Водно-тепловая обработка замесов из зерна, обработанного на экструдере-гидролизаторе
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
степенью механизации и автоматизации.[36]
Таким образом, экструзионный метод диспергирования сырья является новым перспективным методом, и особый интерес представляет выяснить, насколько глубокие изменения в физико-химических свойствах сырья протекают при обработке в экструдере-гидролизаторе.
При измельчениизернового сырья любым из рассмотренных методов происходит не только разрушение целостности структуры зерна и его клеток, но также и механохимическая деструкция высокополимерных соединений в его составе.
1.3 Механохимическая деструкция сырья
Механохимические превращения в полимерах являются сложным многостадийным процессом, который начинается с механического деформирования макромолекул под действием приложенных напряжений и приводит к существенному изменению их реакционной способности в процессах присоединения, замещения, деструкции и др.
Как известно, основным условием протекания любой химической реакции является уменьшение свободной энергии в ходе реакции. Очень часто термодинамически разрешенные реакции не происходят из-за значительных кинетических затруднений. Применяют различные методы активации реагентов (нагревание, облучение, применение катализаторов, в том числе и биологических - ферментов и др.). Одним из возможных и весьма интересных методов активации реакций является диспергирование - воздействие механической энергии.
Часть химических процессов, возникающих при механических воздействиях, имеет в качестве посредников и возбудителей быстрые электроны. Именно они могут легко возбуждать химические процессы, порождать активные радикалы, вызывая в одних случаях деструкцию, в других, наоборот,- полимеризацию.
В условиях механодеструкции путем измельчения гетероцепных полимеров, сложных по характеру нагружения и температурному состоянию, возможны два пути разрыва макромолекул: свободнорадикальный распад и гетеролитические реакции разрыва макромолекул влагой (гидролиз) или низкомолекулярными примесями.
При механодеструкции полимеров возбуждаются в первую очередь скелетные, главновалентные связи макромолекул, а тепловая энергия возбуждает все связи.
По мере развития деформации возрастает потенциальная энергия на всем деформируемом участке и достигает такой максимальной величины, которая соизмерима с энергией диссоциации химической связи.[20]
Образование новой поверхности при диспергировании связано с созданием на поверхности и во всем объеме частичек диспергированного вещества дефектов. Для тонкого диспергирования характерно создание большого количества дефектов, в результате чего существенно нарушается кристаллическая решетка твердого тела. Это вызывает изменение физических свойств и химической активности вещества.
В зависимости от сочетания различных факторов МХД в диспергируемом веществе создаются различные типы дефектов в различном их сочетании. Поэтому изменения свойств веществ, происходящие в результате диспергирования, весьма разнообразны.
Свойства полимеров изменяются в зависимости от условий проведения процесса МХД: температуры, интенсивности подвода механической энергии (амплитуды и массы мелющих тел, их скорости и др.), степени заполнения аппарата и т.д. В результате МХД высокополимеров изменяются их механические свойства, снижается молекулярная масса, изменяется растворимость, ускоряются химические реакции с участием этих веществ и их составляющих, увеличивается биологическая активность и др.
МХД подвергаются крахмал, клетчатка, белки и другие высокомолекулярные соединения зерна.
При МХД зерна происходит механокрекинг крахмала по связям ?-1,4 и ?-1,6, и в сбраживаемые сахара его превращается от 30 до 50 % в зависимости от типа мельниц и продолжительности обработки зерна.
В высокоднеперсном помоле пшеницы, полученном на реактивной мельнице, суммарное содержание крахмала и сахаров на 1,3 % больше, чем содержание их в грубом помоле. Это объясняется тем, что МХД подвергаются и некрахмалистые полисахариды, например, клетчатка расщепляется на 58%. Крахмал превращается в растворимые сахара на 49%, из которых почти половина- спирторастворимые.
В процессе МХД происходит расщепление пентозанов до пентоз. Содержание пентоз в высокодисперсных помолах зерна достигает 6,5-7%, в то время как в зерне они в свободном состоянии не содержатся.
Подвергаются МХД целлюлоза и гемицеллюлоза зерна. Например, в высокодисперсном помоле пшеницы, полученном на шаровой мельнице двойного действия, целлюлозы содержится в пять раз меньше, чем в исходном зерне. В результате МХД целлюлозы образуется дополнительное количество сбраживаемых сахаров - от 1 до 3 % к СВ в зависимости от вида зерна и типа мельницы. [20]
В результате таких физико-химических превращений создаются предпосылки к изменению углеводного состава получаемого сусла в зависимости от степени дисперсности помола и от применяемого метода измельчения.
При диспергировании зерна деструкции подвергаются и белковые вещества, которые в результате МХД превращаются в аминокислоты. Количество аминного азота в высокодисперсных помолах зерна увеличивается примерно на 40%. Аминный азот используется дрожжами при сбраживании сусла в качестве азотсодержащего питания, а остаток аминокислот - в качестве углеродсодержащего питания. Все это благоприятно сказывается на жизнедеятельности дрожжей и па выходе спирта.
Метод диспергирования зернового сырья путем экструзии имеет свои ?/p>