Общая схема взаимодействия зерна с водой
Изложенный выше материал позволяет составить общую схему взаимодействия зерна с водой (табл. 23).
Весь процесс влагопереноса в зерне при увлажнении и протекающие при этом процессы развиваются так, что могут быть четко выделены три периода.
Первый период характеризуется концентрацией поглощенной влаги в поверхностных слоях зерна: плодовой и семенной оболочках, алейроновом слое и зародыше. Вследствие набухания этих слоев удельный объем зерна резко (скачком) увеличивается, а контракция или не развивается, или же увеличивается незначительно; комплексная характеристика M2 возрастает до максимума. Резкое неравномерное распределение влаги по сечению зерна приводит к установлению огромного градиента влагосодержания, что влечет за собой возникновение в теле зерновки напряжений. Изменение мукомольных свойств зерна невелико, поскольку структурные изменения затронули только поверхностные слои зерна. Таким образом, осуществляется подготовка к интенсивному переносу влаги внутрь зерна. Поэтому первый период можно определить как подговительный.
Во втором периоде возникшие в теле зерновки напряжения достигают закритических значений, благодаря чему эндосперм раскалывается микротрещинами на отдельные частицы. Влага быстро перемещается по-микротрещинам внутрь эндосперма. Появление в нем большого количества воды вызывает к жизни различные физико-химические процессы, причем их развитие характеризуется высокой интенсивностью. Преобразование всех свойств зерна существенно и после окончания второго периода практически завершается. Поэтому второй период является основным.
Третий, заключительный, период характеризуется постепенным распределением влаги по анатомическим частям и химическим веществам зерна в равновесном соотношении в соответствии с их структурными особенностями и термодинамическими характеристиками влагопереноса. Макромолекулы белков и углеводов постепенно принимают равновесную конформацию, в связи с чем напряжения в теле зерновки постепенно релаксируются. Этот период можно назвать также релаксационным.
Продолжительность начального периода не превышает 1 ч, основного—12 ч, а заключительный период продолжается в течение 2—3 суток. В каждом из этих периодов все процессы в зерне качественно различаются.
Если ввести некоторую функцию F, суммарно отражающую степень происходящих преобразований свойств зерна при изменении влажности и температуры, вследствие развития процессов, сопровождающих внутренний влагоперенос, можно записать:
- в начальном периоде ΔF<0,
- в основном ΔF≫0,
- в релаксационном ΔF→0.
Это подтверждает сделанный ранее вывод, что все физико-химические процессы в зерне протекают взаимосвязанно и завершаются одновременно, причем продолжительность их развития не зависит от режима увлажнения зерна при неизменной температуре. Именно поэтому появляется возможность выделить указанные выше периоды. Главное значение имеет второй — основной период. Завершение его свидетельствует о прекращении преобразований физико-димических и технологических свойств зерна при гидротермической обработке.
Из указанного следует предположить, что продолжительность этого технологического процесса может быть ограничена данным периодом. Проверка показала правильность этого предположения.
Итак, изучение кинетики взаимодействия зерна с водой позволяет выявить интересные особенности этого процесса, обусловленные сложным анатомическим строением зерна и структуры составляющих его частей, характером реакции его биополимеров на изменение влагосодержания, температуры и регулирующим влиянием его биологической системы. По мере развития процесса увлажнения или обезвоживания зерна изменяются все его свойства; степень этих изменений пропорциональна величине режимных параметров процесса.
Процесс увлажнения может быть разделен на три этапа, из которых второй имеет наиболее важное практическое значение, так как в течение этого этапа практически завершается преобразование технологических свойств зерна. В течение этого периода различные процессы в зерне протекают взаимосвязанно и заканчиваются одновременно.