Пути проникновения воды в зерно

09.05.2015

При разборе сорбционных явлений, имеющих место при увлажнении зерна, нас интересуют три основных фактора, связанных с технологическим процессом: 1) пути проникновения воды в зерно, 2) кинетические основы увлажнения, 3) явления деформации зерна при искусственном увлажнении.
Все эти вопросы мы рассмотрим отдельно, сначала но отношению к единичным зёрнам, а затем но отношению к зерновой массе в целом.
Долгие время считали — впрочем, эта неправильная точка зрения не изжита полностью и до сих пор, — что проникновение воды в зерно происходит лишь через зародыш и бороздку и что оболочка является водонепроницаемой частью зерна. Такого мнения придерживались не только агрономы, физиологи растений, но так думали раньше и технологи, перерабатывавшие зерно и полагавшие, что водопоглотительная способность последнего зависит исключительно от наличия зародыша и бороздки. Так, Кеттенбах, один из наиболее плодовитных немецких писателей по мукомолью, лет 35 назад, пытаясь обосновать доводы против целесообразности применения мойки в технологическом процессе переработки зерна, говорил о бороздке как об основном пути проникновения воды внутрь зерна, как о канале, через который вида поступает в пустоты, расположенные вдоль бороздки. Кеттенбах не оперировал, однако, экспериментальными данными и выдвигал своё положение, невидимому, по мотивам конкуренции, так как речь шла о борьбе между новым методом — мойкой зерна и старым — сухим шелушением.
Впервые более или менее детальное исследование в этой области было поставлено в Англии Коллинсом, изучавшим структуру покровов зёрен ячменя и морфологическое значение отдельных частей зерна для выяснения тех путей, по которым вода проникает в зерно, причем в данном случае речь шла о прорастании зерна. На основе своих опытов, повторенных с овсом и пшеницей, Коллинс пришел к выводу, что проникновение воды в наибольшей массе происходит через макрокапиллярные отверстия, расположенные в зародышевом конце зерна, и что лишь незначительная часть воды, поглощаемая зерном, проникает через его общую поверхность.
Коллинс находит, что вся система покровов зёрен пшеницы, ячменя и овса исключительно хорошо подготовлена к поглощению и проведению воды к тем местам, где она легче всего проникает в семя. Но и этот вывод, представляющий значительный шаг вперед, не отвечает действительности, что доказали американские учёные Свансон и Пэнс, имевшие дело при экспериментировании с зерном как сырьем для переработки на мельнице.
Опыты эти, проведённые на одной из сельскохозяйственных станций в Канзасе, имеют для технолога по переработке исключительное значение, так как приводят, как увидим далее, к ряду выводов технологического и конструктивного порядка для производства на мельницах.
В своих опытах Свансон и Понс покрывали различные части зерна (зародыш, бороздку, спинку) шеллаком, погружая препарированное таким путём зерно в воду, а затем определяя увеличение влажности. В табл. 13 приведены полученные результаты.

