Однако действительной мерой химического сродства является изменение свободной энергии, а не тепловой эффект процесса. Энергия Е (кДж/моль) связи влаги с материалом равна
Таким образом, Е=—<ΔG. Следовательно, в качестве термодинамического потенциала влагопереноса выступает энергия связи влаги. Молекулы воды диффундируют в материале в направлении более высоких значений энергии связи влаги. На рисунке ХII-10 показан график зависимости энергии связи воды от влажности в зародыше и эндосперме пшеницы. На основании взаимного расположения графиков можно заключить, что при влажности зерна ниже 14,5% вода из зародыша должна перемещаться в эндосперм, а при более высокой влажности — в обратном направлении. Такое пересечение графиков происходит и при температуре 30 и 45°С. Таким образом, термодинамически обосновывается возможность переноса влаги из зародыша в эндосперм в условиях, не связанных с прорастанием зерна.
Но наиболее характерным для оценки связывания воды является анализ изменения энтропии. Изменения энтропии имеют отрицательный знак (рис. ХII-11).
По абсолютному значению с повышением влагосодержания они убывают, стремясь к нулю при гигроскопическом влагосодержании.
Это имеет принципиальное значение. Понижение энтропии указывает на повышение порядка структурных элементов зерна на молекулярном уровне. Оно связано не только с образованием гроздей сорбированных молекул воды, но и с повышением степени кристалличности гидратированных белков и углеводов.
Графики «ΔS—w»при разных температурах развиваются одинаково. Можно наметить два подобных друг другу участка: влагосодержание 0...8% и выше 8%. Таким образом, завершение образования монослоя способствует существенному изменению термодинамической характеристики процесса связывания воды.
Уменьшение энтропии при увлажнении зерна может происходить не только вследствие потери части степеней свободы, локализованными на активных центрах молекулами воды, но и в результате возникновения высокоэластических сил, останавливающих процесс набухания. Такое уменьшение энтропии связано с эффективным повышением жесткости пространственной сетки биополимеров (благодаря ее объемному расширению). Но главным фактором является связывание воды.
Итак, при увлажнении зерна ΔH<0, ΔS|ТΔS|.
Такое сочетание изменений энтальпии и энтропии снижает свободную энергию в сорбционном процессе, что и определяет его самопроизвольное развитие. В результате термодинамического анализа сорбционного увлажнения зерна других культур получены подобные результаты.
Исходя из уравнения (ХII-23), следует ожидать, что зависимость энергии связи влаги с материалом от р/р0 для различных продуктов должна быть одинаковой. И действительно, данные, полученные для зерна пшеницы, ржи, кукурузы, проса, тритикале, а также крахмала и клейковины, удовлетворительно размещаются на одной кривой. Это позволяет предложить простое уравнение для расчета энергии связи влаги с материалом
где р/р0=0,15...0,85 независимо от температуры процесса.
Таким образом, Е=—<ΔG. Следовательно, в качестве термодинамического потенциала влагопереноса выступает энергия связи влаги. Молекулы воды диффундируют в материале в направлении более высоких значений энергии связи влаги. На рисунке ХII-10 показан график зависимости энергии связи воды от влажности в зародыше и эндосперме пшеницы. На основании взаимного расположения графиков можно заключить, что при влажности зерна ниже 14,5% вода из зародыша должна перемещаться в эндосперм, а при более высокой влажности — в обратном направлении. Такое пересечение графиков происходит и при температуре 30 и 45°С. Таким образом, термодинамически обосновывается возможность переноса влаги из зародыша в эндосперм в условиях, не связанных с прорастанием зерна.
Но наиболее характерным для оценки связывания воды является анализ изменения энтропии. Изменения энтропии имеют отрицательный знак (рис. ХII-11).
По абсолютному значению с повышением влагосодержания они убывают, стремясь к нулю при гигроскопическом влагосодержании.
Это имеет принципиальное значение. Понижение энтропии указывает на повышение порядка структурных элементов зерна на молекулярном уровне. Оно связано не только с образованием гроздей сорбированных молекул воды, но и с повышением степени кристалличности гидратированных белков и углеводов.
Графики «ΔS—w»при разных температурах развиваются одинаково. Можно наметить два подобных друг другу участка: влагосодержание 0...8% и выше 8%. Таким образом, завершение образования монослоя способствует существенному изменению термодинамической характеристики процесса связывания воды.
Уменьшение энтропии при увлажнении зерна может происходить не только вследствие потери части степеней свободы, локализованными на активных центрах молекулами воды, но и в результате возникновения высокоэластических сил, останавливающих процесс набухания. Такое уменьшение энтропии связано с эффективным повышением жесткости пространственной сетки биополимеров (благодаря ее объемному расширению). Но главным фактором является связывание воды.
Итак, при увлажнении зерна ΔH<0, ΔS|ТΔS|.
Такое сочетание изменений энтальпии и энтропии снижает свободную энергию в сорбционном процессе, что и определяет его самопроизвольное развитие. В результате термодинамического анализа сорбционного увлажнения зерна других культур получены подобные результаты.
Исходя из уравнения (ХII-23), следует ожидать, что зависимость энергии связи влаги с материалом от р/р0 для различных продуктов должна быть одинаковой. И действительно, данные, полученные для зерна пшеницы, ржи, кукурузы, проса, тритикале, а также крахмала и клейковины, удовлетворительно размещаются на одной кривой. Это позволяет предложить простое уравнение для расчета энергии связи влаги с материалом
где р/р0=0,15...0,85 независимо от температуры процесса.