![](/user_photo/_userpic.png)
книги из ГПНТБ / Егоров Г.А. Влияние тепла и влаги на процессы переработки и хранения зерна
.pdf/ / Nч
ом
0.2
|
|
|
|
|
|
10 |
|
|
|
|
|
5.0ҐЧ |
|
|
|
|
|
|
t 4 |
|
|
|
|
|
|
Рис. |
74. |
Влияние |
продолжи |
Рис. |
75. |
Влияние |
продолжитель |
|||||
тельности процесса на |
вели |
ности |
процесса |
гидротермической |
||||||||
чину |
|
ыассообменного |
кри |
обработки |
пшеницы на |
величину |
||||||
терия |
Кирпичева |
при |
об |
массообменного |
критерия |
Кнрпи- |
||||||
работке |
зерна |
пшеницы: |
|
чева |
при |
температуре: |
||||||
/ и |
|
2 — а к т и в н о е |
вентилирова |
/ — 20° С; 2 — 35° С; |
3 — 45° С; 4 — 55° С. |
|||||||
ние; |
|
3— |
конвективная |
сушка |
|
|
|
|
|
|
||
при |
температуре 43° С; 4 — суш |
|
|
|
|
|
|
|||||
ка |
в |
вакууме при |
температуре |
|
|
|
|
|
|
|||
45° С |
и |
давлении 10 мм рт. ст. |
|
|
|
|
|
|
слое можно объяснить как высокое сопротивление внут реннему влагопереиосу. Появление в теле эндосперма микротрещин через 0,5—1 ч после увлажнения дает воз можность влаге быстро проникнуть на всю его глубину. Это и отражается на графиках в виде резкого снижения
сопротивления внутреннему |
переносу влаги. |
Значения критерия Kim |
уменьшаются с ростом тем |
пературы, что вполне естественно. При этом критиче
ские значения критерия Кіт, |
т. е. в данном случае на |
|
чальные, достаточно удовлетворительно |
укладываются |
|
на прямую, полученную при |
построении |
графика зави |
симости их от температуры. Безопасные с точки зрения растрескивания зерна значения критерия Кіт, видимо, соответствуют стабильным участкам графиков и ниже критических значений в 4—10 раз; с. повышением тем-
пературы |
это |
отношение |
воз |
||||||
растает. |
Зависимость |
|
этих бе |
||||||
зопасных |
значений |
критерия |
|||||||
Кіт |
от |
температуры |
в |
диапа |
|||||
зоне |
|
температур |
30—50° С |
||||||
прямолинейна. |
|
|
|
|
|
||||
Зависимость |
критерия |
Лы |
|||||||
кова |
Lu |
от |
продолжительно |
||||||
сти |
гидротермической |
обра |
|||||||
ботки |
приведена |
на |
рисун |
||||||
ке 76. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
После |
некоторого |
перио |
|||||||
да |
времени, |
в |
течение |
ко |
|||||
торого |
значения |
критерия |
Lu |
||||||
уменьшаются, |
наступает |
пе |
|||||||
риод |
примерно |
постоянной |
ве |
||||||
личины |
критерия; |
этот |
харак |
||||||
тер |
изменения |
критерия Lu не |
|||||||
зависит |
|
от |
режима |
гидротер |
|||||
мической |
обработки. |
|
|
Ют |
|||||
Зависимость |
критериев |
и Lu от безразмерного време
ни — массообменного |
крите |
|
рия Fo п |
показана |
выше. |
LuW
6 А
{1
|
|
|
5 |
|
Т. v10 |
|
Рис. |
76. |
Влияние |
продол |
|||
жительности |
процесса |
на |
||||
величину |
критерия |
Лыкова: |
||||
/ — конвективная |
сушка |
при |
||||
температуре |
43° С; |
2 — сушка в |
||||
вакууме при |
температуре |
45° С |
||||
и |
давлении |
10 |
мм |
рт. |
ст. |
Сравнение кинетики различных физико-химических процессов в зерне
Развитие физико-химических процессов в зерне об условлено прежде всего прониканием в него влаги. Поэтому следует предполагать, что процессы, результа том которых является изменение физико-химических и технологических свойств зерна, должны протекать взаи мосвязанно, согласованно во времени друг с другом.
Накопленный экспериментальный материал подтвер ждает это предположение. Из рисунка 77, где показаны кривые контракции, разрыхления эндосперма и темпе ратурные (при отволаживании) для образца рядовой пшеницы I типа, видно, что развитие всех трех кривых завершается одновременно.
Это имеет важное практическое значение. Заверше ние периода активного разрыхления эндосперма указы вает на окончание преобразования физико-химических
uUud'iO, см3/г ь1,°С с'10,ш3/г
|
j |
г |
6 |
|
|
|
|
|
|
в / у |
|
|
|
|
|
|
|
и |
|
|
|
* |
|
|
|
|
\ |
|
|
|
|
/ |
|
|
1 |
/ |
|
2 |
|
|
|
|
||
|
/О |
|
/5 |
20 |
Рис. 77. Кривые контракции (7), разрыхления эн досперма (2) и температурная (3) для пшеницы.
свойств зерна. Каждая из этих трех кривых является отражением целого комплекса процессов; согласован ность развития кривых характеризует согласованность, взаимообусловленность различных процессов в зерне.
Поэтому можно сформулировать следующее заклю
чение: |
все физико-химические |
процессы |
в зерне |
разви |
|
ваются |
взаимосвязанно |
и |
завершаются |
одновременно, |
причем продолжительность их развития соответствует протяженности периода активного разрыхления эндо сперма для данного образца зерна.
Значит, следует ожидать, что и преобразование тех нологических свойств зерна также должно быть огра ничено этим же периодом. Подтверждением этому слу
жит рисунок |
78, из которого видно, что кривая разрыхле |
|||||
ния эндосперма пшеницы I типа развивается согласованно |
||||||
с |
кривыми, |
отражающими |
технологическую |
характе |
||
ристику |
зерна (извлечение |
крупок |
и дунстов |
первого |
||
качества |
в драном процессе, их |
зольность |
и рас |
|||
ход энергии на дробление зерна). Подобные |
результа |
|||||
ты |
получены |
для всех испытанных |
образцов |
пшеницы |
||
I, |
I I I и |
IV типов. |
|
|
|
Общая схема взаимодействия зерна с водой
Изложенный выше материал позволяет составить об щую схему взаимодействия зерна с водой (табл. 23).
Весь процесс влагопереноса в зерне при увлажнении и протекающие при этом процессы развиваются так, что могут быть четко выделены три периода.
Первый период характеризуется концентрацией по глощенной влаги в поверхностных слоях зерна: плодо вой и семенной оболочках, алейроновом слое и зароды ше. Вследствие набухания этих слоев удельный объем зерна резко (скачком) увеличивается, а контракция или не развивается, или же увеличивается незначительно; комплексная характеристика М2 возрастает до макси мума. Резкое неравномерное распределение влаги по сечению зерна приводит к установлению огромного гра диента влагосодержания, что влечет за собой возникно вение в теле зерновки напряжений. Изменение муко мольных свойств зерна невелико, поскольку структур
ные |
изменения |
затро- |
i ичд |
• Ю?см3/г и°/0 |
nBj- чінг |
|
|
||||||||
нули |
только |
поверх |
|
|
|||||||||||
ностные |
слои |
зерна. |
6 |
|
|
80 |
|
|
|
|
|
||||
Таким |
образом, |
|
осу |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
ществляется |
подготов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
ка |
к |
интенсивному пе |
|
|
|
70 |
11.5 |
|
|
||||||
реносу |
|
влаги |
внутрь |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
зерна. |
|
Поэтому |
|
пер |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
вый |
период можно |
оп |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
ределить |
как |
п о д г о - |
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
||||
в и т е л ь н ы й. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Во |
втором периоде |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
возникшие в |
теле |
зер |
|
|
|
|
|
|
|
|
•1,50 |
||||
новки |
напряжения |
до |
|
|
.1 |
|
|
|
|
|
|||||
стигают |
закритических |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
значений, |
благодаря |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
чему |
эндосперм |
|
