Повреждение зерна

Повреждение зерна - это любое ухудшение качества зерна . В современной торговле зерном это повреждение может повлиять на цену, качество кормов, качество продуктов питания и восприимчивость к заражению вредителями.

Между полем и конечным использованием зерно может проходить через любое количество операций по обработке, каждая из которых может способствовать повреждению зерна. Например, зерно может столкнуться со свободным падением, конвейерами, желобами, зернометателями, элеваторами , бункерами, сушилками и многим другим. В целом, эти методы обработки можно оценить с точки зрения того, какое влияние они оказывают на зерно. Поврежденное зерно часто можно охарактеризовать по степени, в которой оно сокращает время хранения. Например, треснувшие или сломанные зерна более восприимчивы к насекомым или бактериям, а также к химической деградации. Повреждение фактического зерна является лишь одним примером потерь, понесенных после сбора урожая . Чтобы количественно оценить повреждение зерна, необходимо также понимать качество зерна. Качество зерна — очень широкий термин, который может относиться ко многим темам, таким как посторонние материалы, химический состав, механические повреждения, заражение насекомыми и многое другое. Эти ссылки на качество в значительной степени зависят от конечного использования зерна. Некоторые типы повреждений могут быть приемлемыми для определенных отраслей промышленности, в то время как другие не могут использовать зерно с этими проблемами.

Определение

Повреждение зерна — это настолько широкий термин, что может быть трудно точно определить все факторы, которые можно считать повреждением. Кроме того, эти факторы нелегко измерить. Многие распространенные методы определения уровня повреждения зерна включают в себя некоторый тип визуального осмотра, который может нести с собой большое количество ошибок.

Министерство сельского хозяйства США (USDA) в течение многих лет перечисляло стандарты для многих типов зерна. В этих стандартах они определили нормализованную шкалу оценок, основанную на таких факторах, как натурный вес и пределы поврежденных зерен и посторонних материалов. В этих стандартах определения, перечисленные для повреждения, могут быть открыты для толкования лицом, оценивающим зерно. Например, «поврежденные зерна» для кукурузы (кукурузы) относятся к зернам, которые «сильно повреждены землей, сильно повреждены погодой, больны, повреждены морозом, повреждены микробами, повреждены жарой, продырявлены насекомыми, повреждены плесенью, повреждены ростками или иным образом существенно повреждены». Эти характеристики в значительной степени субъективны и нелегко измерить. [1]

В шкале USDA, по мере уменьшения номера сорта, качество зерна повышается. Краткое изложение этих стандартов для кукурузы, сои и пшеницы приведено в таблицах ниже (по состоянию на сентябрь 1996 года). USDA также перечисляет эти стандарты для многих менее популярных зерновых, таких как ячмень , рапс , льняное семя , овес , рожь , сорго и семена подсолнечника .

Стандарты США для зерна
ОценкаСорта кукурузы (кукурузы) в США [1]Сорта США для соевых бобов [2]Сорта пшеницы в США [3]
Максимальное количество поврежденных жарой ядер (%)Максимальное количество сломанной кукурузы и посторонних примесей (%)Максимальное общее количество поврежденных ядер (%)Максимальное количество поврежденных жарой ядер (%)Максимальное количество сплитов (%)Максимальное общее количество поврежденных ядер (%)Максимальное количество поврежденных жарой ядер (%)Максимальное количество сморщенных/сломанных ядер (%Максимальное общее количество поврежденных ядер (%)
США № 10.12.03.00.210.02.00.23.02.0
США № 20.23.05.00,520.03.00.25.04.0
США № 30,54.07.01.030.05.00,58.07.0
США № 41.05.010.03.040.08.01.012.010.0
США № 53.07.015.0---------3.020.015.0

Типы

Сломанные/треснувшие ядра

Зерна кукурузы, отсортированные по количеству трещин от напряжения: от нуля (слева) до нескольких (справа).

Одной из наиболее распространенных форм повреждения зерна являются сломанные или треснувшие зерна. Это может произойти во время обработки и транспортировки.

USDA перечисляет пороговые значения для сломанной кукурузы как все, что проваливается через сито с круглыми отверстиями 12/64, [1] а для сломанных соевых бобов как все, что проваливается через сито с круглыми отверстиями 8/64 . [2] Эти стандарты напрямую не учитывают любые трещины, которые присутствуют в семенной оболочке. Известно, что эти трещины в зернах вызывают ухудшение качества зерна быстрее из-за ускоренного заражения насекомыми и грибками и более быстрой восприимчивости к разрушению при дальнейшей обработке. [4] Было обнаружено, что допустимое время хранения кукурузы уменьшается с увеличением механических повреждений (сломанные/треснувшие зерна). Было обнаружено, что время хранения уменьшается по мере увеличения механических повреждений от нуля до сорока процентов. [5] В рамках этого исследования необходимо попытаться свести к минимуму количество механических повреждений в зернах. Помимо внешних трещин, трещины от напряжения могут образовываться внутри зерна. Эти трещины от напряжения обычно возникают из-за сочетания термических и механических процессов обработки, таких как сушка. Установлено, что ядра с внутренними трещинами от напряжения имеют более высокую подверженность разрушению и могут быстрее ломаться при дальнейшей обработке. [6]

Измерение количества сломанных/треснувших ядер

Существует множество методов определения механических повреждений зерна. Самый простой метод заключается в визуальном осмотре зерна. USDA указывает пороговое значение для битого зерна, которое может пройти через сито с круглыми отверстиями 12/64 и 8/64 дюйма для кукурузы и сои соответственно, как указано выше. Это не учитывает трещины или дефекты в самом оставшемся зерне.

В 1976 году Чоудхури и Бухеле разработали числовой индекс повреждений для кукурузы. [7] Они предложили систему, которая характеризовала повреждение каждого зерна по шкале от D1 (без дефектов) до D5 (очень сильно повреждено). Затем процедура берет средневзвешенное значение числа зерен, отнесенных к каждому уровню, чтобы получить стандартизированную меру механического повреждения. Этот подход основан на визуальных наблюдениях, которые несут с собой большую долю изменчивости из-за индивидуального проведения теста.

Другие исследователи пытались измерить механические повреждения более конкретными способами. Один из методов заключается в использовании красителя, который будет прилипать только к поврежденным областям ядра. Оттуда краситель смывается каким-либо растворителем и измеряется с помощью колориметрического метода. [8] Более недавно разработанный метод использует диэлектрические свойства зерна для измерения уровня повреждения; этот метод, как оказалось, очень точно измеряет количество поврежденных ядер. [9]

Грибковые и насекомые-инфицированные

Изображения плесени и заражения насекомыми зерна кукурузы и пшеницы
  • Зерна, на открытых частях которых имеется плесень, считаются поврежденными.
    Зерна, на открытых частях которых имеется плесень, считаются поврежденными.
  • Повреждение зерен пшеницы насекомыми вызвано внутренними насекомыми, питающимися зерном.
    Повреждение зерен пшеницы насекомыми вызвано внутренними насекомыми, питающимися зерном.

Грибковые и насекомые заражения могут привести к потерям сухого вещества, что в свою очередь делает зерно менее ценным. [10] Заражение насекомыми и рост грибков (включая плесень ) идут рука об руку, так как многие насекомые фактически питаются плесенью, образовавшейся при хранении в результате порчи зерна. [10] Заражение насекомыми может привести не только к порче зерна, что понимается под сокращением сроков хранения, но также может повлиять на фактический вес зерна, что приводит к снижению цен на рынке. Кроме того, эти проблемы могут снизить пищевую или химическую ценность зерна, что может быть очень важно в зависимости от конечного использования. [11] Рост плесени может быть вызван влажностью, механическими повреждениями, температурой хранения и другими факторами. [12] Микотоксины относятся к токсичным грибковым химикатам, которые растут на сельскохозяйственных культурах. Из них наиболее изученным является афлатоксин , который может быть канцерогенным (вызывающим рак). [13]

Выявление заражения грибками и насекомыми

Появление микотоксинов в зерне может иметь разные последствия. Некоторые заметные последствия включают изменение цвета или пятна плесени, как показано на изображениях, или даже запах, исходящий от зерна. Однако более скрытые последствия грибковой инфекции могут быть едва заметными и их трудно заметить без тестирования. Как и в случае с разбитыми и треснувшими зернами, повреждение плесенью обычно оценивается на основе визуального осмотра, который может быть субъективным и иметь большую вариацию. Нг и др. использовали метод машинного зрения для оценки повреждения плесенью, вычисляя количество пикселей на изображении зерна, которое включало плесень, и представляя это как долю от общей площади поверхности. [14] Заражение насекомыми, такими как кукурузный долгоносик , иногда проще определить визуально, но трудно количественно оценить в больших масштабах.

Ущерб, причиненный вредителями

Моль — распространенный вредитель зернохранилищ, и чаще всего встречается, когда зерно хранится неправильно. Такие виды, как Pyralis farinalis, живут в зернохранилищах , где влага смогла проникнуть в зерно. Эти мотыльки откладывают яйца в зерно, и все части зерна будут съедены гусеницами после того, как они вылупятся. [15]

Крысы и мыши также могут повредить хранящееся зерно.

Тепловое повреждение

Поврежденные жарой зерна кукурузы могут изменить цвет, сморщиться, покрыться пузырями, вздуться и/или опухнуть, а их семенная оболочка может начать отслаиваться.

Тепловое повреждение, скорее всего, происходит из-за сушки зерна . Это подвид повреждения, включающий сломанные или треснувшие зерна, но Министерство сельского хозяйства США выделяет его в отдельный тип повреждения. Повышенные температуры, используемые в процессе сушки для устранения влаги, могут оказывать неблагоприятное воздействие на сами зерна. Наиболее распространенными признаками теплового повреждения являются поломка/трещины, изменение цвета и усушка. Когда зерно проходит процесс сушки, в зерне возникают градиенты температуры и влажности, которые могут вызвать трещины напряжения как внутри, так и снаружи зерен. [16] Эти трещины могут создавать проблемы для качества зерна, как указано в двух предыдущих типах повреждения зерна.

Браун и др. показали, что с увеличением содержания влаги процент зерен с трещинами под напряжением также увеличивается для различных типов сушки. [17] Также были проведены некоторые исследования по влиянию различных типов конвективных сушилок. Джайас и Гош обнаружили, что процент зерен с трещинами под напряжением был наибольшим в сушилках с поперечным потоком и наименьшим в сушилках с прямоточным потоком. [16]

Измерение теплового повреждения

Тепловое повреждение можно измерить несколькими способами. Прежде всего, это всегда визуальный осмотр. Заметное изменение цвета является явным следствием теплового повреждения. Некоторые исследователи разработали собственные методы определения цветовых различий с помощью того, что они называют измерителем разницы цвета. [18] Этот измеритель измеряет цвет по трем параметрам, основанным на светлоте и темноте образца. Более современный метод оценки теплового повреждения был создан для пшеницы Ваном, Доуэллом и Чунгом с использованием ближней инфракрасной спектроскопии . Их процесс использования процесса ближней инфракрасной спектроскопии может классифицировать зерна, поврежденные теплом, с точностью приблизительно 96 процентов. [19]

