Кривые сорбции воды зерном

09.05.2015

Переходя к математическому оформлению полученных результатов, нужно сказать, что в этой области сделано ещё очень мало.
В 1930 г. французский учёный Нюре в лаборатории французской школы мукомолов поставил опыты по установлению скорости проникновения влаги в зерновую массу, взяв для этого пшеницу двух различных видов — местную мягкую мучнистую сорта des Alli és и импортную Манитоба, причём, желая приблизить свой опыт к производственным условиям, Нюре исследовал скорость увлажнения не только в исходном материале компонентов, но и в зерновой смеси. Рассортировав зерновую массу по величине, Нюре установил, что приращение влаги у крупных зёрен (сход с сита 2,65x20 мм) происходит в 2—3 раза медленнее, чем у мелких (сход с сита 1,75x20 мм), благодаря резкому перепаду удельной поверхности. При этом скорость поглощения влаги проходит через максимум в первые минуты, а затем уменьшается, что представляется особенно важным в технологическом отношении при установлении времени пребывания пшеницы в моечной машине.
Опыты Нюре лишний раз подтвердили необходимость раздельного отволаживания пшеницы и целесообразность разделения её по величине при подготовке к помолу.
Сваисон и Пэнс в своей работе того же года подтвердили на опытах с американской пшеницей эксперименты Нюре, также доказав, что быстрее всего проходит поглощение и первые периоды испытаний (табл. 15).

Кривые сорбции воды зерном

Составленные на основании этих данных кривые сорбции (рис. 8) по своему развитию напоминают аналогичные кривые, построенные для древесины, например, Чулицким, установившим величину водопоглощения в зависимости от длительности погружения в воду (рис. 9) и сорта древесины.
Кривые сорбции воды зерном

По характеру развития кривые эти можно разделить на две части, из которых первая, относящаяся к весьма короткому времени (для зерна измеряемому минутами), представляет прямую линию, а вторая — кривую второго порядка, близко подходящую к экспоненциальной. В нерпой своей стадии кривая круто идёт вверх, а затем развивается медленнее.
Кривые сорбции воды зерном

Производственное значение разбираемых явлений заключается в установлении длительности пребывания зерна в моечной машине, измеряемой долями минуты. Это обстоятельство учитывается конструкторами при создании моечных агрегатов, рассчитанных на механическое удаление влаги на так называемых «отжимных колонках», работающих по принципу центрифугирования.
К этому нужно добавить и технологические соображения. не допускающие длительного соприкосновения зерна с водой во избежание переувлажнения эндосперма, приводящего, как увидим далее, к ухудшению технологического эффекта.
Аналогичные явления наблюдались и у других культур, например у ячменя, с которым было выполнено много испытаний в этой области вследствие необходимости изучить вопрос прорастания в процессе соложения в пивоваренном производстве.
Леберле установил для ячменя кривую приращения влаги с резким подъёмом увлажнения о первые часы и асимптотической выровненностью через сутки. То же явление отмечено при замочке кукурузы при её переработке в крахмальном производстве.
Таким образом, напрашивается обобщение всего материала по скорости проникновения влаги в зерно, понятно с поправочными коэффициентами по культуре и сортам.
Попытки дать числовое выражение явлениям поглощения зерном влаги и составить уравнение скорости миграции делались не раз. но пока ещё не привели к более или менее устойчивым выводам.
В этом отношении следует отметить весьма интересные работы Шалла, который в течение ряда лет производил опыты над различными культурами, в том числе и крупяными (горох).
Особенно обстоятельны работы Шалла с кукурузой, которая, как известно, перерабатывается на наших мельницах либо как самостоятельная культура, либо в качестве компонента в смеси с пшеницей.
Для кукурузы Шалл построил ряд кривых поглощения воды в зависимости от времени воздействия воды и её температуры. Они полностью напоминают кривые, приведённые на рисунке для пшеницы.
Шалл дал следующее уравнение этих кривых:
у = a lg (bx+1) + c,

