Изменение геометрической характеристики зерна

14.07.2015

Имеется несколько работ, в которых авторы изучали изменения геометрической характеристики зерна. Е.Д. Казаков и И.А. Сахарова установили, что объем зерна изменяется (увеличивается) в большей степени, чем его влажность. Объем зерновки авторы определяли расчетно, уподобив ее цилиндру с закругленными концами. Авторы нашли также, что степень увеличения объема зерновки непосредственно связана с физико-химическими свойствами клейковинных белков: объем зерна с более крепкой клейковиной возрастает заметнее.
А.П. Порхаев и Н.Ф. Докучаев изучали объемные изменения зерна при сушке (волюмометрическим способом в воде). Эксперименты были проведены с единичными зернами. Авторы установили, что независимо от режима сушки уменьшение объема зерновки и снижение влажности связаны прямолинейной зависимостью. Анализ их данных показывает, что эта зависимость нарушается при влагосодержании ниже 10%.
Бушук и Глинка, изучая объемные изменения зерна в процессе сорбции — десорбции, установили, что при поглощении паров воды объемные изменения вначале отстают от весовых, затем следует область пропорциональных изменений, а при влагосодержании свыше 17% объем изменяется сильнее, чем вес. В процессе десорбции весовые изменения опережают объемные. Однако на эти результаты определенное влияние оказало термодинамически неравновесное состояние зерна, незавершенность объемных изменений, скорость которых ниже скорости поглощения или отдачи влаги (в опытах зерно выдерживалось в эксикаторах над растворами серной кислоты в течение четырех суток).
Чанг, Фэн и Шелленбергер установили, что увеличение объема зерна при иммерсионном увлажнении практически равно приросту его веса, деленному на плотность поглощенной воды.
Авторы изучили объемные изменения зерна при шести значениях температуры (от ,26,7 до 60°С). Они во всех случаях наблюдали линейную зависимость. При этом с повышением температуры угловой коэффициент прямой повышается.
Б.В. Сенаторский установил, что объем зерна при «горячем» кондиционировании возрастает почти в два раза заметнее, чем при «холодном». Он отмечает, что прирост объема находится в прямой зависимости от содержания белков и стекловидности зерна. Следует отметить, что в работе Е.Д. Казакова и И.А. Сахаровой у образцов зерна с более крепкой клейковиной стекловидность тоже была более высокой.
В некоторых работах при оценке геометрических свойств зерновки определяли ее длину, ширину, толщину, а также площадь внешней поверхности, объем и сферичность зерновки.
Непосредственная регистрация изменения линейных размеров зерна при увлажнении позволила установить, что уже через несколько минут после увлажнения начинает увеличиваться длина зерновки, а прирост ширины и толщины происходит с некоторым запозданием. После 2 ч ее длина достигает максимальной величины, а затем сокращается. Для ширины и толщины это также наблюдается, но несколько позже. Суммарный прирост длины составляет 2—3% от первоначального размера, в то время как ширина возрастает всего на 0,12—0,17%, а толщина — на 0,5—0,8%.
В нашем исследовании изучали влияние влагосодержания на комплекс показателей геометрической характеристики зерна, т. е. на ею линейные размеры, объем, площадь внешней поверхности и сферичность. Кроме пикнометрического определения объема, использовали также расчетный способ, основанный на формуле (1). Площадь внешней поверхности определяли только расчетно, по формуле (2).

Изменение геометрической характеристики зерна
Изменение геометрической характеристики зерна

