Дыхание зерновой массы
Различают аэробное и анаэробное дыхание зерновой массы.
Аэробная дыхания происходит при свободном доступе кислорода. Суммарно его можно выразить следующим уравнением:
Поглощение зерном кислорода и выделение углекислого газа и воды изменяют газовый состав воздуха межзерновых щелей, что может ухудшить сохранность зерна семенного назначения. В зерна повышенной влажности весь объем кислорода межзерновых щелей может быть израсходован в течение первых суток после сбора. Однако в зерновой массе дыхание продолжается и после полного использования кислорода:
В этом случае происходит неполный гидролиз запасных веществ, образуется значительное количество этилового спирта, что приводит к самоотравление и гибели зародыша зерновки.
Процесс дыхания зерна можно оценить с помощью дыхательного коэффициента — отношение объема углекислого газа, выделившегося количеству кислорода, затраченного непосредственно в процессе дыхания. Этот коэффициент равен единице, если процесс точно по уравнению аэробного дыхания. Если на дыхание расходуются вещества, богатые кислородом, чем сахар (щавелевая или винная кислота), то коэффициент дыхания больше единицы. И наоборот, если процесс дыхания происходит за счет веществ с небольшим содержанием кислорода (жирных кислот) и при этом жир превращается в сахар (в семенах масличных культур), то объем кислорода, используемого превышать объем выделенного углекислого газа и коэффициент дыхание будет меньше единицы.
Анализ приведенных выше уравнений показывает, что дыхание зерновой массы сопровождается потерей массы зерна вследствие расхода гексозы, повышением влажности зерна и относительной влажности воздуха между-зернового пространства и изменением его состава, образованием тепла в зерновой массе, сохраняется. При интенсивном дыхании зерновой массы при благоприятных условиях потери сухих веществ могут быть значительными. Потери массы сухого зерна при его хранении называют природными.
Интенсивное дыхание зерновой массы сопровождается ее увлажнением, так как вода, которая выделяется в результате окисления гексозы, сорбируется зернами. Это приводит к увеличению относительной влажности воздуха межзернового пространства и дальнейшего усиления интенсивности дыхания зерновой массы.
При дыхании зерновой массы расходуется кислород и выделяется углекислый газ, в результате чего в насыпи увеличивается содержание углекислого газа и уменьшается содержание кислорода, то есть изменяются условия хранения. В партиях зерна создаются анаэробные условия, сопровождающиеся выделением этилового спирта, который подавляет его жизнедеятельность и приводит к потерям сходства.
Анаэробное дыхание зерна иногда рядом со спиртовым брожением частично сопровождается молочнокислым, при котором из глюкозы образуется молочная кислота и выделяется энергия:
Для того, чтобы предотвратить эти нежелательные явления, зерно семенного назначения надо хранить в условиях с достаточным доступом воздуха.
В процессе дыхания зерновой массы (зерна, семян, микроорганизмов, вредителей) выделяется значительное количество теплоты. Часть ее используется для внутренних преобразований в зерне, а остальные — высвобождается и поступает в окружающее пространство. Поэтому лучшую сохранность зерна можно обеспечить, когда оно в период хранения находится в состоянии анабиоза, то есть в состоянии пониженной жизнедеятельности (снижена интенсивность дыхания).
Интенсивность дыхания определяют по количественным потерями массы сухого вещества зерна, выделенной теплоты, использованного кислорода и выделенного углекислого газа зерновой массой при определенных значениях влажности, температуры и доступа воздуха. Интенсивность процесса дыхания выражают в миллиграммах или в кубических сантиметрах углекислого газа, выделившегося из 1000 г сухого вещества зерна в сутки.
Факторы, влияющие на интенсивность дыхания зерна. Сохранность зерновой массы зависит от интенсивности ее дыхание. Чем она выше, тем труднее сохранить зерновую массу от порчи и тем большие потери ее массы. Интенсивность дыхания зерновой массы зависит от влажности, температуры, степени аэрации, продолжительности хранения ее качества и состояния.
Влажность зерновой массы — важнейший и надежный фактор регулирования ее жизнедеятельности. Влага в зерне является средой, в которой происходят все жизненные процессы. Сухое зерно дышит достаточно медленно. Так, интенсивность дыхания зерна пшеницы, ржи и других злаковых культур с влажностью 11 — 12% практически равна нулю. С повышением влажности зерна в пределах сухого состояния зерновой массы интенсивность дыхания несколько увеличивается, однако остается низкой. Зерно средней сухости дышит в 2 — 4 раза, влажный — в 4 — 8, сырое — в 20 — 30 раз интенсивнее, чем сухое. Однако интенсивность дыхания зерна увеличивается не прямолинейно, а по кривой, которая имеет критическую зону (рис. 2).
