Исследование форм связи влаги семян гречихи методом термического анализа

Среди крупяных культур гречиха занимает особое место. Благодаря высокой пищевой и биологической ценности, продукты, вырабатываемые из гречихи, широко используются не только в общественном, но и в детском и диетическом питании. Убирают семена гречихи в конце августа – начале сентября.

Наиболее широкое применение гр ечи-ха находит в виде крупы. В значительно меньшей степени используются продукты быстрого приготовления из семян гречихи – хлопья, а также мука.

Сушка семян гречихи является одной их важнейших стадий подготовки данного сырья к последующему процессу его переработки. От режима сушки зависят пищевая ценность и качественные показатели готовой продукции, являющиеся результатом структурно-механических, биологических и физико-механических преобразований веществ . Технологические режимы сушки семян гречихи зависят от содержания в них воды и оказывают существ енное влияние на изменение углеводов , денатурацию белка, окисления липидов, изменения витаминов и органических кислот. Для качественной реализации процесса необходимо изучить характер связи влаги с определением участков, на которых осуществляется преобразование веществ при повышении температуры. Это может существенно облегчить задачу выбора рациональных режимов сушки.

Исследование закономерностей теплового воздействия на гречиху осуществляли методом термического анализа [3, 5] на комплексном термоанализаторе TGA-DSC фирмы Mettler-Toledo в атмосфере воздуха с постоянной скоростью нагрева 3К/мин до 1273 К.

Исследования осуществляли в алюминиевых тиглях с общей массой навески – 6,6578 мг. Применяемые для количественной обработки методом неизотермической кинетики термоаналитические кривые одновременно регистрируют изменения массы образца, скорости изменения температуры или энтальпии и изменения массы (кривые TGA, DTA и DTG).

В процессе теплового воздействия продукт претерпевает значительные физикохимические изменения, в результате которых высвобождается вода, содержащаяся в продукте и определяющая характер происходящих внутри него преобразований вещества. За счет испарения влаги и разложения сахаров, клетчатки и других органических соединений масса продукта снижается [5].

Количественную оценку форм связи влаги в продукте осуществляли по экспериментальным зависимостям изменения массы образца TGA, скорости изменения температуры DTA и скорости изменения массы DTG (рисунок 1), полученным методом термогравиметрии.

Рисунок 1 - Экспериментальные зависимости изменения массы образца гречихи TGA, скорости изменения температуры DTA и скорости изменения массы DTG

B процессе нагрева наблюдается уменьшение массы образца (кривая TGA), связанное с потерей влаги. Зависимость скорости изменения температуры DTA характеризуется значительным эндотермическим эффектом с начала нагрева до температуры 443 К (таблица 1). Максимальная скорость влагоотделения достигается при температуре 383 К.

Таблица 1

Кинетические температурные характеристики процесса нагрева семян гречихи

Кинетические характеристики процесса	Значение параметра
Температура начала эндотермического процесса, К	360
Температура окончания эндотермического процесса, К	443

Т, К

Рисунок 2 - Зависимость степени превращения α вещества от температуры Τ исследуемых семян гречихи при нагревании со скоростью подъема температуры 3 К/мин

Полученная зависимость степени превращения вещества от температуры Τ (рисунок 2) имеет вид, отражающий сложный характер взаимодействия воды и сухих веществ семян гречихи, и предполагает разную скорость дегидратации.

1000/T

Рисунок 3 - Зависимость –lgа от величины 1000/T исследуемых семян гречихи при нагревании со скоростью подъема температуры 3 К/мин

При температуре 303-323 К (рисунок 3) происходит нагрев и удаление физикомеханически связанной влаги (капиллярной влаги), имеющей невысокую энергию связи с продуктом. Высвобождается вода, образующая ажурную сетку из ассоциатов молекул воды , связанных между собой водородными связями. При этом десорбция капиллярной воды характеризуется более низкими величинами энергии активации по сравнению с водой, высвобождающейся на второй и третьей стадий процесса [1, 3]. При температурах 323…382 К (рис. 3) осуществляется десорбция осмотической влаги гречихи. Интервал 382…488 К (рис. 3) характеризуется удалением адсорбционной влаги. При дальнейшем повышении температуры начинается удаление химически связанной влаги, которая образует несколько последующих слоев молекул, более прочно связанных с продуктом, но в процессе сушки оно не происходит, поскольку температура продукта не выходит за пределы рассмотренных интервалов.

На кривой отчетливо видно 4 линейных участка для исследуемого продукта, что свидетельствует о ступенчатом выделении воды или продуктов реакции.

Анализ полученных данных позволил выделить три периода дегидратации воды при термическом воздействии на семена гречихи, а также выявить температурные зоны, соответствующие высвобождению влаги с различной формой и энергией связи. Это позволит в дальнейшем разработать режимы сушки, позволяющие получить продукт высокого качества при минимальных энергозатратах.