Сорбционные свойства зерновой массы

 

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования

«Могилевский государственный университет продовольствия»

 

 

Кафедра технологии хлебопродуктов

 

Сорбционные свойства зерновой массы

 

Реферат

 

По дисциплине «Введение в технологии отрасли»

 

 

 

 

Специальность 1-49 01 01 Технология хранения и переработки пищевого  растительного сырья

 

Специализация  1-49 01 01 01 Технология хранения и переработки зерна

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Проверил                                                                      Выполнила

к.т.н., доцент                                                                студентка группы ТРЗ-111

_______Т.В.Прохорцова                                             _______Т.С.Крупичевич        

«___»__________2013 г                                              «___»__________2013 г                                                               

 

 

 

 

 

 

Могилев 2013

 

Содержание

 

Введение

1 Зерновая масса как сорбент…………………………………………….. 4

2 Сорбционная ёмкость………………………………………………….... 5

3 Обязанности руководителей при сорбции…………………………….. 5

4 Гигроскопичность зерновой массы…………………………………….. 6

4.1 Равновесная влажность………………………………………………... 6

4.2 Сорбционный гистерезис…………………………………………….…6

Заключение………………………………………………………………......8

Список использованных источников……………………………………....9

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

          Сорбция (от лат. sorbeo — поглощаю) — поглощение твёрдым телом либо жидкостью различных веществ из окружающей среды. Поглощаемое вещество, находящееся в среде, называют сорбатом (сорбтивом), поглощающее твёрдое тело или жидкость — сорбентом.

         По характеру поглощения сорбата сорбционные явления делятся на два типа: адсорбцию — концентрирование сорбата на поверхности раздела фаз или его поглощение поверхностным слоем сорбента и абсорбцию — объёмное поглощение, при котором сорбат распределяется по всему объёму сорбента.

          В свою очередь, различают два типа адсорбции — физическую адсорбцию, при которой повышение концентрации сорбата на поверхности раздела фаз обусловлено неспецифическими (то есть не зависящие от природы вещества) силами Ван-дер-Ваальса и химическую адсорбцию (хемосорбцию), обусловленную протеканием химических реакций сорбата с веществом поверхности сорбента. Физическая адсорбция слабоспецифична, обратима и её тепловой эффект невелик (единицы кДж/моль). Хемосорбция избирательна, обычно необратима и её теплота составляет от десятков до сотен (хемосорбция кислорода на металлах) кДж/моль [1].

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          1 Зерновая масса как сорбент

 

          Характеристика сорбционных явлений в зерновой массе. Зерновая масса в целом хороший сорбент; она обладает способностью поглощать из окружающего пространства пары различных веществ и газы.

          В зависимости от свойств сорбентов и поглощаемых веществ сорбцию подразделяют на адсорбцию, абсорбцию, хемосорбцию и капиллярную конденсацию. Все виды сорбционных явлений наблюдаются в зерновой массе, и очень часто их невозможно расчленить. Поэтому суммарный результат адсорбции, абсорбции, капиллярной конденсации, хемосорбции называют сорбцией, а степень способности зерновой массы поглощать пары и газы при различных условиях — сорбционной емкостью.

         Сорбированные пары и газы при определенных условиях могут полностью или частично улетучиваться из зерновой массы в окружающее пространство, что называют десорбцией.

Таким образом, сорбционные явления наблюдаются не только на поверхности зерна, но и в еще большей степени во внутренних участках каждого капилляра.

        Все явления сорбции, происходящие в зерновой массе при транспортировании, обработке и хранении, в зависимости от их влияния на качество и сохранность зерна можно разделить на две группы: сорбцию и десорбцию различных газов и паров, сорбцию и десорбцию паров воды.

        Зерновая масса хорошо сорбирует большинство химических веществ, применяемых для борьбы с насекомыми и клещами. При этом сорбционные свойства чаще всего играют отрицательную роль как с точки зрения технологического эффекта, так и с гигиенических позиций [3].

        Эффект любой фумигации определяется величиной концентрации ядовитого газа в воздухе межзерновых пространств, где обитают насекомые и клещи. При большой сорбционной емкости зерновой массы применяют повышенные нормы расхода фумигантов, чтобы создать для вредителей смертельные концентрации в воздухе. Это приводит к удорожанию дезинсекционных работ. После фумигации должна быть проведена дегазация для удаления ядовитых газов из зерна. Нередко дегазацию провести трудно, так как процессы десорбции при некоторых условиях протекают медленно (при низкой температуре). Практически невозможно провести дегазацию, если произошла хемосорбция, т. е. химическая реакция между веществами сорбента (зерна) и поглощенным газом [5].

 

 

 

 

 

 

 

         2 Сорбционная ёмкость

 

          Сорбционные свойства зерна также относят к физическим. Зерно всех культур и зерновые массы в целом обладают сорбционной емкостью, т. е. способностью поглощать газы и пары различных веществ. Эта способность зерна обусловлена его капиллярно-пористой структурой, что делает активную поверхность зерновки в 200 - 220 раз больше истинной.

          Кроме того, для биополимеров (белков, слизей, крахмала) характерно отсутствие прочной кристаллической решетки, поэтому молекулы воды и других веществ могут легко внедряться в них, взаимодействуя с активными центрами. В белках этими центрами являются такие функциональные группы, как - NН -,

Н2N -, - СООН, - СОNН2, - ОН; в углеводах - ОН и - 0 -. При изменении условий окружающей среды зерно может частично отдавать поглощенные им вещества - десорбировать их. Однако полностью десорбция не происходит [6].

