Физико-структурные изменения зерна и его частей под воздействием гидротермических и аэромеханических факторов

10.05.2015

В процессе подготовки трудно непосредственно воздействовать на зерно пшеницы, чтобы изменить его физико-структурные свойства в нужном для технологии Направлении. Такое воздействие должно вызвать одновременно внешние и внутренние взаимосвязанные изменения. При внешних изменениях происходит возможно более полное отделение плодовой оболочки и бородки, а с ними — тщательное удаление отложений пыли и микрофлоры; при внутренних — ослабление структурной связи на границе в зоне между алейроновым слоем и прилегающим к нему эндоспермом.
Рассматривая зерно как анизотропное, капиллярнопористое тело, анатомические части которого состоят из биополимеров, поставленную задачу решают комплексно, применяя такие технологические операции, как кондиционирование с последующим шелушением, полированием и очисткой поверхности зерна, придание ему технологической влажности.
В этом комплексе большая роль отводится водно-тепловой обработке при соответствующем отволаживании зерна. Она имеет своей целью не искусственное разрыхление эндосперма, а создание (при сохранении его исходных свойств) наибольшей прочности оболочек, максимальное ослабление структурных клеточных связей наружных тканей и связей на границе между внутренней поверхностью алейронового слоя и краевым слоем эндосперма. Глубина и продолжительность гидро- или гидротермического воздействия, являясь производными биолого-физических свойств зерна, заданного выхода муки и ее качества, определяют выбор способа и ступенчатости кондиционирования (одно-, двух- и трехступенчатое). При этом учитывают исходную влажность зерна, диффузионную и капиллярную его проводимость, метеорологические условия окружающей среды.
Применяют разные способы кондиционирования: холодный, теплый, горячий с предварительным пропариванием, обработка зерна паром либо скоростной. Смысл применения любого из приведенных способов должен заключаться в том, чтобы релаксации, сопровождаемые упругокинематическими и реологическими изменениями, были технологически целесообразно использованы для решения главной задачи физического воздействия — упрочнения оболочек и ослабления природной связи между покровными частицами и эндоспермом. Это дает возможность до помола отделить верхние слои плодовой оболочки и бородку.
Распространенная теория разрыхления эндосперма вступает в противоречие с требованиями, предъявляемыми к драному процессу. Разрыхление вызывает пластические деформации, затрудняющие измельчание и ухудшающие условия просеивания и, следовательно, должно рассматриваться как отрицательное явление, препятствующее достижению более высоких показателей использования сырья, оборудования и электроэнергии на сортовых мукомольных заводах. Только в твердой пшенице, используемой в качестве компонента в смеси с мягкой, целесообразно при раздельном кондиционировании наряду с усилением прочности оболочек ослаблять прочность эндосперма.
Для уяснения механизма физико-структурных и иных изменений, происходящих в результате кондиционирования, необходимо рассмотреть отдельно зерно как объект обработки и факторы, воздействующие на него, — воду, тепло и время, а также их взаимосвязь в комплексе. Прежде всего, следует иметь в виду анизотропность анатомии зерна и структурных особенностей его покровных частей с присущим им химическим составом. Из всех веществ, содержащихся в зерне пшеницы, как указывалось, весь крахмал сосредоточен в эндосперме, в нем же находится до 65% белков. Клетчатка (75%) преобладает в оболочках.
В структурных и прочностных изменениях зерна нас интересует плодовая оболочка, поскольку при эффективном воздействии совокупности факторов она отделима. Плодовая оболочка состоит из сплетения удлиненных и поперечных клеток. Они окружают тело зерна однослойной тканью, вытянутой в поперечной плоскости. Между ними и прилегающей семенной оболочкой имеются полости, заполненные воздухом. Капиллярно-пористые плодовые оболочки включают молекулы клетчатки (целлюлозы) нитевидной формы и с высоким уровнем асимметрии. Химические вещества — белки и углеводы, субмикроскопическое строение клеток, размеры определяют их гидрофильность.
Процесс набухания зерна — это интегральная форма проявления действия влаги и тепла в каждой клетке, между отдельными клетками с определенными функциями и в межклеточном пространстве.
Вода обладает необычными свойствами — аномальными, обусловленными ее сложным строением. Состояние упорядоченности молекул воды и ее аномалия зависят от температуры и свободной энергии. С повышением температуры воды, используемой для мойки зерна с 15 до 60°С, в ее составе происходят изменения, сопровождающиеся возникновением молекулярных ассоциаций и усилением разрыва водородных связей.
При увлажнении и мойке коллоидного капиллярнопористого зерна нас, главным образом, интересует капиллярно-связанная и адсорбционная влага. Капиллярная влага однородна. Миграция воды в капиллярах является следствием различия химических потенциалов двух столбиков воды — первоначально внесенного (первичного) и дочернего (вторичного). При одной и той же температуре во вторичном столбике накапливается вода, структурно модифицированная и с иными свойствами по сравнению с обычной. Плотность ее микроскопических капелек варьирует в пределах 1—1,4 г/см3; она характеризуется меньшей летучестью и упругостью насыщенных паров, аномальными молекулами с прочными связями между ними. Во вторичных столбиках воду рассматривают как полимеризованную под влиянием контакта с поверхностью стенок капилляров, т. е. вторичные столбики образуются локальными утолщениями адсорбционной пленки, выстилающей внутренние стенки капилляров. В аномальных вторичных столбиках число водородных связей в единице объема больше, чем в обычной воде, что объясняет причины меньшей упругости пара, большей вязкости и плотности упаковки молекул в сравнении с теми же свойствами первичного столбика воды.
Если разрушаются избыточные водородные связи, то жидкость вторичных столбиков приобретает структуру и свойства обычной воды. Л. Полинг считает, что непрекращающаяся изменяемость структуры с ее обилием водородных связей для живой биологической системы, а следовательно, и для зерна имеет большое значение, чем другие структурные особенности.

Физико-структурные изменения зерна и его частей под воздействием гидротермических и аэромеханических факторов

Температура воды и самого зерна играет важнейшую роль при их взаимодействии в гидротермическом процессе. Оптимальное значение этих неотделимых один от другого факторов служит активатором изменений физико-структурных свойств зерна и его составных частей.
Известно, что при увлажнении зерна, имеющего отрицательную температуру, неподогретой водой, на его поверхности образуются тонкие водяные пленки, которые препятствуют нормальной миграции воды даже через внешнюю мембрану, каковой являются слои/плодовой оболочки. В таком нередко смерзающемся зерне, по данным исследований Н.И. Соседова, скорость внутреннего переноса влаги замедляется, и физико-химические процессы протекают в неблагоприятных условиях. Без предварительного прогрева зерна до положительной температуры и увлажнения его водой t≥18°C чрезвычайно трудно создать предпосылки для нормальной его подготовки, измельчения и получения возможно большего выхода муки хорошего качества.
При изменении физико-структурных свойств зерна важное значение придают механизму проникновения воды в него и распределению ее по анатомическим частям. Длительное время бытовавшие утверждения многих авторов о том, что оболочки и алейроновый слой водонепроницаемы, а проникновение воды в зерно происходит лишь через зародыш и бороздку, опровергнуты. Все части зерна водопроницаемы. Вода проникает внутрь зерна по всей поверхности, но в наибольшем количестве она поглощается зародышем и в наименьшем — бороздкой. Это положение подтвердил Э.В. Сахаров в своих опытах методом авторадиографии.
На рисунке 12 показано локальное распределение влаги по длине (l) и ширине (а) зерна при увлажнении водой температурой 20°С и продолжительности отволаживания 4 ч.
В опытах установлено, что интенсивное перемещение воды комнатной температуры длится 4—10 ч. Степень проникновения в капилляры и полости клеток воды и ее адсорбция с их веществом зависит от множества факторов, главные из них: прочность зерна, качество белкового комплекса, исходная влажность и температура увлажняемой воды, геометрия и выполненность зерна.
Следует отметить, что коэффициент влагопроводности зерна увеличивается по мере повышения степени влажности и особенно температуры. Например, при 50°С он в 2 раза больше, чем при 20°С. Известно, что при перемещении в капиллярах в виде пара от участков с большей влажностью к участкам с меньшей влажностью наблюдается диффузия пара в направлении, противоположном градиенту влажности.
Термодиффузия выражается молекулярным движением воды по направлению потока тепла (от горячих к холодным участкам).
Градиент влажности приблизительно пропорционален градиенту температуры. Чем больше концентрация воды в оболочках, тем быстрее она будет перемещаться к эндосперму. Под влиянием диффузионно-осмотических сил так называемая осмотическая вода, проникая в клетку, изменяет не только свои свойства, но становится составной частью клеток коллоидного тела зерна. Интенсивность поглощения коллоидной воды и степень изменения объема зерна обусловливают возникновение значительного давления (до 20 кГ/см2) набухания являющегося экзотермическим процессом, способным вызвать неравномерность напряжений в зерне и появление микротрещин. В набухании главную роль играет осмотическое всасывание воды. Чем меньше влаги в исходном зерне, тем выше давление набухания. Интегральный эффект набухания слагается из набухания отдельных клеток коллоидной системы и взаимодействия набухания системы между собой. В процессе набухания объем зерна увеличивается в меньшей степени, чем сумма объемов исходного вещества и поглощенной воды.
Белковые вещества при набухании поглощают до 250% воды, крахмал — до 30—35%.

