ЭлБиб

9 / 64

7
ХРАНЕНИЕ и ПЕРЕРАБОТКА СЕЛЬХОЗСЫРЬЯ • № 11 • 2015
агломерируют, формируя более крупные частицы в
сравнении с исходными.
Дифференциальные кривые распределения по
диаметрам зерен биополимера до и после механи-
ческой обработки в вибромельнице в течение раз-
личного времени приведены на рис. 2, статистичес-
кие результаты дисперсионного анализа образцов —
в табл. 1. Как видим, нативный крахмал характери-
зуется узким распределением частиц по размерам со
средним арифметическим диаметром 14,4 мкм.
Можно отметить следующие закономерности
влияния механических деформаций на дисперсный
состав биополимера:
после обработки распределение в целом сдвига- •
ется в сторону больших размеров частиц;
c увеличением времени помола распределение •
становится более широким, о чем свидетельству-
ет повышение значений среднестатистического
отклонения;
модальное значение частиц на рисунке распреде- •
ления увеличивается до механической обработки
4 ч, при более продолжительном воздействии ука-
занные показатели несколько снижаются.
Опираясь на исследования ученых, работающих
в области механохимии твердых веществ [16], а
также на результаты микроскопии изученных
образцов, можно предложить следующее объясне-
ние причин наблюдаемого изменения размеров
частиц крахмала с течением времени механической
обработки. При времени помола 0,5–4 ч ударные,
сдвиговые и истирающие воздействия на крахмал
в вибрационной мельнице вызывают разрушение
его гранул и появление дефектов в кристалличес-
ких областях биополимера с образованием новой
поверхности. Механоактивация последней прово-
цирует процесс ассоциации частиц крахмальных
гранул и формирование агломератов с размерами,
превышающими таковые для исходного биополи-
мера. При этом остатки зерен также присутствуют
в дисперсии, распределение становится более
широким и равномерным. При вибрационном
помоле более 4 ч достигается такая степень диспер-
сности крахмала, при которой дальнейшее его
измельчение становится практически невозмож-
ным и происходит переход к пластическим дефор-
мациям материала. В результате средний диаметр
крахмальных гранул при механической обработке
вплоть до 24 ч снижается незначительно.
Для оценки изменения структуры крахмала под
влиянием механических воздействий, реализуемых
в вибрационной мельнице, в настоящей работе
использовали метод ИК-спектроскопии, который
позволяет судить как о строении макромолекул
биополимера, так и о степени его кристалличности
[17]. На рис. 3 приведены ИК-спектры образцов
крахмала до и после механической обработки в
диапазоне волновых чисел 400–4000 см–1.
В ИК-спектре нативного крахмала около 3400 см –1
наблюдается типичная широкая полоса валентных
колебаний групп О—Н, включенных в меж- и внут-
римолекулярные водородные связи. Кроме того,
присутствуют полосы групп СН и СН 2 (2926 см –1) и
антисимметричных валентных колебаний мостич-
ной связи С—О—С (1156 см –1) [19]. Полоса погло-
щения при 1647 см –1 относится к валентным коле-
баниям адсорбированной воды. Полосы в диапазоне
700–1100 см –1 связаны с колебаниями D-глюкопи-
ранозного кольца и связи С—О.
Механическая обработка крахмала в вибрацион-
ной мельнице не сопровождается появлением новых
функциональных групп в его структуре, о чем сви-
детельствует отсутствие дополнительных полос в
ИК-спектре помолотых образцов. Вместе с тем с
увеличением времени механических воздействий на
биополимер интенсивность пиков в спектрах сни-
жается и наблюдается расширение полос, что ука-
зывает на деформацию кристаллитов в гранулах
крахмала и накопление в них аморфной фазы [18].
Выявленные изменения морфологии и кристал-
лической структуры крахмальных гранул в резуль-
тате механических деформаций дают основания
судить об изменении их текстурных свойств,
результаты анализа которых представлены далее.
На рис. 4 приведены изотермы низкотемператур-
ной адсорбции-десорбции азота для образцов крах-
1,0
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
Пропускание, %
Волновое число, см–1
4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500
Рис. 3. ИК-спектры кукурузного крахмала до (1)
и после вибрационного помола в течение времени, ч:
2 — 0,5; 3 — 4; 4 — 24
1
3
2
4
2,0
1,5
1,0
0,5
0
Адсорбционная емкость, см
3/г
P/P0
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0
Рис. 4. Изотермы адсорбции/десорбции азота гранулами
кукурузного крахмала до (1) и после вибрационного помола
в течение 4 ч (2)
1
2
Электронная Научная СельскоХозяйственная Библиотека