Рис. 1. Залежність травмування насіння кукурудзи при збиранні від їх вологості
Під час збирання кукурудзи травмованих зерен приблизно удесятеро більше, ніж подрібнених, і це треба враховувати при оцінці травмування. Внутрішні тріщини (без руйнування оболонки) з’являються при збиранні кременистих форм кукурудзи. Як було сказано вище, травмування насіння кукурудзи в основному відбувається під час післязбиральної обробки. Для вдосконалення технології необхідно оцінювати травмування на кожному етапі транспортування, очищення, калібрування і сепарації насіння кукурудзи.
Детальніше матеріал про травмування у результаті механічної дії на зерно кукурудзи викладено в спеціальній літературі. Тут ми розглянемо травмування, яке викликається сушінням.
Відмітна особливість травмування кукурудзи — це внутрішні тріщини, які можуть виникати при ударі, але частіше за все тріщинуватість зумовлена змінами температури (нагрівання, охолодження) і втратою вологи. При сушінні кукурудзи в ендоспермі утворюються внутрішні тріщини. Через наявність еластичної оболонки зерна кукурудзи, яка, на відміну від бобових культур, розривається. Але при механічному впливі на зерно з внутрішніми тріщинами воно при розриві оболонки дробиться.
Причиною утворення тріщин при сушінні є те, що волога, інтенсивно віддаляючись із довколишніх до поверхні шарів, призводить до неодночасної зміни обсягу окремих частин зерна (периферійних тканин, у порівнянні з внутрішніми), що викликає напругу між ними і, як наслідок, утворення тріщин. Крім того, як відомо, білкові компоненти легко вбирають вологу і дуже повільно віддають її при сушінні порівняно з зернами крохмалю. У результаті цього при вологовіддачі білкові сполуки і крохмальні зерна змінюють обсяги неоднаково за часом, і це призводить до виникнення напруги на межі між ними і до утворення мікротріщин. У разі охолодження нагрітого зерна виникають градієнти напруги того ж порядку, що також призводить до внутрішніх тріщин.
Для кукурудзи, як уже говорилося, характерно те, що тріщини, які відбуваються в ендоспермі, часто не виходять через оболонку в силу її еластичності. Так природа за тисячоліття відібрала природною селекцією рослини з такими властивостями зерен, що сприяло їх кращому збереженню.
При знайомстві з характеристиками зерносушарок різного типу переконуєшся, що, як правило, порівняння проходять у площині їх економічної ефективності, а такий параметр, як нерівномірність сушіння, рідко оцінюється. Для прикладу візьмемо модульну сушарку колонкового типу і розглянемо нерівномірність сушіння зерна кукурудзи при зазначених параметрах на вході і виході з однієї колони (рис. 2).
Рис. 2. Процес сушіння кукурудзи в сушарці колонкового типу
Зерно на відстані 3 см від «гарячої» стінки підігріте до температури 102 °C і висушене до 10%, а на відстані від тієї ж стінки 35 см має температуру 51 °C і вологість практично ту ж, з якої надійшло в колону — 24%. Така нерівномірність сушіння може призвести до того, що пересушене зерно легко буде кришитися при незначному механічному ударі, адже внутрішня тріщинуватість навіть за температури зерна 50 °C і температури теплоносія (температура агента сушіння tаc) 90 °C становить близько 20%.
Підвищення температури теплоносія істотно інтенсифікує процес сушіння, але це, крім потрісканості, призводить до денатурації білка у зародку перш за все легко розчинних у воді альбумінів і глобулінів, що неприпустимо для насіння, а для товарного зерна знижує вихід крохмалю. Так, при t ≈ 140 °C вихід крохмалю знижується на 27–35%.
Насіння кременистої кукурудзи, що має розвинений роговидний ендосперм і містить підвищену кількість білка, як правило, має більше тріщин, ніж насіння зубовидної кукурудзи, що містить меншу кількість білка і більшу кількість крохмалю. Як було вже сказано, це пояснюється тим, що білок набагато повільніше віддає вологу, ніж крохмаль. У кременистої кукурудзи тріщини глибокі. Вони облягають зародок і йдуть по межі зародка й ендосперму або розташовуються по ширині зернівки.
Виходячи з чисто фізичних понять, початковий нагрів насіння кукурудзи при сушінні призводить до змикання тканин, розділених тріщинами. Цей процес стає помітним у разі підвищення температури зерна вище 35–40 °C.
Подальше зневоднення погіршує картину — кількість тріщин зростає, а зімкнуті тріщини розкриваються на велику величину в силу того, що при змиканні тканин було їх ущільнення по обидва боки від тріщини. Завершальний етап — охолодження зерна, додає кількість тріщин і поглиблює наявні. Тобто зневоднення (сушіння) і охолодження провокують розтріскування у процесі сушіння.
Тріщинуватість насіння кукурудзи при сушінні істотно підвищується при значенні початкової вологості, починаючи із 22% і вище.
Виходячи з простого розуміння міцності насіння, ясно, що насіння, яке тріснуло навіть на глибину 0,25, вже має передумови до руйнування, не кажучи вже про тріщини глибші, і це вимагає щадного поводження з ним при будь-якому впливі на нього.
Валовий збір кукурудзи, що постійно зростає, змушує збирати урожай і проводити післязбиральну обробку на підвищених режимах роботи. Таким чином, з огляду на складність процесів, що відбуваються у зернах кукурудзи при їх нагріванні, зневодненні і охолодженні, рекомендується:
- партії зерна, що надходять на сушку, повинні бути вирівняні за вологістю;
- не допускати нерівномірності сушіння;
- чим вище початкова вологість зерна, тим більш щадним за температурою теплоносія і тривалістю за часом повинен бути процес сушіння;
- не форсувати охолодження зерна після сушіння, а помістити його на тривале вилежування із подальшим активним вентилюванням.
Тривале вилежування забезпечує повільне вологовирівнювання не тільки в окремо взятому зерні, а й у всій зерновій масі. Крім цього, в недоохолодженому зерні в процесі відлежування відбувається інерційний процес вологовіддачі, і подальша активна вентиляція призводить весь обсяг просушеного зерна в рівноважний стан. Травмування насіння кукурудзи при такій технології сушіння мінімально.
Очищення кукурудзи перед сушінням і після неї рекомендуємо виконувати на зерноаспіраторі Фадєєва (ЗАФ). У такого типу машин є дві основні переваги:
- відсутність будь-якого травмування зерна;
- глибоке монотонне регулювання потоків повітря і зерна дозволяє очищати будь-які сільськогосподарські культури на режимах, що відповідають необхідній якості очищення.
Нами випускаються зерноочисні аспіратори, які мають такі конкурентні переваги:
- Оптимізована траєкторія потоку зерна з урахуванням впливу на неї потоку повітря;
- Повітря рухається по замкнутому контуру, що виключає установку циклону в основному потоці й істотно знижує споживання електроенергії з тієї причини, що примусова подача повітря (наддув) на вхід вентилятора знижує навантаження на електропривід робочого колеса, що дозволяє при оптимізації режиму виходити на підвищені оберти за рахунок збільшення частоти струму без перевантаження;
- Плавне регулювання пропускної здатності (продуктивності) і швидкості повітряного потоку дозволяє оптимізувати відоме для різних сільськогосподарських культур протиріччя: якість очищення і продуктивність;
- Передбачено роздільне видалення пилу і сміття.
На рис. 3 показана схема зерноаспіратора Фадєєва (ЗАФ-30). Зерноочистка на ньому відбувається наступним чином.
Рис. 3. Зерноаспіратор Фадєєва (ЗАФ-30)
Неочищене зерно з бункера (1) зсипається у профільований канал прямокутної форми (2), ширина якого у десятки разів більша за його товщину. Регулятор витрати зерна (3) задає необхідну продуктивність за рахунок зміни положення і забезпечує рівномірність потоку зерна, що безперервно падає.
Зерно під впливом продувається, через нього повітря зноситься на полиці жалюзійних ґрат (4). До кожної полиці жалюзійних ґрат прикріплюється роздільник зерна (5).
Роздільник зерна розосереджує і затримує зерновий потік, що падає, (рис. 4) і, тим самим, збільшує час взаємодії зерна з повітрям, що рухається у міжзерновому просторі, що в сукупності з впливом струменів повітря різної швидкості істотно підвищує ймовірність виносу з зернового об’єму частинок, швидкість витання яких нижче швидкості витання зерна.
Рис. 4. Схема роботи роздільника зерна
Повітря із важкоосілими домішками всмоктується вентиляторами. На шляху руху цього потоку встановлений уловлювач важкоосілих частинок (8), що обертає барабан та залишає частки на щітці (9). Видаляються частинки вентилятором відсмоктування (10) і відводяться у циклон (11). Очищене повітря знову подається на аспірацію.
Більш глибоке очищення, особливо від дрібного сміття, на всіх зерноочисних машинах можна отримати за рахунок заміни сит традиційного варіанту виконання на сита Фадєєва (рис. 5). Рішення просте, недороге, але ефективне. При такій заміні підвищується як якість очищення, так і продуктивність. Зокрема, при установці таких сит на зерноочисні машини на одному з елеваторів фірми «Агротрейд» вдалося підвищити продуктивність очищення на 30% і видалити зі складу насіння кукурудзи насіння амброзії. Результат зрозумілий — «живий перетин» такого сита при тому ж розмірі отворів у 1,5–2 разів вище, ніж у сита з отворами круглої форми.
Рис. 5. Геометрія сит
Підвищенню якості очищення також сприяє установка решіт нової геометрії (решето Фадєєва) замість плоских щілинних сит. Якість очищення при цьому підвищується за рахунок принципово відмінного взаємодії решета з зерном (рис. 6). Зерно на такому решеті повертається у напрямку, який визначається поперечиною, і приміряється до зазору між ними найменшим розміром — товщиною.
При очищенні зерна від великого сміття встановлюються решета, розмір у яких між поперечиною не менше товщини зернівки. При цьому варіанті через таке решето проходить все зерно, а сміття, крупніше товщини зерна, з решета сходить. На плоскому ситі того ж розміру зерно від великого сміття відділяється гірше, тому що воно не повертається і не приміряється до отвору сита товщиною. Відносна різниця (у %) розмірів товщини і ширини зерен різних культур наведені на рис. 7.
Такий принцип взаємодії решета із сипучим матеріалом, частинки якого мають різне значення величин довжини, товщини і ширини, дозволяють абсолютно видаляти із зернової суміші насіння бур’янів. Аналіз розмірів насіння бур’янів сорока різних видів показав, що всі вони проходять через розмір решета, рівний 1,7 мм. Все зерно при цьому сходить із решета. У таблиці наведено приклади розміри шести бур’янів і принцип їх видалення зі складу зерна на решеті. Такі решета, крім дрібного сміття, видаляють також із зернової суміші щуплі, уражені, невиконані насіння.
Видалення насіння і плодів бур’янів на решетах Фадєєва
Особливе місце такі решета займають при їх установці на барабанні сепаратори. Справа в тому, що в останніх із горизонтальною віссю обертання у процесі пересипання зернової суміші дрібне сміття падає повільніше великого зерна з тієї причини, що відношення поверхні до маси частинок у зерна менше, ніж у дрібного сміття. Велике зерно при цьому встигає закрити отвір у нижній частині барабана раніше, ніж у нього потрапляє дрібна частка (рис. 8).
Так відбувається, наприклад, при очищенні великих зерен кукурудзи від дрібних зерен амброзії (рис. 9). А оскільки в нижній частині барабана отвори від застряглих у них зерен не звільняються, то дрібне сміття, переміщаючись разом із зерном, висипається у відповідній секції барабана з великими отворами.
Вихід зі становища знову дозволяють решета нової геометрії при розміщенні поперечок решета (рис. 10). При цьому кільцеві щілини неможливо перекрити зерном, тим більше, що вони утворені кільцями круглого перетину, з якими сферичні зерна дотикаються у двох точках (рис. 11).
Установка таких решіт на барабанні сепаратори типу КБС, «Луч» та інші вирішують проблему видалення насіння бур’янів, включаючи амброзію. Величина решета при цьому для колосових — 1,7, а для кукурудзи і сої — 2,5.
Україна на сьогодні стверджується як країна-житниця, а перспектива її — стати країною-годувальницею. І при цьому зайняти гідне місце як в ніші органічної продукції, так і в вироблених із неї продуктів здорового харчування.
Продовження, початок у минулому номері
Леонід ФАДЄЄВ, канд. техн. наук,
доцент, розробник щадної
пофракційної технології
