Приемка, очистка, сортирование и хранение зерна
Зерно доставляют на заводы преимущественно по железной дороге и автотранспортом. Поступившее по железной дороге зерно взвешивают на вагон
Ных весах, а доставленное автотранспортом — на авто
Мобильных. Небольшие партии зерна взвешивают на стационарных неравноплечих весах. Зерно выгружают из железнодорожных вагонов с помощью механической лопаты или вагоноразгрузчика, а из автотранспорта — автомобилеразгрузчиком. После взвешивания зерно передается в приемный бункер, далее ленточным транспортером направляется к нории, а затем взвешивается на весах и подается на очистку.
Очистка и сортирование зерна
Ячмень, поступающий в производство солода, содержит различные примеси. Различают зерновую, сорную и минеральную примеси.
К зерновой примеси относят поврежденные, щуплые, проросшие зерна, а также посторонние виды зерновых культур. К сорной относят семена сорных растений, вредную примесь (горчак, головня, спорынья, вязель, мышатник и др.), органическую примесь (солома, части стеблей, ости и др.). Минеральные примеси — это песок, камешки, металлические включения и др. Из-за наличия этих примесей в зерне снижается его сохранность и ухудшается качество солода.
Ячмень подвергают первичной и вторичной очистке. Первичную очистку проводят сразу после поступления партии ячменя. При этом ячмень взвешивают и очищают с помощью устройства для удаления остей, магнитного и воздушно-ситового сепараторов. В результате первичной очистки из ячменя удаляются металлические частицы, ости, крупные, мелкие и легкие примеси. После первичной очистки ячмень направляют на хранение.
На отечественных заводах удаление остей не предусмотрено, хотя на целесообразность этой операции указывает опыт зарубежных предприятий. Удаление остей вместе с грязью осуществляется с помощью вращающегося в барабане вала, снабженного бичами.
При напольном хранении ячмень можно не подвергать первичной обработке.
Перед поступлением в производство ячмень подвергают вторичной очистке на магнитном и воздушно-ситовом сепараторах, триере. В воздушно-ситовом сепараторе ячмень очищается от крупных, мелких и легких примесей, в магнитном сепараторе удаляются металлические частицы, на триерах выделяют примеси, отличающиеся от зерна по длине. Окончательно очищенное зерно разделяют на сорта по толщине зерна в сортировальной машине.
Путь ячменя при приемке и первичной очистке: приемный бункер; нория, магнитный сепаратор, автоматические весы, устройство для удаления остей; воздушно-ситовой сепаратор; автоматические весы; сборник зерновых отходов; силосы. При поступлении в производство ячменя влажностью более 15,5 % его после сепараторов норией направляют в бункер влажного ячменя, зерносушилку, бункер сухого ячменя.
Путь ячменя при повторной очистке и сортировании: силосы, шнеки, магнитный сепаратор; воздушно-ситовой сепаратор вторичной очистки, триер; сортирующая машина, бункера для ячменя I, II сортов и зерновых отходов.
В последние годы наметилась тенденция не разделять ячмень на сорта, а использовать оба сорта для совместного солодоращения. Доля зерна II сорта настолько незначительна, что, как подтвердилось практикой, в пневматической солодорастильной установке при современных методах замачивания и проращивания никакого понижения качества солода не наблюдается. В этом случае оснащение оборудованием может быть, конечно, значительно упрощено.
Хранение зерна
Для бесперебойной работы пивоваренного завода создают определенный запас зерна в зернохранилищах. Очень важно при этом не допускать его порчи и значительных потерь ценных веществ.
Свойства зерновой массы
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ складывается из теплопроводности самого зерна и теплопроводности воздуха, который находится в межзерновом пространстве. Этот показатель характеризует способность передавать тепло. Теплопроводность тем больше, чем больше влаги в зерне.
ТЕПЛОЕМКОСТЬ зерна состоит из теплоемкости сухих веществ = 1550 кДж/кг. к и теплоемкости воды = 4580 Дж/кг. к.
