Scientific journal
Advances in current natural sciences
ISSN 1681-7494
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,560

STATISTICAL EVALUATION OF VALUE INTERVAL OF GRAIN SPECIFIC WEIGHT OF WINTER RYE FALENSKAYA 4 AND ERGOT SCLEROTIA

Sysuev V.A. 1 Saitov V.E. 1 Farafonov V.G. 2 Saitov A.V. 2
1 Agricultural Research Institute of the North-East
2 Viatka State Agricultural Academy
Актуальной задачей отделения зерна от вредных примесей является очистка ржи от спорыньи, ядовитой даже в небольших долях. Физико-механические свойства склероций спорыньи имеют близкие значения аналогичным значениям зерна ржи, поэтому традиционные методы не дают хороших результатов отделения спорыньи от ржи. Одним из свойств, по значениям которого спорынья отличается от ржи, является удельная масса (плотность массы), что позволяет использовать растворы соли в качестве разделителя ржи и спорыньи. Применение этого способа требует знания интервалов значений плотностей конкретных сортов ржи и сопутствующим им спорыньи. В данной работе дается оценка интервалов плотностей озимой ржи сорта Фаленская 4 и сопутствующей ей спорыньи, а также зависимость процента потерь ржи от плотности раствора натриевой соли (NaCl). При проведении исследований использовали 10 навесок зерен озимой ржи сорта Фаленская 4 и 10 навесок склероций спорыньи влажностью 14 %. Каждая навеска содержала 1000 штук зерен ржи или 1000 штук склероций спорыньи. Взвешивание навесок зерен озимой ржи и склероций спорыньи осуществляли при помощи электронных весов марки САРТОГОСМ ЛВ 210А с точностью до 1∙10-7 кг. Для определения занимаемого объема каждой навеской зерен озимой ржи и склероций спорыньи использовали мерные цилиндры с градуировкой деления 1∙10-6 м3, в которые предварительно наливалась дистиллированная вода. С учетом интервальной статистической оценки плотность зерна озимой ржи распределяется в интервале 1100…1300 кг/м3, а склероций спорыньи – в интервале 960…1080 кг/м3. Исходя из этого для эффективного разделения зерен озимой ржи сорта Фаленская 4 от склероций спорыньи раствор соли должен быть приготовлен с плотностью 1090…1110 кг/м3.
The actual task of separating grain from harmful impurities is to clean rye from ergot, poisonous even in small fractions. Physical and mechanical properties of ergot sclerotia have close values similar to those of rye grain, so the traditional methods do not give good results in separating ergot from rye. One of the properties that ergot differs from rye is a specific weight (mass density), which allows the use of salt solutions as a rye and ergot separator. Application of this method requires knowledge of density values` range of rye specific varieties and ergot attendants. In this article, we assess the density range of winter rye Falenskaya 4 and ergot attendant, as well as the dependence of rye loss percent on sodium salt solution (NaCl) density. In conducting research, 10 samples of winter rye grains of Falenskaya 4 variety and 10 samples of ergot sclerotia with a moisture content of 14 % were used. Each sample contained 1000 pieces of rye grains or 1000 pieces of ergot sclerotia. Weighing of winter rye grain samples and ergot sclerotia samples was carried out with the help of electronic scales brand SARTOGOSM LV 210A having accuracy of 1∙10-7 kg. Measuring cylinders with graduations division 1∙10-6 m3 pre-filled by distilled water were used to determine the volume occupied by each measuring sample of winter rye grains and ergot sclerotia. Taking into account the interval statistical evaluation, the density of winter rye grain is distributed in the range of 1100 ... 1300 kg/m3, and ergot sclerotia - in the range of 960 ... 1080 kg/m3. Proceeding from this fact, for efficient separating winter rye grains of Falenskaya 4 variety from ergot sclerotia, salt solution should have a density of 1090 ... 1110 kg/m3.
grain material
winter rye
cereals
ergot
poisonous impurity
grain cleaning machine
grain specific weight
salt solution
1. Burkov A.I. Razrabotka i sovershenstvovanie pnevmosistem zernoochistitelnyh mashin / A.I. Burkov. Kirov: FGBNU «NIISH Severo-Vostoka», 2016. 380 р.
2. Shhekleina L.M. Vredonosnost sporyni na posevah ozimoj rzhi v uslovijah Kirovskoj oblasti / L.M. Shhekleina // Metody i tehnologii v selekcii rastenij: materialy Vserossijskoj nauchno-prakticheskoj konferencii s mezhdunarodnym uchastiem. Kirov: NIISH Sever-Vostoka, 2014. рр. 110–113.
3. Shhekleina L.M. Harakter cvetenija sortov ozimoj rzhi razlichnogo jekologo-geograficheskogo proishozhdenija / L.M. Shhekleina // Metody i tehnologii v selekcii rastenij i rastenievodstve: Shkola molodyh uchenyh po jekologo-geneticheskim osnovam Severnogo rastenievodstva v ramkah Mezhdunarodnoj nauchno-prakticheskoj konferencii. Kirov: NIISH Sever-Vostoka, 2015. рр. 286–289.
4. Drincha V.M. Primenenie i funkcionalnye vozmozhnosti pnevmosortirovalnyh stolov / V.M. Drincha, I.B. Borisenko // Nauchno-agronomicheskij zhurnal. 2008. no. 2 (83). рр. 33–36.
5. Pavlovskij G.T. Ochistka, sushka i aktivnoe ventilirovanie zerna. 2-e izd., isprav. i dop. / G.T. Pavlovskij, S.D. Pticyn. M.: Vysshaja shkola, 1972. 256 р.
6. Zajdel A.N. Oshibki izmerenij fizicheskih velichin: uchebnoe posobie. 3-e izd., ster. / A.N. Zajdel. M.: Lan, 2009. 112 р.
7. Kornell P. Analiz dannyh v Excel. Prosto kak dvazhdy dva / P. Kornell; per. s angl. M.: Jeksmo, 2007. 224 р.
8. Gmurman V.E. Teorija verojatnostej i matematicheskaja statistika: uchebnik dlja prikladnogo bakalavriata. 12-e izd. / V.E. Gmurman. M.: Izdatelstvo Jurajt, 2015. 479 р.

