Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Груз-конс03.DOC
Скачиваний:
138
Добавлен:
27.10.2018
Размер:
2.57 Mб
Скачать

24. Биологические свойства насыпных грузов

24.1. Дыхание

Дыхание является важнейшим физиологическим процессом в каж­дом организме. Этот процесс протекает в течение всей жизнедеятель­ности организма, поэтому и при хранении зерна, пока клетки его не потеряли жизнеспособности, будет наблюдаться процесс дыхания.

Дыхание – процесс энергетический. В процессе дыхания, за счет окисления органических веществ, клетки получают энергию, необходимую для жизнедеятельности.

Зеленые растения и зерна в колосе восполняют органические вещества, расходуемые при дыхании, за счет энергии фотосинтеза. Дыхание всех семян при хранении будет связано с потерей органических веществ, т.е. приводит к убыли в весе сухого вещества в семенах.

В процессе дыхания происходит трата органических веществ зерна за счет углерода, кислорода и водорода, а количество азота остается неизменным. Дыхание семян, богатых углеводами, происходит за счет этих углеводов. У семян, богатых жирами, мало содержащих или почти не содержащих углево­дов (лен, соя и др.), энергетическим материалом для дыхания являются жиры. Сначала жиры окисляются до сахара, затем сахар расходуется на процесс дыхания.

В зависимости от условий, при которых проис­ходит хранение зерна, различают два типа дыхания: аэробное – с достаточным притоком воздуха, и анаэробное (интрамолекулярное) – с недостаточным притоком или совсем без притока воздуха.

Следствие дыхания зерна при хранении – как бы ни дышали клетки зерна, аэробно или анаэробно, дыхание приводит к:

потере сухого вещества зерна. Расходуемые при дыхании органические вещества зерна превращаются в воду, углекислый газ и спирт, восстановления же органических веществ в зерне не происходит. Величина потерь сухого вещества при дыхании зерна в процессе хранения будет зависеть от энергии дыхания зерна. Чем интенсивнее дыхание клеток зерна, тем больше будет величина потерь;

увеличению количества гигроскопической влаги в зерне и повышению относительной влажности воздуха межзерновых пространств (скважин). Вода, выделяемая в результате окисления энергетического материала при дыхании, в силу гигроскопических свойств зерна, задерживается в нем и увеличивает % влажности зерна. При неподвижном хранении зерновой массы и без ее продувания, в связи с увлажнением зерен за счет дыхания, в силу гигроскопического равновесия будет повышаться и влажность воздуха межзерновых пространств. В условиях, способствующих интенсивному дыханию зерна, возможно значительное увлажнение зерновой массы. Одной из причин, приводящих к «отпотеванию» зерна следует считать его усиленное дыхание при отсутствии обновления воздуха межзерновых пространств. Увлажнение зерновой массы при дыхании в свою очередь будет интенсифицировать процесс дыхания;

изменению состава воздуха межзерновых пространств. В результате дыхания зерна выделяется углекислый газ. При хранении зерновой массы без перемещения углекислый газ, более тяжелый по сравнению с другими газами воздуха, может задерживаться в межзерновых пространствах. Т. о., во внутренней части зерновой массы создаются анаэробные условия, вынуждающие зерна переходить на анаэробное дыхание;

образованию тепла в зерновой массе. В процессе дыхания зерна освобождается энергия. Часть этой энергии клетки используют для внутриклеточной работы (прорастания), другая ее часть в виде тепловой энергии освобождается и поступает в окружающее пространство. В практике хранения зерна сравнительно редко встречаются с явле­нием прорастания. Отсутствие процессов образования новых клеток свидетельствует о незначительности синтетических процессов и большинство освобожденной химической энергии при дыхании будет выделяться в виде тепла. В связи с плохой теплопроводностью зерновой массы тепло, выде­ляемое при дыхании зерна, задерживается в нем. При интенсив­ном дыхании зерна наблюдается значительное выделение тепла, что и является одной из причин самосогревания зерновых масс, а это приводит к весьма нежелательным измене­ниям в качестве и количестве хранящегося зерна.

Характер дыхания зерна при хранений. Представление, о дыха­нии можно составить, зная характер и интенсивность (энергию) ды­хания.

Энергию дыхания при хра­нении можно определить несколькими способами. Наиболее распространенным и широко принятым в физиологии растений является определение энергии дыхания по количеству углекислого газа, выделяемого зерном в процессе дыхания.

Определение выделившегося количества углекислоты позволяет судить об энергии дыхания. Для решения вопроса, является ли дыхание аэробным или анаэробным нужно определить дыхательный коэффициент.

Под дыхательным коэффициентом понимается отношение СО22, где СО2 – объем углекислого газа, выделившегося при дыхании, а О2 – объем поглощенного кислорода. Дыхательный коэффициент может быть и больше и меньше единицы.

Если СО22 > 1, то в клетках зерна идет анаэробное дыхание, так как для образования части углекислого газа кислорода не потребовалось.

Если СО22 = 1, то дыхание носит чисто аэробный характер.

Если СО22 < 1, т. е. объем выделившейся углекислоты меньше объема поглощенного кислорода, следовательно, часть поглощенного кислорода израсходована на процессы, происходящие параллельно с дыханием. Так, прорастание семян, богатых маслом, сопро­вождается окислением жира до сахаров, на что расходуется часть по­глощенного кислорода.

Характер дыха­ния меняется, в зависимости от влажности. В зернах с низкой или кондиционной влаж­ностью не только протекает нормальное аэробное дыхание, но имеют место и анаэробные процессы. Для клеток зародыша в значительной степени характерно анаэробное дыхание.

Дыхательные коэффициенты особенно высоки в сухих зародышах. В сухом зерне, для которого характерны высокие дыхательные коэффициенты, дыхание идет главным образом за счет клеток зародышей.

Регулируя доступ кислорода воздуха к зерновой массе, можно изменить характер дыхания клеток зерна. При ограничении доступа воздуха внутрь зерновой массы по мере расходования кислорода, находя­щегося в воздухе межзерновых пространств, в клетках будет усиливаться анаэробный характер дыхания, будет возрастать величина дыхательного коэффициента.

Рассматривая конечный результат аэробного и анаэробного дыхания зерна, можно считать, что анаэробный характер дыхания зерна несколько выгоднее для системы хранения. При анаэробном процессе дыхания выделяется значительно меньше тепла, чем при аэробном. Кроме того, интенсивность дыхания зерна в анаэробных условиях меньшая по сравнению с аэробными.

Анаэробный процесс дыхания клеток зерна при высокой влажности его приводит к выделению значительного количества этилового спирта. Этиловый спирт оказывает на последние губительное действие. В результате, резко снижается жизнеспособность зерна.

При хранении зерна повышенной влажности, предназначаемого к использованию в качестве посевного материала, анаэробный характер хранения является недопустимым.

Факторы, влияющие на энергию дыхания семян делятся на две группы:

условия, при которых хранится зерно – влажность зерна, температура зерновой массы и степень ее аэрации;

факторы, характеризующие состояние зерна, поступающего в систему хранения – состояние спелости зерна, условия уборки урожая, выполненность и крупнота зерна, наличие дробленых и поврежденных зерен ботанические особенности и ряд других.

Влажность зерна. Чем влажнее зерно, тем интенсивнее оно дышит, так как содержание свободной влаги в клетках является необходимы условием для нормального обмена веществ. Но увеличение энергии дыхания зерна идет не пропорционально увеличению влажности зерна. Существует критическая влажность, при которой резко возрастает энергия дыхания зерна. Начиная с этой влажности, в зерне появляется достаточное количество свободной воды, которая спо­собствует активации гидролитических процессов и процессов обмена веществ в клешах.

Влажность зерна 14,5 – 15,5 % являет­ся критической для всех злаковых культур, включая и пленчатые. Меньшая величина критической влажности у масличных семян по сравнению со злаковыми объясняется высоким процентом содержания жира в масличных семенах.

При влажности зерна ниже критической вся влага находится в связанном состоянии и не может способствовать развитию процессов обмена веществ в клетках. Благо­даря этому в сухом зерне (для злаковых с влажностью 11 – 12 % и для масличных 6 – 7 %) дыхание практически становится равным нулю. Потеря сухого вещества зерна при такой влажности составит 1 % от веса за 100 лет. При хранении сырого зерна (30 % и выше) при положительной температуре (по­рядка 18°) потери в весе сухого вещества могут составить 0,1 – 0,2 % за сутки.

Целесообразно делить зерно на четыре состояния по влажности (сухое, средней сухо­сти, влажное и сырое) в таких узких пределах как 14 – 17 %.

Энергия дыхания сухого зерна ничтожна. Сухое зерно устойчиво при хранении и его можно хранить в насыпи с большой высотой. Зер­но средней сухости дышит примерно в 2 – 4 раза интенсивнее сухого, но все же является еще достаточно устойчивым при хранении. Влажное дышит в 4 – 8 раз интенсивнее зерна средней сухости, а сырое (свыше 17 %) – в 20 – 30 раз энергичнее по сравнению с сухим. Дальнейшее увеличение влажности в сыром зерне лишь усиливает общую картину нарастания энергии дыхания.

Таким образом, влажность зерна является одним из основных фак­торов, влияющих на его сохранность.

Температура зерна. Интенсивность обмена веществ, проте­кающего в клетках организмов, зависит и от температуры. Ферменты, находящиеся в клетках, обладают свойством термолябильности, т. е. чувствительностью к температуре. Каждый фермент имеет свой темпе­ратурный оптимум, при котором его участие в реакциях будет наибо­лее интенсивным.

С повышением температуры увеличивается энергия дыхания зерна при хранении. Но увеличение энергии дыхания зерна с повышением темпера­туры наблюдается только до определенного предела. Повышение температуры до этого предела приводит:

к увеличению скорости химических реакций, происходящих при дыхании;

к повышению подвижности коллоидных мицелл в плазменном геле;

к ускорению диффу­зионных процессов в массе плазменного геля и т. п.