Тепловой эффект не проявляется на протяжении всего процесса набухания, он выступает лишь на первом этапе при поглощении небольшого количества воды; в последующем набухание вызывает увеличение массы и объема вещества, но при этом затухает выделение теплоты.

В зерне имеются повышенные зоны давления набухания, обусловленные высокой гидрофильностью веществ, к которым относятся алейроновый слой и периферийные оболочки — плодовые, а также краевой слой эндосперма. В зависимости от концентрации в этих частях влаги и температуры возникают внутренние силы напряжения, изменяющие физическую структуру. Эти явления прослеживаются даже визуально.
Физико-структурные изменения зерна и его частей под воздействием гидротермических и аэромеханических факторов

После пребывания в моечной машине зерно, поглотившее воду, набухает, а после прохождения через отжимную колонку под воздействием сил релаксации и кинетических сил удара и трения на поверхности зерна появляются трещины и следы разрывов плодовой оболочки. Бородка на некоторых зернах полностью отпадает, а на большинстве лишь частично сошлифовывается (рис. 13).
При мойке зерна и пропуске его через кондиционер трещиноватость поверхности увеличивается еще больше в сравнении с образованием трещин зерна при холодном кондиционировании.
Термодинамическая и теплофизическая сущность обработки зерна в кондиционере сводится к тому, что в приемной секции происходит предварительное нагревание его для снятия давления воздуха в капиллярах оболочек и усиления влагопоглотительной их способности, далее повышается интенсивность нагревания зерна, что ускоряет его набухание. Обработка завершается продуванием зерновой массы, конвективно движущейся, через последнюю секцию. В ней атмосферный воздух локально охлаждает оболочки, благодаря чему создаются внутренние напряжения, обусловливающие искусственный разрыв и расслоение плодовой оболочки (рис. 14), ослабление или нарушение природной связи между ними и семенной оболочкой, а также в зоне между алейроновым слоем и эндоспермом.
Физико-структурные изменения зерна и его частей под воздействием гидротермических и аэромеханических факторов

Я.Н. Куприц писал, что в процессе отволаживания происходит перераспределение влаги и дальнейшее увеличение объема зерна. Изменение величины влажности W (рис. 15) при соответствующей температуре t и продолжительности отволаживания τ выражается следующими уравнениями (%):
WI = Aτ + В,
WII, III = Aτ2 + Br + С.

Параметры уравнении приведены в таблице 20.
Физико-структурные изменения зерна и его частей под воздействием гидротермических и аэромеханических факторов

При t = 5°C и τ = 6 ч и более влагосодержание остается постоянным. То же отмечается и при 20°С и τ = 3— 4 ч, а при 60°С процесс значительно убыстряется и в течение часа влагосодержание изменяется незначительно. После этого оно падает, доходя до минимума по истечении 6-часового отволаживания. В эндосперме при t = 5°С и различной продолжительности отволаживания влагосодержание почти не изменяется. Локальное влагораспределение по длине и ширине зерна показывает (рис. 16), что при t = 60°С и τ = 2 ч распределение влаги завершается, в то время как при t = 20°С оно продолжается значительно дольше (в 10—15 раз).
Физико-структурные изменения зерна и его частей под воздействием гидротермических и аэромеханических факторов