рас |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
калывается |
микротре |
|
|
|
2 |
|
Ь |
|
|
6%ч |
|||||
щинами |
на |
отдельные |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
частицы. |
Влага |
быст |
Рис. |
78. |
Влияние |
продолжительности |
|||||||||
ро |
перемещается |
по |
отволаживания |
на разрыхление эн |
|||||||||||
микротрещинам |
внутрь |
досперма |
(1), |
|
извлечение |
крупок |
|||||||||
эндосперма. Появление |
первого |
качества |
(2), |
расход |
энер |
||||||||||
в нем |
большого |
коли |
гии |
на |
дробление |
зерна (3) |
и |
золь |
|||||||
ность |
крупок |
(4) |
для |
пшеницы Са |
|||||||||||
чества |
воды |
вызывает |
|
|
|
ратовская |
29. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а 23 |
|
|
|
Общая |
схема |
взаимодействия |
зерна |
с водой |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
Продол |
Особенности |
процесса |
Изменение |
характерис |
|
Изменение структуры |
Изменения муко |
||||||||||
|
|
житель |
|
||||||||||||||||
Период |
|
тик |
физико-химических |
анатомических |
частей |
мольных свойств |
|||||||||||||
|
ность про |
влагопереиоса |
в зерне |
||||||||||||||||
|
|
свойств |
зерна |
|
|
|
зерна |
|
|
зерна |
|||||||||
|
|
цесса, ч |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Начальный |
0,25-1,0 |
«Захват» |
|
влаги |
Удельный |
|
объем |
Развивается |
набу |
Незначи |
|||||||||
(подготови |
|
|
плодовыми |
оболоч |
зерна |
резко |
возра |
хание тканей |
поверх |
тельны |
|||||||||
тельный) |
|
|
ками, |
гидратация |
|
стает, |
контракция |
ностных |
слоев |
зерна |
|
||||||||
|
|
|
тканей |
семенной обо |
увеличивается |
незна |
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
лочки, |
алейронового |
чительно |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
слоя и |
зародыша |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Основной |
|
(пе 5,0-12,0 |
Переход |
влаги |
из |
Удельный |
объем |
|
Разрушение |
исход |
Существен |
||||||||
риод активного |
поверхностных |
слоев |
изменяется |
по |
вол |
ной |
структуры эндо |
ны |
|||||||||||
разрыхления |
эн |
внутрь |
эндосперма |
|
нообразной |
кривой, |
сперма |
зерна |
микро- |
|
|||||||||
досперма ) |
|
|
|
|
|
|
|
контракция |
|
возра |
трещинами). |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
стает |
до |
постоянной |
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
величины |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Заключи |
|
48-72 |
Распределение |
вла |
Удельный |
объем |
и |
Изменение |
кон- |
Незначи |
|||||||||
тельный |
(релак |
ги по тканям в |
рав |
контракция |
|
прак |
формации |
макромо |
тельны |
||||||||||
сационный) |
|
|
новесном соотношении |
тически |
прекращают |
лекул |
биополимеров |
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
изменения |
|
|
|
|
зерна |
до равновесной |
|
к жизни различные физико-химические |
процессы, |
при |
|||||
чем их развитие характеризуется высокой |
интенсив |
||||||
ностью. Преобразование |
всех |
свойств |
зерна |
существен |
|||
но и после окончания второго периода |
практически |
за |
|||||
вершается. |
Поэтому второй |
период |
является о с н о в - |
||||
н ы м. |
|
|
|
|
|
|
|
Третий, |
заключительный, |
период |
|
характеризуется |
|||
постепенным распределением |
влаги |
по |
анатомическим |
частям и химическим веществам зерна в равновесном соотношении в соответствии с их структурными особен ностями и термодинамическими характеристиками вла гопереноса. Макромолекулы белков и углеводов посте
пенно |
принимают |
равновесную конформацию, |
в связи |
с чем |
напряжения |
в теле зерновки постепенно |
релакси- |
руются. Этот период можно назвать также р е л а к с а - ц и о н н ы м.
Продолжительность начального периода не превы шает 1 ч, основного—12 ч, а заключительный период продолжается в течение 2—3 суток. В каждом из этих периодов все процессы в зерне качественно различа ются.