Причины

Повреждения во время сбора урожая

В этой статье основное внимание уделяется повреждению зерна между полем и его конечным использованием. Поэтому первой причиной повреждения зерна является сама уборка урожая. Основной причиной повреждения зерна является механическое повреждение, полученное во время процесса обмолота в комбайне . Этот процесс отделения зерна от растения часто может вызывать трещины и другие повреждения. Многие исследователи пытались найти методы минимизации повреждения зерна без снижения производительности сбора урожая. Многие факторы сбора урожая могут влиять на объем повреждения, которое зерно получит во время сбора урожая. Некоторые из них не контролируются оператором, например, содержание влаги. Однако многие параметры комбайна можно изменять в попытке уменьшить повреждение зерна и получить более высокую урожайность. Некоторые из этих параметров включают скорость ротора, скорость движения, настройки подбарабанья, настройки сита и скорость вентилятора. Исследования показывают, что скорость ротора оказывает наибольшее влияние на повреждение зерна, причем повреждение увеличивается экспоненциально со скоростью ротора. [20] Кроме того, повреждение зерна может фактически увеличиваться по мере снижения скорости движения машины. [20] Аналогичные тенденции скорости движения были обнаружены у пшеницы. [21] Настройки подбарабанья также могут увеличить повреждение зерна, если зазор подбарабанья слишком узкий или если длина подбарабанья увеличивается. [22]

Повреждения при транспортировке

Заполнение

Свободное падение и фонтанирование
Комбайн использует шнек для выгрузки в зерновой прицеп.

Зерно подвергается свободному падению во время многих процессов обработки. Например, зерно транспортируется из комбайна и сбрасывается в какое-либо другое устройство хранения, обычно зерновоз или полуприцеп. Оно также подвергается свободному падению при выгрузке в бункеры или силосы. Зерно может быть повреждено от свободного падения в любое время, когда его сбрасывают в новое устройство хранения. Этот ущерб зависит от многих факторов, таких как тип зерна, высота перемещения, контактные поверхности, размер разгрузки и угол удара. По мере увеличения высоты падения зерна увеличивается и количество механических повреждений, полученных в результате удара. При одинаковом расстоянии падения самый высокий процент поломок будет у кукурузы, за ней следуют соевые бобы и затем пшеница. [23] Зернометатели могут использоваться для разбрасывания зерна в попытке достичь полной грузоподъемности хранилища и могут увеличить ущерб из-за того, что зерно проходит еще один процесс обработки.

Конвейеры

Существует множество вариантов перемещения зерна из одного места в другое. Некоторые из этих вариантов включают конвейеры, такие как ленточные конвейеры, скребковые конвейеры, винтовые конвейеры и пневматические конвейеры. Ленточные конвейеры наносят наименьший ущерб зерну из-за отсутствия контактных сил, однако их нельзя использовать для крутых склонов. [24] Другим часто используемым конвейером являются винтовые конвейеры. Винтовые конвейеры , также известные как шнеки, представляют собой конвейеры, изготовленные из спиральной лопасти с вращательным движением для перемещения зерна. Они есть на многих типах сельскохозяйственного оборудования, включая, например, комбайны и зерновозы. Шнеки, как правило, имеют высокие требования к мощности, но являются портативными и недорогими. Кроме того, шнеки, как правило, вызывают высокие уровни механического повреждения зерна. Было проведено много исследований для количественной оценки количества повреждений зерна, вызванных различными винтовыми конвейерами. Процент повреждений зерна уменьшается, когда шнек работает на полную мощность, потому что зерно не может отскакивать и ударяться о поверхности так легко. [25] Кроме того, повреждение зерна увеличивается с увеличением скорости вращения. В ходе данного исследования с использованием винтовых конвейеров было обнаружено, что угол наклона не оказывает существенного влияния на повреждение зерна. [25]

Элеватор в Эдоне, штат Огайо

Пневматические конвейеры используют движущийся поток воздуха для перемещения зерна и используются в ситуациях, когда путь зерна сложный. Повреждение зерна может происходить, особенно при любых изменениях пути трубы, но может быть сведено к минимуму, если скорость воздуха поддерживается ниже 25 метров в секунду. [24] Показано, что повреждение зерна увеличивается экспоненциально при скорости воздуха выше 20 метров в секунду. [26] В исследовании Бейкера и др. было обнаружено, что уровни поломки кукурузы на пневматических конвейерах аналогичны таковым у ковшовых или скребковых конвейеров. [27]

Лифты

Элеватор может содержать несколько типов таких конвейеров, таких как ленточные или скребковые конвейеры. Кроме того, они используют ковшовые элеваторы для подъема зерна из точки выгрузки в бункеры для хранения. Ковшовые элеваторы могут использоваться во многих местах конечного хранения или использования после того, как зерно выгружается любым видом транспорта, который использовался для его доставки туда. Ковшовые конвейеры часто наносят небольшой механический ущерб, поскольку зерна не движутся непрерывно относительно друг друга. Повреждение зерна происходит только тогда, когда зерна загружаются в ковши в нижней части элеватора и когда они выгружаются в верхней части. [25]

Ссылки

  1. ^ abc USDA. Федеральная служба зерновой инспекции. "Официальные стандарты США для зерна: кукуруза" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 17 февраля 2013 г. . Получено 1 апреля 2013 г. .
  2. ^ ab USDA. Федеральная служба зерновой инспекции. "Официальные стандарты США для зерна: соевые бобы" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 17 февраля 2013 г. . Получено 1 апреля 2013 г. .
  3. ^ USDA. Федеральная служба инспекции зерна. "Официальные стандарты США для зерна: пшеница" (PDF) . Архивировано из оригинала (PDF) 19 июля 2021 г. . Получено 1 апреля 2013 г. .
  4. ^ Paulsen, MR; Nave, WR; Gray, LE (1981). «Качество семян сои, подверженное ударному повреждению». Transactions of the ASAE . 24 (6): 1577– 1582. doi :10.13031/2013.34493.
  5. ^ Ng, HF; WF Wilcke; RV Morey; RA Meronuck; JP Lang (1998). «Механические повреждения и сохраняемость кукурузы». Труды ASAE . 41 (4): 1095– 1100. doi :10.13031/2013.17239.
  6. ^ Gunasekaran, S.; TM Cooper; AG Berlage; P. Krishnan (1987). «Обработка изображений для трещин напряжения в зернах кукурузы». Труды ASAE . 30 (1): 0266– 0273. doi :10.13031/2013.30438.
  7. ^ Чоудхури, Мофаззал; Уэсли Бухеле (1976). «Разработка числового индекса повреждений для критической оценки механических повреждений кукурузы». Труды ASAE . 19 (3): 0428– 0432. doi :10.13031/2013.36043.
  8. ^ Chowdhury, Mofazzal; Wesley Buchele (1976). "Колориметрическое определение повреждения зерна". Transactions of the ASAE . 19 (5): 0807– 0808. doi :10.13031/2013.36122. S2CID  26787971. Получено 1 апреля 2013 г.
  9. ^ Аль-Махаснех, Маджди Али; Стюарт Дж. Биррелл; Карл Дж. Берн; Камаль Адам (2001). «Измерение механических повреждений кукурузы с использованием диэлектрических свойств». Ежегодное собрание ASAE . Номер статьи 011073. Получено 1 апреля 2013 г.
  10. ^ ab Harein, Phillip; Richard Meronuck (1995). «Потери при хранении из-за насекомых и плесени и важность правильного управления зерном» (PDF) . Управление хранимой продукцией : 29–31 . Получено 1 апреля 2013 г. .
  11. ^ Рид, К.; С. Дойунган; Б. Иоргер; А. Гретчелл (2007). «Реакция плесени хранения на различное начальное содержание влаги в кукурузе, хранящейся при 25 °C, и влияние на скорость дыхания и состав питательных веществ». Журнал исследований хранимых продуктов . 43 (4): 443– 458. doi :10.1016/j.jspr.2006.12.006.
  12. ^ Берн, CJ; JL Steele; RV Morey (2002). «Выделение CO2 из лущеной кукурузы и время хранения при потере 0,5% сухого вещества». Прикладная инженерия в сельском хозяйстве . 18 (6): 703–706 . doi :10.13031/2013.11325.
