Анализ аппаратурного оформления зерна

Введение

 

Зерно является основным продуктом  сельского хозяйства. Из зерна вырабатывают важные продукты питания: муку, крупу, хлебные и макаронные изделия. Зерно  необходимо для успешного развития животноводства и птицеводства, что  связано с увеличением производства мяса, молока, масла и других продуктов. Зерновые культуры служат сырьем для получения крахмала, патоки, спирта и других продуктов. К продуктам переработки зерна относят муку, макаронные изделия, крупу, хлеб. Зерномучные продукты являются основным поставщиком усвояемых углеводов – главного энергетического компонента пищи. При потреблении 500 г пшеничного хлеба из муки первого и высшего сортов в организм поступает от 21 до 64 % суточной потребности в жизненно необходимых кислотах.

Современное сельскохозяйственное производство требует решения многих задач, среди которых определяющее значение имеют повышение урожайности сельскохозяйственных культур и увеличение товарного выхода высококачественной продукции при снижении общих затрат и уменьшении потерь. Особую актуальность приобретает всемерное снижение или полное исключение доли ручного труда за счёт комплексной механизации технологических процессов.

Цель исследования. Создание средств  механизации для технологического процесса удаления коры с плодов и  повышение эффективности этого процесса за счёт применения очистительного аппарата щёточного типа, позволяющего обеспечить максимальное качество очистки и снизить потери съедобной мякоти.

Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи исследования:

1) изучить теоретические основы  процесса очистки зерна от наружного покрова

2) произвести аналитический обзор  оборудования для очистки зерна от наружного покрова

3) разработать алгоритм расчета  машины для очистки зерна от наружного покрова

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Теоретические основы процесса очистки зерна от наружного покрова

1.1 Строение зерна и его химический состав

 

Технологические свойства зерна в значительной мере определяется его структурой и химическим составом, а также распределением химических веществ по сечению зерна и его анатомическим частям. Строение зерновки пшеницы и других злаковых культур в настоящее время изучено достаточно подробно. Основное содержимое зерна состоит из мучнистого тела, или семенного белка (эндосперма), клетки которого наполнены крахмальными зернами и клейковиной (в меньшем количестве, особенно во внутренних частях), и зародыша (етbryo), расположенного у основания корня. Зародыш и эндосперм покрыты семенной оболочкой (perispermium), состоящей из двух слоев: пигментного (чаще всего желто-оранжевого цвета), непосредственно прилегающего к эндосперму, и внешнего. За этими двумя слоями семенной оболочки расположена плодовая оболочка (pericarpium), образующаяся из стенок завязи и состоящая из трех слоев: внутриплодника (endocarpis), надплодника (epicarpis) и наружного (epidermis). Зерна с пленчатыми плодами, например овса, ячменя, проса, покрыты еще цветочными пленками (ра1еае), которые образуют так называемую мякинную оболочку. Примыкающий к семенной оболочке слой эндосперма, не содержащий крахмала и состоящий из толстостенных клеток, наполненных мелкозернистой массой азотистых веществ, называется клейковинным. Клейковина находится также в клетках всего эндосперма зерна и для отличия этот слой называют алейроновым, вследствие содержания в клетках этого слоя алейроновых зерен, состоящих из белка, жира и минеральных веществ. Алейроновый слой легко поглощает воду из окружающей среды и служит передатчиком ее зародышу, которому вода нужна для прорастания. Соотношение между главными частями зерна — эндоспермом и оболочками — у различных хлебов различно. Так, например, у овса масса эндосперма зерна в среднем составляет 47—61% веса зерна, а масса оболочки — 25—49%; у ячменя оболочки составляют 7—15%; у пшеницы эндосперм составляет в среднем около 86% веса зерна, а оболочки — 11 — 12,5%.

Зародыш залегает у основания  зерна, на его выпуклой стороне. Он состоит  из щитка, который отделяет его от эндосперма, и служит передатчиком резервных веществ эндосперма внутрь зародыша — почки, покрытой зачаточными листьями (plumula) первичного стебля и корешков (radicula). По отношению к весу зерна зародыш составляет у пшеницы, ржи и ячменя 1,5—3%, у овса 3—4% и у кукурузы 10—14%.

Крахмальные зерна ржи, пшеницы и ячменя наиболее сходны между собою. Они имеют преимущественно простые концентрические слои, сплошные или с внутренней полостью, от которой в разные стороны расходятся звездообразные трещины. Крахмальные зерна ржи самые крупные, ячменя средние и овса — самые мелкие по величине. Строение и форма крахмальных зерен хлебных злаков различны (рис. 1.1).

