Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

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

.pdf
Скачиваний:
6
Добавлен:
25.10.2023
Размер:
12.17 Mб
Скачать

/ / 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, см3ь1,°С с'10,ш3

 

j

г

6

 

 

 

 

 

в / у

 

 

 

 

 

 

 

и

 

 

 

*

 

 

 

 

\

 

 

 

 

/

 

 

1

/

 

2

 

 

 

 

 

 

/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, основного12 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 °Сулучшение

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.

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