Водно-тепловая обработка замесов из зерна, обработанного на экструдере-гидролизаторе
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
неоднородностью строения зерна прочность отдельных слоев зерна различна.
Наиболее прочной является оболочка, так как она в основном состоит из клетчатки (целлюлозы), а также минеральных соединений, в том числе и солей кремневой кислоты.
Соотношение анатомических частей зерна пшеницы: плодовая и семенная оболочки составляют 5,5тАж7,5%; алейроновый слой 7,5тАж10%; зародыш 1,5тАж3%; эндосперм 81тАж83%.[36]
Эндосперм имеет мелкозернистое строение и состоит главным образом из крупных тонкодисперсных клеток с крахмальными зернами (гранулами), промежутки которых заполнены белком клейковины (комплекс белков глиадина и глютенина). Внутренний слой эндосперма богаче крахмалом и беднее белком. Содержание крахмала и клейковины различно не только в отдельных слоях эндосперма, но и в отдельных зернах. Эндосперм имеет тонкое и хрупкое строение. Он имеет наименьшую прочность из всех составных частей зерна. Консистенция эндосперма влияет на измельчение зерна. При измельчении пшеницы с мучнистым эндоспермом промежуточный белок отделяется значительно легче, освобождая крахмальные гранулы с прикрепленным к нему белком. Если же измельчается пшеница со стекловидным эндоспермом, то промежуточный белок разрушается вместе с прочно вкрапленными в него зернами крахмала. Разрушающие усилия при сжатии пшеницы с мучнистым эндоспермом значительно ниже, чем пшеницы со стекловидным эндоспермом. Наибольшее сопротивление эндосперм оказывает усилиям сжатия 1,7тАж3,2 МПа, сопротивление скалыванию 0,3..0,9 МПа.
Зародыш зерна в смысле прочности ведет себя иначе, чем оболочки и эндосперм. Вследствие значительного содержания жира (до 12-14% к его массе) в зародыше преобладает механическое свойство пластичности, ухудшающее условия разрушения, что проявляется при помоле или дроблении зерна. На механических машинах, работающих по принципу сдавливающих усилий, зародыш, как и алейроновый слой не дробится, а сплющивается.
Эндосперм окружен алейроновым слоем, состоящим из мельчайших клеток, которые содержат белковые и минеральные вещества и жир. Внутренняя поверхность каждой клетки этого слоя выслана плотной оболочкой. Алейроновый слой характеризуется значительными эластичностью и сопротивляемостью как механическим, так и химическим воздействиям. [35] Клетки алейронового слоя в процессе помола не разрушаются. Алейроновый слой, состоящий преимущественно из белков, характеризуется значительными эластичностью и сопротивляемостью как механическим, так и химическим воздействиям.
Составные элементы зерна обладают высокой механической прочностью. Но прочность зерна как комплексной конструкции зависит не только от количества и прочности отдельных частей, но и их взаиморасположения, структурно-механических свойств и взаимодействия. Если массу сухого вещества зерна пшеницы принять за 100%, то на долю эндосперма приходится приблизительно 80%, оболочки с алейроновым слоем 17,5%, и зародыша со щитком 2,5%. Крахмальные зерна и белковые вещества находятся в определенных морфологических взаимоотношениях. Около половины всех белковых веществ составляют основу - подложку, в которую включены крупные и мелкие крахмальные зерна. Крахмал - вещество кристаллической структуры, аналогичное клетчатке, которая в значительном количестве содержится в оболочке зерна. Белковые вещества имеют аморфную структуру.
Механические свойства зерна в значительной степени зависят от содержания в нем влаги. Сухое зерно ведет себя как хрупкое тело, влажное - как пластическое. Изменение механических свойств зерна в зависимости от влагосодержания связано с изменением коллоидных свойств содержащихся в нем крахмала и белков.
Целлюлоза и гемицеллюлоза - главные составные части клеточных стенок: ими богаты оболочки и беден эндосперм. В межклеточных пространствах откладывается склеивающее вещество - пектин. В одревесневевших клеточных стенках роль цементирующего вещества играет лигнин, который скрепляет полисахаридные структуры и заполняет пустоты между фибриллами (тончайшими волокнами) целлюлоз и гемицеллюлоз. Клеточные оболочки, инкрустированные лигнином, обладают большей устойчивостью, т.к. в дополнение к прочности на растяжение, которую придают им целлюлозные микрофибриллы, они приобретают еще значительную прочность на сжатие.
При действии нагретого воздуха давлением 0,12-0,18 МПа на зерновую массу, находящуюся в герметически закрытой камере, в зерне возникают высокие напряжения. При соединении полости этой камеры с наружным воздухом происходит перепад давления, который вызывает резкое изменение структуры зерна, и растительные клетки разрываются. Крахмальные зерна, заключенные в клетках эндосперма, под давлением сильно набухают. Линейное расширение зерен при этом достигает 2 - 2,5, а объем их увеличивается в 8 - 10 раз, т.е. зерна сильно вспучиваются [21].
Однако такая обработка целого зерна является очень энергоемкой и экономически невыгодной по сравнению с механико-ферментативной схемой водно-тепловой обработки, при которой крахмал извлекается из зерна путем измельчения последнего.
На спиртовых заводах зерно измельчают чаще всего с помощью молотковых дробилок различных конструкций или вальцовых станков. Степень измельчения зерна с помощью этих машин характеризуется проходом через сито с диаметром отверстий 1 мм 60-80%. Такой помол неоднороден по размерам частиц, поэтому мелкая часть его подвергается излишней тепловой обработке, образуется значительное количество продуктов оксиметилфурфурольной и ме?/p>