Биология | Қатты дәнділіктегі бидайдың құрылымдық механикалық қасиеттері

Мазмұны

Кіріспе
I Әдебиет шолу.
1.1. Дәннің құрылымдық-механикалық қасиеттері.
1.2. Дәннің серпімді-созылымдылық және мықтылық қасиеттері.
1.3. Дәннің микроқаттылығы.
1.4. Бидайдың қаттыдәнділігі.
1.5. Стандарттаудың ролі.
1.6. Жұмыстың мақсаты және оның шешімі.
II Зерттеу обьектілері мен зерттеу әдістері.
2.1. Зерттеу обьектілері.
2.2. Зерттеу әдістері.
III Әртүрлі қатты дәнділіктегі бидайдың құрылымдық-механикалық қасиеттері.
3.1. Зерттелетін бидай үлгілерінің сипаттамалық көрсеткіштері.
3.2. Әртүрлі қаттыдәнділіктегі бидайдың микроқұрылымы және химиялық құрамы.
3.3. Зерттелетін бидай үлгілерінің механикалық қасиеттеріне ылғалдылық пен температураның әсері.
3.4. Әртүрлі қаттыдәнділіктегі бидайдың анатомиялық бөліктерінің микроқаттылығы.
3.5. Әртүрлі факторлардың дәннің құрылымдық-механикалық қасиеттері әсері.
3.6. Қорытынды
IV Арнайы бөлім. Бидайды суық кондиционерлеу.
V Техно-химиялық бақылау.
VI Еңбекті қорғау, қауіпсіздік техникасы, өнеркәсіп санитариясы және өртке қарсы техника.
VII Экология.
Қолданылған әдебиеттер тізімі.
Кіріспе

Бидай дәні биологиялық жүйе болып табылады. Ол анатомиялық бөлшектерінің күрделі құрылысымен және микроқұрылымымен, ал сыртқы түрі бойынша – дақылдардың әрбір тобы үшін ерекше болып келетін пішінімен ерекшеленеді. Химиялық заттар дәннің анатомиялық бөліктері мен қимасы бойынша өте-мөте бірқалыпсыз бөлінген. Биологиялық маңызды қосылыстар (витаминдер, ақуыздар, ферменттер) ең алдымен ұрықта және қалыпты дәнде клеткалары өмірге қабілеттілігін сақтап қалатын алейрон қабатында шоғырланған; эндоспермнің түпкіріне тереңдеген сайын осы қосылыстардың үлесі біртіндеп төмендей береді.
Тотықтары дәнді жаққан кезде күл түзетін органикалық емес заттардың, сонымен бірге жоғары нәрлілікке ие, әрі сондықтан дәннің өсіп-өнуінің ерте кезеңдерінде-ақ ұрықтың қалыпты дамуы үшін өте-мөте қажет липидтердің бөлінуі де осындай заңдылыққа бағынған.
Тірі организмдер үшін олардың жағдайының, күйінің факторлардың көптеген санына және көптеген ішкі өзара байланыстарға тәуелділігі тән болып табылады.
Дәннің күйін анықтайтын негізгі факторлар болып оның ылғал мөлшері және температурасы, сонымен қатар олардың шамаларының қоршаған орта күйінің параметрлерімен анықталатын тепе-теңдік мәндерінен ауытқу дәрежесі табылады.
Бидай, оның қасиеттері және сақтау мен өңдеу ерекшеліктері туралы ғылымның көп ғасырлық тарихы бар. Әсіресе ол ғылым ХХ ғасырда қауырт даму алды, бұған ең алдымен дәл ғылымдардың жан-жақты дамуы және осының негізінде нақты материалдарды зерттеу әдістерінің жетілдірілуі мен дәлдігінің артуы себепші болды. Дәнді бағалау, оның технологиялық ерекшеліктерін танып білу, сақталу және өңделу жағдайларын, сондай-ақ режимін анықтау үшін қасиеттер, сапа, сапа көрсеткіштері, сапаның бірлі-жарым көрсеткіші, сапаның кешенді көрсеткіші, сапаның базалық көрсеткіші, сапа деңгейі, ақыр соңында, күйі түсініктері қолданылады.

I Әдеби шолу

1.1.Дәннің құрылымдық – механикалық қасиеттері.

Ұн тарту технологиясында дәннің құрылымдық – механикалық қасиеттері ұн тарту процестеріне әсерін тигізеді. Осы орайда эндоспермнен қабықшалары және дәнің басқа қосымша бөліктерін ажырату процесі тиімді болғаны және барлық операцияларды жүргізуге кететін шығындарды азайту, сапа көрсеткіштері жақсы ұн шығымын алу көзделеді.
Ұн тарту технологиясында қабықшалардың майдалануын төмендету үшін созылымдылық қасиетін күшейтеді, микро және макросызықтар әсерінен эндосперм мықтылығын төмендетеді, сонымен қатар анатомиялық бөлшектер арасындағы байланыс дәрежелерін төмендетеді.
Бидайдың құрылымдық – механикалық қасиеттері дәннің құрылымдық ерекшеліктерін оның механикалық әсерлерге деген реакциясымен байланыстырады. Олар ұнтақтау процестерін және дәннің қауыздалуын, жарманың қырғылануын, жарма өнімдерінің сапасы мен шығымын, сонымен қатар осы операцияларға кеткен энергия шығынын анықтайды.
Қатты денелер механикасына, мықтылық теориясына, созылымдылық теориясына, реалогиясына, физика – химиялық теорияларына сәйкес оларды бағалау үшін бірнеше көрсеткіштер қолданылады.
Материалдың механикалық қасиеттерінің негізгі көрсеткіштері болып мықтылық, кермектік және қаттылық табылады. Дәнге микроқаттылық қабылданған. Қатты дәннің құрылымдық – механикалық қасиеті көрсеткішін бағалау үшін шетелдерде қолданылатын әдістердің маңызы зор.
Дән касиетін зерттеудегі мәліметтердің практикалық маңыздылығымен байланысты көптеген жұмыстар жүргізілді [1,2].
Әдебиеттерде дәннің құрылымдық-механикалық қасиеттерінің беріктілік көрсеткіші толығырақ қарастырылған. Осы саладағы алғашқы жұмыс П.М.Афанасьевке тиесілі. 1935 жылы қысылу деформациясы кезіндегі ылғалдылықтың әсерін зерттей отырып, Пэнс әр түрлі сұрыптардың беріктігіндегі айырмашылық 50%-ға жететіндігін тапты. Алайда осы нәтижеге өлшемдік әсер белгілі бір ықпалын тигізді, бұл әсерге сәйкес, дәннің өлшемдері азайған сайын, дәннің беріктігі арта түседі [3,4].
Жекелеген дәндердің беріктігін Н.В.Врасский [5,6] егжей-тегжейлі зерттеді, ол дәнді бұзу үшін серпімді (пружиналы) динамометрді қолданды. Әсіресе қатты бидайдың екі сұрыбы және жұмсақ бидайдың төрт сұрыбы ерекше мұқият зерттелді; барлығы бидайдың 20 сұрыбы сыналды.
Н.В.Врасский [7,8] ылғалдылық өскен сайын дәннің бұзуға қарсылық көрсетуі төмендей беретіндігін анықтады (1-кесте). Дәннің беріктігі сонымен қатар дәннің шынылығына (ол артқан сайын беріктік арта түседі), сұрыптық ерекшеліктеріне және геометриялық сипаттамаларына байланысты болып келеді.
1-кесте Бидай дәні үшін бұзатын күш

Бидай сұрыбы Құрғақ дән (ылғалдылығы
10,5-11,5%) %-ға ылғалдандырылған дән

1%
2%
3%

Мелянопус 69
Гордеиформе 189
Цезиум 111
Лютесценс 62
Украинка 246
Гостианум 237
14,6
12,0
13,3
9,9
10,0
10,8
13,5
11,8
13,2
8,7
9,4
10,3
13,0
11,7
12,7
8,1
9,1
10,2
12,4
10,8
12,7
8,1
9,1
10,0


