PostHeaderIcon Образование тепла в зерновой массе


Дыхание живых компонентов зерновой массы сопровождается выделением тепла. Вследствие плохой тепло- и температуропроводности образующееся тепло может задерживаться в ней и приводить к самосогреванию (самосогрванию). Таким образом, самосогревание зерновой массы — следствие ее физиологических и физических свойств.

Температура зерновой массы при запущенных формах самосогревания достигает 55...65°С и в редких случаях 70...75°С. Затем зерновая масса постепенно естественно охлаждается. Зерна и семена темнеют («обугливаются»), зерновая масса теряет сыпучесть и превращается в монолит. Полностью утрачиваются посевные, хлебопекарные и другие технологические качества. В некоторых случаях зерно приобретает токсические свойства.

Даже при меньшей температуре (25-30°С) заметны ухудшения качества и потеря массы сухих веществ на несколько процентов. Вот почему необходимо понимать процесс теплообразования в зерновой массе, уметь своевременно обнаруживать начало процесса и быстро его ликвидировать. Конечно, самое правильное — организовать хранение зерновых масс так, чтобы исключить возможность самосогревания. Образование и накопление тепла в зерновой массе происходит вследствие следующих причин:

  • интенсивного дыхания зерна основной культуры, а также зерен и семян, входящих в состав примесей
  • активного развития микроорганизмов
  • интенсивной жизнедеятельности насекомых и клещей.

    Перечисленные источники теплообразования очень существенны. Однако самосогревание может быть вызвано жизнедеятельностью одних микроорганизмов, среди которых важнейшие и устойчивые продуценты тепла - плесневые грибы. Обладая огромной интенсивностью дыхания и теплообразовательной способностью, развивающийся мицелий использует на свои нужды всего 5 - 10% освобождаемой энергии. В результате жизнедеятельности самого зерна, когда различными приемами с его поверхности удаляют микрофлору, даже при довольно высокой влажности (20% и несколько более) самосогревание не наблюдается.

    При массовом развитии в насыпях зерна клещей и насекомых им принадлежит существенная роль в теплообразовании. Она особенно заметна, когда влажность зерновой массы низка, и это не позволяет активно развиваться микроорганизмам. Велика также роль семян сорных растений.

    Развитие процесса самосогревания и его виды

    Скорость развития процесса зависит от состояния зерновой массы, ее влажности, физиологической активности и т. д. Например, в свежеубранном зерне с повышенной влажностью, значительным содержанием примесей и более высокой первоначальной температурой (15 - 20°С) процесс развивается очень быстро. При меньших влажности и температуре зерновой массы развитие самосогревания замедляется.

    Необходимо обратить внимание еще на начальную температуру возникновения процесса. Самосогревание начинается в зерновой массе или каком-то ее участке при температуре не ниже 10°С. Это объясняется малой способностью к газообмену и генерации тепла живыми компонентами зерновой массы при низкой положительной температуре. При более высоких температурах возрастает термогенез, образование тепла превышает его отдачу в окружающее пространство и в зерновой массе возникает очаг самосогревания. Затем тепло перемешается на соседние участки насыпи, что, в свою очередь, способствует активации физиологических процессов и теплообразованию. При запущенных формах самосогревания вся зерновая масса оказывается в греющемся состоянии.

    Быстрое нарастание температуры в зерновой массе при любом начальном темпе самосогревания происходит, когда ее температура достигает оптимальной для мезофильной микрофлоры и особенно плесневых грибов (25...30°С). В данных условиях резко повышается интенсивность дыхания зерна и семян. После достижения температурного максимума, при котором прекращается жизнедеятельность даже самых теплолюбивых (термофильных) бактерий, самосогревание прекращается, но зерновая масса оказывается совсем испорченной.

    Такая динамика и изменение видового состава микрофлоры при самосогревании типичны. В начале самосогревания увеличивается численность микрофлоры. С повышением температуры в интервале 24...35°С общее количество микроорганизмов уменьшается и на смену появляются микрококки и плесневые грибы. Дальнейшее повышение температуры сопровождается бурным развитием микрококков, плесневых грибов и спорообразующих бактерий при значительном снижении общей численности микроорганизмов. Если процесс самосогревания останавливают cушкой или охлаждением на каком-то этапе, соответственно этому будет и микрофлора зерновой массы.

    Характеризуя процесс самосогревания, принято подразделять его на три вида: гнездовое, пластовое и сплошное.

    Гнездовое самосогревание

    Может возникнуть в любой части зерновой массы в результате одной из следующих причин:

  • увлажнение какого-то участка зерновой массы при неисправности крыш или недостаточной гидролизации стен хранилищ
  • засыпки в одно хранилище (или закром) зерна с различной влажностью, в результате чего создаются очаги (гнезда) повышенной влажности
  • образование и зерновой массе участков с повышенным содержанием примесей и пыли (следовательно, и микроорганизмов) в результате ссыпания вместе резко разнородного по содержанию примесей зерна
  • скопление насекомых и клещей на одном участке насыпи.

    Пластовое самосогревание

    Греющийся слой возникает в насыпи зерна в виде горизонтального или вертикального пласта. В зависимости от того, в каком участке насыпи образуется греющийся пласт, различают самосогревание верховое, низовое и вертикальное. Природа любого пластового самосогревания одна и та же. Оно происходит вследствие термовлагопроводности, свойственной зерновой массе. Перепады температур, испытываемые периферийными частями насыпи, создают условия для перемещения и конденсации влаги. Поэтому пластовое самосогревание возникает недалеко от поверхности насыпи или в слоях, близко находящихся от пола и стен хранилища.

    Верховое самосогревание

    Наблюдается поздней осенью и весной. Даже при небольшой высоте насыпи (1 - 1,5м) греющийся слой образуется на расстояний 15...25 см от поверхности, при большей высоте он возникает на глубине 70 - 150 см. Верховому самосогреванию осенью особенно подвержено свежеубранное зерно, если его своевременно недостаточно охладили.

    При таких условиях вследствие активно протекающих физиологических процессов воздух межзерновых пространств нагревается и увлажняется. Поднимаясь в верхние участки насыпи, он соприкасается с несколько охладившимся верхним слоем зерна, в результате чего происходит конденсация водяных паров. Температура увлажнившегося слоя, особенно его нижней части, еще благоприятна для развития микробов и способствует усилению жизнедеятельности самого зерна.

    Весной и в начале лета температура внутренней части зерновой массы низкая, зимняя, а поверхностные слои прогреваются теплым воздухом, возможны также конденсация водяных паров и усиленное развитие физиологических процессов. Весеннее верховое самосогревание особенно характерно для теплой ранней весны после зимы с большими морозами. При резких перепадах температур верховое самосогревание в данный период наблюдается в сухих и даже длительно хранившихся зерновых массах. При верховом самосогревании в связи с тепломассообменными свойствами зерновой массы температура ее внутренних участков, находившихся ниже греющегося слоя, попытается медленно.

    Низовое самосогревание

    Развивается горизонтальным пластом в нижней части зерновой массы на расстоянии 20 - 50 см от пола. Это наиболее опасный вид пластового самосогревания, так как тепло, образующееся в нижних участках насыпи, легко перемещается в лежащие выше слои, и вся зерновая масса за короткий период подвергается самосогреванию. Низовое самосогревание обычно возникает ранней осенью при загрузке свежеубранного неохлажденного зерна в склады с холодными полами.

    Вертикальное самосогревание

    Более характерно для зерновых масс, хранящихся в металлических бункерах, силосах элеватора, но встречается и в складах при увлажнении какой-либо стены, соприкасающейся с зерновой массой. Иногда такое самосогревание вызывается охлаждением или нагревом одной из стен склада. При хранении семян к закромах одна из стен которых наружная, может произойти вертикально-пластовое самосогревание. Оно исключается, если стена закрома на 50...60 см удалена от наружной стены склада.

    Сплошное самосогревание

    Характеризует такое состояние, при котором греется вся зерновая масса, кроме самых периферийных участков. Сплошное самосогревание возникает сразу в зерновых массах с высокой влажностью, содержащих большое количество различных примесей, в том числе частей растений и недозревших зерен. Даже кратковременное хранение осенью такого зерна насыпью слоем 1 м без немедленного охлаждения приводит к бурному развитию процесса. Колебания температуры, обнаруживаемые и том или ином участке, существенной роли не играют.

    В связи с возможностью возникновения самосогревания в любой зерновой массе и в различных ее участках, а также вследствие резко отрицательного влияния процесса на качество зерна и семян необходимо систематическое наблюдение за состоянием хранимых партии. Низкая температура в насыпях свидетельствует о благополучном хранении. Начавшийся процесс самосогревания сам по себе не прекращается и проходит все стадии повышения температуры. Только активное вмешательство человека с применением тех или иных технических средств обеспечивает его ликвидацию. Самосогревание должно быть выявлено и прекращено у самом начале.

    Не всякое повышение температуры зерновой массы свидетельствует о начале самосогревания.

    Зерновые массы обладают большой тепловой инерцией, поэтому установленная в какой-то момент температура насыпи, заметно отличающаяся от температуры воздуха в складе, может быть следствием тепловой инерции зерна.