Основным сырьем для производства наиболее важных продуктов питания человека и кормов животных является зерно сельскохозяйственных культур. Поэтому увеличение валового сбора зерна – важнейшая из задач, стоящих перед агропромышленным комплексом Российской Федерации. Один из главных резервов повышения производства зерна – это использование для посева высококачественного зернового материала, очищенного от примесей [1].

В структуре валового сбора зерновых культур особое место занимает озимая рожь. Она является традиционной и наиболее распространенной в Приволжском федеральном округе Российской Федерации зерновой культурой в сельскохозяйственном производстве вследствие неприхотливости к условиям произрастания, способности давать достаточно высокие и гарантированные урожаи на почвах с невысоким плодородием. Однако рожь часто поражается спорыньей, которая является ядовитой примесью. Сильная поражаемость ржи спорыньей объясняется продолжительностью цветения и особенностями строения ее цветков, для которых характерно перекрестное опыление, и они продолжительное время бывают открытыми, а также повышенной влажностью воздуха и почвы [2, 3].

Очистку зерна ржи от склероций спорыньи осуществляют при помощи воздушно-решетно-триерных машин, пневмосортировальных столов, фотосепараторов и других устройств. Физико-механические свойства склероций спорыньи имеют близкие значения аналогичным значениям зерна ржи, поэтому традиционные методы не дают хороших результатов отделения спорыньи от ржи [4].

Одним из свойств, по значениям которого спорынья отличается от ржи, является удельная масса (плотность массы), что позволяет использовать растворы соли в качестве разделителя ржи и спорыньи [5].

Поэтому для очистки зернового материала «мокрым» способом требуется определение удельной массы зерна озимой ржи и склероций спорыньи для приготовления солевого раствора определенной плотности с целью уменьшения потерь зерна в отходы и гарантированного выделения склероций спорыньи.

Цель исследования – определение удельной массы зерна озимой ржи и склероций спорыньи для нахождения условий их разделения в растворе соли.

Материалы и методы исследования

С целью определения удельной массы озимой ржи сорта Фаленская 4 и склероций спорыньи использовали для каждой 10 навесок. Каждая навеска содержала 1000 штук зерен ржи или 1000 штук склероций спорыньи, влажность каждой навески составляла 14 % (рис. 1).

Взвешивание навесок зерен озимой ржи и склероций спорыньи осуществляли при помощи электронных весов марки САРТОГОСМ ЛВ 210А с точностью до 1•10-7 кг. Для определения занимаемого объема каждой навеской зерен озимой ржи и склероций спорыньи использовали мерные цилиндры с ценой деления 1•10-6 м3, в которые предварительно наливалась дистиллированная вода (рис. 2).

sys1a.tif

а

sys1b.tif

б

Рис. 1. Навеска зерен озимой ржи сорта Фаленская 4 (а) и склероций спорыньи (б)

Навеска зерен ржи (склероций спорыньи) засыпалась в мерный сосуд с водой и перемешивалась стеклянной палочкой для ликвидации захваченных зернами (склероциями спорыньи) пузырьков воздуха. Занимаемый объем Vi.з(i.с) i-ой навеской зерен озимой ржи (склероциями спорыньи) i-го измерения определялся по формуле

