Изменение структуры сырых материалов

Поскольку крахмальные зерна заключены в растительные клетки, из которых они могут быть освобождены лишь путем механического измельчения или разваривания, то физические свойства, обусловливающие прочность сырья, имеют большое значение для его переработки. Картофель, в силу большой влажности и мягкой структуры, в этом отношении является лучшим сырьем. В процессе разваривания клубни легко разрушаются и превращаются в однородную крахмалистую массу.

Превращение же зерна в однородную массу осложняется твердостью и неоднородностью его строения. Наибольшей сопротивляемостью на разрыв обладают оболочки, а именно: ржи 225 кг/см2, пшеницы 316 кг/см2, а овса еще больше. Цветочные пленки и наружные оболочки зерна состоят из плотных инкрустированных минеральными веществами тканей, не уступающих в прочности древесине. Алейроновый слой, состоящий преимущественно из белков, отличается большой эластичностью и сопротивляемостью как механическим, так и химическим воздействиям. Такими же свойствами обладает и зародыш. Эндосперм имеет тонкое и хрупкое строение и поэтому менее прочен. Сопротивление сжатию эндосперма пшеницы не превышает 17—33 кг/см2.

Для разрушения зерна требуются значительные механические усилия. На размол в дерть 1 т зерна нужно затратить в среднем 20—25 квт-ч электроэнергии. Если принять расход пара в 18 кг на 1 квт-ч, то затрата его на размалывание 1 т зерна составит 360—450 кг. При этом в продукте лишь часть клеток вскрывается. Для полного их вскрытия и освобождения крахмала мука должна подвергнуться развариванию при давлении 1—2 ати, с затратой на это 400—450 кг пара на 1 г зерна. Суммарный расход пара на размол и последующее разваривание 1 г зерна составит около 800—850 кг. На разваривание же такого количества целого зерна под давлением 4—5 ати, с учетом использования пара самоиспарения, расходуется около 450—500 кг пара.

Таким образом, на разрушение структуры зерна и вскрытие клеток механическим путем и тепловой обработкой требуется большое количество энергии, причем разваривание целого зерна по затрате энергии является более экономичным. Однако Переработка измельченных материалов имеет крупное преимущество, состоящее в том, что становится возможным осуществить непрерывное и равномерное разваривание при более низких температурах.

Уменьшение прочности сырья является одной из задач, решаемой при запаривании. Процесс набухания зерна сопровождается не только набуханием крахмальных зерен, но и клеточных стенок, вследствие чего физические свойства их меняются. Самым же главным является то, что вода, проникающая внутрь частиц сырья, растворяет некоторые межклеточные вещества, отчего внутреннее сцепление отдельных составных частей зерна уменьшается. Благодаря этому оно становится мягким и гибким.

По данным Л. Н. Маравина, для сжатия одного кукурузного зерна до лепестка толщиной 3 мм требуется нагрузка в 35 кг, а для сжатия одного ячменного зерна до толщины 2,2 мм — 6 кг. В переводе на 1 см2 площади это соответствует давлению для кукурузы в 40 атм и ячменя в 22 атм.