РАЗДЕЛ 2
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Характеристика объектов исследования
Зерно как объект сушки
Зерно - живой организм, по своему строению представляет анизотропное коллоидное капиллярно-пористое тело. Зерно содержит большое количество микропор, микро- и макрокапилляров, по которым влага циркулирует из внутренних частей к поверхности и наоборот. Влага имеет исключительное значение для жизненных процессов зерна. Ее избыток приводит к интенсификации жизнедеятельности зерна, к самосогреванию и порче.
Зерно пшеницы и ржи состоит из зародыша, эндосперма и оболочек. Зерна ячменя, риса, овса, кроме того, покрыты сильно одревесневшими цветковыми оболочками, которые в значительной степени затрудняют перемещение влаги как в одном, так и в другом направлении. Плодовые (верхние) оболочки пшеницы и ржи состоят из нескольких слоев плотных одревесневших клеточных стенок с большим количеством капилляров и микропор, через которые пары влаги могут легко проникать из атмосферы в зерно и обратно. Плодовые оболочки не служат препятствием для удаления влаги из зерна в процессе сушки.
Прилегающие к плодовым семенные оболочки состоят из гиалинового и алейронового слоев. Они отличаются от плодовых оболочек относительно слабой проницаемостью для паров влаги. Именно эта группа оболочек препятствует быстрому проникновению влаги внутрь зерна и ухудшает процесс сушки при перемещении влаги из внутренних частей на поверхность зерновки. При неправильном режиме сушки они могут явиться причиной образования закала и вздутия зерна, вызванного задержкой водяных паров, скопившихся внутри эндосперма.
Зародыш представляет собой главную часть семени, при прорастании которого образуется новое растение. Все ткани зародыша состоят из живых клеток, чувствительных к температурному воздействию. Эндосперм не содержит живых клеток, он служит хранилищем запасных питательных веществ для зародыша.
По своему химическому составу семена состоят из белка, углеводов, жиров, золы воды, минеральных веществ, витаминов и ферментов. Для сушки зерна большое значение имеет распределение отдельных веществ в различных его частях и его термоустойчивость.
При сушке зерна идёт процесс его обезвоживания и нагрева. Нагрев зерна по-разному влияет на содержание в зерне органических коллоидных веществ. Более устойчивы к нагреву жиры и углеводы зерна, которые выдерживают нагрев до 60оС при его влажности 14%. Но при дальнейшем нагреве и увеличении влажности может наступить распад крахмала. При температуре зерна выше 650С может произойти разложение жиров, в результате чего повышается кислотное число жира. Белковые вещества более чувствительны к температурам и имеют большое значение при хлебопекарной оценке зерна, а также для характеристики его всхожести. Основное количество белков содержится в зародыше, причём эти белки резко отличаются от белков эндосперма. Белок зародыша лейкозин является весьма термолабильным: при нагревании он легко денатурируется, вследствие чего легко теряет свою всхожесть. Для хлебопечения важную роль играет клейковина пшеничной муки, сухое вещество, которое состоит главным образом из белков глиадина и глютенина.
Максимально допустимая температура нагрева зерна в основном определяется термоустойчивостью его белкового комплекса. При нагревании происходит денатурация белков, причём степень денатурации зависит от температуры и влажности. Рядом исследователей [1, 11] установлено, что с повышением влажности зерна термоустойчивость его понижается. Это связано с более интенсивной денатурацией водного раствора белковой клейковины. Допустимая температура нагревания зависит от первоначальных свойств клейковины.
Поступающее на первичную обработку зерно имеет различную влажность. Классификация состояния основных видов зерновых культур по влажности приведена в табл. 2.1.
Способность зерна и зерновой массы поглощать и отдавать влагу называют гигроскопичностью, являющейся одним из важнейших свойств зерна как объекта сушки и хранения. Влагу в зерне условно разделяют на свободную (механическая форма связи) и связанную (физическая или химическая форма связи). Продолжительность сушки зерна в значительной степени зависит от начальной влажности зерна, т.е. от формы связи влаги с зерном и заданного количества удаляемой влаги. В процессе сушки зерна его основные физические и химические свойства должны сохраниться, следовательно, химически связанную влагу не надо удалять. Жизнедеятельность зерна происходит за счет свободной влаги. При наличии только связанной влаги наступает состояние покоя, при котором все процессы в зерне ослабляются и приостанавливаются.
Таблица 2.1
Классификация состояния зерна по влажности
Влажность зерна, % К у л ь т у р асухое до средней сухостивлажное сырое
свышеПшеница, рожь, ячмень14 14...15,5 15,5...17 17 Овес 14 14...16 16...18 18 Просо 13,5 13,5...15 15...17 17 Кукуруза (зерно) 14 14...16 16...18 18Чечевица 14 14...17 17...19 19Горох 14 14...16 16...18 18 Вика яровая 15 15...17 17...20 20 Семя подсолнечное 11 11...13 13...14,5 14,5 Соя 12 12...14 14...16 16
Как видно из табл. 2.1, различают четыре состояния зерна по влажности - сухое, средней сухости, влажное и сырое, которые определяют стойкость зерна при хранении. В зерне сухом или средней сухости почти нет свободной влаги. Поэтому его можно хранить длительное время. В сыром зерне особенно активизируется процесс дыхания, что приводит к самосогреванию зерна даже при непродолжительном хранении.
Если парциальные давления водяного пара в воздухе и над зерном равны, то влагообмен между воздухом и зерном прекращается. Наступает динамическое равновесие. Влажность в этом состоянии называют равновесной. Величина равновесной влажности разных зерновых культур неодинакова. Она зависит от температуры атмосферного воздуха и его относительной влажности. При относительной влажности атмосферного воздуха 60...70 % и температуре 20?С
- Київ+380960830922