2강. 곡물저장
추천글 : 【수확공정】 수확공정 목차
1. 저장 곡물 품질 변화 요인 [본문]
2. 곡물의 저장성 측정 방법 [본문]
3 .곡물 저장시스템 [본문]
4. 곡물빈 [본문]
5. 곡물빈의 설계 [본문]
1. 저장 곡물 품질 변화 요인 [목차]
⑴ 생리적 요인 : 호흡
① 곡물은 호흡하는 동안 곡물 내 포도당이 산화
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 2833.4 kJ/mol (672 kcal)
② 호흡 결과 열과 물이 발생 : 호흡을 촉진시킴. 곰팡이 및 해충의 생육에 적절한 조건을 제공
③ 호흡률 측정
○ 이산화탄소 발생률로 표시
○ 저장온도가 15 ℃ 이하일 경우 호흡이 극도로 억제
Figure. 1. 벼의 함수율과 곡온에 따른 호흡속도
⑵ 화학적 요인 : 산소에 의한 산화, 이산화탄소에 의한 pH 변화 등
⑶ 물리적 요인 : 함수율, 온도, 습도, 곡온, 건전도
① 곡온 변화 : 가장 중요한 요인
② 수분 이동
○ 저장고 내 불균일한 온도분포로 야기됨
○ 여름철 공기이동과 수분축적 : 벽체의 공기는 상승 → 중앙의 공기는 하강 → 상부 중앙 표면층에 수분 축적
○ 겨울철 공기이동과 수분축적 : 벽체의 공기는 하강 → 중앙의 공기는 상승 → 바닥 중앙에 수분 축적
○ 수분축적을 방지하기 위해서는 곡온과 평균 외기온도의 차이를 5 ~ 8 ℃ 이내로 유지해야 함
⑷ 생물적 요인
① 박테리아(세균)
○ 90 ~ 95% 이상의 습도를 필요로 함
① 곰팡이 : 곡물의 발아력 저하, 변색·변질·독성·발열·악취 생성
○ 포장곰팡이(field fungi) : 포장에서 이미 곡물에 붙어 옴
○ 저장곰팡이(storage fungi) : 생명력이 강함
○ 호흡성 곰팡이 : 88% 이상의 습도를 필요로 함
○ 중습성 곰팡이 : 80% 이상의 습도를 필요로 함
○ 저습성 곰팡이 : 65 ~ 75% 이상의 습도를 필요로 함
③ 해충
○ 벼 : 화랑곡나방, 보리나방, 쌀바구미
○ 현미 : 화랑곡나방, 쌀바구미, 거짓쌀도둑
○ 쌀 : 쌀바구미, 화랑곡나방, 톱가슴머리대장, 좀바구미, 쌀도둑, 장두
○ 보리 : 보리나방, 쌀바구미, 톱가슴머리대장
○ 보리쌀 : 쌀바구미, 톱가슴머리대장, 보리나방, 거짓쌀도둑, 화랑곡나방
2. 곡물의 저장성 측정방법 [목차]
⑴ 발아율
① 정의 : 20 ℃의 항온기에 넣고 7일 이내에 발아한 종자의 수
○ 벼, 보리, 옥수수 : 7일
○ 밀, 콩, 귀리 : 10일
○ (참고) 국제종자검정협회(ISTA, international seed testing association)
② 발아율이 낮을수록 식미가 감소
③ 발아율이 초기 발아율에 비해 5% 이상 감소하면 곡물의 품질손상이 일어난 것으로 간주
Figure. 2. 벼의 함수율과 저장온도에 따른 발아율의 변화
④ 간접 측정법
○ TTC(TZ, 2,3,5-triphenyl-tetrazolium-chloride) 시약을 이용
○ TZ시약 0.25% 수용액에 25 ℃에서 24시간 담근 후 엷은 분홍색으로 변한 배아(살아있는 배아)의 수를 세는 방식
⑵ 지방산도
① 지방산도의 측정
○ 1st. 곡물을 분쇄하여 10 g을 채취
○ 2nd. 삼각플라스크에 50 ㎖의 벤젠과 함께 넣어 일정 시간 흔든 후 여과지로 여과
○ 3rd. 여과액 25 ㎖에 같은 양의 95% 에탄올(0.04% 페놀프탈레인 포함)을 첨가
○ 4th. 이 여과액에 KOH를 넣으면서 표준색에 맞춤 : 표준색은 50 ㎖에 0.01% 과망간산칼륨 1.5 ㎖을 첨가한 것
○ 5th. 시료건물 100 g 당 사용한 KOH의 양을 나타는 것을 지방산도로 정의
② 저장 중에 곡물의 지방이 가수분해하거나 산화하면 지방산도가 증가
Figure. 3. 벼의 함수율 및 저장온도 별 지방산도의 변화
③ 벼의 지방산도가 20에 육박하면 벼의 품질이 저하하는 징후
⑶ 신선도
① 1% 과이아콜(guaiacol) 수용액과 과산화수소를 이용하여 착색 정도에 따라 신선도를 판별
○ 신선도가 좋은 쌀은 적갈색으로 변함
○ 묵은 쌀 또는 신선도가 떨어지는 쌀은 착색이 안 됨
② 햅쌀과 묵은쌀의 혼합 여부를 판단하는 방법
○ 햅쌀 : 신선도가 좋은 쌀
○ 묵은쌀 : 신선도가 나쁜 쌀
3. 곡물 저장시스템 [목차]
⑴ 대분류 : 포대저장, 산물저장
| 포대저장 | 산물저장 |
| 저장에 융통성이 있음 | ▶ 저장에 융통성이 없음 |
| ▶ 부분적인 기계화 가능 | 기계화 가능 |
| ▶ 취급이 느림 | 취급이 빠름 |
| ▶ 상당한 손실 | 손실이 거의 없음 |
| 저렴한 투자비용 | ▶ 높은 투자비용 |
| ▶ 높은 운영비용 | 낮은 운영비용 |
| ▶ 쥐 등의 피해가능성이 높음 | 쥐 등의 피해가능성이 없음 |
| ▶ 관리 어려움 | 관리 용이함 |
Table. 1. 포대저장과 산물저장의 비교
⑵ 종류 1. 포대 저장시스템
① 정의 : 곡물을 포대에 담아 평창고에 저장하는 방법
② 우리나라의 평창고는 대부분 잘 단열돼 있음 : 불균일 온도분포로 인한 품질손상이 크지 않음
⑶ 종류 2. 사일로 저장시스템
① 정의 : 입고·출고가 기계화되고, 많은 사일로가 유기적으로 설치된 저장시스템
② 미국에서는 컨트리 엘리베이터(country elevator) 또는 터미널 엘리베이터(terminal elevator)라고 함
③ 곡물 저장이 아니라 신속한 대량처리가 목적
④ 예 : 우리나라 미곡종합처리장, 일본 컨트리 엘리베이터
⑷ 종류 3. 밀폐 저장시스템
① 저장고를 밀폐시켜 곡물의 호흡과 미생물의 번식 억제 → 곡물의 품질저하 방지
② 알코올 발효가 일어날 수 있음
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + 22 kcal
⑸ 종류 4. 통풍 저장시스템
① 정의 : 곡물 빈에 적절한 통풍장치를 설치하여 적절한 곡온을 유지하는 저장시설
② 풍량비 : 곡물 단위부피당 송풍량
○ 송풍량 증가 → 건조속도 및 냉각속도 증가 → 함수율 및 곡온 감소 → 안전저장기간 연장
○ 통풍저장 시 필요한 풍량비는 건조에 필요한 풍량비의 1/10 ~ 1/40이 요구
○ 열대 및 아열대 지역에서는 온대지역보다 풍량비를 크게 함
③ 송풍기 선택 : 성능곡선은 송풍기가 제작된 시점에서 결정됨
○ 풍량비, 곡물의 종류, 곡물의 퇴적고 → 곡물저항, 압력손실 결정 → 이 압력손실을 극복할 수 있는 송풍기의 정압 요구
○ 곡물 함수율이 높은 경우 : 계산된 압력손실의 80%를 사용
○ 곡물이 다져 있는 경우 : 느슨한 채움에서 얻은 압력손실의 50%를 가산
④ 통풍관리
○ 통풍시스템 관리사항
○ 언제 통풍을 해야 하는가?