Vi.з(i.с) = Viв.з(iв.с) – V iв, (1)

где Viв.з(iв.с) – объем воды в мерном сосуде с i-ой навеской зерна озимой ржи (склероциями спорыньи), м3;

Viв – объем воды, налитой в мерный сосуд, при i-ом измерении, м3.

sys2a.tif sys2b.tif

а б

Рис. 2. Электронные весы марки САРТОГОСМ ЛВ 210А (а) и мерные цилиндры для определения занимаемого объема навеской зерна озимой ржи или склероциями спорыньи (б)

Среднее значение массы навески mср.з(ср.с) и среднее значение занимаемого навеской объема Vср.з(ср.с), найденные для 10 навесок зерен озимой ржи (склероций спорыньи), определяли по выражениям

sis01.wmf

sis02.wmf (2)

где mi.з(i.с) – масса i-ой навески 1000 штук зерен озимой ржи (склероций спорыньи), кг;

N – число навесок зерна или склероций спорыньи, N = 10 шт.

Средние квадратические отклонения измерений массы Sз(с)(m) и объема Sз(с)(V) навесок зерна озимой ржи (склероций спорыньи) определяли по выражениям [6]:

sis03.wmf (3)

sis04.wmf (4)

Каждое прямое измерение массы mi.з(i.с) и объема Vi.з(i.с) проверялось на понятие «грубое измерение». Для этого определяли выполнение неравенств

sis05.wmf,

sis06.wmf (5)

В случае выполнения неравенств (5) измерение нужно было бы отбросить. Все результаты оказались прямыми измерениями [6].

Плотность ρi.з(i.с) зерна (склероций спорыньи) в каждой навеске и его среднее значение ρiср.з(ср.с) находили по формулам

sis07.wmf

sis08.wmf (6)

Абсолютные погрешности измерений массы Δmз(с) навески и занимаемого объема ΔVз(с) навеской зерен озимой ржи (склероций спорыньи) определялись по выражениям [6]:

sis09.wmf

sis10.wmf (7)

tp, N – табличный коэффициент Стьюдента, определяемый по доверительной вероятности р = 0,95 и числу измерений N = 10, t0,95; 10 = 2,26 [6].

Абсолютные погрешности одиночных измерений массы Δmоз(ос) навески и занимаемого объема ΔVо.з(с) навеской зерен озимой ржи (склероций спорыньи) равны цене деления и половине цены делений измерительных приборов соответственно [6].

Абсолютные погрешности одиночных измерений массы Δmо.з(с) навески много меньше абсолютной погрешности многократных (десяти) измерений массы Δmз(с): Δmо.з(с) = 1•10-7 кг << Δmз(с).

Для занимаемых объемов эти значения одного порядка ΔVо.з(с) = 0,5•10-6 м3 ~ ΔVз(с) = 0,8269 (0,8405)•10-6 м3 [7]. Поэтому общая погрешность измерений занимаемого объема навеской зерен равна

sis11.wmf (8)

Относительную погрешность измерения массы sis12.wmf навески и занимаемого объема sis13.wmf навеской зерен озимой ржи (склероций спорыньи) находили в виде

sis14.wmf,

sis15.wmf (9)

Относительная погрешность определения удельной массы (плотности) зерна озимой ржи (склероций спорыньи) определялась по формуле [6]:

sis16.wmf (10)

Тогда абсолютная погрешность косвенного определения удельной массы зерна озимой ржи (склероций спорыньи) выражается по формуле

sis17.wmf (11)

Результаты исследования и их обсуждение

Полученные результаты проведенных экспериментов представлены на рис. 3 в виде удельной массы (плотности) навесок зерна озимой ржи сорта Фаленская 4 и склероций спорыньи от номера х№ проведенного опыта. На рисунке также штриховкой приведены границы определения удельной массы зерна озимой ржи и склероций спорыньи с учетом абсолютной погрешности проведенных измерений Δρз(с).

sys3.wmf

Рис. 3. Удельные массы (плотности) навесок зерна озимой ржи сорта Фаленская 4 (----) и склероций спорыньи (- - -) от номера х№ проведенного опыта: sys3a.wmf – границы определения удельной массы зерна озимой ржи с учетом абсолютной погрешности Δρз; sys3b.wmf – границы удельной массы склероций спорыньи с учетом абсолютной погрешности sis26.wmf

Среднее значение плотности зерна Δср.з согласно выражениям (2) и (6) соответствует значению 1221,5 кг/м3 [7]. Среднее квадратическое отклонение Sз(m) массы навесок зерна озимой ржи равно 1,814•10-3 кг, а относительная погрешность sis18.wmf в процентах составляет 5,49 %. Среднее квадратическое отклонение Sз(V) занимаемого объема навески зерен озимой ржи равно 1,157•10-3 л, а относительная погрешность sis19.wmf занимаемого объема навеской в процентах – 5,99 %. Тогда, в соответствии с выражениями (7), (8), (9) и (10), относительная погрешность sis20.wmf определения удельной массы (плотности) зерна озимой ржи составляет 0,0814. В результате абсолютная погрешность Δρз косвенного определения удельной массы зерна озимой ржи согласно выражению (11) составляет 99,3 кг/м3. Доверительный интервал ρср.з ± Δρз удельной массы (плотности) зерна озимой ржи с надежностью р = 0,95 с учётом принятых при обработке результатов эксперимента правил округления равен 1100… 1300 (1200 ± 100) кг/м3 [7].

Среднее значение плотности склероций спорыньи ρср.с согласно выражению (2) равно 1022,1 кг/м3. Среднее квадратическое отклонение Sс(m) массы навесок склероций спорыньи равно 1,898•10-3 кг, а относительная погрешность sis21.wmf в процентах составляет 4,51 %. Среднее квадратическое отклонение Sс(V) занимаемого объема навесок склероций спорыньи равно 1,646•10-3 л, а относительная погрешность sis22.wmf измерения занимаемого объема навесками в процентах составляет 4,0 %. Тогда согласно выражениям (7), (8), (9) и (10) относительная погрешность sis23.wmf определения удельной массы (плотности) склероций спорыньи составляет 0,0603. В результате абсолютная погрешность Δρс определения удельной массы склероций спорыньи равна 61,65 кг/м3. Доверительный интервал ρср.с ± Δρс удельной массы (плотности) склероций спорыньи с надежностью р = 0,95 с учётом принятых при обработке результатов эксперимента правил округления равен 960…1080 (1120 ± 60) кг/м3.

С надежностью р = 0,95 доверительные интервалы плотностей зерна озимой ржи Фаленская 4 и склероций спорыньи не пересекаются в интервале 1080…1120 кг/м3. Этот интервал является возможным значением для третьего компонента (разделителя) – плотности раствора соли.

Можно дать оценку процента возможных потерь зерна ржи после применения «мокрого» способа отделения спорыньи в зависимости от значения плотности раствора соли. Предполагаем, что плотность ржи (количественный признак) имеет нормальное распределение с математическим ожиданием, равным средней величине удельной массы ржи ρср.з(ср.с) = 1221,5 кг/м3, и средним квадратическим отклонением Sз(ρ) = 43,96 кг/м3 [7]. Зерно ржи уйдет в потери (зерно всплывет), если его плотность будет меньше плотности раствора соли. Тогда процент Пз потери зерна равен вероятности того, что значение удельной массы ржи будет меньше плотности ρсоли раствора соли, умноженной на 100 % [8]:

sis25.wmf (12)

где Ф(x) – функция Лапласа [8].

Если плотность соли ρсоли = 1090 кг/м3, то процент возможных потерь зерна ржи в отходы будет Пз = 0,14 %, если ρсоли = 1100 кг/м3 – Пз = 0,29 %, при ρсоли = 1110 – Пз = 0,55 % [7]. Данные значения соответствуют требованиям работы специальных зерноочистительных машин при очистке зерна продовольственного назначения, при котором содержание полноценного зерна в отходах не должно превышать 0,5 %. При получении семенного зерна потери Пз зерна в отходы не должны превышать 3,0 %. Поэтому можно использовать более насыщенный раствор соли, так при ρсоли = 1139 кг/м3 значение Пз составляет 3,0 %.

Полученные результаты показывают хорошую возможность применения «мокрого» способа отделения склероций спорыньи от зерна ржи. Поэтому с практической стороны для эффективного разделения зерен озимой ржи и склероций спорыньи с минимальными потерями зерна в отходы раствор соли должен быть приготовлен с плотностью 1090…1110 кг/м3, что подтверждается предварительно проведенными экспериментами.

Выводы

Таким образом, исходя из пределов варьирования плотности зерна озимой ржи сорта Фаленская 4 и склероций спорыньи выбор плотности раствора соли с целью разделения данных материалов определяется нижней границей плотности зерна озимой ржи для исключения его потерь в отходы и верхней границей плотности склероций спорыньи для гарантированного всплытия их на поверхность раствора. Для эффективного разделения зерен озимой ржи сорта Фаленская 4 от склероций спорыньи раствор соли должен быть приготовлен с плотностью 1090…1110 кг/м3.