Н.А.Наумов та [9,10] ылғалдылық артқан кезде дәннің беріктігінің төмендейтіндігін анықтады. Бұл ретте дәннің сұрыбына, вегетация ауданына және басқа факторларға байланысты бұзатын күштердің мәндерінің айтарлықтай ауытқуы анықталды. Кейбір жағдайларда жұмсақ бидайдың дәнін бұзу үшін қатты бидайға қарағанда көбірек күш қажет болды.
Бұл жұмыста дән эндоспермінің кесілуге беріктігі қарастырылған. Бұл үшін қабықтарды дәннен ұсақ түйіршікті үйкегіш қағазбен кетірген (шлифтеген). 2-кестеде шынылығы 70% Лютесценс 62 бидайы үшін бұзу күшінің орташа шамалары келтірілген. Тәжірибе үшін дәндер іріктеусіз, қатарынан алынды.
I және II типті бидай эндоспермінің механикалық қасиеттеріндегі күрт айырмашылық көзге көрініп тұр; сондай-ақ ылғалдылықтың әсері де жақсы көрінуде.
2-кесте Қатты және жұмсақ бидай эндоспермінің беріктігі


Бидай Ылғалдылық, % Кесіндінің орташа бұзатын кернеуі, кГ/см2

Бидай Ылғалдылық, % Кесіндінің орташа бұзатын кернеуі, кГ/см2
Мелянопус 69
11,3
14,1
15,4
16,2
17,2
19,0 28,00
24,00
22,00
20,00
17,00
14,00 Лютесценс 62 11,2
14,0
15,3
16,0
17,0
19,0 15,85
14,58
13,22
12,85
12,15
9,86

* 1 кГ/см2 кернеу 1 . 105 Н/м2 сәйкес келеді.
Екі жұмсақ бидай және бір қатты бидай сұрыптарының қабықтарының беріктігін зерттей келе, мынаны айтуымызға болады. Табиғи ылғалдылық (14,3-16%) кезінде алейрон қабатымен байланысқан тұқым қабаттарының беріктігінің шартты шегі 88,6-133,2 кГ/см2; жеміс қабаттарының беріктігінің шартты шегі - 110,3-178,8 кГ/см2; тұқым және жеміс қабаттарының бірге және алейрон қабатымен қосылған жерлеріндегі беріктігінің шартты шегі – 203,3-250,0 кГ/см2 шеңберінде жатыр.
Гиршсонның [11,12] мәліметтері бойынша, қабықтардың беріктігі одан да жоғары : 268-325 кГ/см2.
П.П.Тарутин [13,14] дәнді ультрақысқа толқындармен сәулелендірудің оның беріктігіне әсерін зерттей келе, ылғалдылық өскенде де, температура өскенде де беріктіктің төмендейтіндігін анықтады.

1.2. Дәннің серпімді – созылымдылық және мықтылық қасиеттері.

Дәннің құрылымдық – механикалық қасиеттерін толықтай дәннің мықтылығымен, яғни қабықша және эндосперм мықтылығымен, эндосперм мен қабықша байланыстарының мықтылығымен бағалайды. Бұл көрсеткіштер арқылы технологиялық процестің негізгі операцияларын ең аз шығынмен жүзеге асыратын дәннің қабілеттілігін анықтайды. Мықтылықты бағалау критерийі ретінде қайта құрылған бет бірлігіне кеткен энергия шығынын немесе аудан бірлігіне кеткен күш өлшемін қабылдайды. Мықтылықты күш өлшемі бойынша анықтағанда, деформация түрін ескерген жөн. Дәннің күш түскен орындағы деформацияға кедергі жасау қабілеттілігі дәннің қаттылығы деп аталады. Бұл дәннің құрылымдық – механикалық қасиеттерін бағалайтын екінші критерий. Қаттылық дәннің күш түскен жердегі анатомиялық бөліктерін бөлуші материалдардың ыдырау мүмкіндігін сипаттайды.
Қаттылық материалдың бұзылуға (ұнтақталуға) кедергі жасау қабілетін анықтайды. Оны бағалау үшін түрлі өдшемдер қолданылады: ағымдылық шегі, уақытша кедергі, мықтылық шегі және т.б.
Мықтылық шегі σр – бұл кернеу арқылы материал бір сәтте ыдырап кететін шама. Оның өлшемі деформация түріне байланысты, өйткені созылымдылық, қысуға, қозғауға, кесуге кедергі әр материалда әртүрлі.
Материал қасиетін сипаттау үшін серпімділік теориясында арнайы өлшемдер қолданылады:
Юнгтің серпімділік модулі
Е = σ / ε1 , (1.1)
Пуассон коэффициенті
υ = [ε2] / ε1 , (1.2)
Қозғалу модулі
G = - τ / γ, (1.3)
Серпімділіктің көлемдік модулі
К = σ / 3ε, (1.4)
мұндағы, σ – қалыпты кернеу;
τ – қатысты кернеу;
ε1 – қоюшы деформация;
ε2 – көлденең деформация;
γ – қозғау деформациясы.
Бұл модульдер арасында келесідей қатынастар болады:

