работать и с наименованиями, не входящими в базовый перечень. Анализатор компактный (помещается на ладони), весит всего 330 г., имеет автономное питание от батареи 9В, поэтому применяется в полевых условиях, на токах, в хранилищах и во всех других случаях, когда надо быстро определить влажность зерна на месте взятия пробы.
Аппарат работает по диэлькометрическому методу. Диапазон влажности составляет от 4,5% до 35,0% для зерновых и зернобобовых, от 6,5% до 20,0% для масличных культур. Время непосредственного измерения – 12 секунд.
Не смотря на большое число разнообразных методов определения влажности, в настоящее время на производстве все большее распространение получают анализаторы двух видов – универсальные лабораторные, работающие по гравиметрической технологии, и специализированные портативные, в которые реализованы кондуктометрический или емкостный способы. Эти приборы просты в обслуживании, выдают довольно точные результаты в течение короткого времени и могут работать автономно, что чрезвычайно важно в промышленных условиях.
Без предварительного подсушивания
Этот метод применяют для зерна с влажностью < 17 %. Предварительную влажность зерна измеряют на электровлагомере в течение 2 мин. Так как погрешность полученных значений велика, влажность зерна и продуктов его переработки определяют гравиметрическим методом.
1. Изучите ГОСТы по определению влажности муки, крупы, отрубей.
2. Навеску зерна массой 20 г размалывают на лабораторной мельнице в течение 30 с. Измельченное зерно (шрот) помешают в банку с притертой пробкой и перемешивают.
3. Из разных мест пробы отбирают 2 навески массой 5 + 0,01 г и помешают в 2 предварительно взвешенные бюксы.
4. Бюксы в открытом виде помещают в сушильный шкаф, нагретый до 140 С. Затем контактный термометр включают на температуру 130 °С на 40 мин.
5. Бюксы вынимают из сушильного шкафа специальными щипцами и ставят в эксикатор для охлаждения на 20 мин.
6. Из двух параллельных определений берут среднее арифметическое (М) и выражают с точностью до 0,1 %. Если разница между двумя параллельными определениями превышает 0,2 %, то анализ повторяют. Влажность зерна определяют в %. Результаты анализа оформляют в виде таблицы
С предварительным подсушиванием (метод применяется для зерна влажностью > 17 %).
1. На технических весах отвешивают 20 г зерна, помещают его в сетчатую бюксу диаметром 8—10 см и подсушивают в сушильном шкафу при температуре 105 °С в течение 7-12 минут.
2. Бюксы охлаждают 5 мин в эксикаторе и взвешивают. После взвешивания зерно измельчают на лабораторной мельнице 30 с; выделяют навески и обезвоживают.
3. Влажность зерна (W) в % определяют по формуле:
W = 100 — (mЗ — m4) * (ml — m2)
где ml и m2 — массы навесок размолотого зерна до и после высушивания соответственно, г;
mЗ и m4 — массы навесок целого зерна до и после высушивания соответственно, г.
4. Результаты анализа оформляют в виде таблицы.
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 1300С 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.
Сухое вещество в неохлажденной сырой зерновой массе теряется в объеме до 0,2% в день. Тогда как, например, сухое зерно «дышит» неинтенсивно. Материал средней сухости, в сравнении с сухим, «дышит» в два-три раза активнее, но из-за малого газообмена может нормально храниться. Влажный продукт, в сравнении с сухим, «дышит» в пять-восемь раз интенсивнее.
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
Степень влажности, при которой в зерноматериале образуется свободная влага, а интенсивность «дыхания» существенно возрастает, называют критической. Для каждого типа культуры предусмотрены свои показатели «критической влажности»:
- 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)
Это способ измерения, использующийся для зерна с влажностью < 17%. Предварительно объем влаги вычисляется при помощи электровлагомера. Этапы процедуры:
- 20 гр. зерна полминуты перемалывают в лабораторной мельнице, после чего высыпают в баночку и перемешивают;
- из различных участков навеса берут несколько образцов весом плюс-минус 5 гр., пересыпают в заранее взвешенные бюксы;
- незакрытые бюксы устанавливают в разогретый до +1400С сушильный шкаф. После высушивают в течение 40 минут при температуре в +1300С;
- после сушки бюксы устанавливаются для охлаждения на 20 минут в эксикатор;
- из двух полученных показателей влажности берут среднее арифметическое значение, и отображают с точностью до 0,1%.
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 +1050С в сушильном аппарате. В течение 5 минут бюксы охлаждаются в эксикаторе. Проводятся замеры, измельчение массы в течение 30 секунд, выделение и обезвоживание навесов.