 

          3 Обязанности руководителей при сорбции

 

          Способность зерна и продуктов его переработки активно сорбировать газы и пары различных веществ обязывает руководителей заботиться о чистоте транспорта и хранилищ, иначе продукты по вкусу и запаху могут стать непригодными для пищевых целей.

         При борьбе с амбарными вредителями можно применять лишь такие пестициды, которые менее вредны для теплокровных и более полно десорбируются.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

          4 Гигроскопичность зерновой массы

 

          Гигроскопичность зерновой массы оказывает наибольшее влияние на стойкость зерна при хранении. Хорошо сохраняет свои исходные свойства только то зерно, в котором вся влага находится в связанном коллоидами состоянии. Между относительной влажностью (~) воздуха в хранилище и влажностью зерна через определенное время устанавливается динамическое равновесие.

 

          4.1 Равновесная влажность

         Каждому значению относительной влажности воздуха и его температуры соответствует определенная равновесная влажность продукта.

Например, при температуре около 20 С и ~= 15 - 20 % равновесная влажность зерна устанавливается около 7 %, а при ~= 100 % достигает 33 - 36 %. Оптимальный интервал влажности воздуха при положительной температуре (10 - 20`С) находится в пределах от 60 до 70 %. В этих условиях равновесная влажность продуктов равна 13 - 14 %.

          Влажность продукта, при которой в нем появляется свободная вода, носит название критической. Для большинства культур критическая влажность лежит в интервале 14, 5 - 16 %. Зерно, достигшее ее, может заплесневеть.

          Гигроскопичность зерна и продуктов его переработки зависит от содержания в них белков и высококомолекулярных пентозанов, способных поглощать влаги больше, чем другие вещества [4].

 

          4.2 Сорбционный гистерезис

         На величину равновесной влажности зерна влияет явление сорбционного гистерезиса, характеризующее несовпадением изотерм сорбции и десорбции. Фигуру, образованную линиями сорбции и десорбции (рисунок 1), называют петлей гистерезиса.

Кривые показывают, что равновесная влажность зерна в процессе сорбции всегда меньше его равновесной влажности десорбции. Эта разность для зерна пшеницы составляет 1,2...1,3 %.

 

 

Рисунок 1 - Петля гистерезиса

 

          В связи с явлением сорбционного гистерезиса в зерновой массе никогда не наблюдается полного выравнивания влажности единичных зерен: равновесная влажность десорбции выше равновесной влажности сорбции. Вместе с тем разнокачественность зерновой массы по влажности может быть причиной нежелательных процессов при хранении.

         Явление сорбционного гистерезиса, а также способность зерна и семян сорбировать водяные пары обусловливают необходимость немедленной очистки партий свежеубранного зерна для удаления различных примесей, влажность которых во много раз превышает влажность самого зерна. Промедление с очисткой приводит к увлажнению зерна в результате перераспределения влаги.

Распределение влаги в зерновой массе при хранении в производственных условиях. Влажность, являясь основным фактором сохранности зерновой массы, различна в отдельных местах насыпи. Наличие в зерновой массе наиболее увлажненных участков с повышенной физиологической и микробиологической активностью осложняет работу по сохранности зерна. Изучение причин такого различия по влажности показывает, что большинство из них носит объективный характер и неустранимо. Другие причины можно несколько устранить при хранении зерна.

          Различная влажность анатомических частей зерна и семян, обладающих неодинаковой гигроскопичностью вследствие их строения и химического состава, объясняет неравномерное распределение влаги в зерне и семенах. Влажность зародыша в сухом зерне пшеницы выше, чем остальной части зерна [7].

 

Заключение

 

         Отдельные компоненты зерновой массы, а также зерновая масса в целом способны поглощать, или сорбировать, различные пары и газы.

         Высокая сорбционная емкость зерновой массы объясняется капиллярно-пористой коллоидной структурой каждого зерна или семени в отдельности, а также скважистостью зерновой массы.

          Между клетками и тканями зерен существуют макро- и микрокапилляры и поры. Диаметр макропор от 10в-5 до 10в-6 м, микропор 10в-9 м. Стенки капилляров активно сорбируют молекулы паров и газов.

Величина активной поверхности зерна находится в пределах от 200 до 250 м2/г.

          В практике хранения, транспортирования и обработки зерна сорбционные свойства имеют громадное значение.

Например, сорбция или десорбция паров воды часто приводит к изменению массы хранящихся или транспортируемых партий зерна.

          Иногда парциальное давление водяного пара в воздухе и над зерном уравнивается, прекращается влагообмен между воздухом и зерном. В этом случае наступает состояние динамического равновесия. Влажность зерна, соответствующая этому состоянию, называется равновесной (таблица 1) [2].

 

Таблица 1-Равновесная влажность зерна различных культур при температуре 12…25 градусов на сырую массу

 

Культура	Относительная влажность воздуха, %
	10	20	30	40	50	60	70	75	80	85	90	95
Пшеница	6,6	8,4	9,5	10,9	12,2	13,4	14,8	15,3	16,7	18,6	20,4	-
Рожь	6,9	8,2	9,6	10,9	12,2	13,5	15,1	16,2	17,5	19,3	21,6	24,5
Овёс	5,5	7,2	8,8	10,2	11,4	12,5	14,0	15,2	17,0	19,5	22,6	-
Кукуруза	6,2	7,9	9,3	10,7	11,9	13,1	14,6	15,5	16,5	18,1	20,7	25,0
Горох	5,3	7,0	8,6	10,3	11,9	13,5	15,0	15,9	17,1	19,0	22,0	26,0
Люпин	4,2	6,2	7,8	9,1	10,5	11,7	13,4	14,5	16,7	25,0	-	-
Бобы	4,7	6,8	8,5	10,1	11,6	13,1	14,8	15,9	17,2	19,5	22,6	27,2