G = E / 2(1+υ), (1.5)

K = E / 3(1-2υ) (1.6)
Қаттылық бұл материалдың деформацияға кедергі жасау қасиеті, яғни өзінің пішінін және құрылым элементтерінің өзара орналасуын өзгеріссіз сақтау.
Жай деформация кезінде, Гук заңының орындалу шегінде қаттылық серпімділік модулінің туындысы немесе денелердің кейбір физикалық сипаттамаларына тән қозғалу модулі арқылы анықталады:
- созылу – қысу барысында – серпімділік модулінің көлденең қиылысу ауданына туындысы:
Y = E*F (1.7)
- қозғалу барысында – қозғалу модулінің дененің көлденең қиылысу
ауданына туындысы:
Y = G*F (1.8)
- иілу барысында – серпімділік модулінің инерциясының осьтік
моментіне туындысы:
V = E*I (1.9)
Осылайша, Юнг модулі дененің қаттылығын сипаттайды, яғни материалдың күш түскен жағдайда қаншалықты берік екендігін анықтайды. Қандай да гипотетикалық материал үшін серпімділік модулінің ең үлкен теориялық мәні 12*105 МПа құрайды.
Табиғи едәуір қатты материалдар санатына мысалы, алмаз үшін серпімділік модулінің өлшемі осы өлшемге жетеді.
Мықтылықтың қозғалу кезіндегі теориялық мәні серпімділік модулінің 0,1 мәнін құрайды.
Дененің созылымдылығы Гук заңы орындалу барысында классикалық түрде «кернеу - деформация» қисық ауытқуы деңгейімен анықталады.
Осылайша, тек Е және υ – тәуелсіз өлшемдер. Алайда, барлық анықтамалар изотропты материалдарға тән. Дәнге тән қатаң анизотропты құрылымды және қасиеттегі материалдар үшін математикалық сипатта 21 әртүрлі модуль қолдану қажет. Сондықтан, қазіргі әдістерді және электрондық есептеу техникасын қолдану барысында теориялық қөзқараста едәуір қиындықтар кездеседі. Мұндай жағдайда дән шынылығын анықтауда ең бастысы тәжірибелік зерттеу болып табылады.
Жоғарыда келтірілген өлшемдер тұрақты емес, олар бірқатар факторлар (ылғалдылық, температура және т.б.) әсерінен өзгерістерге ұшырайды. Көптеген материалдар үшін Гуассон коэффициентінің мәні 0,2...0,5 аралығында, серпімділік модулінің қозғау модуліне қатынасы 2...3 аралықтарында, жан – жақты және бір жақты қызу бетіндегі серпімділік модулінің қатынасы – 0,3...3,3 болады.
Ылғалдылықтың жоғарлауына байланысты дәннің серпімділік қасиеттері төмендеп, созымдылық қасиеті дамиды. Қорыта келгенде, егер ылғалдылық мөлшері 8%- ке тең немесе одан төмен болса, ол ыдырауға дайын әлсіз дене болып табылады.
3 – кестеде ылғалдылықтың әртүрлі екі мәнінде дәннің және кейбір жарма дақылдарының ядроларының құрылымдық – механикалық қасиеттерінің көрсеткіштері келтірілген.