Если ввести некоторую функцию F, суммарно от ражающую степень происходящих преобразований свойств зерна при изменении влажности и температуры, вследствие развития процессов, сопровождающих внут ренний влагоперенос, можно записать:
в |
начальном |
периоде |
A F < 0 , |
в |
основном |
» |
AFS>0, |
в |
релаксационном » |
AF-+-0. |
Это подтверждает сделанный ранее вывод, что все физико-химические процессы в зерне протекают взаимо связанно и завершаются одновременно, причем продол жительность их развития не зависит от режима увлаж нения зерна при неизменной температуре. Именно поэтому появляется возможность выделить указанные вы ше периоды. Главное значение имеет второй — основной период. Завершение его свидетельствует о прекращении преобразований физико-химических и технологических свойств зерна при гидротермической обработке.
Из указанного следует предположить, что продол
жительность этого технологического процесса |
может |
быть ограничена данным периодом. Проверка |
показа |
ла правильность этого предположения. |
|
12 Г. А. Егоров
Итак, изучение кинетики взаимодействия зерна с водой позволяет выявить интересные особенности этого процесса, обусловленные сложным анатомическим стро ением зерна и структуры составляющих его частей, ха рактером реакции его биополимеров на изменение влагосодержания, температуры и регулирующим влия нием его биологической системы. По мере развития про цесса увлажнения или обезвоживания зерна изменяют ся все его свойства; степень этих изменений пропорцио нальна величине режимных параметров процесса.
Процесс увлажнения может быть разделен на три этапа, из которых второй имеет наиболее важное прак тическое значение, так как в течение этого этапа прак тически завершается преобразование технологических свойств зерна. В течение этого периода различные про цессы в зерне протекают взаимосвязанно и заканчива ются одновременно.
Г л а в а |
IX |
ВЛИЯНИЕ ТЕПЛО-ВЛАГОПЕРЁНОСЛ |
|
НА БИОХИМИЧЕСКИЕ |
СВОЙСТВА ЗЕРНА |
Зерно — живой организм, и при достаточном нали чии влаги и тепла оно прорастает. Все процессы, про исходящие в живых организмах, присущи и нормаль ному зерну: дыхание, обмен с окружающей средой, рас пад одних и синтез других веществ. Эти процессы регулируются ферментной системой зерна.
Сухое зерно находится в состоянии покоя (анабио за) . Но при повышении влагосодержания и температу ры активность ферментов возрастает, в зерне начина ются процессы, ведущие к развитию зародыша в новое растение. Активность различных ферментов при повы шении температуры до +45—55° С вначале увеличива ется, затем снижается. Положение максимума активно сти фермента определяется его природой, относительным содержанием свободной воды и продолжительностью температурного воздействия. Поэтому, регулируя внеш ние условия, можно осуществить определенные биохи мические процессы в зерне, т. е. изменить его биохими ческие свойства.
Многочисленные исследования, проведенные начиная с середины 30-х годов, подтверждают это. Изменения биохимических свойств наблюдаются всегда, причем их величина зависит от параметров режима обработки, а также от индивидуальных, биологических свойств ис следуемого образца зерна.
Влажность и температура являются основными па раметрами, изменение которых влияет на биохимические свойства зерна. В. Л. Кретович установил критическое значение влажности, равное 14,0—15,0%. Превышение ее влечет за собой резкое увеличение интенсивности ды хания и других проявлений физиологической активно сти зерна. Температура влияет двояко: через изменение активности ферментативной деятельности, а также не посредственно воздействует на белки зерна. Предложе на следующая градация температурного влияния [241]:
12* |
179 |
До 30° С — усиление активности ферментов |
зерна, 30— |
||||||||
40° С — некоторое |
ослабление |
клейковинного |
комплекса, |
||||||
45 °С—улучшение |
эластичности |
теста |
и |
клейковины, |
|||||
50—60° С — уменьшение |