 

 

 

Рис. 1.1 – Форма зерен крахмала: а — ячменный крахмал; б — ржаной крахмал; в — овсяный крахмал; г — пшеничный крахмал; д — просяной крахмал.

Анатомическое строение зерна пшеницы представлено на рисунке 1.2.

Рис. 1.2 - Строение зерна пшеницы (продольный разрез) и (поперечный разрез): 1-3 – плодовые и семенные оболочки зерна; 4 – алейроновый слой; 5 – эндосперм; 6 – зародыш с зачатками корешка (7) и листа (8); 9 – щиток; 10 – бородка

Распределение в анатомических  частях зерна пшеницы зольных  элементов, клетчатки, пентозанов и  крахмала представлено в таблице 1.1.

Таблица 1.1 – Содержание веществ в анатомических частях зерна пшеницы (по А.П.Гришенко, Д.В.Кент-Джонсу и др.)

Части зерна	Масса, %	Содержание, % сухого веса
		зо- лы	крах- мала	клет- чатки	бел- ка	жи- ра	саха- ра	пенто- занов
Эндосперм	78-84	0,4	80	0,1	14,0	0,7	2,3	1,5
Алейроновый слой	2,8	4,8	4,2	3,1	3,9	3,3	3,3	3,3
Плодовые и семенные оболочки	2,8	4,8	4,2	3,1	3,9	3,3	3,3	3,3
Зародыш	2,8	4,8	4,2	3,1	3,9	3,3	3,3	3,3
Целое зерно	100	1,9	66,0	2,0	16,0	2,0	3,0	7,5

 

Химический состав хлебного зерна сильно варьирует даже в  пределах одного вида злаков; он зависит  от сорта растения, условий его  произрастания и других факторов.

В табл. 1.2 приводятся данные о составе зерна различных культур, которые следует рассматривать как средние, подверженные значительным отклонениям. 

 

Таблица 1.2 – Химический состав зерна в %

Компоненты зерна	Пшеница		Рожь	Овес	Кукуруза	Просо	Ячмень
	озимая	яровая
Вода	15,0	15,0	15,0	15,0	15,0	15,0	15,0
Белок	11,0	13,2	9,0	10,3	9,9	10,6	9,5
Безазотистые экстрактивные  вещества	68,5	66,1	70,7	56,4	67,2	58,6	67,0
Жир	1,9	2,0	1,7	4,8	4,4	3,9	2,1
Клетчатка	1,9	1,8	1,9	10,3	2,2	8,2	4,0
Зола	1,7	1,9	1,7	3,6	1,3	3,8	2,5

1.2 Понятие и способы очистки зерна от наружного покрова

Все партии свежеубранного зерна в обязательном порядке  подлежат очистке. Все партии свежеубранного зерна в обязательном порядке  подлежат очистке.

Свежеубранный зерновой ворох содержит не только зерна основной культуры, но и некоторое количество сорной и зерновой примесей, которые ухудшают качество зерна, отрицательно влияют на его сохранность. Согласно стандарту к зерновой примеси относятся битые, щуплые, давленые, проросшие, поврежденные, недозрелые и поеденные вредителями зерна. К Сорной примеси относятся минеральная примесь (песок, комочки земли, галька, шлак и др.) и органическая примесь (частички стеблей, листьев, ости, стержни колосьев, полова), остатки вредителей, семена дикорастущих растений (сорняков). Специально выделяется еще вредная примесь, которая представляет собой опасность для здоровья человека и животных (склероции спорыньи, семена горчака, плевела и других ядовитых растений), а также фузариозное и испорченное зерно от коричневого до черного цвета.

Содержание примесей в зерновой массе строго нормируется  стандартом. Если количество примесей превышает ограничительную норму, зерно нельзя использовать по целевому назначению, при продаже такого зерна  производятся скидки с массы и взимается плата за очистку. Но даже зерно средней чистоты, в котором содержание примесей не превышает установленных стандартом норм, также следует очищать. Это способствует существенному снижению физиологической активности зерновой массы, так как именно примеси содержат повышенное количество микроорганизмов и имеют, как правило, влажность выше, чем зерно основной культуры.

Таким образом, под очисткой следует понимать технологическую операцию по удалению из зерновой массы примесей. Очистку свежеубранного зерна начинают еще в комбайне, имеющем ворохоочистительное устройство. При правильных регулировках зерноуборочной техники на чистых, не засоренных полях технологически возможно максимальное удаление из зерновой массы легкой органической примеси (половы, соломистых частиц) и снижение до минимума содержания дробленых, битых зерен. Если же поля засорены, удалить из зерна семена сорняков при уборке не представляется возможным. Для удаления всех видов примесей зерно очищают в зерноочистительных машинах в процессе послеуборочной обработки.

В результате очистки  повышается не только качество, но и  сохранность зерна основной культуры, а также обеспечивается более  высокая его пригодность использования  на пищевые, технические, семенные, фуражные цели. При очистке удалению подлежат не только все посторонние компоненты, но и некоторая часть зерна основной культуры, которая не отвечает установленным требованиям к качеству и относится к зерновой или сорной примеси. Это зерна испорченные, поврежденные вредителями, недоразвитые, щуплые, дробленые, раздавленные. К сожалению, при этом не исключены некоторые потери полноценного зерна, которое попадает в отходы.

Очищают зерно и семена, разделяя исходную зерновую смесь на более однородные части – фракции, отличающиеся по качеству от исходного продукта и других частей зерновой массы. Чаще всего при очистке зерна выделяют следующие фракции: полноценное продовольственное или семенное зерно (первый сорт); мелкое и щуплое фуражное зерно (второй сорт); крупные и легкие примеси; мелкие отходы.

Процесс разделения зерновой смеси на фракции называют сепарированием, а используемые для этого машины – сепараторами.

Процесс сепарирования  характеризуется следующими обязательными  условиями. Зерновая смесь должна иметь  отделимые на данном рабочем органе компоненты. Разделяемая зерновая смесь должна непрерывно разрыхляться и перемешиваться, чтобы зерновой слой, граничащий с поверхностью разделения, например, с решетом, постоянно обновлялся. Это первая подготовительная стадия процесса разделения. На второй, заключительной, стадии происходит отделение этих частиц и удаление их из рабочей зоны, например, зерна с меньшим размером, чем отверстия решета, проваливаются через него, а крупные частицы идут сходом.

Обязательное требование технологически правильного процесса сепарирования заключается в том, что одна из получаемых в результате разделения фракций должна иметь более высокое качество, чем исходная зерновая смесь. Чем выше однородность выделенных при очистке фракций и их чистота, тем выше эффект очистки.

Показателем Технологического эффекта очистки зерна является процентное отношение количества отделимых примесей, содержащихся в отходах, к количеству отделимых примесей, содержащихся в неочищенном зерне. Отделимыми примесями являются такие их виды, которые можно удалить из зерновой массы в потоке воздуха, на решетах и на ячеистых поверхностях (в триерах), то есть при традиционных способах очистки на агрегате ЗАВ. Примеси, которые не удается выделить из исходной зерновой смеси при такой обязательной очистке, считаются трудноотделимыми. Для их удаления из зерна применяются специальные виды очистки.

Минимальный норматив технологической  эффективности очистки зерна  в воздушно-решетных машинах равен 60 %. Это значит, что не менее 60 % отделимых примесей после очистки должны перейти в отходы. Допустимая норма потерь основного зерна в отходы при первичной очистке не должна превышать 1,5 %.

Процесс очистки и  сортирования зерна основан на использовании  свойств и признаков составных  частей смеси: аэродинамических свойств, размеров, плотности, состояния поверхности, различий формы и др. Зерноочистительные и сортировальные машины снабжены устройствами, действующими по принципу использования одного или нескольких признаков и свойств зерна и засорителей.

Разделение семян по аэродинамическим свойствам. Перемещаясь в воздушной среде, любое тело преодолевает сопротивление воздуха, зависящее от размеров, формы, массы тела и его расположения в воздушном потоке. Чем больше сопротивление воздуха, тем медленнее движется свободно падающее тело и тем позже оно упадет. На этом принципе основан процесс выделения примесей и разделения зерна горизонтальным или вертикальным воздушным потоком. Обычно разделяемую смесь вводят в воздушный поток, создаваемый вентилятором, или подбрасывают, заставляют двигаться в воздухе.

На помещенное в вертикальном воздушном потоке (канале) тело действуют  сила тяжести Q и сила сопротивления  воздушному потоку R. Если Q>R, то тело падает. При R>Q тело движется вверх. Если Q = R, тело находится во взвешенном состоянии, оно неподвижно относительно стенок канала. Скорость вертикального воздушного потока, при которой тело находится во взвешенном состоянии, называют скоростью витания или критической скоростью данного тела.