Влажность определяется с использованием формулы «W равно 100 минус (mЗ минус m4) умножить на (m1 — m2)», в которой:
- mЗ и m4 – вес навесок цельных зерен до и после просушки соответственно;
- m1 и m2 – вес навесок перемолотых зерен до и после просушки соответственно;
W – необходимая для вычисления доля влаги в зерне.
Анализ зерна и его качества определяется в первую очередь при помощи вычисления влажности. Есть несколько методов
измерить влажность зерна
и его продуктов:
1. Без предварительного подсушивания
2. С предварительным подсушиванием
Первый метод используют для зерна, влажность которого меньше 17 %. Перед этим влажность измеряется с помощью прибора – электровлагомера в течении 2 минут. Поскольку погрешность полученных данных достаточно велика, влажность можно измерить гравиметрическим методом, а именно:
1. В первую очередь стоит изучить ГОСТы, в которых описано определение влажности муки, отрубей, крупы.
2. 20 грамм навески зерна надо молоть в течение 30 секунд на лабораторной мельнице. Измельченное зерно стоит поместить в сосуд с притертой пробкой и перемешать.
3. 2 навески массой 5г +0,01г отбирают из разных участков пробы и помещают в 2 бюкса, которые стоит предварительно взвесить.
4. Эти открытые весовые стаканы кладут в сушильный шкаф, который предварительно нагревают до 140 С. После этого контактный термометр ставят на 40 минут на температуру 130 °С.
5. Бюксы вынимают при помощи специальных щипцов и помещают в эксикатор на 20 минут для охлаждения.
6. Из двух полученных параллельных данных берут среднее арифметическое (обозначается М), определяя с точностью до 0,1 %. Если разница между величинами больше, чем 0,2 %, то измерения стоит повторить. Влажность зерна определяется в процентах. Результаты анализа зерна выкладывают в таблицу.
Второй метод – с предварительным подсушиванием (метод используют, когда влажность больше 17 %).
1. На специальных технических весах взвешивают 20 г зерна, кладут в сетчатую емкость в диаметре не меньше 8—10 см и сушат 7-12 минут в сушильном шкафу, разогретом до температуры 105 °С.
2. Бюксы несколько минут охлаждают, а затем взвешивают. После этого зерно стоит измельчить в течении 30 секунд на лабораторной мельнице; выделить навески и избавить от воды.
3. Влажность зерна обозначают латинской буквой W, измеряют в процентах и вычисляют по формуле:
W = 100 — (m3 — m4) * (m1 — m2),
где m1 и m2 — массы навесок размолотого зерна до и после высушивания, измеряют в граммах;
m3 и m4 — массы навесок целого зерна до и после высушивания, измеряют в граммах.
4. Результаты анализа зерна стоит поместить в таблицу.
Влажность зерна ─ основополагающий показатель качества, который влияет на сохранность зерна на складах. Он исправно определяется на этапе закладки и в период хранения зерновой продукции. Необходимо выполнять эту операцию регулярно и точно, чтобы предотвратить повышение влажности зерна, а соответственно и его порчу.
Показатель влажности – это надёжный инструмент для регулировки жизнедеятельности зерновой массы. Сухое зерно практически не дышит, а с увеличением влажности в нём активизируется обмен веществ. При достижении культурой влажности 15%-16% (для большинства видов) интенсивность её дыхания резко возрастает.
Согласно ГОСТ влажность зерна при хранении принимается 13,5 -15%, так как при таком диапазоне количества воды в культуре маловероятна её порча. Систематическое измерение этого показателя всех поступивших на элеватор партий зерна ─ залог его высшего качества. Основываясь на результатах анализа, устанавливается оптимальный режим его сушки. На протяжении процесса сушки количество влаги в зерне определяют через каждые 2 часа.
Каким образом вода связывается с зерном?
ГОСТ 27186-86 гласит, что влажность зерна ─ это вода, соединённая физико-химическими и механическими связями с тканями зерна, которая удаляется в стандартных условиях её определения.
Вода в составе молекул белков, жиров, углеводов в строго определённых количествах называется химически связанной.
Физико-химическая связь воды с зерном ─ это адсорбционная связь, осмотическая и структурная влага. Вода, связанная таким образом, выделяется путём интенсивного высушивания.
Механически связанная (свободная) вода. Она собирается в микрокапиллярах зерна и легко испаряется при высушивании. Гигроскопическую воду несложно удалить из толщи зерновой массы, так как она удаляется из зерна во время его интенсивной сушки.
