книги из ГПНТБ / Егоров Г.А. Влияние тепла и влаги на процессы переработки и хранения зерна

Г л а в а V ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЗЕРНА

Сухое вещество зерна представляет собой полупро­ водник, повышение влажности влечет за собой измене­

веществом к энергии поля в объеме вещества при оди­

в настоящее время используются достаточно широко. Нас же в данном случае интересует не практиче­

ское использование полученных зависимостей, а сами зависимости в чистом виде, особенности их харак­ тера, что должно дать интересный материал к анализу

ные приведены на рисунке 43. Начиная с влажности 16%, электропроводность быстро возрастает. Прежде всего это вызвано теми изменениями, которые претер­ певает поглощенная зерном вода при переходе влагосо­ держания через область, соответствующую второй кри­ тической точке изотермы сорбции воды.

d 10*!/Ом см 60

AO

проницаемость различного по исходной характеристике зерна отличается меньше, чем электропроводность.

Холедэй, изучая электросопротивление зерна куку­ рузы, установил, что на ее величину сильно влияет ха­ рактер распределения влаги по сечению зерна и в осо­ бенности содержание ее в поверхностных слоях.

По данным Суворова [135] и Пикерсгиля [106], диэлектрическая проницаемость зерна с повышением влажности возрастает, причем наиболее заметно начи­ ная с 16—18% влагосодержания. С повышением рабо­ чей частоты от 0,5 до 30,0 мгГц влияние влажности ме­ нее заметно.

после второй критической точки изотермы сорбции во­

па, выращенной в Алтайском крае, получена одна кри­

ента потерь от рабочей частоты до критического влаго­ содержания и после него позволила Н. В. Книппер ут­

капиллярных межмолекулярных промежутках зерна, по термодинамическим свойствам не столь сильно от­ личается от свободной воды, чем влага монослоя и вто­ рого слоя. На наш взгляд, установленная Н. В. Книппер -особенность указывает на образование молекуляр­ ных ассоциатов — гроздей воды в'близи активных сор­ бирующих центров. Об этом же свидетельствует и ха­ рактер зависимости удельной теплоемкости и плотности

проницаемость влажной пшеницы может быть опреде­

Температура также непосредственно влияет на элек­ трофизические свойства зерна. Причем это влияние в первую очередь связано с происходящим изменением

•состояния поглощенной зерном воды. На это, в частно­ сти, указывают данные С. С. Суворова [135]. Им полу­ чено, что электросопротивление зернового слоя при повы­

что при повышении температуры свойства воды, свя­ занной с большой энергией, должны измениться значи­ тельнее, чем воды, связанной слабее. Полученные в ра­ боте [135] графики зависимости логарифма электросо­ противления зерна от температуры распадаются каж­ дый на два прямолинейных отрезка, причем критическое

ва зерна имеют сложную зависимость от влажности и температуры. Это обусловило появление значительного количества систем электровлагомеров емкостного и кондуктометрического типов. Однако их возможности огра­

торов. Тем не менее современные образцы влагомеров часто по точности не уступают стандартному методу

определения влажности зерна. Повышение их точности ограничивается особенностями строения и химического состава зерна, а также особенностями процесса взаимо­

Последнее обстоятельство позволило в наших опы­ тах при определении коэффициента диффузии влаги для измерения влагосодержания поверхностных слоев зер­ новки использовать серийный электровлагомер ВЭ-2М. На рисунке 47 приведены экспериментальные резуль­ таты для случая «холодного» кондиционирования зер­ на кукурузы (процесс отволаживания) и активного вен­ тилирования пшеницы. На первом графике точки соот­ ветствуют трем сериям определения влажности на вла­ гомере ВЭ-2М, а сплошная линия построена по данным прямого определения влажности оболочек зерна куку­ рузы по специальной методике. При этом все же на­ блюдалась некоторая потеря влаги из оболочек. Сни­ жение влажности оболочек при отволаживании проис­ ходит вследствие миграции ее во внутренние слои зер­ на. Это вызывает снижение электропроводности поверх­ ностных слоев, что зарегистрировано на влагомере.

На рисунке 46, б также видно снижение влажности оболочек зерна, но уже в результате извлечения влаги из них при активном вентилировании. В этом случае обезвоживание поверхностных слоев снижает их элект­ ропроводность и слабый постоянный ток, используемый во влагомерах ВЭ-2М, оказывается не в состоянии прео­ долеть их возросшее электросопротивление. Поэтому влагомер ВЭ-2М показывает не среднеинтегралыгую влажность зерна, а влажность оболочек. Через 1,5 ч происходит повторное снижение их влагосодержания, что, по всей вероятности, свидетельствует об углубле- •нии зоны испарения.

Таким образом, электровлагомер кондуктометрического типа молено использовать для контроля внутрен­ него влагопереноса в.зерне.

Изучение изменений физико-химических свойств зер­ на под воздействием тепло-влагопереноса имеет особое значение, поскольку с ними тесно связаны технологиче­ ские свойства.

Набухание биополимеров зерна представляет собой комплекс взаимосвязанно' развивающихся процессов: диффузии молекул воды, взаимодействия их с активны­ ми центрами, деформации макромолекул и т. п., что в целом сказывается на термодинамической характери­ стике их состояния.

Физико-химические изменения зерна при гидротер­ мической обработке внешне проявляются в изменении геометрических размеров зерна и его плотности. Эти два показателя являются в технологическом отношении важнейшими. Изменение геометрических размеров вли­ яет на процесс сепарирования зерна, что отмечено в ли­ тературе [124]; изменение объема зерна и площади его внешней поверхности влияет на тепло-влагообмен зерна с окружающей атмосферой и на процесс внутрен­ него тепло-влагопереноса. Изменение плотности зерна суммарно отражает происходящие в зерне преобразо­ вания, позволяет определить физико-химические изме­ нения в зерне как разрыхление его структуры.

В нашей работе в ряде случаев пересчитывали плот­

явления также представляет интерес как в практиче­ ском, так и в теоретическом отношении.

Изменение геометрической характеристики зерна

Имеется несколько работ, в которых авторы изучали изменения геометрической характеристики зерна [9, 54, 83, 108, 124, 161, 167, 170]. Е. Д. Казаков и И. А. Саха­

уподобив ее цилиндру с закругленными концами. Ав­ торы нашли также, что степень увеличения объема зер­ новки непосредственно связана с физико-химическими свойствами клейковинных белков: объем зерна с более крепкой клейковиной возрастает заметнее.

А. П. Порхаев и Н. Ф. Докучаев [83, 124] изучали объемные изменения зерна при сушке (волюмометрическим способом в воде). Эксперименты были проведены

.с единичными зернами. Авторы установили, что неза­ висимо от режима сушки уменьшение объема зерновки и снижение влажности связаны прямолинейной зависи­ мостью. Анализ их данных показывает, что эта зависи­ мость нарушается при влагосодержании ниже 10%.

Бушук и Глинка [167], изучая объемные изменения зерна в процессе сорбции—десорбции, установили, что при поглощении паров воды объемные изменения вна­ чале отстают от весовых, затем следует область про­ порциональных изменений, а при влагосодержании свы­ ше 17% объем изменяется сильнее, чем вес. В процессе десорбции весовые изменения опережают объемные. Однако на эти результаты определенное влияние ока­ зало термодинамически неравновесное состояние зерна, незавершенность объемных изменений, скорость кото­ рых ниже скорости поглощения или отдачи влаги (в опытах зерно выдерживалось в эксикаторах над раст­ ворами серной кислоты в течение четырех суток).

Чанг, Фэн и Шелленбергер [170] установили, что увеличение объема зерна при - иммерсионном увлажне­ нии практически равно приросту его веса, деленному на плотность поглощенной воды.

Авторы изучили объемные изменения зерна при ше­ сти значениях температуры (от 26,7 до 60°С). Они во всех случаях наблюдали линейную зависимость. При этом с повышением температуры угловой коэффициент прямой повышается.

Б. В. Сенаторский [1, 126] установил, что объем

зерна при «горячем» кондиционировании возрастает почти в два раза заметнее, чем при «холодном». Он от­ мечает, что прирост объема находится в прямой зави­

кой клейковиной стекловидность тоже была более вы­ сокой.

В некоторых работах [161] при оценке геометриче­ ских свойств зерновки определяли ее длину, ширину,

новить, что уже через несколько минут после увлажне­ ния начинает увеличиваться длина зерновки, а прирост ширины и толщины происходит с некоторым запозда­ нием. После 2 ч ее длина достигает максимальной ве­ личины, а затем сокращается. Для ширины и толщины это также наблюдается, но несколько позже. Суммар­ ный прирост длины составляет 2—3% от первоначаль­ ного размера, в то время как ширина возрастает всего на 0,12—0,17%, а толщина — на 0,5—0,8%.

і В нашем исследовании изучали влияние влагосодер­ жания на комплекс показателей геометрической ха­ рактеристики зерна, т. е. на его линейные размеры, объ­ ем, площадь внешней поверхности и сферичность. Кро­ ме пикнометрического определения объема, использова­ ли также расчетный способ, основанный на формуле

(1). Площадь внешней поверхности определяли только

до 38%, дальнейшее увлажнение до 44% на их значе­ ния не влияет. Аналогично изменяется объем, площадь внешней поверхности, их отношение и радиус эквива­ лентного шара. Сферичность вначале, до 32,5% влаго­ содержания, возрастает, а затем снижается ниже пер­

нейных размеров зерна остаются практически постоян­ ными; только для ширины они несколько возрастают.