Искусственное создание оптимальной влажности всей зерновой массы приобретает особое технологическое значение, когда интервал в показателях содержания влаги между зернами минимальный.
В результате отволаживания во влажном капиллярнопористом зерне возникают предельные напряжения, что вызывает усиление трещин и появление явно выраженных выступов надорванных оболочек (рис. 17).
Следует отметить, что обработка зерна водой и теплом во времени приводит к изменению прочностных и деформативных свойств зерна и его составных частей. Упругие или упругопластические свойства соответственно ведут себя при деформировании и разрушении. При удалении из оболочек либо при поглощении ими влаги происходят влажностные деформации: уменьшение или увеличение линейных размеров и объема. С повышением влажности зерна уменьшается микротвердость оболочек и эндосперма, и тем больше, чем выше стекловидность; при высокой влажности (18—20%) микротвердость оболочек и эндосперма почти одинакова.
Физико-структурные изменения зерна и его частей под воздействием гидротермических и аэромеханических факторов

Прочность (сопротивляемость измельчению) и интенсивность разрушения зерна зависят от степени увлажнения и времени отволаживания, характера связи влаги с веществом. При повышении влажности прочность зерна уменьшается, но это происходит в статических условиях. Однако на практике такое явление влечет за собой повышение расхода энергии на измельчение.
Подобное несоответствие объясняется тем, что при динамическом нагружении в вальцовых станках живая сила ударяемого тела мгновенно превращается в потенциальную силу энергии деформации в деформируемом теле и вызывает в нем значительно большие внутренние напряжения, чем при статическом нагружении тела той же силы.
Физико-структурные изменения зерна и его частей под воздействием гидротермических и аэромеханических факторов

Температура хотя и влияет на уменьшение или повышение прочности и микротвердости, но меньше, чем влажность. Так, при исходной температуре зерна 20°С и увлажнении обычной водой (18—20°С) после отволаживания температура его повысилась всего на 2—3°С, а при обработке того же зерна теплой водой (35—40°С) приращение температуры составляет 9—12°С.
То же отмечается при горячем и особенно при скоростном кондиционировании. В зависимости от скорости протекания водно-тепловой обработки термический фактор имеет определенное значение и, находясь в оптимальных пределах, играет положительную технологическую роль.
На третьем этапе, при обработке зерна в щеточных машинах и прохождении через материалопровод и пневмоаспиратор, выступы надорванных оболочек и пыль из бороздки еще не полностью удаляются. Сходы с металлотканых сит № 1,4—0,8 состоят из пластинчатых частиц оболочек размером более 0,8—1,4 мм, сорных семян, небольшого количества целого зародыша и частиц разрушенных зерен с эндоспермом. В сходе с сит № 075 содержатся мелкие частицы оболочек и зародыш.
Большая доля в основных отходах и аспирационных относах падает на фракции, получаемые с сит №067, а также на проход через сито № 045. Они представляют собой мелкие частицы оболочек и органическую пыль.
Наличие крахмала и преобладание его в крупных фракциях (всходах с сит №1,4—0,8) объясняется не столько агрегатным слипанием эндосперма с оболочками, сколько присутствием частиц разрушенных зерен (сечки). Зольность, как и содержание крахмала в отходах, изменяется в зависимости от места щеточной машины в процессе подготовки зерна к помолу. В первой системе щеточной машины зольность отходов колеблется в пределах 2,24—3,10%, сырой клетчатки 22—24 и жира 1,66—1,85%.

Во второй системе щеточной машины происходит дальнейшее сошлифовывание оставшихся, но не отделенных в первой системе слоев плодовой оболочки. Зольность отходов 2,35—2,70%, содержание сырой клетчатки 25,4—26,0, крахмала 17—18 и жира 1,60—1,75%. Аспирационные относы, получаемые как в первой, так и во второй системах щеточных машин, содержат меньше крахмала в крупных сходах (с сит № 1,4—0,8). Зольность их ниже в первом случае, так как основные частицы алейронового слоя разрушенных зерен и зародыша попадают главным образом в отходы и в меньшей степени — в относы.
Физико-структурные изменения зерна и его частей под воздействием гидротермических и аэромеханических факторов

Физико-структурные изменения зерна и его частей под воздействием гидротермических и аэромеханических факторов