Первые порции влаги, поглощаются сухим зерном, усиливают его дыхание незначительно. При достижении зерном определенного уровня влажности (для большинства зерновых культур — около 15%) интенсивность дыхания резко возрастает. Влажность зерна, начиная с
которой резко усиливаются физио-зоолог-биохимические и микробиологические процессы и изменяются условия хранения, называется критической (табл. 5).
Итак, критической влажности зерна соответствует такой ее уровень, выше которого в нем появляется свободная влага, резко усиливается интенсивность дыхания и возникает угроза повреждения микроорганизмами.
Для большинства сельскохозяйственных культур критическая влажность соответствует равновесной влажности зерна, которая устанавливается при 75%-й относительной влажности воздуха. Лучше всего брать за основу влажность воздуха 60%, так как в атмосфере такого воздуха зерно и семена сухие, то есть не имеют свободной влаги. Если влажность окружающей среды выше 65%, возможны увлажнения сухой зерновой массы и ухудшению ее хранения.
Таблица 5. Критическая влажность зерна и семян при температуре
18 — 25 ° С,%
В семенах масличных культур по сравнению с зерном злаковых значение критической влажности меньше, что объясняется значительным содержанием в них липидов — гидрофобных веществ, которые не способны связывать влагу (рис. 3).
По содержанию влаги зерно (семена) бывает сухое, средней сухости, влажное и сырое. Критическая влажность находится в пределах средней сухости зерна (семян). Зерновая масса в сухом состоянии (влажность ниже критической) устойчива при хранении и требует меньшего ухода,
чем во влажном и сыром, так как влажный (сырое) зерно достаточно интенсивно дышит и может портиться при хранении вследствие самосогревания.
Температура зерновой массы. Снижение температуры значительно ослабляет интенсивность дыхания всех живых компонентов зерновой массы и способствует увеличению сроков ее хранения (рис. 4). Чем ниже температура, тем меньше интенсивность дыхания зерна, то есть тем меньше выделяется углекислого газа (табл. 6).
Таблица 6. Интенсивность дыхания зерна, мг СО2 на 100 г абсолютно сухого вещества за 24 часа
Влажность зерна,%
Температура зерна, ° С
10
20
ЗО
40
50
16 18
22
0
1
5
1
18 апреля
18 марта 40
8 ЗО 65
15 85200
Влияние повышенных температур на интенсивность дыхания зерна и его жизненные функции зависит также от времени, в течение которого зерно хранилось в этих условиях. Так, максимальная интенсивность дыхания зерна пшеницы при 50 — 55 ° С проявляется только в течение короткого времени. В зерне, влажность которого выше критической, при продолжении действия высоких температур интенсивность дыхания уменьшается тем быстрее, чем больше его влажность. При пониженных температурах (0 — 10 ° С) интенсивность дыхания зерна очень мала, что позволяет консервировать даже влажное и сырое зерно.
Доступ воздуха к зерну. Интенсивность и характер дыхания зерна и семян напрямую зависят от состава газовой среды. Так, при свободном доступе воздуха к зерновой массы повышается интенсивность его дыхания, поскольку в межзерновых пространствах содержание кислорода достаточен, то есть происходит аэробное дыхание.
В сухом зерне интенсивность дыхания незначительна, поэтому его посевные качества сохраняются дольше. Очевидно, из-за низкой интенсивности дыхания в его клетках почти не образуется продуктов анаэробного разложения.
При отсутствии кислорода происходит анаэробное дыхание зерна, в его тканях накапливается этиловый спирт, и оно быстро теряет жизнеспособность. Однако продовольственные и фуражные свойства такого зерна меньше изменяются, поскольку при анаэробном дыхании выделение тепла уменьшается примерно в 30 раз и не создаются благоприятные условия для развития вредных микроорганизмов. Герметизация зерновой массы и хранение без доступа кислорода — один из технологических приемов консервирования сырого фуражного зерна.
Интенсивность дыхания зерновой массы зависит также от состояния и качества зерна. Во время наблюдения за партиями зерна с различными дефектами выявлены их повышенную интенсивность дыхания и меньшую стойкость при хранении. Так, зерновая масса, содержащая много недозрелых зерен (подмоченных во время уборки или транспортировки, проросших, щуплых, раздавленных и др.)., Менее устойчива при хранении, в результате чего возможно сплошное ее самосогревания.
Следовательно, для повышения устойчивости зерна при хранении его нужно после уборки просушить и быстрее удалить из него все фракции зерна и примеси с повышенной интенсивностью дыхания в процессе очистки и сортировки. Выделенные фракции зерна сниженного качества перерабатывают на комбикорм или хранят отдельно.
На интенсивность дыхания зерновой массы влияют и ботанические особенности культуры. Например, зерно мягкой пшеницы дышит интенсивнее, чем зерно твердой, а интенсивность дыхания зерна пшеницы выше, чем зерна гречихи.