растяжимости |
|
клейковины, |
||||||
60° С — снижение |
активности |
ферментов, |
выше 60° С — |
||||||
частичная или полная денатурация белков. |
|
|
|||||||
Однако эти |
температурные пределы связаны с вла- |
||||||||
госодержанием |
зерна: чем оно выше, тем сильнее |
влия |
|||||||
ет температура на зерно. Поэтому для процесса |
сушки |
||||||||
зерна |
пришлось |
разработать |
специальные |
рекоменда |
|||||
ции по |
безопасным температурам |
нагрева |
зерна [80, |
228]. Предложенная В. И. Жидко формула для продо вольственной пшеницы имеет вид:
|
|
tmia=to—aWe+k, |
(95) |
|
где t0, |
а |
и k — постоянные величины. |
||
Для |
зерна с |
нормальной |
клейковиной ^ 0 =78; |
|
а = 1 , 8 |
5 ; |
со слабой |
клейковиной |
^ = 8 8 , а =—2,15; с |
крепкой клейковиной ^о=73, |
а = —1,85. |
||
Независимо |
от качества |
клейковины |
|
|
£ = 0,03 W,9 |
т _ 9 ° |
.' |
|
с |
0,023"7с |
|
где х— продолжительность |
сушки в |
минуту. |
|
По данным |
Катковой, при сушке |
пшеницы в эле |
ментарном слое (толщина его составляет 2—3 зерна) допустимую температуру нагрева зерна можно опреде
лить |
по формуле |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
£шк=\т |
ь/ |
, |
Об) |
|
где |
v — скорость |
агента |
сушки, м/с; |
|
|||
|
р — плотность |
зерна, |
г/см3 ; |
|
|||
|
t-—температура |
агента |
сушки, °С. |
|
|||
Формула |
для |
|
семенной |
кукурузы |
предложена |
||
Н. И. Рукиной [119]: |
|
|
|
||||
|
|
W = 3 7 , 3 + 3 0 5 , 2 i r - 1 . |
(97) |
||||
Зерно разных культур различается по термоустой |
|||||||
чивости. Так, |
при |
влажности |
16% (влагосодержание |
19%) кукуруза переносит |
нагрев до температуры |
75°С, |
|
рожь — до 65° С, пшеница |
— до |
55° С, семена и |
ячмень |
пивоваренный — только до |
49° С |
[228]. |
|
|
В. А. Яковенко [155] нашел, |
что в уравнение зави |
|
симости интенсивности |
дыхания |
кукурузы от влажно |
|
сти |
(в пределах 10—19%) последняя входит в степе |
||
ни |
7,73. |
|
|
|
По данным Кирмира |
и Кодуро [200], интенсивность |
диастатического расщепления крахмала в воздушносухом состоянии связана с относительной влажностью ат мосферы. Установлено, что до р/ро~0,45 эта интенсив ность резко возрастает, а затем до р[ро=1 остается по стоянной. Переломная точка примерно отвечает влагосодержанию 11,5%, т. е. тому значению, при котором в микрокапиллярах появляется в заметных количествах влага.
В другом сообщении указывается, что активность
ферментов |
в зерне при хранении заметно |
возрастает, |
начиная с |
р//?0 = 0,65 [183]. |
активности |
Аккер |
и Эрнст приводят зависимость |
ферментов зерна от температуры в диапазоне от 20 до 90° С [156]. Эта активность снижается постоянно, при чем особенно заметно в интервале температур 40—60° С. Полученная ими кривая близка по виду к правой ветви кривой нормального закона, что свидетельствует, види мо, о диффузном распределении ферментов в зерне по уровням активности.
На изменение активности ферментов, несомненно, оказывает влияние также то, что по объему зерна они
рассредоточены |
крайне неравномерно. |
|
||
По Дубцову |
[38], липоксигеназная активность |
в за |
||
родыше зерна |
в |
семь |
раз выше, чем в целом зерне, а |
|
в эндосперме — в |
2,5 |
раза ниже. Джонсон [194] |
ука |
зывает, что активность протеаз в зародыше в 8—13 раз выше, чем в эндосперме, а в алейроновом слое — даже в 50—70 раз. Последнее особенно примечательно, так как указывает на чрезвычайно важную роль алейро нового слоя в развитии биохимических процессов в зер не при гидротермической обработке. Жизнедеятельные клетки этого слоя располагают наиболее активными ферментами, и тем более наглядна биологическая це лесообразность его высокой гидрофильности. Влага в зерне направляется прежде всего в те участки, где воз можно развитие физиологических процессов, связанных с его прорастанием. Ссылаясь на Линко, Джонсон ука зывает, что при увлажнении зерна прежде всего повы шается активность глютаматдекарбоксилазы.