В результате прохождения зерновой массы через последующие пневматические аспираторы, обслуживающие третий этап подготовки, поверхность зерна наиболее полно очищается от оставшихся частиц плодовой оболочки и органической пыли. В отходах встречаются частицы зародыша и агрегатные частицы эндосперма и оболочки (сечки), образовавшиеся при разрушении зерна. Зольность отходов с указанных пневмоаспираторов колеблется в пределах 2,20—2,60%, содержание сырой клетчатки — 19—20%, крахмала — 12—14% и жира — 1,70—1,80%.
B результате очистки и обработки зерна в подготовительном отделении образуются отходы, которые по классификации относятся к трем категориям. Характер и состав их видны на рисунке 18, а, б, в, а измельченные непосредственно на мукомольных заводах отходы, представляющие собой комбикорм, — на рисунке 18, г.
В первой категории содержатся разные примеси, сечка, пыль со щеточных машин, а где имеются обоечные машины, то и отходы с них. Количество зерен не должно превышать 50% (от массы отходов); во второй категории преобладают отходы со щеточных машин, а где работают обоечные, то и отходы с них включают в эту категорию. В этой категории допускается содержание зерна не более 10%. В третью категорию включают сход с приемного и подсевного сит сепаратора первой и второй систем; пыль из циклонов или фильтров, обслуживающих машины первого этапа подготовки зерна, и другие примеси. Содержание зерна допускается не более 2% (от массы отходов).
В зависимости от структурных особенностей клеток плодовой оболочки, прочностных свойств их и целого зерна, способа кондиционирования и деформативных воздействий технологических машин на третьем этапе количественно-качественные показатели варьируют в широких пределах. Чем больше отходов и относов большей зольности и с меньшим содержанием в них крахмала, тем эффективнее отделяется плодовая оболочка и очищается поверхность от пыли и микроорганизмов.
Нами установлено, что при одинаковых условиях обработки в большей мере образуются макротрещины, надрывы и сошлифовывается бороздка у зерен пшеницы IV типа, тогда как большее количество разрушенных зерен (сечки) отмечается при переработке пшеницы I и III типов. Это указывает на то, что природные свойства, главным образом структурно-механические, существенно изменяют интенсивность и качество обработки поверхности зерна.
Деформированную плодовую оболочку целесообразнее отделять не ударным, а сдвигающе-истирающим воздействием. Для уменьшения значительных потерь продовольственного зерна на мукомольных заводах необходимо избегать чрезмерных ударных деформаций, возникающих при использовании обоечных машин с абразивной поверхностью и комбинированных моечных машин, тем более что последние конструктивно сложны, энергоемки, неудобны в обслуживании.
Заслуживают внимания новые средства мойки и технологической обработки зерна, разработанные А.Я. Maлисом, В.А. Труновым при нашем участии. В комплексной гидротранспортной установке (КГУ) совмещаются операции перемещения, мойки, выделения гидродинамически тяжелых и легких примесей, очистки поверхности зерна от отложений пыли и бактериальной флоры, а также шелушения зерна. Применение гидротранспортиых установок повлечет за собой коренное изменение традиционной технологии подготовки зерна к помолу. Она станет менее сложной и более эффективной.
В комплект установки входят емкость для зерна, водопровод, ЗУМПФ, насос, рабочий материалопровод, отжимная колонка, обратный материалопровод, переходное устройство, мерная емкость и др. Зерно надежно перемещается при движении объемной концентрации в пределах 30—40% по материалопроводам диаметром от 40 до 100 мм. Скорость потока 1,5—2 м/с, расход воды при этом составляет 1,3—1,5 л на 1 кг зерна, а дальность транспортирования может достигать 300 м и более.
Пр и использовании КГУ можно осуществлять мойку зерна с сопутствующими ей операциями удаления с поверхности пыли, микроорганизмов и примесей либо одновременно и мойку и шелушение. Это зависит от длительности и кратности обработки зерна в гидротранспортной установке с последующим применением средств его обезвоживания (центрифуг, термических установок) и отделения структурно-разъединенных одревесневших клеток слоев плодовой оболочки в результате возникших напряжений в зерне и образования микротрещин его наружных тканей.
При обработке зерна в режиме мойки (экспозиция τ = 20—30 с и кратность пропуска m=1—3) с обезвоживанием в обычной отжимной колонке влажность зерна увеличивается на 2,8—3,2%. Величина приращения разрушенных зерен (ΔВ = Bк—Bн) незначительна. Она выражается зависимостью (%):
ΔВ = βm

где β = 0,01—0,02 — опытный коэффициент для насоса типа НФ.
При однократном пропуске (m=1) увеличение количества разрушенных зерен AB = 0,03%; если т = 5, то ДВ достигает 0,05%, а при т = 10 величина AB равна лишь 0,12%. Это важнейший технологический фактор сохранения целостности зерна на мукомольных заводах и, стало быть, увеличения резервов его продовольственного использования.
Количество пыли, уносимой отработанной водой, при гидротранспортировании ав=1,97—2,10 г с 1 кг зерна, т. е. почти в 1,8-2,2 раза больше, чем при обработке в моечной машине ЗКМ-60; зольность зерна (ΔZ) снижается на 0,05—0,06% и содержание сырой клетчатки — на 0,11—0,16%. Зерновая масса освобождается от бактерий на 44% и от плесневых грибов на 77%.
Высока технологическая эффективность работы КГУ при выполнении всех операций, сопутствующих мойке зерна, она совмещает их с операцией шелушения поверхности зерна.
Физико-структурные изменения зерна и его частей под воздействием гидротермических и аэромеханических факторов

На рисунке 19 изображены кривые, характеризующие эффективность шелушения зерна пшеницы IV типа (Ставропольского края) зольностью 1,79% и влажностью 11,6% в указанной установке. Экспозиция обработки τ = 2—10 мин, плотность гидросмеси ρ = 1,12 т/м3 и рабочая скорость гидротраспортирования Vr = 2,8—3,2 м/с.
К исходу второй минуты (рис. 19, а) количество отделенных оболочек составляло Gш = 2,13%, после чего интенсивность отслаивания повышалась, о чем свидетельствует получение к периоду τ = 8 мин величины Gш = 4,53%. При дальнейшей обработке приращение оболочек к прежнему количеству составило лишь 0,34%. По мере увеличения значения τ от 2 до 10 мин зольность оболочек Zш снижалась с 4,22 до 2,91%, зерна Zз — с 1,79 до 1,65% и содержания сырой клетчатки Kз — с 2,20 до 1,20% .
Такое эффективное шелушение объясняется тем, что зерно, находясь в воде, подвергается механическим сдвиговым деформативным воздействиям, явлениям трения зерна о зерно и трения в зоне контакта с лопастями колеса и внутренней поверхностью корпуса и гидропровода. Скорость проникновения влаги в зерно пропорциональна градиенту влажности, которая связана со значениями τ и m. Миграция воды в капиллярно-пористую плодовую оболочку обусловливает ослабление природной связи, с одной стороны, между ее слоями, а с другой — между плодовой и семенной оболочками.
Физико-структурные изменения зерна и его частей под воздействием гидротермических и аэромеханических факторов

На рисунке 20 видно изменение характера поверхности зерна в результате гидромеханической его обработки в режиме шелушения. По истечении 2 мин обработки продольный слой плодовой оболочки отслаивается и частично отделяется (см. рис. 20, б). К третьей минуте этот слой почти полностью отделяется у всех зерен, лишь на поверхности некоторых зерен слои плодовой оболочки остаются в виде лепестков. Поскольку зерно пшеницы не имеет правильной сферической формы, происходит неповсеместное отделение частиц разъединенных продольных клеток оболочки. Поперечный слой на 10—20% удаляется в области зародыша.
Через 5 мин обработки (рис. 21, а) лепестки продольного слоя остаются только в бороздке, а лепестки поперечного слоя удаляются у большинства зерен на 30%. По истечении 8 мин (рис. 21,б) продольный слой удаляется полностью, а поперечный — на 50%. У некоторых зерен нарушаются слои семенной оболочки на спинке ближе к зародышу. При продолжительности обработки до 15 мин поперечный слой плодовой оболочки удаляется почти на 60%, но нарушается семенная оболочка и даже эндосперм.
Физико-структурные изменения зерна и его частей под воздействием гидротермических и аэромеханических факторов

Физико-структурные изменения зерна и его частей под воздействием гидротермических и аэромеханических факторов

Макроструктура поверхности зерна, обработанного в режиме шелушения в комплексной гидротранспортной установке при значении τ=3 мин, показана на рисунке 22. На поверхности видно, что большая часть продольных клеток плодовой оболочки отслоена и надорвана, но еще не отделена. С увеличением значения τ продолжается отслаивание оставшейся части этих клеток, вплоть до отрыва от зерна в виде лепестков, которые переходят в воду. Очертание отдельных лепестков плодовой оболочки иллюстрирует рисунок 23.
Оптимальное значение т для пшеницы III типа — 5 мин, а I и IV типов — 8 мин. Указанные параметры устанавливают дифференцированно с учетом структурно-механических свойств и исходной влажности зерна.
Сравнительные показатели, характеризующие технологический эффект, получаемый в результате мойки и обработки в режиме шелушения зерна пшеницы в гидротранспортной установке, приведены в таблице 21.
В опытах использовали пшеницу I, III типов Оренбургской области и IV типа Ставропольского края. Влажность составляла 12,0—12,2%, зольность зерна I, III и IV типов соответственно была 1,70; 1,77 и 1,69%, стекловидность 65; 40; 57%, содержание сырой клейковины 26,6; 25,2 и 26,6%.
По данным В.А. Трунова (см. таблицы), легко проследить за изменением количественно-качественных показателей оболочек, снятых с зерна пшеницы, подававшейся в помол (на 1 драную систему) при различных способах обработки. Если отделение оболочки при мойке зерна составляло 0,5%, то в гидротранспортной установке в режиме шелушения оно достигало 4,5%, а зольность зерна снижалась на 0,14—0,17%. Выход муки высоких сортов при переработке такого зерна увеличивался на 4,6—5,3% при одновременном улучшении качества всей муки.
Физико-структурные изменения зерна и его частей под воздействием гидротермических и аэромеханических факторов

Необходимо отметить, что при обработке пшеницы в КГУ в режиме шелушения приращение влаги при многократном цикле пропуска зерна в системе достигает 7—10%, в связи с чем возникла проблема интенсивного обезвоживания его для доведения влажности до технологической. Ho и эту задачу можно решить механическими и термическими средствами.
По-видимому, на основе экспериментов будут изысканы возможности уменьшения величины приращения влаги (ΔB) с учетом начальной Bн и конечной Bк влажности зерна непосредственно в комплексной гидротранспортной установке путем оптимального сочетания параметров ее сопряженных агрегатных элементов. Важно установить допустимую область значений рабочей скорости гидросмеси, входящей в колесо насоса, подобрать наиболее эффективный насос, в котором сдвиговые деформации и трение обеспечивали бы отслоение верхних слоев плодовой оболочки, выявить минимально возможную кратность обработки, глубину погружения всасывающей трубы, геометрическую высоту всасывания и другие параметры.
Опыт показывает, что описываемый способ шелушения зерна лучше внедрять в производство, чем химические, которые исследовались в тридцатых годах в Германии, Англии, Швейцарии, а в шестидесятых годах — в США. Они не принесли желаемых результатов, поскольку применявшиеся реагенты, воздействуя на зерно, ухудшали его белково-углеводный комплекс. Кроме того, применение химических веществ на мукомольном заводе вызывало возражения со стороны токсикологов.
Следует отметить, что если бы можно было при водно-тепловой обработке и освобождении зерна от его покровов в единстве удалять оболочки и зародыш, сохранив при этом эндосперм нетронутым, то при однократной технологической операции получали бы муку, свободную от частиц оболочек, и отпала бы необходимость в чрезмерно большом количестве систем, применяемых на сортовых мукомольных заводах. Ho анатомия зерна препятствует осуществлению этой идеи.
Полностью удалять все покровные части зерна в процессе подготовки его к помолу нельзя. Это лишило бы эндосперм защитных средств от загрязнения пылью минерального и органического происхождения, вредителями, бактериями, плесенью и др. Поэтому рационально ограничить шелушение зерна отделением верхних слоев плодовой оболочки в процессе подготовки его к помолу, используя для этого КГУ. Одновременно надо продолжать поиски еще более эффективных средств отделения наружных тканей зерна с последующей тщательной аэроочисткой его поверхности.
Изучая прочность связи между оболочками, проявляющуюся при шелушении пшеницы, Л.И. Гросул, Л.И. Котляр и др. предложили эмпирическую зависимость, по которой можно определить степень отрыва плодовой оболочки (Aп) от зерна (Н. мм/мм2):
Физико-структурные изменения зерна и его частей под воздействием гидротермических и аэромеханических факторов

Ведутся также работы по изысканию новых, более совершенных агрегатных элементов КГУ.
Следует отметить, что уже созданные промышленные образцы КГУ компактны, малогабаритны, высокопроизводительны (от 10 до 20 т/ч), просты в монтаже и надежны в эксплуатации; их конструктивные узлы поддаются автоматизации, а следовательно, автоматическому регулированию и поддержанию заданных гидродинамических и технологических параметров. Это особенно важно для завершения автоматизации технологического процесса в зерноочистительных отделениях мукомольных заводов.