При повышении температуры выше определенного предела проис­ходит разрушение неустойчивых веществ, входящих в структуру клетки. В результате жизненные функции клеток и семени в целом сокра­щаются, а при дальнейшем повышении температуры происходит отми­рание клеток и семя может превратиться в мертвую материю.

Энергия дыхания зерна при хранении растет вместе с ростом температуры по некоторой кривой, которая при температурах до 45° поднимается достаточно медленно, а затем в промежутке от 45 до 55° резко поднимается кверху с тем, чтобы после 55° начать довольно быстро снижаться. Таким образом температура 45 – 55° является критической и она зависит и от влаж­ности зерна.

Снижение энергии дыхания зерна с повышением температуры вы­ше 55° связано с термическим воздействием на белковую плаз­му, приводящим к ее отмиранию.

Тепло, образующееся в зерновой массе в результате дыхания и задерживающееся в ней вследствие ее малой теплопроводности, спо­собствует дальнейшему повышению температуры и является фактором, усиливающим дыхание зерновой массы. Следовательно, снижение температуры зерновой массы при хране­нии является мероприятием, понижающим энергию дыхания зерна.

Доступ воздуха к зерну (степень аэрации зерновой массы) при хранении. Преобладание аэробного или анаэробного процесса дыхания в клетках зерна зависит от доступа кислорода воздуха к последнему.

Семена в хранилищах проявляют значительно большую чувстви­тельность к содержанию кислорода и углекислого газа в окружающем их воздухе, чем зеленые растения.

Процесс анаэробного дыхания (брожения) у всех организмов характеризуется неполным расщеплением органического ве­щества и значительно меньшим выделением энергий, поэтому недостаток энергии орга­низм стремится пополнить ускорением процессов обмена. Высшие растения не обладают способностью покрыть дефицит в энергии за счет интенсификации дыхания. Более высокая по сравнению с растения­ми концентрация веществ в клетках хранящегося зерна не дает возможности клеткам зерна восстановить энергетический баланс, и тем самым зерно, хранящееся в анаэробных условиях, вынуждено бу­дет постепенно совсем прекратить свою жизнедеятельность.

Содержание семян в бескислородных средах (инертные газы, водород, безвоздушное простран­ство) приводит к по­степенному отмиранию клеток зерна. Отсутствие кислорода в атмосфере оказывает большое влияние на всхожесть семян с повышенной влажностью. Действие газа может оказать влияние на жизнедеятельности семян лишь в результате проникновения этого газа через их оболочку. Проницаемость оболочки семени в значительной мере зависит от влажности – проницаемость уменьшается с понижением влажности семян.

Усиленный доступ воздуха к зерну при хранений активизирует процессы дыхания и приводит к большим потерям сухих веществ зерна. Активное общение зерна с воздухом необходимо только для сохранения жизнеспособности зерна в партиях, предназначенных к использованию в качестве посевного материала. Активное общение зерна с воздухом целесообразно лишь при усло­вии, если это будет способствовать снижению влажности или температуры зерна.

Состояние спелости зерна. Уста­новлено, что недозрелые зерна обладают зна­чительно большей энергией дыхания, чем нахо­дящиеся в более поздней стадии спелости.

Зерна, не закончившие на растении процесса дозревания, имеют повышенную энергию дыхания по сравнению с нормально дозревшими. Зерно, захваченное на корню морозом («морозобойное»), дышит более энергично, максимальная энергия дыхания и в наиболее поврежденных зернах или захваченных морозом в более ранних стадиях развития.

Подмоченные и впоследствии высушенные зерна, при хранении обладают большей энергией дыхания по сравнению с зернами такой же влажности, но не подвергавшимися подмочке. Зерна, прошедшие стадию прорастания, а затем высу­шенные, также обладают повышенной энергией дыхания.

Выполненность и крупнота зерна. Всякая зерновая мас­са состоит из зерен различной величины и различной степени выполнен­ности.

Зерна щуплые и мелкие дышат значительно интенсивнее, чем зерна выполненные и крупные. Повышенная энергия дыхания щуплых зерен объясняется наличием у них большей активной поверхности на единицу объема, чем у зерен выполненных. Кроме того, щуплые зерна в связи с их большей гигроскопичностью будут иметь влажность, превышающую величину средней влажности зерновой массы.

Целость зерен. Нарушение целости зерен – повреждение их оболочек, раздробление на части и т. п. – приводит к увеличению энергии дыхания зерновой массы. Дробленые зерна и зерна с повреж­денными оболочками дышат значительно интенсивнее по сравнению с целыми зернами.

Ботанические особенности. На продолжительность процесса послеуборочного дозревания влияют ботанические особенности зерна. Особенно резкие отличия наблюдаются по тем культурам, у которых различные сорта зерна сильно различаются по анатомическому строению, по размерам пор, а также по свойствам плазменных гелей.

Зерно, содержащие фракции недозрелых, морозобойных, щуплых, дробленых зерен и зерен с другими дефектами, обладают повышенной энергией дыхания. Они менее устойчивыми при хранении и требуют особенно тщательного наблюдения и режимов, обеспечивающих их наибольшую консервацию. Такие партии не рекомендуется для закладки на длительное хранение.