|
Изменяя влажность зерна в процессе
ГТО, инженер- технолог направленно изменяет весь комплекс его свойств, с тем
чтобы обеспечить в дальнейшем максимальную технологическую и экономическую
эффективность переработки зерна в муку и крупу. Для изменения технологических
свойств зерна строго в заданном размере необходимо знать особенности развития
процессов взаимодействия зерна с водой в различных условиях, а также
особенности развития процессов в зерне, сопровождающих внутренний
влагоперенос.
Условия, при которых зерно увлажняется (режим процесса),
могут быть различными. Однако независимо от этого взаимодействие воды с
биополимерами зерна в общих чертах остается неизменным.
Особенностью высокополимеров является отсутствие прочной
кристаллической решетки, в связи с чем в глубь нее могут внедряться
адсорбированные молекулы. Это вызывает набухание веществ, в особенности при
образовании водородных связей, как это наблюдается в случае воды. Благодаря
беспорядочному расположению активных центров в объеме зерна сорбированные
молекулы воды не образуют сплошного, непрерывного (мономолекулярного) слоя,
но группируются вокруг активных центров в виде гроздьев. Существуют некоторые
значения влажности, при которых резко изменяется характер взаимодействия
зерна с водой. Несомненно, это должно отражать те изменения свойств зерна,
которые происходят вслед за изменением его влажности.
Анализ показывает, что первая критическая область
располагается при 7...9 % влагосодержания; она соответствует такому
состоянию, когда возле каждого активного центра биополимеров удерживается
одна молекула воды («мономолекулярный слой»). Вторая критическая область
находится при 15... 19 % влагосодержания (т. е. влажности на сухую массу
зерна; это соответствует 13... 16 % влажности). Эти области влагосодержания
получили название критических, так как здесь наблюдаются существенные
изменения всех свойств зерна, в особенности структурно-механических и
технологических. Обусловлено это различной реакцией биологической системы
зерна на уровень увлажнения белков и углеводов, изменением свойств
анатомических частей и биополимеров зерна и свойств поглощенной зерном воды.
Перенос влаги внутри зерна может проходить в различном
направлении и с разной интенсивностью в зависимости от параметров конкретного
процесса. Изучение его особенностей имеет большое практическое значение, так
как с ними связано изменение структуры и технологичен ких свойств зерна.
Современная теория устанавливает, что в качестве
термодинамического потенциала влагопереноса в зерне выступает энергия связи
влаги (см. формулу на стр. 61).
График изменения энергии связи влаги вдоль изотермы
сорбции воды пшеницей приведен на рисунке XV-1. Энергия связи влаги быстро
снижается с увеличением влажности зерна, в особенности до 15... 17 %. При
этих значениях влажности уровень ее становится незначительным, что определяет
высокую подвижность воды и активное воздействие на все свойства зерна.
Повышение температуры оказывает дополнительное влияние на понижение энергии
связи влаги.
Уровень энергии связи влаги для анатомических частей зерна
неодинаков и также зависит от параметров процесса. На рисунке XV-2 показано
его изменение для крахмалистой части эцдосперма зерна пшеницы 1, оболочек с
алейроновым слоем 2 и зародышем 3. Значения энергии связи влаги совпадают
только в области 15... 17 % влагосодержания. При меньших значениях в
поверхностных слоях зерна влага связана слабее, чем в эндосперме, при более
высоких—наоборот.
Практическое равенство уровней энергии связи влаги для
анатомических частей зерна во второй критической области влагосодержания
способствует активному переносу ее не под воздействием термодинамического
потенциала, а благодаря управляющему влиянию биологической системы зерна как
живого организма. Вследствие этого поглощение воды зерном при ГТО и
распределение ее по анатомическим частям зерна имеет особенности, важные для
технологии муки, крупы и комбикормов.
Особенности кинетики поглощения воды зерном. Поглощение
зерном воды в жидком состоянии имеет особенности. В первые несколько секунд
зерно поглощает 3...5 % влаги, а затем в течение некоторого периода влажность
зерна остается неизменной. Этот первоначальный захват воды осуществляется
плодовыми оболочками, которые имеют большое количество капилляров, пор,
пустот, служащих резервуаром для первичного накопления влаги. Вода,
поглощенная плодовыми оболочками, связана непрочно и легко может испариться в
атмосферу. Прочное удержание воды и предотвращение ее потерь обеспечивается
благодаря высокой гидрофильности семенной оболочки, зародыша и алейронового
слоя, в которые вода быстро перемещается и прочно связывается белками и
углеводами.
Дальнейшее перемещение воды направлено внутрь эндосперма.
Скорость этого переноса должна быть низкой в связи с тем, что коэффициент
диффузии влаги в зерне очень мал — всего 10~n...10-12 м2/с. В результате
получается, что рядом с семенной оболочкой и алейроновым слоем, насыщенными
влагой, находятся клетки субалейронового слоя и центральной части эндосперма,
имеющие невысокую влажность. Возникает огромный градиент влагосодержания — до
104...105 %/м и создаются опасные напряжения в зерновке. При критическом
напряжении в эндосперме зерна появляются микротрещины и он раскалывается на
части. Интенсивность образования микротрещин определяется условиями процесса
и свойствами зерна.
Одновременно с перемещением влаги внутрь зерна,
гидратацией его биополимеров в нем развивается комплекс различных процессов,
результатом которых является полностью или частично необратимое изменение его
структуры и свойств. Развитие этих процессов, их интенсивность и
направленность зависят от режима и значений параметров ГТО. Важнейшим из этих
процессов является разрыхление эндосперма, сопровождающее внутренний
влагоперенос.
|