Взаимосвязь между различными физико-химическими процессами в зерне при гидротермической обработке

14.07.2015

Из изложенного выше материала видно, что вслед за прониканием влаги внутрь зерна в нем развивается целый комплекс различных физико-химических процессов, интенсивность развития которых и определяет величину изменения исходных свойств зерна. По-видимому, эти процессы должны развиваться взаимосвязанно. Если такая взаимосвязь существует, то, выяснив ее конкретный вид, можно по развитию одного процесса судить о других, что имеет несомненную практическую важность.
Кроме того, посредством такого сравнительного анализа можно выяснить особенности процесса взаимодействия зерна с водой. С этой точки зрения большой интерес представляет анализ процесса разрыхления эндосперма зерна при увлажнении.
Если сопоставить степень разрыхления эндосперма (оцениваемую приращением удельного объема зерна) и степень увлажнения зерна, то опытные точки располагаются так, что зависимость между этими двумя величинами может быть принята прямолинейной. Для различных образцов зерна пшеницы и кукурузы коэффициент корреляции равен 0,85—0,98. Столь высокое значение его позволяет считать взаимосвязь между величинами ΔVуд и ΔW почти функциональной. Другими словами, величина разрыхления эндосперма при увлажнении пропорциональна величине увлажнения зёрна. Это значит, что преобразование физико-химических (а следовательно, и технологических) свойств зерна пропорционально интенсивности внутреннего влагопе-реноса в зерне, так как ее можно косвенно оценить величиной прироста влагосодержания зерна в единицу времени.
Поскольку анализируемая взаимосвязь близка к функциональной, то ее можно описать эмпирическим уравнением. В данном случае имеем уравнение прямой линии

Очевидно, величина А определяет способность зерна к ответной реакции при мгновенном возрастании влажности (А есть отрезок, отсекаемый на оси ординат при экстраполяции графика взаимосвязи к ΔWc=0); чем выше значение величины А, тем сильнее развита эта способность, тем существеннее должны быть первоначальные изменения структурно-механических и технологических свойств зерна при увлажнении.


Величина В характеризует интенсивность развития процесса разрыхления во времени. Чем больше ее значение, тем выше темп преобразования технологических свойств зерна в процессе поглощения им влаги.
По-видимому, для каждого образца зерна значения величин А и В должны быть своими, зависящими от индивидуальных особенностей образца. Эксперименты подтверждают это. В таблице 10 приведены значения этих коэффициентов, рассчитанные по методу наименьших квадратов для разных случаев увлажнения зерна.
Анализ этих данных показывает, что значения величин A и B в некоторой степени связаны со стекловидностью и плотностью зерна. С уменьшением стекловидности и плотности величина А повышается, а В — уменьшается. Это справедливо для всех образцов I и IV типов, стекловидность которых превышает 50%; образец пшеницы III типа стекловидностью 44,% из общей зависимости выпадает.
Для первых 11 образцов взаимосвязь между величиной А и стекловидностью характеризуется коэффициентом корреляции r=-0,932; для величины В и стекловидности имеем r=+0,905. Исходя из столь высоких значений коэффициентов корреляции, по методу наименьших квадратов рассчитываем коэффициенты уравнения взаимосвязи. В результате получаем

Эти уравнения справедливы для зерна пшеницы I и IV типов стекловидностью 50—100% при иммерсионном увлажнении, температуре 20—25° С и продолжительности процесса от 1 до 10 ч.
Таким образом, установлена зависимость величины первоначального (мгновенного) прироста удельного объема зерна и интенсивности разрыхления эндосперма от стекловидности зерна. Очевидно, эта зависимость может быть лучше выявлена при анализе тонких структурных особенностей образцов зерна: толщины оболочек, алейронового слоя, микроструктуры эндосперма. Однако такой анализ связан с огромной затратой труда и времени. Для практических расчетов достаточно выяснить зависимость от такого доступного для определения показателя структурных особенностей зерна, как его стекловидность.
Можно также определить зависимость коэффициентов А и В от плотности зерна. Расчет показывает, что для изученных образцов взаимосвязь между стекловидностью и плотностью зерна оценивается коэффициентом корреляции r=+0,785. Для взаимосвязи величины А и плотности зерна r=-0,964, а для величины В и плотности зерна r=+0,680.
Между приростом влагосодержания и величиной контракции зерна также выявляется достаточно четкая взаимосвязь. Это же относится и к взаимосвязи между приростом удельного объема зерна (степенью разрыхления эндосперма) и контракцией.
Внутренний влагоперенос в зерне и сопутствующие ему физико-, коллоидно- и биохимические процессы сопровождаются тепловым эффектом. Для выяснения степени взаимосвязи между ними сопоставили изменение различных показателей физико-химических свойств и температуры зерна.
В результате получено, что между приростом влагосодержания и приростом температуры зерна при иммерсионном увлажнении пшеницы наблюдается прямолинейная взаимосвязь. Кривая увлажнения пшеницы Безостая 1 получена нами, а температурная кривая — И.Г. Коратеевым в адиабатическом калориметре.
Таким образом, сопоставляемые величины получены в разных опытах и для несколько отличающихся образцов зерна. Несмотря на это, соответствие получается хорошим. Это не случайно, а обусловлено тем, что главной причиной, определяющей тепловой эффект, является теплота гидратации; она определяется величиной условной активной поверхности зерна и энергетической характеристикой образующих ее активных центров. Следовательно, интенсивность тепловыделения зависит от скорости увлажнения зерна, которая для рассматриваемых двух образцов пшеницы Безостая I, видимо, была почти одинаковой.
При построении сравнительных графиков взаимного соответствия прироста удельного объема и температуры зерна для случая иммерсионного увлажнения зерна, а также для «холодного» кондиционирования рядовой пшеницы III типа устанавливаем, что прямолинейная взаимосвязь сохраняется и в этих случаях. Это имеет важное практическое значение, так как позволяет судить об интенсивности развития физико-химических процессов, сопровождающих внутренний влагоперенос, по интенсивности выделения тепла, т. е. по температурной кривой. В настоящее время для измерения температуры имеется простая, надежная и точная аппаратура. Контроль температуры можно осуществить в любых условиях эксперимента.
Таким образом, устанавливаем, что между изменением различных показателей физико-химических свойств зерна при иммерсионном увлажнении или же при «холодном» кондиционировании существует однозначная взаимосвязь. Очевидно, это определяется взаимообусловленным развитием различных физико-химических процессов в зерне, сопровождающих внутренний влагоперенос при гидротермической обработке. Следует ожидать, что такая взаимосвязь простирается и до взаимного соответствия изменения физико-химических и технологических (мукомольных) свойств зерна. Результаты, полученные при изучении этой взаимосвязи, изложены в главе, посвященной мукомольным свойствам зерна.