Пути проникновения воды в зерно

Свансон и Пэнс установили, что вода проникает внутрь зерна по всей его поверхности, т. е. и через оболочку, причём наиболее водоёмким оказался зародыш, а самое незначительное количество воды, в противоположность утверждению Кеттенбаха, проникло через бороздку.
То же подтвердил и Угримов, выполнивший ряд интересных опытов по определению путей проникновения и скорости распространения воды в зерне.
Работы Угримова, выполненные в лаборатории французской школы мукомолов, помимо полученных результатов, характерны своей впервые применённой оригинальной методикой превращения зерна и своего рода цветомер. При этом было использовано окрашивание эндосперма парами йода в фиолетовый цвет. По степени и глубине окраски Угримов судил о траектории проникновения воды а разрезе времени.
Конечно, всё это имеет лишь относительное, а не абсолютное значение, так как скорость движения красителя и воды не одинакова.
В том же 1933 г. Гальтмейер другим путём проверил и подтвердил опыты Угримова, установив водопроницаемость всех частей зерна, включая оболочку, передающую воду по всем направлениям, причём констатировал, что наиболее быстрое и интенсивное проникновение влаги происходит не через зародыш, а через отверстие на границе между зародышем и эндоспермом.
В 1934 г. автор проверил эти данные в пищевой лаборатории Академии пищевой промышленности, причём был взят один из лучших сортов советской пшеницы Мелянопус 069 урожая 1934 г.
Зародыш, вернее зародышевая часть зерна, включая и водоподводящий канал на стыке зародыша и эндосперма, является наиболее активным, но не единственным местом проникновения воды. Преобладающая роль зародыша особенно заметна у неповреждённых зёрен. Всякие же нарушения цельности зерна, особенно после прохода через шелушильную машину, расположенную до замочки, в свою очередь нарушают существующее соотношение восприимчивости отдельных частей зерна по отношению к проникновению воды.
По отношению к оболочке также имеются более активные и менее активные зоны. К первой группе нужно отнести зародышевую часть и примыкающие к ней зоны.
Между силой сцепления частиц воды между собой и силой сцепления воды с оболочкой идёт, по образному выражению Ребиндера, «конкуренция», но не всегда побеждает последняя сила. Обязанность технолога именно помочь победе этой силы сцепления воды с оболочкой.
Последнее обстоятельство и вызвало применение двух-трёх-ступенчатой замочки, а также кратковременное конечное увлажнение зерна перед поступлением на первую драную систему, увлажнение, связанное с самым незначительным отволаживанием порядка 1—2 часов, чтобы дать возможность участвовать в этом конечном процессе лишь оболочке.
Тот факт, что в процессе проникновения воды в зерно участвует вся его поверхность, имеет весьма важное технологическое значение, усиливая, как мы уже указывали, роль мойки и ослабляя значение разбрызгивающих замочных приспособлений. При мойке мы погружаем всё зерно в воду, заставляя все его части принимал участие в процессе поглощения воды. Кратковременное пребывание в моечной ванне, измеряемое секундами, достаточно для протекания процесса адсорбции, в котором принимает участие оболочка, тем более, что вслед за замочкой идёт отволаживание, во время которого имеет место дальнейшее развитие сорбционного воздействия (абсорбции и капиллярной конденсации), связанного с явлениями релаксации.
При применении струйных замочных аппаратов, действующих не распыляющим образом, а подающих воду на поверхность зерна толчками, рывками и относительно значительными порциями, вода скопляется на поверхности зерна не по всей поверхности в виде водяной пыли, а. как показали микрофотографии, выполненные в лаборатории МТИПП, в виде отдельных более или менее крупных капель, из которых некоторые по весу не только достаточны, но и больше того количества воды, которое нужно для увлажнения отдельного зерна до требуемого процента влажности. В отдельных случаях вес такой капли достигал 0,002 г, т. е. превышал количество воды, нужное, чтобы зерно, весившее 0,05 г, увлажнить на 3,5%.
Если учесть, что эта капля, как показали микрофотографические снимки, не является единственной и что на поверхности данного зерна имеются и другие капли, то ясно, что наружная поверхность зерна перенасыщена влагой.
В то же время отдельные зёрна в той же зерновой массе оказываются смоченными в недостаточной степени. Рассчитывать же на передачу влаги от одного зерна к другому, на «выравнивание» поверхностной влаги, как увидим далее, не приходится, так как такое выравнивание длится днями, а в некоторых случаях исчисляется неделями, причём полного выравнивания достигнуть нельзя. Последнее обстоятельство учтено в практике работы мельниц, которые весьма редко смешивают влажное и сухое зерно.
К этому нужно добавить, что на сильно смоченных зёрнах крупные капли частично распыляются, частично сливаются в ещё более крупные, которые стекают в нижние слои зерновой массы, образуя в них избыток влаги при недостатке её в верхних слоях. Дальнейшее поступление воды отдельными разрозненными брызгами ещё больше ухудшает положение.
Такое явление наблюдается в отложных закромах. В отдельных случаях можно наблюдать даже такое скопление воды в нижней части зерновой массы, находящейся в отлёжных закромах, которое вызывает истечение воды из закромов, в то время как верхние слои недостаточно увлажнены.
Таким образом, одною добавления воды ещё недостаточно, требуется равномерное распределение её по поверхности зерна, чего, понятно, существующими конструкциями замочных аппаратов за частую достигнуть нельзя.