Гидроскопичность и равновесная влажность.
ГИДРОСКОПИЧНОСТЬ – способность зерновой массы поглощать и отдавать влагу. Если парциальное давление влаги над зерном больше, то зерно будет поглощать из воздуха влагу. Если парциальное давление будет меньше, то зерно будет отдавать влагу. И когда парциальное давление (водяные пары в воздухе) будет равно влаге в зерне, наступает равновесная влажность – Wравн.
СЫПУЧЕСТЬ характеризует самопроизвольную подвижность зерновых масс. Зерновая масса при падении на горизонтальную поверхность образует конус с большим или меньшим углом между образующими и диаметром основания конуса и называется углом естественного откоса.
Если W = 12 % УЕО = 28˚
W = 17% УЕО = 37˚
Самосортирование зерновой массы.
СКВАЖНОСТЬ: при заполнении складов зерном – зерно не образует сплошной массы, а занимает определенный объем. Другая часть между зерном заполнена воздухом. Та часть зерносклада, которая заполнена зерном, характеризует компактность заполнения склада.
Процессы, происходящие в зерновой массе при хранении.
В зерне при хранении протекают физиологические и биохимические процессы.
Физиологические процессы — это дыхание, послеуборочное дозревание и самосогревание зерна. В начальный период хранения зерновая масса активно дышит, поглощая кислород и выделяя диоксид углерода, воду и теплоту.
ДЫХАНИЕ ЗЕРНА:
— аэробное – С6Н12О6 → 6СО2 + 6Н2О + 1184 кДж
— анаэробное – С6Н12О6 → С2Н5ОН + СО2 + 84 кДж
Для того, чтобы замедлить процесс дыхания, зерновую массу сохраняют в охлажденном состоянии, тогда жизнедеятельность зерна уменьшается, чтобы зерно имело влажность до 14 %.
Выделяющаяся при дыхании свободная тепловая энергия используется в дальнейшем на физиолого-биохимические внутренние процессы, а также удаляется в значительных количествах. В процессе дыхания расходуются углеводы зерна, потеря которых может быть весьма значительной, что вредно отражается на жизнедеятельности зародыша, приводит к самосогреванию и порче зерна.
Интенсивность дыхания характеризуется количеством выделившегося диоксида углерода и поглощенного кислорода и зависит от многих факторов — сорта зерна, его физиологического состояния, условий и способов хранения.
Интенсивность дыхания зерна можно активно регулировать, изменяя влажность, температуру и доступ воздуха. На интенсивность дыхания зерновой массы влияет также его выравненность, условия транспортирования, очистки и др.
При недостатке или отсутствии в зерновой массе кислорода возникает анаэробное дыхание, конечными продуктами которого являются этиловый спирт и диоксид углерода, а также альдегиды, органические кислоты и эфиры. Анаэробное дыхание приводит к снижению жизнедеятельности зародыша, что вредно отражается на технологических свойствах зерна, поэтому при хранении ячменя широко применяют интенсивную обработку его воздухом.
При снижении влажности зерна интенсивно замедляется процесс дыхания. Так, зерно, содержащее 10… 12% воды, выделяет в сутки при 20 °С на 1 кг сухого вещества 0,3… 0,4 кг СО2. При дальнейшем повышении влажности зерна до З0…33% концентрация диоксида углерода увеличивается до 2000 мг.
Резкое увеличение интенсивности дыхания при повышении влажности зерна указывает на присутствие в нем так называемой свободной влаги, т. е. влаги, свободно перемещающейся в клетках зерна, так как крахмал и белок не могут ее удержать. Влажность, при которой усиливаются биохимические и физиологические процессы в зерне, называется критической. Для ячменя критическая влажность 14,5…15,5 %. Следовательно, рационально хранить зерно влажностью ниже критической.
С повышением температуры зерновой массы от 0 до 30…35 °С Интенсивность дыхания возрастает в 2…2,5 раза на каждые 10 °С повышения температуры. При достижении температуры 45.. .55 °С в результате усиления деятельности ферментов дыхание достигает максимума, а затем быстро уменьшается, что указывает на разрушение органических веществ, отмирание клеток тканей и, как следствие, понижение или полное прекращение дыхания. При низкой температуре интенсивность дыхания зерна снижается, а при температуре, равной 0 °С и ниже (до —5 °С), практически прекращается. Благоприятной для хранения ячменя следует считать температуру 0…15°С.
Таким образом, низкие температуры — физический фактор, способный до определенной степени регулировать жизнедеятельность зерна.
К физиологическим процессам, происходящим в зерне при хранении относится послеуборочное дозревание.
Послеуборочное дозревание. В свежеубранном зерне продолжаются физико-биохимические процессы. Оболочка зерна не проницаемая и не пропускает воду при замачивании, чтобы эти процессы закончились, зерно должно отлежаться в течение 6-8 недель. И поэтому в производстве солода обязательно остается переходной остаток старого ячменя.
Ячмень после уборки урожая находится в состоянии покоя и имеет низкую всхожесть. Период покоя может быть обусловлен временными физическими и химическими барьерами, мешающими прорастанию, и с разрушением этих барьеров покой зерна заканчивается и оно приобретает способность прорастать.
Период, когда зерна ячменя выходят из состояния покоя и способны прорастать, называется периодом послеуборочного дозревания. Этот период выработан растениями в процессе эволюции и является защитным свойством зерна, предупреждающим прорастание его на корню. Обычно для ячменя с нормальным содержанием влаги (14… 15%) период послеуборочного дозревания 4.. .6 нед, а при влажности выше 17% — до 2…3 мес. Продолжительность дозревания также зависит от сорта ячменя, условий произрастания и хранения.
В пивоварении необходимо использовать сорта ячменя с хорошей прорастаемостью, чтобы получать высококачественный солод.
Основной причиной низкой всхожести является присутствие в оболочке воска, жира, фенолов, гумми-веществ, лигнина и т. п. При этом фенольные соединения, кислоты, кумарин — ингибиторы проращивания, они и другие вещества затрудняют доступ к зародышу кислорода и понижают водопроницаемость семенной оболочки.
В процессе дозревания зерна ограниченные белком дисульфидные группы преобразуются в сульфгидрильные группы, активирующие ферменты и тем самым способствующие синтезу протеинов.
В настоящее время для сокращения периода послеуборочного дозревания ячменя рекомендуют применять следующие способы:
— тепловую обработку ячменя при температуре 40… 50 °С, предполагая, что при этом окисляются ингибиторы проращивания;
— обработку предварительно увлажненного зерна при температуре 4…5°С;
— воздействие на зерно растворами химических веществ (0,5…1,0%-ной перекисью водорода, 0,5%-ным раствором сероводорода, 1%-ным раствором тиомочевины (тиокарбамида), 0,06%-ным ацетальдегидом и т. п.);
— обработку гибберелловой кислотой, что способствует накоплению в зародыше глютатиона и цистеина (идентично воздействию сероводорода).
Процесс самосогревания. Самосогреванием зерновой массы называется явление повышения ее температуры вследствие протекающих в ней физиологических процессов и плохой теплопроводности. До температуры 55-65 оС и происходит в 3 стадии:
I стадия – температура поднимается до 24-30о С на поверхности зерна происходит отпотевание влаги. При этом в партии сырого зерна чувствуется явно выраженный амбарный запах, появляются отдельные потемневшие зерна.
II стадия – температура поднимается до 34-37о С, длится 3-7 суток, сыпучесть зерна уменьшается, в зерне появляется солодовый запах.
III стадия – температура увеличивается до 50о С и выше, в зерне появляется гнилостный, затхлый и плесневый запах. Цвет зерен становится темно-коричневым.
В результате этих процессов резко снижается сыпучесть зерна, отдельные зерна оказываются проплесневевшими или прогнившими, от зерна исходит затхлый или гнилостный запах. Процесс самосогревания завершается обугливанием зерна и потерей полной сыпучести зерновой массы. Если своевременно не принять меры для локализации самосогревания, зерновая масса приходит в полную непригодность.
Биохимические процессы, протекающие при хранении зерна, обусловлены дыханием и дозреванием зерна. Процесс дыхания осуществляется комплексом ферментных систем — оксидазами (активирующими атмосферный кислород) и дегидразами (отнимающими водород от окисляемых продуктов).
При дыхании происходят потери крахмала, являющегося основным пивоваренным сырьем. Активность амилолитических ферментов в зерне предопределяет гидролиз части крахмала до олигосахаридов и моносахаридов. Гидролитическое расщепление сложных белков до простых в процессе дыхания обусловлено активностью протеолитических ферментов.
Активность гидролитических и дыхательных ферментов возрастает при появлении в зерне свободной влаги. В процессе дозревания зерна интенсивность дыхания постепенно снижается, что приводит к понижению активности ферментов. В зерне протекают процессы синтеза крахмала из Сахаров, белков из аминокислот, жира из глицерина и жирных кислот.
При хранении физиологически зрелого ячменя в оптимальных условиях считают, что зерно находится в состоянии покоя. Процессы конденсации в нем полностью закончены, а активность содержащихся в нем ферментов низкая.
Способы и режимы хранения зерна. На заводах зерно хранят в элеваторах, механизированных зернохранилищах и амбарных хранилищах.
Наиболее распространены силосные зернохранилища. Они состоят из рабочей башни, в которой находятся транспортные средства, ленточные транспортеры или пневмотранспорт, автоматические весы, бункера, зерноочистительные машины, сортировальные машины и силоса. Силоса бывают круглой и квадратной формы: Силос сухим зерном заполняется полностью, а влажным на ¾ . Диаметр силоса 3-6 метров, высота – 30 метров.
Современный зерновой элеватор состоит из отделения для приемки ячменя, рабочей башни, в которой установлено оборудование для взвешивания, очистки и сортирования зерна, бункеров для хранения ячменя 1 и II сортов и зерновых отходов, силосного корпуса для хранения зерна. Кроме того, предусматривается помещение для сушки зерна.
Влажность и температура зерна при хранении могут служить показателями его качественного состояния. Зерно при хранении должно иметь влажность не выше 15%, а температуру не выше 25 °С. Ячмень, поступивший на хранение с повышенной влажностью, подсушивают в шахтных, камерных или рециркуляционных сушилках.
Температура, при которой хранится зерно. В зимнее время температура может быть на 2-3о С выше, чем окружающий воздух. В летнее время не должна превышать 20о С.
По влажности зерно делится:
1. Сухое, влажностью до 14 %;
2. Среднесухое, 14-15,5 %;
3. Влажное – до 17 %;
4. Мокрое, W = более 17 %.
Достоинством созданных в нашей стране рециркуляционных зерносушилок является возможность одновременной эффективной сушки партий зерна различной начальной влажности. Зерносушилки, как правило, расположены в отдельном здании или, если они открытого типа, установлены рядом с рабочей башней или силосными корпусами. При сушке ячменя предусматривается нагрев зерна в зависимости от его влажности до температуры 45 °С.
Ячмень, высушенный до влажности 12… 14%, хранится в силосном корпусе не менее 1…3 нед.
Высота слоя зерновой массы в хранилищах зависит от состояния зерна, времени года, сроков хранения и типа зернохранилища. Высота насыпи зерновой массы при напольном хранении может быть 2…5 м. Высоту слоя можно увеличивать в холодное и снижать в теплое время года. Сухим зерном (влажность до 14%) силосы загружают полностью, а при средней сухости зерна 14…15,5% —на з/4 высоты. При амбарном хранении высота слоя ячменя не должна превышать 2…2.5 м. По окончании хранения ячменя, т. е. после каждого освобождения элеватора или склада, устанавливают естественную убыль зерна.
Механизированные зернохранилища включают в себя приемные устройства, склады и рабочие башни. Склад представляет собой одноэтажное здание с наклонным полом и двумя транспортными галереями (нижней и верхней). Рабочая башня — это многоэтажное здание, в котором размещается оборудование для очистки и сортирования ячменя. Вместимость склада до 5 тыс. т ячменя.
Амбарные хранилища (немеханизированные склады) — одноэтажные склады с плоским полом для зерна, а также с конвейерами (передвижными и стационарными) для его приема и перемещения. Склады разбивают на отсеки для хранения отдельных партий ячменя. Проветривается зерно при перемещении его из одного отсека в другой.
Основное условие хранения зерна на заводах — это хранение в сухом, очищенном и охлажденном состоянии.
Как было изложено ранее, основными факторами, определяющими протекание жизненных процессов в зерновой массе при хранении, являются влажность зерновой массы и окружающей среды, степень ее аэрации. Эта факторы положены в основу хранения зерновых масс. Применяют в основном два способа хранения, основанные на принципе анабиоза (анабиоз — подавление жизни):
— хранение зерновых масс в сухом состоянии, т. е. с влажностью до критической;
— хранение зерновых масс в охлажденном состоянии, когда температура их понижена до пределов, оказывающих значительное тормозящее влияние на все жизненные функции компонентов зерновой массы.
Выбор способа хранения определяется многими факторами, в числе которых должны быть учтены типы и вместимость зернохранилища, качество зерна, экономическая эффективность и т. д.
Способ хранения зерновых масс в сухом состоянии основан на принципе обезвоживания зерна до влажности ниже критической, когда жизнедеятельность зерновой массы почти полностью подавлена, исключаются процесс дыхания, развитие микроорганизмов, клещей и насекомых. Данный способ используют для долгосрочного хранения зерна и семян (в течение нескольких лет).
Способ хранения зерновых масс в охлажденном состоянии основан на использовании низких температур, при которых резко снижается жизнедеятельность зерновой массы.
Зерно находится в охлажденном состоянии первой степени, если температура всех слоев насыпи ниже 10 °С. Более консервирующим считается охлаждение, когда температура ниже 0 °С (вторая степень).
Для охлаждения зерна широко применяют принудительное продувание зерновой массы воздухом без ее перемешивания — активное вентилирование. Наиболее часто вентилирование проводят для снижения влажности и температуры зерна. При этом происходит тепловлагообмен между зерном и воздухом. Для предупреждения самосогревания ячменя, которое приводит к развитию патогенной микрофлоры, интенсивному дыханию, повышению температуры и влажности зерна, предусматривают профилактическое вентилирование. В этом случае вентилирование проводят периодически, принимая во внимание его целесообразность при данных погодных условиях и фактическом состоянии зерновой массы. При возникновении самосогревания (гнездового, пластового, сплошного) осуществляют вентилирование независимо от погодных условий.
Приступая к вентилированию зерновой массы с целью охлаждения, необходимо знать фактическое состояние зерна и погодные условия. Поэтому определяют влажность и температуру зерна и воздуха, по которым устанавливают целесообразность вентилирования.
Активное вентилирование атмосферным воздухом проводят в тех случаях, когда фактическая влажность зерна больше равновесной. В случае возможности вентилирования зерна вначале определяют относительную влажность воздуха по показаниям психрометра, затем вычисляют равновесную влажность зерна с учетом его температуры и относительной влажности воздуха. Сопоставляя фактическую влажность зерна с равновесной, принимают решение о необходимости вентилирования.
Для активного вентилирования зерна используют стационарные, напольно-переносные (передвижные) и передвижные трубные установки. Эта техника предназначена для вентилирования зерна в складах с горизонтальными и наклонными полами, а также в силосах элеваторов.