Жизнедеятельность зерна
Дыхание – это нормальный процесс жизнедеятельности зерна при хранении. Кроме того, в свежеубранных зернах идут биохимические процессы, получившие название послеуборочного дозревания. При неправильном хранении зерновых масс наблюдается прорастание зерен. Зерна для поддержания жизни получают необходимую им энергию в процессе диссимиляции запасных органических веществ, главным образом сахаров. Расходуемые сахара пополняются в результате гидролиза крахмала или окисления жиров. Диссимиляция сахаров может происходить аэробно, то есть окислением, или анаэробно. При хранении зерна наблюдаются оба вида диссимиляции.
Аэробный процесс диссимиляции происходит при аэробном дыхании, когда наблюдается полное окисление гексозы (глюкозы) с выделением исходных продуктов фотосинтеза - диоксида углерода и воды. При анаэробном дыхании идет анаэробная диссимиляция, которая представляет собой спиртовое брожение, при этом гексоза расщепляется с образованием этилового спирта. При достаточном доступе воздуха в зерне преобладает процесс аэробного дыхания.
Представление о типе дыхания можно получить по дыхательному коэффициенту ДК = CO2 : О2. При полностью аэробном дыхании ДК = 1. При анаэробных процессах увеличивается количество выделяемого диоксида углерода (без потребления кислорода воздуха). Если часть кислорода семена расходуют не только на дыхание, но и на другие нужды, например на окисление жиров, дыхательный коэффициент меньше единицы. Это характерно для семян масличных культур.
Величина дыхательного коэффициента у зерна злаковых и семян бобовых культур при хранении всегда больше единицы при низкой влажности зерна, приближается к единице у зерна влажностью 16 - 17% и меньше единицы при влажности более 17%. В результате диссимиляции в зернах происходят такие изменения, как потеря массы сухих веществ зерна, увеличение гигроскопической влаги в зерне и повышение влажности воздуха межзерновых пространств, изменение состава воздуха межзерновых пространств, выделение тепла. Вода, выделяющаяся при дыхания, удерживается зерном. В результате увеличивается его влажность, что приводит к более интенсивному газообмену и создает условия для развития микроорганизмов.
Влагонасыщенность воздуха межзерновых пространств может возрастать до предела и приводить к образованию конденсата на поверхности зерен — их «отпотеванию». Такие явления особенно характерны для свежеубранной зерновой массы. В результате дыхания зерна выделяется также диоксид углерода. Если хранящееся зерно не перемещают, то диоксид углерода задерживается в межзерновых пространствах. В зерновой массе создаются условия, вынуждающие живые организмы переходить на анаэробный тип дыхания. Продукт анаэробного дыхания - этиловый спирт. Он угнетающе действует на функции клеток и приводит к потере жизнеспособности зерна. Особенно это наблюдается во внутренних участках большиx насыпей и в достаточно герметичных хранилищах. В процессе диссимиляции освобождается энергия. В покоящихся зернах почти все тепло выделяется в окружающую среду. Образующееся в зерновой массе тепло вследствие ее плохой теплопроводности может задерживаться в ней и приводить к самосогреванию. Таким образом, при дыхании зерна происходят потери массы сухого вещества, увеличивается влажность зерновой массы, изменяется состав воздуха межзерновых пространств и накапливается тепло. Все это приводит к необходимости организации хранения зерновых масс в условиях, сокращающих до минимума процессы дыхания.
Факторы, влияющие на интенсивность дыхания
Интенсивность процесса дыхания выражают несколькими показателями:- потерей массы сухих веществ (в миллиграммах или процентах),
- количеством тепла, выделяемого при дыхании (калориметрически),
- количеством поглощенного кислорода или выделенного диоксида углерода. Для определения интенсивности дыхания используют различные аппараты.
Критическая влажность зерна и семян
Чем зерно влажнее, тем интенсивнее оно дышит. Интенсивность дыхания очень сухих зерен (пшеницы, ржи, ячменя, овса, кукурузы и бобовых влажностью до 11 - 12% и высокомасличных влажностью 4...5%) ничтожна. Наоборот, очень сырое зерно (влажностью более 30%) и семена масличных (влажностью более 15...20 %), находящиеся в неохлажденном состоянии при свободном доступе воздуха, теряют 0,05...0,2 % сухих веществ в сутки.Влажность, при которой в зерне появляется свободная влага и резко возрастает интенсивность дыхания зерна и семян, называют критической.
Величины критической влажности зерна и семян различных культур следующие (%):
Зерно и семена основных злаковых культур влажностью до 14 % (ниже критической) устойчивы. Их можно хранить в насыпи большой высоты (до 30 м и более). Зерно средней сухости, находящееся на грани критической влажности, дышит примерно в два - четыре раза интенсивнее сухого, но у него малый газообмен, поэтому такое зерно достаточно устойчиво при хранении. Влажное зерно дышит в 4…8 раз интенсивнее сухого, сырое (влажностью свыше 17 %) - в 20...30 раз энергичнее сухого.
Температура зерновой массы с повышением температуры интенсивность дыхания зерна увеличивается.
При высоких температурах (50°С и более) интенсивность дыхания снижается вследствие разрушения веществ, входящих в состав клеток зерна (белков, ферментных систем и др.).
Влияние температуры на дыхание зерна зависит и от времени воздействия данной температуры. Так, максимальная интенсивность дыхания зерна пшеницы при температуре 50...55°С проявляется только короткий срок.
При пониженных температурах газообмен резко снижается.
При температуре 0 и 10°С интенсивность дыхания зерна даже влажностью 18 % ничтожна. Критическая влажность зерна пшеницы отчетливо проявляется лишь при температуре 18°С и выше. Поэтому для сохранения зерна так важно поддерживать пониженные (до 10°С) температуры.
Состав газовой среды. Интенсивность и характер дыхания зерна и семян напрямую зависят от состава окружающей среды. Только в присутствии кислорода возможно их нормальное (аэробное) дыхание. Особенно это важно для семян с влажностью, близкой к критической или выше ее. На сухое же зерно существенно не влияют даже большие концентрации диоксида углерода и отсутствие кислорода, так как интенсивность дыхания у такого зерна ничтожно мала.
При длительном хранении зерновых насыпей без перемещения и вентиляции в межзерновых пространствах иногда создаются условия для накопления диоксида углерода и потери кислорода. Состав газовой среды чаще изменяется в зерновых массах, хранящихся во железобетонных силосах элеватора, а также в складах из камня, кирпича и железобетона с плотными полами (асфальтовыми и т.п.)
Таким образом, зерновые массы (основных зерновых и бобовых) влажностью ниже критической на 2-3% довольно длительное время сохраняют всхожесть и энергию прорастания без обмена окружающего газового состава воздуха. Зерновые массы влажностью, близкой к критической и выше, при недостатке кислорода теряют посевные качества в первые месяцы хранения.
Интенсивность дыхания зависит от вида зерна. Так, дыхание у зерен кукурузы, проса, овса, семян подсолнечника более интенсивное, чем у пшеницы, ржи, ячменя, бобовых. Примесь недозрелых, щуплых, травмированных, проросших зерен резко увеличивает интенсивность дыхания.
Зерновые массы влажностью, близкой к критической и выше, при недостатке кислорода теряют посевные качества в первые месяцы хранения.
Все зерновые массы, содержащие зерна с различными отклонениями, характеризуются повышенной интенсивностью дыхания и менее стойки при хранении.
Послеуборочное созревание
Партии свежеубранного зерна еще не обладают хорошими технологическими качествами, т.к. ко времени уборки зерно не достигает полной физиологической спелости, в нем не закончены процессы вторичного синтеза. При благоприятных условиях хранения в зерне повышается энергия прорастания, и улучшаются некоторые технологические свойства: уменьшается количество водорастворимых веществ и небелкового азота, из сахаров синтезируется крахмал, из жирных кислот и глицерина – жир.
Комплекс процессов, происходящих в зерне при хранении, называют послеуборочным созреванием.
По мере завершения этих процессов активность ферментов и интенсивность дыхания зерна понижаются, оно становится физиологически зрелым и вступает в состояние покоя.
Послеуборочное дозревание происходит только в тех случаях, когда процессы синтеза в семенах преобладают над гидролизом. И возможно это только при низкой влажности зерна.
В свежеубранном зерне повышенной влажности преобладают процессы гидролиза. В этих условиях посевные качества семян не только не улучшаются, но могут и снизиться. Поэтому необходимо принимать срочные меры для консервации семян сушкой или охлаждением. Тепловая сушка не только останавливает гидролитические процессы, но и способствует послеуборочному дозреванию.
На ход процессов послеуборочного дозревания в большой степени влияет температура. Семена дозревают только при положительной температуре и наиболее интенсивно при 15...30°С. Поэтому в первый период хранения сухие свежеубранные семена сильно не охлаждают. С помощью сушки процессов дозревания протекают в течение 1...2 мес.
Если семена повышенной влажности нельзя высушить, то их консервируют охлаждением (но не промораживанием). Послеуборочное дозревание завершается через некоторое время после снижения влажности и повышения температуры. Недостаток кислорода и накопление в зерновой массе диоксида углерода замедляют дозревание, а иногда даже снижается первоначальная всхожесть семян.
В северных районах страны благоприятные условия для послеуборочного дозревания зерна трудно обеспечить. В некоторые годы урожай здесь убирают в дождливую погоду, в результате зерно поступает на хранение с повышенной влажностью. Только сушка или временное охлаждение позволяют сохранить жизнеспособность и хорошую всхожесть зерна.
Таким образом, первый период хранения зерновых масс нового урожая по активности и многообразию протекающих в них процессов наиболее сложен. В это время необходимы специфический подход к организации хранения партии зерна с различной влажностью и систематический контроль за его состоянием. В этот период рекомендуется проводить ежедневной проверки температуры свежеубранной зерновой массы и наблюдать за ее состоянием.
Прорастание зерна при хранении
Прорастание сопровождается интенсивным дыханием зерна, значительным выделением энергии, большими потерями сухих веществ (иногда до 45-47%), ухудшением технологических качеств.
Прорастание зерна любого целевого назначения при хранении недопустимо.
Влажность - единственный фактор, ограничивающий возможность прорастания зерна во время хранения. Другие условия, способствующие прорастанию (температура и кислород), присутствуют практически всегда.
Для прорастания зерна необходимо наличие капельно-жидкой влаги, позволяющей семенам набухнуть и начать прорастать.
При правильной организации хранения в зерновых массах нет капельно-жидкой влаги. Она образуется только в результате термовлагопроводности (при значительных перепадах температур) или попадает в зерно при неисправности стен, крыши или пола хранилищ, то есть в результате подмочки атмосферными или грунтовыми водами. Любой случай прорастания зерновых масс рассматривают как результат неправильного или небрежного хранения, отсутствия наблюдений за данной партией.