Линейные размеры пшеницы Безостая 1 (табл. 8) увеличиваются только при повышении влагосодержания до 38%, дальнейшее увлажнение до 44% на их значения не влияет. Аналогично изменяется объем, площадь внешней поверхности, их отношение и радиус эквивалентного шара. Сферичность вначале, до 32,5% влагосодержания, возрастает, а затем снижается ниже первоначального значения. При подсушивании зерна от 15,2 до 9,6% установлено примерно пропорциональное снижение всех показателей.
Величины же среднеквадратичных отклонений линейных размеров зерна остаются практически постоянными; только для ширины они несколько возрастают. Таким образом, при увлажнении и длительном отволакивании зерна выравненность партии по ширине снижается, что может быть обусловлено различием индивидуальных свойств составляющих партию зерновок; выравненность по толщине и длине остается нa прежнем уровне.
Данные для мягкой рядовой пшеницы примерно аналогичны полученным для пшеницы Безостая 1. И в этом случае среднеквадратичные отклонения линейных размеров практически не зависят от влагосодержания; отношение V/F и сферичность при увлажнении зерна возрастают.
Для пшеницы сорта Московская 2453 при возрастании его влагосодержания также наблюдается повышение отношения V/F и сферичности зерна.
Образец пшеницы Мелянопус 69 (II тип) был вначале увлажнен (его влагосодержание повысили с 13,0 до 28,3%), а затем подсушен в атмосферных условиях. При каждом значении влагосодержания обмеру подвергали одни и те же 100 зерен предварительно помеченных краской (общая величина навески 200 г). Получено, что отношение V/F возрастает, а значения сферичности повышаются только при увлажнении зерна свыше 20%. При подсушивании в мягком режиме до первоначального влагосодержания (в течение двух месяцев) восстанавливаются все показатели геометрической характеристики зерновки; остается на прежнем высоком уровне только σl.
Дополнительно к этим данным нами изучена геометрическая характеристика пшеничной зерновки 50 других образцов зерна, в том числе девяти, образцов твердой пшеницы (II типа). Получено, что для самого разнообразного по линейным размерам зерна и независимо от его типа отношение V/F колеблется в пределах 0,49—0,64, причем подавляющее большинство значений лежит в диапазоне 0,51—0,56. Среднее значение этого отношения для зерна мягкой пшеницы равно 0,53, а для твердой — 0,56.
Сферичность зерна также мало зависит от индивидуальных особенностей зерна и равна 0,84 для мягкой и 0,83 для твердой пшеницы.
Среднее значение радиуса эквивалентного по объему шара равно 2,0 мм. Однако колебания составляют от 1,74 до 2,16 мм. В практических расчетах эту величину необходимо определять каждый раз, так как использование средней величины может заметно исказить результат. Это же следует сказать и об использовании в расчетах значений объема и площади внешней поверхности зерна. Значения объема зерновки колеблются в пределах от 19,4 до 42,1 мм3, а площади внешней поверхности — от 42,9 до 71,0 мм2.
Изменение геометрической характеристики зерна

Изменение геометрической характеристики зерна

Шмидер изучал взаимосвязь между массой 1000 зерен, плотностью и объемной массой зерна на примере 15 сортов пшеницы. Один образец был разделен на мучнистую и стекловидную фракции, а в пределах фракций выделено мелкое и крупное зерно. Обработав по нашей методике эти данные, получаем, что сферичность зерна равна 0,81—0,82, т. е. не зависит от размеров и стекловидности. Однако отношение V/F для мелкого зерна равно 0,42—0,44 мм, а для крупного — 0,54 мм. Это значит, что мелкое зерно имеет более развитую внешнюю поверхность, нежели крупное. Более быстрое поглощение воды мелким зерном обусловлено, следовательно, не только большей суммарной поверхностью содержащегося в данной навеске мелкого зерна, но и прямым превышением отношения величины V/F для мелкого зерна по сравнению с крупным.
Изменение линейных размеров зерна при активном вентилировании (7—21,6° С) изучал Симмондс с сотрудниками. Установлено, что длина практически не изменяется, а «диаметр» (т. е. полусумма ширины и толщины) уменьшается примерно на 15% при снижении влагосодержания с 78,5 до 8,5%. При этом наиболее заметно происходит изменение «диаметра» при гигроскопическом влагосодержании.
Особый интерес представляет изучение влияния на геометрическую характеристику зерна режимов гидротермической обработки. И.А. Сахарова нашла, что среднеквадратичные отклонения линейных размеров зерна снижаются, в некоторых случаях даже на 50—70% первоначальной величины. Следовательно, при этом происходит выравнивание партии зерна по размерам.
В таблице 9 приведены результаты нашего исследования влияния различных методов и режимов гидротермической обработки на геометрическую характеристику пшеницы Саратовская 29 (стекловидность 62,5%, влажность 10,9%, содержание сырой клейковины 25,0%). Образец был разделен на мучнистую и стекловидную фракции, которые анализировались порознь; в каждом опыте измерению на микроскопе МИР-12 подвергали 50 зерен, что достаточно для статистической обработки.
Обращает на себя внимание, что среднеквадратичные отклонения линейных размеров зерна при гидротермической обработке уменьшаются, как и в опытах И.А. Сахаровой. Изменения объема и внешней поверхности у мучнистой фракции выражены меньше, чем у стекловидной, что естественно. Отволаживание сверх 8 часов, а также нагрев сверх 45° С практически не влияет на V и F.
На отношение V/F и rv метод и режим обработки влияния практически не оказывают; это же заметно и для сферичности.