где у — количество всей поглощённой воды; х — время, в течение которого производится поглощение воды. Величины же а, Ь, с являются константами, зависящими от характеристики зерна.
При этом скорость поглощения v характеризуется следующей формулой:
Кривые сорбции воды зерном

где e — основание натуральных логарифмов; а1 и k — константы.
Эти эмпирические формулы оказались для зерна довольно точными. Средний процент отклонения фактических величин, полученных при экспериментировании, от вычисленных по указанной формуле Шалла, составляет не более 0,1%, не выходя в самых худших условиях за пределы 0,5%. Такое совпадение результатов в биологических условиях особенно характерно,и,видимо, может рассматриваться как закономерность для ряда хлебных злаков, в том числе и пшеницы, что представляет для нас особый интерес.
Изучая построенные экспериментальным путём в лаборатории Мукомольного института кривые для некоторых наиболее типичных сортов советской пшеницы при разных температурах воды (15,30 и 50°), мы определили скорость поглощения воды зерном по тангенсу кривой поглощения.
Для лучшей сравнимости данных по одному и тому же району (Краснодарского края) были взяты более типичные сорта южной пшеницы — Украинка и Ставрополью, причём первая имела стекловидность 76%, а вторая 35%. У более мягкой Ставропольки, к тому же имевшей меньший процент стекловидности, скорость поглощения оказалась значительно большей, что следует отнести за счёт консистенции зерна, наличия упомянутых уже выше пустот в эндосперме.
Параллельно опыты были поставлены и для чечевицы, как культуры с значительным содержанием белков (28%), и овса с преобладающим содержанием жира (5,1%), чтобы выяснить роль химического состава зерна. Но здесь не удалось установить влияния повышения количества белка на скорость поглощения воды. Точно так же не оказала заметного влияния и температура зерна.
Полученные результаты позволяют предположить, что скорость поглощения является в основном физическим фактором и в меньшей степени связана с химическим составом зерна. Преобладание жира в овсе, значительное содержание белков в чечевице внесли мало изменений в полученные кривые сорбции.
Таким образом можно считать, что скорость поглощения:
1) зависит в основном от физической характеристики зерна — его консистенции, связанной с твёрдостью и степенью механических повреждений (трещинами, процентом рваных оболочек, дроблёных зёрен и т. д.).;
2)в меньшей степени связана с химическим составом зерна;
3) не зависит заметно от температуры зерна, но при большем отрезье времени в значительной мере зависит от температуры воды.
Эти выводы, полученные при опытах с зерновой массой в лабораторной обстановке, подкрепляются известными из производственной практики фактами предварительного подогрева зерна перед увлажнением.
Одно время в США сильно пропагандировали применение специальных подогревателей зерна перед увлажнением, работающих с использованием пара. Этот приём пытались применить и на наших мельницах, например, в Семипалатинске, Калинине, но технологическая эффективность оказалась настолько незначительной, что от его применения пришлось отказаться. Подогреватели эти исчезли также и с американских мельниц, и нам не пришлось их видеть ни на одной из осмотренных в США мельниц.
Что касается подогрева воды перед замочкой, то одно время автор использовал этот приём на одной из южных мельниц. При этих опытах вода в зимних условиях подогревалась до 20°, что дало благоприятные результаты.
То же делают до сих пор и некоторые американские мельницы, на которых вода перед замочкой подогревается до 25—30°. Однако это мероприятие не получило распространения, так как технологический эффект при этом получается незначительный.
Подогрев воры оказывает своё действие лишь при мойке, способствуя более интенсивному очищению зерна от грязи, а при операциях, связанных с кондиционированием, — лишь при машинном кондиционировании, т. е. на этапах, не связанных непосредственно с рассматриваемой нами сейчас поглотительной способностью зерна, являющейся, повторяем, в основном фактором физической характеристики зерна.
Этим обстоятельством и нужно объяснить, что составление синтетического сорта, например Манитобы в Канаде (предложенное и нами для советской пшеницы), основано независимо от наличия хлебопекарных достоинств, именно на физических свойствах родственных сортов, чтобы в первую очередь стабилизировать водопоглотительную способность зерна, как важнейший элемент создания устойчивого технологического режима кондиционирования.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: