1. Вологість зерна
2. Види вологи в зерні
3. Оцінка вологості і її критичне значення
4. Нормативні документи
5. Методи визначення вологості
6. прямі методи
7. непрямі методи
8. Сучасні аналізатори вологості
9. Аналізатор вологості Евлас
10. Вологомір зерна Фауна

У сільському господарстві і харчовій промисловості широко використовуються такі прилади, як аналізатори вологості зерна. Вони красиво виглядають і швидко працюють. Але, чи дійсно так вже сильно необхідні ці вологоміри зерна, або їх застосування - лише данина технологічної моді?

Вологість зерна

Серед різних показників якості зібраного зерна, вологість є одним з найважливіших. Причина полягає в тому, що вода безпосередньо впливає на інтенсивність життєдіяльності мікроорганізмів - як тих, які складають сам рослинний плід, так і що знаходяться на його поверхні. Тому дану характеристику визначають відразу ж, в процесі приймання.

Від рівня вологості залежить, скільки в зерні міститься поживних речовин. А також - наскільки воно підходить для переробки або зберігання. Чим цей показник вищий, тим більше в ньому води і менше корисних компонентів. І тим гірше воно буде зберігатися і перероблятися. Надмірне наявність вологи є каталізатором, що активує фізіологічні та фізико-хімічні процеси, такі як проростання, дихання, набухання, активізація ферментів, розщеплення біополімерів.

Якщо зерно прибрано з поля з підвищеною вологістю, то мікроорганізми на його поверхні розвиваються прискореними темпами. У загальному обсязі такої зернової маси значно зростає кількість кліщів і різних шкідників з класу комах. Це теж негативно впливає на якість крупи і насіння, збільшує ймовірність їх псування при зберіганні.

Ще один важливий фактор полягає в тому, що у вологого зерна змінюються в гіршу сторону фізичні властивості. Знижується натура (тобто, вага якого-небудь обсягу, наприклад, 1 тн. Зерна, на відміну від поширеного показника ваги 1000 шт. Зерен) і опір раздавливанию, погіршується сипкість. Оболонки стають гладкими і більш еластичними. В результаті, на механічне дроблення доводиться витрачати більше енергії, ніж для сухого матеріалу. Буває і так, що переробка виявляється просто неможливою.

У період збирання різних зернових культур, вологість врожаю коливається в значному діапазоні - від 10% до 30% і більше. За вказаними вище причин, визначення даного параметра є важливим етапом виробничого процесу. Залежно від його результатів, приймається рішення про необхідність підвищення якості за допомогою сушіння.

Види вологи в зерні

Певна кількість вологи в зерні є завжди. Точне його значення залежить від безлічі факторів: кліматичних умов, виду культури, особливостей її анатомії, ступеня стиглості, наявності гідрофільних колоїдів, умов збирання і подальшого зберігання.

Вода в зерні може перебувати в трьох станах:

• Хімічно зв'язана. В цьому випадку молекули Н2О, в строго певних співвідношеннях, входять до складу молекул компонентів зерна. Щоб видалити таку воду, треба прожарити матеріал, або провести хімічну реакцію. В обох випадках, структура входять в зерно речовин виявиться зруйнованою.

• Фізично пов'язана. Так само як вода структурна, осмотически поглинена і адсорбційна. Співвідношення молекул Н2О можуть варіюватися в деяких межах. Якщо вони сорбованих присутніми в зерні гідрофільними колоїдами, то виступати в якості розчинника вже не можуть. Переміщення таких молекул Н2О в тілі зерна утруднено, як і участь в хімічних реакціях. В результаті фізіологічні процеси з їх участю майже не відбуваються. При висушуванні така волога, з труднощами, але все ж віддаляється.

• Механічно пов'язана. Вона розташовується в наявних в тілі зерна макро- і мікрокапілярах. Ця вода називається вільною. Вона зберігає всі свої властивості і бере участь в що відбуваються в зерні мікробіологічних, біохімічних і фізіологічних процесах. Легко прибирається висушуванням.

Фізично і механічно пов'язану воду, яку можна видалити з зерна в процесі сушіння, називають гигроскопической.

Оцінка вологості і її критичне значення

За рівнем вологості зерно може бути сухе, середньої сухості, вологе або сире. По кожній групі визначено показники в відсотках, різні для різних культур. Наприклад, для ячменю, жита або пшениці вони становлять, відповідно: до 14% включно; 14,1% - 15,5%; 15,6% - 17,0%; 17,1% і більше. У деяких бобових ці цифри вище, у олійних - нижче. Зокрема, в сухому насіння соняшнику присутні не більше 7% вологи.

Найкраще зберігати сухе зерно. Вільна волога в ньому практично відсутня. А пов'язана, в основному, утримується гідрофільними колоїдами. Вологість, при якій в зерні з'являється вільна вода, після чого різко інтенсифікуються дихання, проростання та інші фізіологічні процеси, внаслідок яких починають активно розвиватися мікроорганізми, називають критичною.

За основними злаків нормальної для зберігання вважається вологість нижче 14%, тобто, менше критичної. У цьому випадку зерно можна відносно довго тримати в насипах висотою до 30 м і більше. Якщо вологість на межі критичної (зерно середньої сухості), то інтенсивність дихання зростає в 2 - 4 рази. Але, оскільки газообмін невеликий, то терміни зберігання теж досить довгі. У вологого зерна даний показник збільшується в 4 - 8 разів, у сирого - в 20 - 30 разів. При цьому, з активним розвитком мікроорганізмів, спостерігається процес виділення тепла - самосогревание, в процесі якого температура зернової маси іноді піднімається до 75 град С.

Нормативні документи

Важливість отримання своєчасної і точної інформації про наявність вологи в зерні підтверджується тим, що за цією операцією на державному рівні вжито відповідні нормативні документи:

• ГОСТ 13586.5-2015 «Зерно. Метод визначення вологості (з Поправкою) ».

• ГОСТ 29027-91 «Влагомери твердих і сипучих речовин. Загальні технічні вимоги та методи випробувань ».

Є й інші, наприклад, ГОСТ 29305-92. У першому стандарті прописаний метод вимірювання вологості зерна злакових, включаючи кукурудзу, і зернобобових культур, за технологією повітряно-теплового сушіння. Даний спосіб вважається еталонним і найбільш точним. Використовується на переробних і хлібоприймальних заводах, під час проведення контрольних замірів і в спірних ситуаціях. Другий ГОСТ поширюється на вологоміри твердих і сипучих речовин, принцип дії яких заснований на використанні непрямих (електричних) методів: діелькометричні (об'ємному), кондуктометричну, інфрачервоному і надвисокочастотному. Прилади, що працюють за прямими методами вимірювання, до сфери дії цього документа не належать.

Методи визначення вологості

Всі методи вимірювання вологості твердих і сипучих речовин діляться на дві категорії:

• Прямі. Кількість вологи в матеріалі визначається безпосередньо, шляхом його поділу на воду і суху речовину.

• Непрямі. Наявність вологи впізнається шляхом вимірювання будь-якої фізичної величини, числове значення якої пов'язане з кількістю води в матеріалі.

прямі методи

В першу категорію вимірювання вологості твердих і сипучих матеріалів входять способи: висушування, дистиляційні, екстракційні і хімічні.

Найбільш поширеним є метод повітряно-теплового сушіння (термогравіметричний), описаний в ГОСТ 13586.5-2015. Суть його полягає в тому, що навішення подрібненого зерна зважують, а потім висушують в спеціальній шафі при температурі 130 град С протягом 40 хв. Після цього - охолоджують в ексикаторі (без доступу вологи з атмосфери) і знову зважують. Вологість зерна визначають за формулами, виходячи з отриманих значень мас, і виражають у відсотках. Гідність методу полягає в його високій точності. Недоліки - тривалий процес, необхідність наявності сушильного шафи і допоміжного обладнання, а також кваліфікованого лаборанта.

Для прискорення сушки матеріалу, можуть застосовуватися інфрачервоні промені або струми високої частоти.

При дистиляційному методі матеріал нагрівають в посудині з рідиною, яка з водою не змішується (мінеральне масло і ін.). В процесі нагрівання, з посудини виділяються пари цієї рідини з парами води, що міститься в досліджуваному матеріалі. Їх відводять через холодильник в мірний посуд, де пари води конденсуються, після чого залишається виміряти їх вага або об'єм. Ця технологія не надто точна, допускаються помилки, в тому числі, систематичні.

В екстракційних методах волога з досліджуваного матеріалу витягується за допомогою водовбирною рідини (наприклад, спирту). Після цього треба визначити числові значення фізичних характеристик отриманого екстракту, таких як температури замерзання або кипіння, показника заломлення, щільності або інших, залежать від вмісту в ньому води.

В основу хімічних методів покладена обробка досліджуваного зразка таким реагентом, який вступає в реакцію тільки з міститься в матеріалі вологою. Процентний вміст води визначається за кількістю утворився в результаті реакції кінцевого продукту. Найпопулярнішими в даній категорії є газометріческіх (карбідний) спосіб і технологія з використанням реактиву Фішера.

непрямі методи

До непрямих методів належать механічні, фізичні та інші. В ході механічних вимірюють характеристики, які залежать від кількості вологи в матеріалі. Наприклад, визначають опір пшеничного зерна раздавливанию. Або усадку матеріалу під тиском поршня, опір деформації або вдавленню конуса і інші. Механічні технології відрізняються простотою виконання і низькою точністю результатів, тому великого поширення вони не отримали.

Набагато ширше використовуються фізичні методи. В ході їх проведення, вологість матеріалу перетворюється в іншу величину, більш зручну для вимірювання. Всі вони відносяться до двох категорій: електричні і неелектричні. У першому випадку вимірюються електричні параметри зразка, що залежать від кількісного вмісту вологи. У другому - інші характеристики.

Серед неелектричних технологій найбільш популярними є способи, в основу яких покладено застосування або вивчення:

• Теплофізичних характеристик речовини.

• Акустичних властивостей матеріалу.

• Нейтронів і гамма-променів (радіометоди), рентгенівського випромінювання.

• Магнітного ядерного резонансу.

• Інфрачервоного випромінювання і видимого світла (спектральні способи).

У групі електричних методів найпопулярнішими є кондуктометрический і діелькометричний (ємнісний). Крім них, є й інші, засновані на вивченні інших характеристик влагосодержащих речовин - електростатичного заряду, ЕРС гальванічний пари і т.д. Але їх поширеність вкрай низька.

При визначенні вологості кондуктометричним методом, міряється електричний опір досліджуваного речовини, яке залежить від вмісту в ньому води. Пробу матеріалу 1 розташовують між електродами 2 перетворювача. Амперметр 3 показує силу що проходить через зразок струму. Резистор R0 потрібен для того, щоб точно виставити апарат на нульову позначку. Перші прилади, що працюють за цим методом, визначали вологість сипучих речовин в діапазоні від 2% до 20%. Вище було проблематично, так як, з ростом вологості, знижується чутливість. Нижче - теж, через труднощі вимірювання значних опорів.

При діелькометричні методі ємнісний вологомір служить для вимірювання в великому діапазоні частот діелектричних властивостей матеріалу. При цьому, робота на надвисоких частотах має деякі суттєві відмінності, через що її іноді розглядають, як окремий спосіб.

Основні компоненти сухого зерна - слабо полярні або неполярні. Їх діелектрична проникність невисока. Наприклад, у жирів вона становить 3,5, у клітковини - 6,5, у крохмалю - 10. Вода, навпаки, є речовиною сильно поляризованим, у неї даний параметр дорівнює 81 (при 18 град С). Тому, наявність в зерні вологи значно змінює його діелектричну проникність - коли зерно сухе, воно діелектрик, коли вологе, воно провідник. Для визначення вмісту води, досить виміряти ємність конденсатора, між пластинами якого розміщений досліджуваний матеріал.

Резонансний контур влагомера складається з конденсатора змінної ємності СХ і котушки індуктивності L. Для отримання резонансу, налаштовується конденсатор С0. За допомогою такого контуру, визначається ємність перетворювача і, відповідно, діелектричні втрати. Вольтметр 2 служить для індикації резонансу. Від генератора 1 коливальний контур відділений конденсатором НГ.

Якщо вологість досліджуваного матеріалу 3 збільшується, то, відповідно, змінюється ємність перетворювача. Щоб відновити симетричне положення, слід ємність конденсатора С0 змінити на таку величину, щоб загальна ємність контуру знову стала дорівнює первісної. Різниця між початковим і кінцевим положенням ручки конденсатора С0 покаже вміст вологи в зерні.

У діелькометричні методу є один мінус - ємність зразка залежить не тільки від вологості, а ще й від хімічного складу. Тому, для кожного матеріалу в комплекті приладу повинна бути «своя» градуйована шкала.

Сучасні аналізатори вологості

В даний час аналізатори вологості вітчизняного і зарубіжного виробництва представляють собою набагато більш досконалі прилади, ніж ті, які випускалися в кінці минулого століття. Всі вони діляться на дві групи: лабораторні та портативні. Перші призначені для стаціонарного застосування. Вони використовують гравіметричну технологію (висушування зразків, з вимірюванням маси навіски). Працюють швидко. Наприклад, вологомір серії РМ (Kett, Японія), видає результати через 15 секунд після початку вимірювань.

Більшість портативних пристроїв працює по кондуктометричну або діелькометричні методу. У другому випадку, до приладу додається кілька (від 5 до 20) різних шкал для різних видів зерна. Є можливість зробити індивідуальну градуювання. Діапазон вимірювань максимально широкий, від 0% до 100%. (Тут треба зазначити, що, при покупці влагомера для зерна, не обов'язково вибирати апарат з найбільшими можливостями, оскільки це збільшує його ціну. Цілком достатньо від 0% до 50%, або навіть менше, тому що вміст води практично ніколи не виходить за ці межі).

Є моделі для визначення вологості зерна в потоці. Наприклад, «Фауна - П».

На ринку пропонуються аналізатори вологості універсальні і спеціалізовані. Перші можуть визначити вміст води практично в будь-якому матеріалі, або в дуже великому переліку речовин різних типів. Вони здатні працювати, як з твердими і сипучими зразками, так і з рідкими або газоподібними. Другі призначені для одного або декількох матеріалів однієї групи, наприклад, для зернових, для деревини тощо

Нижче, як приклад, описано кілька марок найбільш популярних вологомірів для зерна.

Аналізатор вологості Евлас

Аналізатор вологості Евлас - це універсальний прилад, за допомогою якого можна визначити вміст води в більш ніж 300 видів харчових продуктів та інших матеріалів в галузях сільського господарства, хімічної, фармацевтичної, будівельної та інших.

Апарат працює по гравіметричної технології. Сушильна камера обладнана тороідальним інфрачервоним нагрівальним елементом, завдяки чому волога віддаляється рівномірно. Близьке до пробі розташування керуючого сенсора дозволяє точно регулювати температуру. Час вимірювання (сушіння) коливається в межах від 5 хв до 15 хв. Точне значення залежить від маси навіски, вологості матеріалу і його здатності «віддавати» воду. Діапазон значень - від 0% до 100%.

Вологомір складається з двох основних вузлів: сушильної камери з нагрівачем і блоку управління (центрального процесора) зі зважують пристроєм. Програмне забезпечення дозволяє працювати в автоматичному чи напівавтоматичному режимі. Результати виводяться на індикатор з точністю до 0,01%.

Вологомір зерна Фауна

Вологомір зерна Фауна - це спеціалізований портативний апарат з автоматичною термокомпенсацією температури, призначений для визначення вологості до двох десятків зернових, зернобобових та олійних культур. При необхідності, після виконання індивідуального градуювання, можна працювати і з найменуваннями, що не входять в базовий перелік. Аналізатор компактний (поміщається на долоні), важить всього 330 м, має автономне живлення від батареї 9В, тому застосовується в польових умовах, на токах, у сховищах і у всіх інших випадках, коли треба швидко визначити вологість зерна на місці взяття проби.

Апарат працює по діелькометричні методу. Діапазон вологості становить від 4,5% до 35,0% для зернових і зернобобових, від 6,5% до 20,0% для олійних культур. Час безпосереднього вимірювання - 12 секунд.

Не дивлячись на велику кількість різноманітних методів визначення вологості, в даний час на виробництві все більшого поширення набувають аналізатори двох видів - універсальні лабораторні, які працюють за гравіметричної технології, і спеціалізовані портативні, в які реалізовані кондуктометрический або ємнісний способи. Ці прилади прості в обслуговуванні, видають досить точні результати протягом короткого часу і можуть працювати автономно, що надзвичайно важливо в промислових умовах.