○ 어떤 온도로 곡물을 냉각해야 하는가?
○ 겨울에도 송풍기를 작동해야 하는가?
○ 봄에 또는 곡물이 저장고에서 배출되기 바로 전에 가온해야 하는가?
○ 송풍기의 가동시간과 송풍기의 1일 작동방법
○ 송풍기의 계속 또는 간헐 작동
○ 수동 또는 자동제어 방식
○ 통풍공기의 흐름 방향 결정
○ 흡입시스템으로 하항 공기흐름을 사용할 것인가?
○ 가압시스템의 상향 공기흐름을 사용할 것인가?
○ 가압과 흡입을 동시에 사용할 것인가?
⑤ 저장직후 고려사항
○ 곡물을 저장고에 넣은 후 가능한 빨리 통풍시켜야 함
○ 곡물은 계절 평균 기온보다 낮게 냉각해야 함
⑹ 종류 5. 저온 저장시스템
⑺ 종류 6. CA 저장시스템
4. 곡물빈 [목차]
⑴ 곡물의 산물 저장시설
⑵ 원형빈 : 강철제 링을 조립한 원통 모양의 파형 강철제 빈
① 다공통기마루(perforated floor)
② 곡물투입장치(grain loading system)
③ 곡물분산장치(grain spreader) 또는 균분기
○ 상부로 투입되는 곡물을 분산하여 균평하게 퇴적하는 기능
④ 곡물교반장치(grain stirring system) 또는 교반기
○ 상부에 있는 곡물을 하부로, 하부에 있는 곡물을 상부로 혼합하는 기능
○ 과건조와 불균일 건조 감소, 공기 유동 원활
○ 곡물층 통과 송풍량을 10% 정도 증대시켜 건조속도 증가
⑤ 곡물배출장치(grain unloading system)
○ 스위프 오거가 회전하여 배출구로 곡물 배출
⑥ 송풍기(fan)
⑦ 작동원리
○ 1st. 곡물이 위에서 투입됨
○ 2nd. 균분기를 통해 분산된 뒤 적체됨
○ 3rd. 교반기와 수지오거를 통해 적체된 곡물 중 하부에 있는 곡물이 위로 올라감 : 나사선을 생각하면 됨
○ 4th. 스위프 오거를 통해 하부에 있는 곡물을 배출기로 배출함
○ 5th. 이때 스위프 오거는 바닥을 휩쓸며 회전함과 동시에 배출구로 배출하기 위한 회전을 함
○ 6th. 배출구로 이동한 곡물은 배출오거를 통해 밖으로 배출됨
⑶ 사각빈
① 분배용 벨트 컨베이어
② 빈측벽
③ 곡물균평장치
④ 다공통기마루
⑤ 배출구
⑥ 배출용 벨트 컨베이어
⑦ 덕트
⑧ 공기충만실
⑨ 곡온계
⑩ 송풍기를 여러 빈에 개별로 설치하지 않음 : 대형 송풍기 1 ~ 2대 + 덕트 이용
⑪ 작동원리
○ 1st. 곡물이 위에서 투입됨
○ 2nd. 분배용 벨트 컨베이어를 통해 분산된 뒤 적체됨
○ 3rd. 곡물균평장치를 통해 적체된 곡물 중 하부에 있는 곡물이 위로 올라감
○ 4th. 곡물을 처음에는 중력으로 배출하고, 나중에는 기류로 배출기로 배출함
○ 5th. 배출구로 이동한 곡물은 배출용 벨트 컨베이어를 통해 밖으로 배출됨
5. 곡물빈의 설계 [목차]
⑴ Coulomb의 파괴기준(failure criterion)
① 응력이 가해지면 전단강도가 선형적으로 증가함
○ 전단강도 : 전단에 대한 파단응력
○ 수식화
○ 내부마찰각에 영향을 주는 인자 : 곡립의 형상, 크기, 함수율, 산물밀도 등
