Эндосперм зерна. Механизм разрыхления эндосперма зерна

 

  Вся электронная библиотека >>>

 Мука и крупа >>>

   

 

Технология муки, крупы и комбикормов


Раздел: Производство

   

§ 4. Механизм разрыхления эндосперма зерна

  

Плотность зерна при повышении влажности снижается. Это отражает разрыхление структуры эндосперма зерна. В результате изменяется прочность эндосперма, расход электроэнергии на измельчение, качество промежуточных и конечных продуктов размола.

В крупяном производстве разрушение исходной плотной структуры ядра зерна является нежелательным, так как при этом снижается выход целой крупы, возрастает выход менее ценной крупы — дробленой.

Важно знать механизм разрыхления эндосперма, чтобы использовать его положительные стороны в мукомольном производстве и предотвращать его отрицательное влияние в крупяном производстве. Современные научные данные позволяют утверждать, что разрыхление эндосперма зерна — результат следующих основных процессов: а) разруше-ния эндосперма (в результате образования микротрещин); б) изменения надмолекулярной структуры биополимеров зерна и конформации их молекул; в) биохимических процессов, прежде всего гидролитического характера.

Рассмотрим влияние этих факторов.

Образование микротрещин в эндосперме зерна связано с особенностями внутреннего влагопереноса в зерне.

При увлажнении зерна вода вначале концентрируется в поверхностных слоях. Поэтому возникает высокий градиент влагосодержания, что вызывает механическое напряжение в зерновке. По достижении значений напряжения выше критических в эндосперме образуются микротрещины, направленные поперек зерна, практически перпендикулярно к его поверхности.

Для образования трещины необходимо два условия: рост трещины должен быть энергетически выгодным процессом; должен работать молекулярный механизм, при помощи которого может преобразовываться энергия.

Первое условие требует, чтобы на любой стадии развития трещины количество запасенной в зерновке энергии уменьшалось. Деформированный материал «начинен» энергией, которая «предпочла» бы высвободиться. Если материал полностью разрушен, энергия деформации его полностью освобождена.

развитие трещины. Когда в деформированной зерновке появляется трещина, она слегка раскрывается и оба ее края расходятся на некоторое расстояние. Это означает, что материал, непосредственно примыкающий к краям трещины, релаксиру- ет, напряжения и упругие деформации в нем уменьшаются, а упругая энергия освобождается. Область прорелаксировавшего материала будет примерно соответствовать двум заштрихованным треугольникам (). Следовательно, количество освобожденной энергии должно быть пропорционально квадрату длины трещины, т. е. глубины ее распространения.

Однако для образования новой поверхности необходима энергия, равная 2со/ (где со — удельная поверхностная энергия). Эта энергия пропорциональна первой степени длины (глубины) трещины.

Мелкая трещина для своего роста должна потреблять больше энергии, чем производится ее вследствие релаксации напряжений. Это усло-вне неблагоприятно для образования трещины. Однако, если она достаточно велика; с ростом размеров трещины величина освобожденной энергии увеличивается быстрее, так как зависит от /2.

изменение энергии EF, расходуемой на образование трещины и выделяемой в релаксирующем объеме тела Ен. В начальный период при незначительной длине трещины EF>ER\ для развития трещины необходима дополнительная энергия. По достижении некоторого критического размера трещины EF=ER, а затем соотношение изменяется: EF<ER. Начиная с этого момента, трещина производит энергии больше, чем потребляет. Поэтому она практически мгновенно распространяется на всю толщину зерна; обычно скорость роста трещины в этом периоде составляет около 40 % от скорости звука в данном материале (для зерна примерно 400 м/с).

Силы, стремящиеся раскрыть трещину, разорвать зерновку, очень велики, особенно в области, вплотную примыкающей к концу трещины. Самые опасные напряжения приходятся на область, примерно равную площади одной атомной связи.

В типично хрупком материале R=const независимо от длины трещины. Поэтому с увеличением длины трещины концентрация напряжений все более и более возрастает, баланс энергии все сильнее «склоняется» в пользу развития трещины. Хрупкость простых твердых тел является их нормальным состоянием. Хрупкость возрастает с понижением температуры, увеличением скорости приложения нагрузки, а также при наличии поверхностно-активных веществ.

Более сложному твердому телу присуща вязкость, которую можно определить как способность его сопротивляться распространению трещины.

Биологические материалы характеризуются сложным строением и обладают вязкостью. Большое значение имеет наличие в них различных внутренних полостей. Если трещина на своем пути встречает такую полость, то она прекращает рост, так как напряжение теперь не будет сконцентрировано на конце трещины, а распределено по всей поверхности внутренней полости. Таким образом, наличие в материале слабых поверхностей, имеющих дефекты структуры, делает материал вязким, упрочняет его. Поэтому образование микротрещин наблюдается только в стекловидном эндосперме зерна, в мучнистом микротрещины не возникают. С этой точки зрения становится понятной высокая вязкость и прочность оболочек зерна: это обеспечивается прежде всего их особым строением, наличием большого количества внутренних полостей. Хорошей преградой на пути растущей трещины является, например, трубчатый слой плодовых оболочек.

При увлажнении зерна первые трещины направлены перпендикулярно главной оси зерна, они раскалывают его в поперечном направлении. Вдоль зерна, а также под некоторым углом к его оси трещины развиваются лишь через несколько часов (при холодном кондиционировании), т.е. при достаточной гидратации биополимеров зерна.

Образование микротрещин .всегда сопровождает процесс внутреннего переноса влаги, оказывает влияние на структуру зерна и его технологические свойства. Интенсивность процесса образования трещин в зерновке пропорциональна интенсивности внутреннего влагопереноса.

Важной причиной, определяющей разрыхление эндосперма, является также изменение надмолекулярной структуры биополимеров зерна и конформации их макромолекул. В результате перемещения боковых цепей (или при разворачивании глобул) структура их макромолекул разрыхляется. В этом случае основным возмущающим фактором будет внедрение молекул воды между цепями макромолекул биополимеров зерна, в результате чего изменяется их исходное равновесное расположение.

Биохимические процессы, развивающиеся в зерне при увлажнении и прогреве, также влияют на степень разрыхления эндосперма, главным образом благодаря гидролизу биополимеров.

Итак, степень изменения различных свойств зерна непосредственно зависит от параметров режима его обработки: влагосодержания, температуры и продолжительности процесса, а также от особенностей зерна. Разрыхление эндосперма представляет собой суммарный результат комплексного воздействия физических, коллоидных и биохимических процессов, сопровождающих внутренний влагоперенос и приводящих к необратимым изменениям структуры. В общем механизме разрыхления эндосперма основная роль принадлежит разрушению его микротрещинами.

 

 

СОДЕРЖАНИЕ:  Технология муки, крупы и комбикормов

 

Смотрите также:

 

Строение и химический состав зерна и семян. Эндосперм.

Часть зародыша, плотно прилегающая к эндосперму, — щиток, который и служит для передачи питательных веществ из эндосперма в зародыш при прорастании зерна.

 

Факторы, влияющие на выход и качество клейковины зерна...

В эндосперме пшеничного зерна клейковина распределена неравномерно ( 16). Больше всего клейковины в наружном слое эндосперма, в следующих меньше...

 

Химический состав промежуточных и конечных продуктов размола...

Химический состав промежуточных продуктов размола зависит от составных частей зерна.
Содержание крахмала и белков в эндосперме зерна пшеницы.

 

Алейроновый слой — часть краевой слой эндосперма.

С одной стороны, у такого зерна меньше эндосперма, с другой — затрудняется разделение эндосперма и наружных покровов зерна при помоле...

 

ПРОРАЩИВАНИЕ ЗЕРНА. Пророщенные зёрна

Во время проращивания зерна в эндосперме накапливаются также пентозаны — несбраживаемые углеводы.