  13. ^ Тамблсон, ME; Виджай Сингх; Кент Д. Рауш; Дэвид Б. Джонстон; Дэвид Ф. Кендра; Гэвин Л. Мирдинк (2006). «Контроль микотоксинов во время обработки зерна». Ежегодное собрание ASAE . Номер статьи 066040. Получено 1 апреля 2013 г.
  14. ^ Ng, HF; WF Wilke; RV Morey; JP Lang (1998). «Оценка механических и плесневых повреждений кукурузного зерна с помощью машинного зрения». Труды ASAE . 41 (2): 415– 420. doi :10.13031/2013.17166.
  15. ^ Говард, Леланд Оссиан; Марлатт, CL (1896). Главные домашние насекомые Соединенных Штатов. Типография правительства США.
  16. ^ ab Jayas, DS; PK Ghosh (2006). "Сохранение качества во время сушки зерна и методы измерения качества зерна" (PDF) . Труды 9-й Международной рабочей конференции по защите хранимой продукции . Бразильская ассоциация послеуборочной обработки (Кампинас) . Получено 1 апреля 2013 г. .
  17. ^ Браун, Р. Б.; и др. ( 1979). "Влияние метода сушки на качество зерна кукурузы" (PDF) . Cereal Chem . 56 (6): 529–532 . Получено 1 апреля 2013 г. .
  18. ^ Росс, И. Дж.; Г. М. Уайт (1972). «Обесцвечивание и растрескивание белой кукурузы под воздействием пересушивания». Труды ASAE . 15 (2): 0327– 0329. doi :10.13031/2013.37898.
  19. ^ Ван, Д.; FE Dowell; DS Chung (2001). «Оценка поврежденных теплом зерен пшеницы с использованием ближней инфракрасной спектроскопии». Ежегодное собрание ASAE . Номер статьи 016006. Получено 1 апреля 2013 г.
  20. ^ ab Quick, Graeme R.; P. Leader (2003). "Combine "Sweet Spot": Integrating Harvest Yield, Grain Damage and Losses" (PDF) . Электронные материалы Международной конференции по сбору и переработке урожая : 9– 11. Архивировано из оригинала (PDF) 23 февраля 2014 г. . Получено 1 апреля 2013 г. .
  21. ^ Wrubleski, PD; LG Smith (1980). «Характеристики разделения обычных и нетрадиционных зерноуборочных комбайнов». Труды ASAE . 23 (3): 0530– 0534. doi :10.13031/2013.34617.
  22. ^ Шривастава, AK; CE Геринг; RP Рорбах; DR Бакмастер (2006). "Уборка зерна" (PDF) . Глава 12 в Engineering Principles of Agricultural Machines . 2nd Ed. (St. Joseph, MI): 403– 436. doi :10.13031/2013.41474. Архивировано из оригинала (PDF) 23 февраля 2014 г. Получено 1 апреля 2013 г.
  23. ^ Фискус, Дуглас Э.; Джордж Х. Фостер; Генри Х. Кауфмами (1971). «Физическое повреждение зерна, вызванное различными методами обработки». Труды ASAE . 14 (3): 0480– 0485. doi :10.13031/2013.38319.
  24. ^ ab Labiak, JS; RE Hines (1999). "Справочник CIGR по сельскохозяйственной инженерии". Глава 1 Зерно и качество зерна . IV Агротехнологии (часть 1.2 Обработка зерна) . Получено 1 апреля 2013 г.
  25. ^ abc Hall, Glenn E. (1974). «Повреждения при обработке лущеной кукурузы и соевых бобов». Труды ASAE . 17 (2): 0335– 0338. doi :10.13031/2013.36854.
  26. ^ Бейкер, Кевин Д.; Ричард Л. Строшайн; Джордж Х. Фостер; Кевин Дж. Маги (1985). «Характеристики пневматической системы транспортировки зерна под давлением». Прикладная инженерия в сельском хозяйстве . 1 (2): 72– 79. doi :10.13031/2013.26768.
  27. ^ Бейкер, Кевин Д.; Ричард Л. Строшайн; Кевин Дж. Маги; Джордж Х. Фостер; Роберт Б. Джако (1986). «Повреждение зерна и пылеобразование в системе пневматической транспортировки под давлением». Труды ASAE . 29 (3): 0840– 0847. doi :10.13031/2013.30238.
  • Министерство сельского хозяйства США: официальные стандарты США для зерна
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Повреждение_зерна&oldid=1252886728"