3 – кесте. Дәннің және жарма дақылдарының ядроларының құрылымдық – механикалық қасиеттері.
Дақыл Ылғалдылық, % Мықтылық шегі σр, МПа Серпімділік модулі Е, МПа
Арпа 11,6
17,0 4,90/5,10
3,40/3,89 37,7/42,5
18,9/22,8
Сұлы 11,6
17,0 3,60/3,80
1,25/1,80 15,0/19,0
3,7/4,6
Тары 11,6
17,0 4,30/4,56
2,36/2,86 26,9/32,6
9,9/13,7
Қарақұмық 11,6
17,0 3,89/4,15
1,87/2,49 21,6/27,7
7,9/9,8
Асбұршақ 11,6
17,0 10,15/10,51
2,65/3,11 112,8/131,4
12,6/16,4

Құрғақ күйден ылғалды күйге ауысу қатысты деформацияны жоғарлатады және мықтылық шегі мен серпімділіктің шартты – сәттік модулін төмендетеді.
Дән өзінің табиғи күйінде технологияда қабықшалар мен эндоспермді ажыратуда әртүрлі мықтылықта болады. Бидайдағы алейронды қабат пен қабықшаны ажыратудағы мықтылықтың шартты шегі эндосперм үшін осындай көрсеткішке қарағанда 10 есе көп. Алайда, бұл құрылым ерекшеліктеріне байланысты. Қабықшалар созылмалы құрылымды, эндосперм – кристалл құрылымды болып келеді. Дән және оның бөліктерінің мықтылық өлшемі көбінесе, ылғалдылыққа тәуелді. Ылғалдың өсуі материалдың созымдылығының өсуіне әкеп соғады.

1.3. Дәннің микроқаттылығы.
Материалдың қаттылығы, оның басқа қатты заттарға немесе сызаттарға, яғни деформацияларға қарсы тұру қабілеті.
Дәннің басқа да құрылым – механикалық көрсеткіштеріндей, оның микроқаттылығы ылғалдылыққа, температураға, алдын – ала өңдеуге байланысты.
Дәннің қаттылығына ылғал әсер етеді. Ылғалды өсіру қаттылықтың төмендеуіне себеп болады. Бұл құрғақ дәнде ұнтақталу барысында немесе басқа технологиялық процестер кезінде күрд ыдырау болатынын көрсетеді. Бұдан, егер ұнтақтауда құрғақ дәнді ұнтақтайтын болсақ, қабықшалары қоса майдаланатынын көреміз. Ал, майдаланған қабықша бөлшектері ұнның түсін басқа түске өзгертеді және минералды компоненттер мөлшерін көбейтеді.
Дақылдың эндоспермінің микроқаттылығын өлшемі бойынша жоғарыдан төменге келесіден орналастыруға болады: жүгері, күріш, шынылықты бидай, арпа, ұнды бидай, қарабидай, қарақұмық, сұлы. Жүгері дәнінің қабатының микроқаттылығы ауалы – құрғақ күйде 250 МПа- ға жетеді, ал сұлынікі – тек 40 МПа.
Ылғалдылықтың 20...25%- ке көтерілуі барысында микроқаттылық төмендейді және сол 20...25 МПа құрайды. Бидайдың шынылығы 60%- дан 90%- ға жоғарлағанда, микроқаттылық түзусызық түрінде 70 МПа- дан 140 МПа- ға дейін өседі.
Эндоспермнің микроқаттылығы және ондағы крахмал гранулдарының майда фракциялары өзара байланысты екені анықталған. 1 – суретте бидай үшін алынған тәжірибелік тәуелділік көрсетілген.

1-сурет. Бидай эндоспермінің микроқаттылығы мен 10 мкм-ден майдарақ крахмал түйіршіктерінің мөлшерінің өзара байланысы.

Т.Н.Веселовскаяның [15] анықтауы бойынша бидай эндоспермінің микроқаттылығы мен дәннің жалпы шынылығы арасында тығыз байланыс бар.
1.4. Бидайдың қаттыдәнділігі.
Дәннің құрылымдық – механикалық қасиеттерін бағалау үшін негізгі критерийлерден басқа қаттыдәнділік қолданылады. Бұл дәннің ұнтақталу қабілетін көрсететін ұн технологиясындағы едәуір тиімді бағалау критериі болып табылады.
Қаттыдәнділік дәннің құрылым – механикалық қасиеттерінің ерекше көрсеткіші болып табылады. Ол эндоспермнің мықтылығымен және құрылымымен байланысты және ол ұнтақталу ерекшеліктерін көрсетеді.
Қаттыдәнділік дәннің даму процесіндегі ақуыз матрицаларының және крахмал түйіршіктерінің қалыптасуымен байланысты. Эндосперм микроқұрылымдарының ерекшеліктерін комплексті түрде көрсететін.....