Капельножидкая влага не должна присутствовать в зерне на протяжении всего времени его хранения. Конечно, это напрямую зависит от правильной организации мест хранения: необходимо исключить резкие температурные перепады и попадание влаги в хранилище через трещины в стенах или крыше. Такие моменты считаются нарушением условий хранения.
А вот влажность зерна ─ это количество гигроскопической воды, выраженное в процентах к массе зерна вместе с примесями.
После сбора на полях урожай отправляется на линии переработки заводов, элеваторов и т. Там и проводится предварительная очистка и сушка зерновых, после чего продукция поступает переработку и хранение. Исходная влажность зёрен достигает 35% -40%. Зерно с высокой влажностью очень подвержено образованию плесени, самосогреванию, слёживанию, гниению. Для предотвращения этих процессов и продления срока годности зерновой культуры необходимо её очистить и высушить.
При сушке влажность зерна важно снизить до 14%-15%. Для этого в аграрном бизнесе используется КЗС ─ высокопроизводительное специальное оборудование для очистки и сушки зерна.
Качественное зерно, соответствующее требованиям рынка, можно получить после его сушки и при соблюдении всех условий хранения.
После окончания сбора зерновых культур перед владельцем бизнеса стоит вопрос, как с минимальными потерями и «усушкой» довести урожай до кондиционной влажности? Есть второй вариант: продать влажный продукт с учётом скидки, связанной с будущими затратами на его очистку и сушку.
Роль влажности зерна в технологическом процессе
От чего же зависит количество влаги в зерне? На влажность свежеубранного урожая влияет его зрелость, погода во время сбора (сухо или дождливо), свойство зерна поглощать или отдавать влагу (гигроскопичность). Влажность зерна пшеницы составляет 70-75% на ранних фазах созревания. Когда она созревает до полной спелости, количество воды в зёрнах уменьшается до 16-20%.
Процесс помола зерна в муку или крупу зависит от содержания влаги в исходном продукте. Качество готовой продукции и затраты энергии на переработку зерна являются оптимальными при влажности зерна 15,5-16%. При повышенной влажности обрабатываемого продукта производительность мукомольных предприятий уменьшается с увеличением расхода энергии. А если зерно чересчур сырое, оно попросту сплющивается и не превращается в муку.
Рассмотрим обратную картину. В пересушенном зерне оболочка лишена эластичности, поэтому сильно измельчается и вместе с частицами эндосперма и попадает в готовый продукт. Таким образом может увеличиться зольность муки.
Хранение зерна в зависимости от его влажности
Количество влаги в зерновой массе определяет возможность его хранения. При повышенной влажности микроорганизмы активно развиваются в зерне с выделением большого количества тепла. А низкая теплопроводность зерновой массы не позволяет ему выйти из толщи зерна. Вследствие этих процессов температура зерновой смеси повышается до 60-70°С. Процесс самосогревания приводит к порче всей массы зерна: она теряет свои свойства и превращается в чёрный монолит.
Влажность зерна определяется во время размещения, транспортирования и хранения зерна. Зерно с разным количеством влаги размещают отдельно. Зерно с влажностью более 22% размещают с шагом 6%, а рис ─ с шагом 3%. Не желательно смешивать разные партии зерна, потому что оно имеет разную физиологическую активность.
В сухом зерне влага неподвижна и прочно связана с гидрофильными коллоидами, поэтому она не может участвовать в жизнедеятельности. Такое зерно отлично сохраняется, так как микроорганизмы в нём не развиваются. В силосах оно может храниться насыпью высотой до 25 метров и более. Температура хранения зерна, также как и влажность регулярно измеряется.
Критическая влажность зерна
В зерне средней сухости находится небольшое количество свободной воды, в которой могут развиваться микроорганизмы.
Критическая влажность зерна ─ это уровень влажности зерновой смеси, при которой появляется свободная вода и резко возрастает возможность активного развития микроорганизмов. Процентное значение влажности, при котором появляется свободная вода, зависит от вида зерновой культуры и его химического состава.
Высокое содержание влаги в зерне приводит к потере его ценных качеств, поэтому влажную и сырую зерновую смесь сушат до влажности на 1-2% ниже критической.
Определить влажность зерна на производстве можно прямым (метод дистилляции) и косвенным (воздушнотепловым, электрическим и химическим) методом.