○ 함수율이 클수록 내부마찰각이 큼
○ 산물밀도가 클수록 내부마찰각이 큼
② 전단강도시험 : 직접전단시험
○ 전단상자(shearing), 재하장치(사하중, loading device, dead weight), 검력계로 구성
○ 재하장치로 수직하중을 달리 하여 최대 전단력을 측정
③ 전단강도시험 : 3축 압축시험 (자주 사용하지 않음)
○ 공시체에 곡물을 채움
○ 공시체 주변은 고무막으로 둘러싸여 있고, 그 밖에는 유체로 쌓여 있음
○ 그 유체는 측압공급을 통해 유입되어 고무막의 형태가 변하지 않도록 함
○ 간극 수압 측정 밸브를 통해 공시체 내부의 압력을 조절할 수 있음
○ 가압 후 배수여부 등에 따라 6가지 이상의 실험 디자인이 가능
○ 점착력과 내부마찰각의 관계
○ σ3 : 최소 주응력. 측압인 중간 주응력 σ2와 같음
○ σ1 : 축방향 응력
⑵ Rankine의 압력이론
① (참고) 모어원 : 외부 전단응력이 없다고 가정 시 다음과 같은 원의 방정식이 성립
Figure. 9. 곡물층 내의 임의의 점에 대한 모어원
② (참고) 파괴응력 상태 C점에서 파단이 발생
○ 접착력이 0이라고 가정하면 Coulomb의 파괴 기준은 원점을 지나는 직선으로 나타남
○ C점에서 파단이 발생함
○ 곡물층의 파단면은 수평축과 45° + Φ/2만큼 경사진 면인 것으로 계산
③ Rankine의 압력이론 : 얇은 빈에서 수직압력 σ3의 분포
○ (주석) k는 별도로 암기하는 것을 추천함
④ 얕은 빈과 깊은 빈의 구분
○ 얕은 빈 : 파괴면의 상부가 곡물층의 상면과 교차하는 빈
○ 깊은 빈 : 파괴면의 상부가 반대 편 벽면과 교차하는 빈
○ 공식화
○ Rankine의 압력이론은 얕은 빈에서만 성립
○ 깊은 빈에서는 Janssen의 압력이론 또는 Reimbert의 압력이론이 적용됨
⑶ Janssen의 압력이론
① 도식
Figure. 12. 원형빈의 하중 상태와 미소곡물층에 대한 자유체선도
② 수직압력, 수평압력, 수직 마찰압력 : 반경 대신 수력반경(hydraulic radius)을 이용함을 유의
○ μ : 정지마찰 계수. 차원이 없음
③ 빈의 통기마루 위에 작용하는 하중
④ 원주 단위길이당 기초(foot)에 작용하는 수직하중 Qf
○ Ww : 벽체의 무게
○ 뒤에 있는 항 : 수직 마찰압력
⑷ Reimbert의 압력이론
① Reimbert(1987)은 Janssen 식이 곡물 하중을 과소평가한다는 사실을 발견함
② 주요 가정
○ k는 일정하지 않음 : 빈의 모양과 곡물층의 깊이에 따라 변함
○ 사각빈에서 수평압력은 인접 벽체 간에 서로 다름
○ 다각형 또는 원형 빈에서 동수반경은 모양에 대한 요인을 적절하게 해결하지 못함
③ 예제
○ 곡물의 수직하중
○ 주요 실험식
○ 결론
○ 원형 빈
입력: 2019.12.11 00:58
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