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

ІРІРй—0,0005) зерно продолжает удерживать 1,25% влаги. Глинка и Робинсон [192] при определении влаж­ ности зерна химическим методом установили, что около

на обнаружил несколько критических точек, при кото­ рых характер зависимости этой величины от влагосо-

связаны с высокой энергией. Как видно из кривых диф­ ференциальной теплоты сорбции воды зерном, эта энер­

что целое (неизмельченное) зерно при высушивании до

зерна можно установить только при его измельчении. Отсутствует в зерне в пределах гигроскопического

влагосодержания и механически связанная влага. До­ казательством этому служит отсутствие в зерне макро­ капилляров. По нашим расчетам, наиболее вероятный диаметр капилляров зерна (точнее, размер межмоле­

метных количеств механически связанной влаги нет. Таким образом, в равновесном состоянии вся сорби­

рованная вода в зерне связана физико-химически. Од­ нако повышение температуры и степень завершенности

Экспериментально установлено и показано теорети­ чески, что свойства связанной воды существенно отли­ чаются от свободной. Наиболее заметна разница при анализе термодинамических и некоторых физических ее

При гигроскопическом влагосодержании зерна сред­ нестатистическое «время жизни» соответствует периоду колебания молекулы в объеме жидкой воды. Переход от. положительных показателей степени при числе 10 к от­ рицательным происходит при 12—13% влагосодержа­ ния, т. е. при Wmm (см. выше). Таким образом, интен­ сивное заполнение микрокапилляров зерна влагой су­ щественно сказывается на продолжительности локали­ зации ее молекул возле активных центров.

37,2% влаги, не замерзающей даже при температуре минус 180° С. Аналогичные данные имеются и для же­

ратуре ниже 0° С. Н. Н. Федякии установил следующее. При конденсации воды в капиллярах свойства ее могут

тивного яичного альбумина—1,4—1,5 г/см3 , для денату­ рированного— лишь немногим больше 1,0 г/см3 . По Ра­ ковскому [39], плотность сорбированной крахмалом во­ ды колеблется от 1,2 до 2,5 г/см3 ; верхний предел вы­ зывает сомнение, так как при максимально плотной ук­

связанной воды в почве (чернозем) значения плотности

мому, эта разница показывает влияние особенностей структуры и химического состава зерна этих двух образцов пшеницы одного и того же сорта (стекловидность первого образца 97%, второго — только 65,5%, содержание сырой клейковины составляет соответствен­

вует о развитии процесса связывания поглощенной воды), а затем снижается, что, очевидно, связано с ак­ тивизацией ферментативной системы зерна.

Таким образом, плотность связанной воды может быть и выше, и ниже плотности воды в свободном со­ стоянии. Это должно сказываться на физико-химических свойствах веществ зерна, а следовательно, и на его технологических свойствах. Такая взаимосвязь обнару­ жена, о чем будет сказано ниже.

По данным [185], плотность связанной воды изме­ няется в пределах от 1,48 до 0,97 г/см3 при влагосодержании 0—35%, причем при 7,6 и 16,3% значения плотности связанной воды понижаются скачкообразно. Это совпадение указывает на высокую общность физи­

следованном участке влагосодержания плотность свя­ занной воды выше плотности свободной воды при всех испытанных значениях температуры, кроме 55° С, когда везде, кроме максимума кривой (20—22,5% влагосо­ держания), плотность связанной воды ниже плотности свободной.

бодной почти при всех изученных значениях влагосодер­ жания (до 24%).

Рассмотренные графики отвечают равновесному со­ стоянию зерна, приобретенному им в результате дли­ тельного отволаживания после увлажнения. Интересно проследить, как изменяется плотность воды при ее свя­ зывании. Для этого были проведены опыты по сорбционному и иммерсионному увлажнению зерна, а также прослежено изменение плотности его при отволаживанйи.

На рисунке 25 показаны кривые, по которым можно сравнить плотность поглощенной воды зерном пшеницы Безостая 1, прошедшим длительное отволаживание (кривая 1), а также непосредственно в процессе сорбционного увлажнения (кривая 2)t и иммерсионного ув­ лажнения (кривая 3). Последние два случая соответст­ вуют неравновесному состоянию'зерна, когда связыва­ ние воды еще не завершено. Для пшеницы Белоцерков­ ская 198 получены аналогичные данные.

дивидуальных особенностей образцов зерна, взятых для опыта.

В результате связывания воды все ее свойства пре­ терпевают изменения, степень которых определяется энергией связи. Связывание воды сопровождается зна­ чительным тепловым эффектом, а также изменением ее плотности (удельного объема). Следовательно, проис­ ходит фазовый переход первого рода, т. е. связанная вода отличается от свободной фазовым состоянием.

энергия связи обеспечивает быстрое смещение динами­ ческого равновесия в ту или другую сторону вслед за изменением внешних условий.

Особое значение имеет повышение температуры. При этом происходит «плавление связей» адсорбированных молекул воды, а часть их десорбируется с активных центров, образуя свободную воду. Однако, вследствие

объеме зерна, свободная вода влияет на физико-хими­ ческие свойства биополимеров, вызывает повышение гибкости и подвижности боковых цепей их макромоле­ кул. Поэтому наряду с расширением межмолекулярных промежутков должны снижаться плотность и твердость зерна, что влияет на характер разрушения его при дроблении.

Появление свободной воды влияет и на механизм внутреннего влагопереноса. Очевидно, могут создавать­ ся условия и для переноса влаги в виде потока, что связано с особенно сильным изменением технологиче­ ских свойств зерна вследствие интенсификации преоб­ разований его структуры.

Перенос влаги внутри зерна может происходить в различных направлениях и с разной интенсивностью в зависимости от- параметров конкретного процесса. Изу­ чение особенностей этого переноса имеет большое прак­ тическое значение, так как с ними непосредственно свя­ зано изменение структуры и технологических свойств зерна.

Современная теория [33, 107] устанавливает, что перенос энергии или массы происходит в направлении падения соответствующего потенциала, причем термо-

динамической движущей силой является градиент по­ тенциала.

По определению, химический потенциал равен при­ росту энергии системы при увеличении числа молекул /-го компонента на единицу [148]. При изобарно-изотер- мическом процессе, каким является процесс сорбции, имеем

метить, что в ее работе принято изохорно-изотермиче- ское сопряжение системы с окружающей средой, т. е. пренебрегается объемными изменениями, что является определенным искажением действительного процесса сорбционного взаимодействия воды с зерном.

Интересно, что энергия связи, по Ребиндеру [83], определяется следующим соотношением:

(32)

Ро

Эта величина имеет ясный физический смысл: она представляет собой дифференциальную молярную рабо­ ту адсорбции при выборе жидкости за стандартное со­ стояние.

Таким образом, по абсолютной величине химический потенциал равен энергии связи влаги. В качестве тер­ модинамического потенциала влагопереноса выступает энергия связи влаги.

Графики изменения химического потенциала вдоль изотермы сорбции воды пшеницей показаны на рисунке 26 для усредненной изотермы. Учитывая, что они пред­ ставляют собой хорошие экспоненциальные кривые, про­ водим соответствующую математическую обработку, в результате которой получаем следующие уравнения: