Зерносушение — Классификация форм связи влаги в зерне

Классификация форм связи влаги в зерне

Формы и виды связи влаги, находящейся в зерне, различны: от самой прочной, обусловленной молекулярными силами, до чистого механического удерживания на поверхности зерна. Современные представления о формах связи влаги с материалом базируются на работах Ребиндера П.А. и Казакова Е.Д.

В зависимости от величины энергии связи принято различать: химически связанную, физико-химически связанную и физико-механически связанную влагу.

Химически связанная влага характеризуется наиболее высокой энергией связи. Она может быть удалена из зерна лишь при особо интенсивной тепловой обработке - прокаливании.

Физико-химической форме соответствуют три вида связи: адсорбционно связанная влага, осмотически связанная и структурная влага.

Адсорбционно связанная влага представляет собой слой воды толщиной в несколько сотен диаметров молекул, удерживаемой силовым полем на активной поверхности коллоидного капилярно-пористого тела. Зерно обладает огромной внутренней поверхностью, а, следовательно, и значительной свободной поверхностной энергией, за счет которой происходит адсорбционное связывание воды.

Прочность связи адсорбционных молекул воды неодинакова. Наиболее прочно связан первый мономолекулярный слой.

Тепловой эффект адсорбции характеризуется количеством теплоты, выделяющейся при поглощении 1 кг воды. Это количество теплоты называется дифференциальной теплотой набухания.

Адсорбционно-связанной влаге соответствует очень низкая влажность зерна и она характеризуется значительной энергией связи.

Влага концентрируется в частях, наиболее богатых гидрофильными коллоидами - в основном белками и крахмалом. Крахмал способен поглощать до 30-70% воды (в расчете на сумму сухого вещества), а белковые вещества - до 180-200%. В зерне пшеницы влажностью до 22% наибольшее количество влаги связывает крахмал, наименьшее - клетчатка. При влажности зерна около 17% крахмальные гранулы и белковые пролойки имеют одинаковую влажность. При меньшей влажности зерна, влажность крахмала выше, чем белка, а при большей влажности зерна - наоборот.

В сыром зерне влага связана более прочно белками, и , поскольку белки связывают воду медленнее, чем крахмал, в свежеубранном сыром зерне связь влаги менее прочна.

Прочное удержание влаги в зерне достигается благодаря высокой гидрофильности семенной оболочки и алейронового слоя.

В плодовых оболочках зерна влага практически свободна.

Энергия связи влаги различна и для разных диапазонов влагосодержания, о чем свидетельствуют критические значения на изотермах сорбции - десорбции зерна (рис.1).

Адсорбционно связанная влага может быть удалена при сушке с дополнительными затратами энергии на разрушение связи влаги с зерном. При этом она должна быть превращена в пар, после чего начинает перемешаться к поверхности зерна.

Осмотически связанная влага представляет собой влагу, проникшую внутрь клетки зерна в результате осмотического давления. Механизм проникания воды в ткани зерна отличается от того, что наблюдается в неживой коллоидной системе. Осмотическая вода, проникая в клетку зерна, изменяет свою форму и свойства. Она становится составной частью цитоплазмы и клеточного сока, заполняющего вакуоли. Затем она вступает в различные физические и химические взаимодействия с компонентами клетки.

Осмотическая связь имеет меньшую прочность, чем адсорбционная. Однако при удалении осмотически связанной влаги так же требуются дополнительные затраты энергии.

Структурная влага в зерне в процессе формирования геля. Этой влаге соответствует весьма малая энергия связи. По своим свойствам она практически не отличается от обычной воды. При удалении структурной влаги  в процессе сушки зерна дополнительная энергия затрачивается. В основном. На преодоление сопротивления структурных образований зерна при диффузии влаги к поверхности зерна как в виде пара, так и в виде жидкости.

К физико-механически связанной влаге относят влагу смачивания, находящуюся на поверхности зерна.

Вода заполняет макрокапилляры только при непосредственном соприкосновении с ней.

Прочность связи влаги, находящейся в микро- и макрокапиллярах, значительно меньше осмотически связанной влаги, однако и при ее удалении в процессе сушки требуется некоторая дополнительная энергия.

Связь влаги смачивания наиболее прочна. Влага смачивания прилипает к поверхности зерна при непосредственном соприкосновении и удерживается механическими силами сцепления частиц воды. Попав на поверхность зерна, влага может в дальнейшем проникнуть внутрь зерна в результате осмотического давления, образовав новую форму связи - осмотическую или структурную.

Еще полезные статьи: