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

Г л а в а VIII

КИНЕТИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРОЦЕССОВ ПЕРЕНОСА ТЕПЛА И ВЛАГИ В ЗЕРНЕ

Выше было показано, что одновременно с проника­ нием влаги внутрь зерна, гидратацией его биополиме­ ров развивается комплекс различных процессов, ре­ зультатом которых является необратимое изменение исходной структуры и технологических свойств зерна. Интенсивность развития этих процессов, а также ха­ рактер и глубина происходящих преобразований техно­ логических свойств зерна непосредственно и очень сложно зависят от температуры и других режимных параметров.

Сложное строение зерна, особенности микрострук­

сов. В то время как одни достигают максимальной ско­ рости, вторые уже затухают, а третьи только начинают развиваться. Большое значение имеет также то, что зерно является живым организмом, которое в условиях хранения находится в состоянии анабиоза. Приток вла­ ги в жизнедеятельные клетки зародыша и алейроново­ го слоя активизирует ферментную систему зерна. Чем длительнее процесс гидротермической обработки, тем больший вклад в общее преобразование свойств зерна вносят биохимические процессы. Все это заставляет предполагать, что механизм взаимодействия зерна с водой имеет сложный характер.

Кривые увлажнения зерна

При иммерсионном увлажнении интенсивность по­ глощения воды увеличивается при повышении темпе­ ратуры, в особенности выше 40° С (рис. 59). Вторым интересным фактом является ступенчатое развитие кри­ вых при умеренных температурах. Такое развитие кри­ вых наблюдается для всех образцов зерна, в особенно-

A 6

I 5 /

«о

г

зо

to

Рис. 59. Кривые увлажнения зерна пшеницы при температуре:

/, 2, 3 — 20° С (три разных о б р а з ц а ) ; 4 — 40° С; 5 — 60° С.

сти высокостекловидных, причем для многих образцов границы «ступенек» одинаково расположены по оси времени. Это убеждает в том, что ступенчатое развитие кривых увлажнения обусловлено не случайным разбро­ сом экспериментальных точек, а особым механизмом взаимодействия зерна с водой, связанным со структур­ ными особенностями зерна и его анатомических частей и, возможно, свойствами зерна как живого организма.

На рисунке 60 показаны кривые сорбции паров во­ ды зерном кукурузы Воронежской 80. С одним и тем же образцом было проведено шесть последовательных циклов сорбции-десорбции. В течение первых трех цик­ лов наблюдается резкое изменение интенсивности поглощения воды через определенные промежутки време­ ни. При этом интересно, что «ступеньки» наиболее чет­ ко выражены на кривой первой сорбции, затем посте­ пенно сглаживаются, а после третьей практически ис­ чезают.

что коэффициент проницаемости для листов чистой цел­ люлозы при увеличении относительного давления паров воды в атмосфере от 0,27 до 0,85 возрастает почти в 20 раз. Таким образом, влагу оболочки зерна внутрь семени должны пропускать хорошо, что полностью от­ вечает биологическим потребностям зерна.

Наличие у зерновки влагонепроницаемого слоя не­ объяснимо с физиологической точки зрения. Зерно — живой организм, призванный дать начало новому растению; поэтому оно должно располагать системой, обеспечивающей быстрое поглощение и прочное удер­ жание воды, необходимой для развития физиологиче­ ских процессов.

Первоначально воду «захватывают» плодовые обо­ лочки, располагающие большим количеством капилля­ ров, пор и пустот. Они служат резервуаром для первич­ ного накопления влаги. Расчёт показывает, что при полном насыщении их водой влажность зерна должна повыситься примерно на 4%, что совпадает с опытными данными.

Но, как известно, поглощенная плодовыми оболочка­ ми вода связана непрочно и легко может испа­ риться в атмосферу. Прочное удержание воды и пред­ отвращение ее потерь достигаются благодаря высокой гидрофильности семенной оболочки и алейронового слоя, в которые вода быстро перемещается и прочно связывается белками и углеводами.

Имеющиеся данные [215] свидетельствуют, что пшеница, у которой толщина алейронового слоя боль­ ше, поглощает влагу в большем количестве; при влаго­

должна быть очень небольшой. Это следует из того, что в эндосперме нет макрокапилляров. В связи с этим ко­ эффициент диффузии влаги очень мал, примерно Ю - 1 1 — 10 1 2 м2 /с. В результате получается, что с насыщенны­ ми влагой семенной оболочкой и алейроновым слоем

(до 104—105 %/м) и создаются опасные напряжения в теле зерновки.

После достижения закритических значений напряже­ ний эндосперм зерна раскалывается микротрещинами, которые служат для быстрого транспортирования воды внутрь эндосперма [182, 185, 240].

Интенсификация внутреннего влагопереноса в зер­ не, подвергнутом обработке в обоечных машинах, также указывает на решающее значение для этого процес­ са наличия микротрещин в эндосперме. Но в этом слу­ чае дополнительное влияние может оказать и наруше­ ние целостности покровов зерна.

Таким образом, можно объяснить особенности раз­ вития кривых увлажнения зерна. Скорее всего они об­ условлены периодичностью процесса образования тре­ щин в эндосперме, связанного со структурными особен­ ностями зерна.

С технологической точки зрения большое практиче­ ское значение имеет выявление механизма внутреннего влагопереноса и характера распределения влаги по зер­ ну при разных вариантах сушки и гидротермической обработки. Это связано с необходимостью повысить ин­ тенсивность влагоотдачи в процессе сушки, а также с обеспечением оптимальных условий внутреннего влаго­ переноса при гидротермической обработке. Зная меха­ низм процесса, можно управлять им. Это достигается выбором соответствующих режимных параметров.

томических частей зерна (удельной влагоемкости и др.), что, в свою очередь, обусловлено различием их струк­ туры и химического состава.

Некоторые авторы указывают, что бородочная зона зерна по влагопоглощению далеко отстает от за­

ши данные показывают, что при сорбционном поглоще­

Это обусловлено повышенной влагоемкостыо зародыша. Имеются данные, что чистый зародыш в три раза бы­

пеі-іь смещения интерференционных полос на влаж­ ном срезе зерна по сравнению с сухим и т. п. Но толь­ ко Э. В. Сахаров нашел метод прямой регистрации содержания влаги в данной точке внутреннего объема зерновки.

В опытах Э. В. Сахаров использовал вместо обыч­ ной воды тритиевую, в молекуле которой атом водорода

сти не имеют. Но применение тритиевой воды позволяет получить авторадиограмму, на которой четко показано

развития процесса внутреннего влагопереноса при отволаживании или же при прогреве зерна. Обращает вни­ мание повышенное по сравнению с центральными слоя­ ми эндосперма содержание влаги в зародышевой и бородочной зонах, а также вдоль бороздки и алейроново­ го слоя зерновки.

Подробное изучение большого количества авторадио­ грамм показывает, что содержание влаги в поверхност­ ных слоях зерновки длительное время остается посто­ янным, в то время как из зародышевой и бородочной зон происходит вынос ее в эндосперм. Видимо, это свя­ зано с особой ролью жизнедеятельных клеток алейро­ нового слоя. По ним вода мигрирует по направлению к зародышу или от него, в зависимости от регулирую­ щего воздействия биологической системы зерна, осуще­ ствляющей управление всеми протекающими в нем процессами.

Посредством фотометрирования авторадиограмм можно получить точную количественную кривую распре­ деления влаги по любому сечению зерна (рис. 63). Имея эталонную характеристику этих кривых, можно определить содержание влаги в любой точке зерна.

Таким образом, разработанная методика позволяет выявить не только качественные особенности процесса распределения влаги по зерну, но и описать его коли­ чественно. Об этом наглядно говорят кинетические кри­ вые влагосодержания в зародыше, оболочках с алейро­ новым слоем и центральной части эндосперма пшенич­ ной зерновки (рис. 64). Как видно из рисунка, на ин­ тенсивность внутреннего влагопереноса очень сильно