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.
Необходимо отличать термодиффузию пара от диффузии пара в процессе сорбции. Если внутри зерновой массы происходит перепад температуры, но межзерновые пространства полностью насыщены влажным воздухом (φ=100 %), то сорбционного перемещения влаги не будет. В этом случае будет наблюдаться термодиффузия в виде пара, она приведет к перенасыщению влагой воздуха в холодных участках насыпи и конденсации влаги на поверхности зерен и объектов, окружающих такой участок (например на полу или стежках хранилища).