Критическая влажность зерна ─ это основное понятие в теории его хранения, которое характеризует количество влаги в зерне. У основных зерновых культур докритическая влажность составляет до 14 %, когда вода внутри зёрен прочно связана коллоидными веществами и микрокапиллярами и не работает как растворитель.
Критическая влажность это ─ появление свободной воды в зерне и резкое усиление интенсивности его дыхания. Если полученные результаты измерения больше критической влажности, есть вероятность быстрого развития микроорганизмов в зерновой массе. В таком случае, для обеспечения длительной сохранности, необходимо просушить зерно после сбора урожая до сухого состояния.
Критическая влажность разных культур
Разные культуры отличаются своей критической влажностью, которая зависит от их химического состава. Если в культуре содержится большое количество жиров, которые не способны удерживать влагу, тогда уровень её критической влажности гораздо ниже. Например, у высокомасличного подсолнечника 7-7,5 %. А в случае преобладания в составе зерна белка и крахмала, величина критической влажности выше. К примеру, критическая влажность зерна пшеницы ─ 14-15%.
Если провести расчёт гидрофильной части зерна без учёта содержания жира, отмечено, что критическая влажность почти для всех культур близка к 15 %.
Любопытно, что невысокая влажность в цельном зерне делает его более хрупким, а соответственно оно быстро разрушается при транспортировке и ударах о стенки оборудования. Таким образом, для производства муки зерно подсушивается больше: его оболочки обезвоживаются и быстро измельчаются в дробилках.
Методы определения влажности
Существуют прямые и косвенные методы определения влажности зерновых культур. Когда зерно поступает на хлебоприёмные пункты после сбора урожая, важно направить каждую партию на своё место: на просушку в зерносушильный агрегат, на склад активного вентилирования, на хранение в элеватор. Для ускорения процесса приёмки урожая и проведения анализа за 5 минут используется экспресс-метод.
Влажность зерна при и хранении определяется этим методом при поступлении на элеватор. Прибор замеряет электропроводность зерна, на которую влияет наличие воды в зерне. Сухое зерно не проводит электричество (диэлектрик), в то время как во влажном состоянии оно становится полупроводником.
Влажность зерна измеряется прибором ЦВЗ-3. В приборе зерно находится в пространстве между электродами, через которое проходит электрический ток. Влагомер автоматически переводит полученное значение электропроводности зерна в значение влажности. Оно отображается на цифровом экране в процентах. Вид зерновой культуры, химический состав и физические свойства зёрен, количество примесей влияет на её электропроводность. Согласно этим данным выполнены таблицы, из которых выбирают необходимый код и режим для работы рибора. Процесс измерения длится 4-6 мин. Высокая скорость проведения исследования ─ преимущество этого метода. Отметим, что точность экспресс-метода значительно меньше, чем стандартного метода определения влажности зерновой партии.
Реализованные проекты
Строительство элеваторов, зернокомплексов. Производство элеваторного оборудования.
Стандартный метод измерения влажности
При приёме урожая передаются точные данные о влажности зерновой смеси, полученные с использованием стандартного метода. Его суть ─ обезвоживание навески измельчённого продукта. Процесс осуществляется в воздушно-тепловом шкафу при заданной температуре и длительности сушки. Затем рассчитываются потери массы навески размолотого зерна.
Хлебоперерабатывающие предприятия пользуются данным прямым методом для определения влажности в зерне различного назначения
Цифровые приборы для измерения влажности зерна
Влажность зерна измеряется с использованием точных цифровых влагомеров зерна. Эти приборы измеряют количество воды в семени, траве или муке. На переносном электронном приборе значение содержания влаги можно снять в процентах с электронного дисплея. В приборе работают более 15 шкал, которые предназначены для измерения влажности зерна, семян и муки. Если необходимо определить влажность овса, клевера и т.д., нужно только выбрать культуру на шкале прибора. Такой влагомер является мультифункциональным прибором и подойдёт для экспрессного анализа влажности зерновых культур в лабораториях и в полевых условиях.
Отметим основные функции цифрового влагомера:
- названия культур на русскоязычном дисплее;
- значения влажности зерна с точностью до десятых;
- возможность настройки шкал пользователем;
- настройка прибора для новых культур и пищевого сырья;
- подсветка дисплея и отключение электропитания.
Преимуществом цифрового прибора является универсальность его использования.
Строительство элеваторов
Мы выстраиваем взаимовыгодное сотрудничество с приоритетом долгосрочных отношений с заказчиками в плоскости предоставления широкого спектра услуг: от проектирования и строительства до ввода объекта в эксплуатацию и послегарантийного обслуживания объектов.
