Календарь статей
«    Сентябрь 2017    »
ПнВтСрЧтПтСбВс
 123
45678910
11121314151617
18192021222324
252627282930 
Архив статей
Сентябрь 2017 (3)
Август 2017 (5)
Июль 2017 (4)
Июнь 2017 (8)
Май 2017 (9)
Апрель 2017 (6)


Яндекс.Метрика

Факторы, влияющие на интенсивность дыхания зерна

Интенсивность дыхания зерновой массы зависит от следующих основных факторов: влажности, температуры, доступа свежего воздуха, исходного состояния и качества, ботанических особенностей, длительности хранения и наличия органических примесей.
Влажность зерновой массы. Влагу, связанную с веществами зерна (так называемую связанную влагу), следует отличать от свободной влаги. К свободной относится обычная влага, испаряемая с открытой поверхности (например, водоемов, каких-либо сосудов). Согласно этому определению к свободной относится влага, не задерживающаяся на поверхности твердых тел. Например, влага, оставшаяся на поверхности зерна после моечных машин в виде пленки смачивания, как показано ниже, уже считается связанной с зерном силами поверхностного натяжения.
Удельная теплота парообразования связанной влаги (кДж/кг вл)

Факторы, влияющие на интенсивность дыхания зерна

Согласно классификации П.А. Ребиндера все формы связи влаги делятся на три группы: физико-механическую, физико-химическую и химическую.
Физико-механическая — наименее прочно связанная с материалом зерна влага. К ней относится влага смачивания, т. е. влага на поверхности зерна, а также капиллярно-связанная влага, заполнившая макро- и микрокапилляры в результате непосредственного соприкосновения зерна с водой или путем сорбции пара из влажного воздуха. Считается, что физико-механически связанная влага сохраняет свои исходные свойства, т. е. свойства обычной воды. Однако, по данным Е.Д. Казакова, эта влага, попав в капилляры зерна, испытывает в них напряжение растяжения и имеет пониженную плотность. Она вступает не только в физическое взаимодействие, но и в химическую связь с материалом стенок капилляра, сохраняя при этом (на начальных этапах процесса взаимодействия) свои физические свойства. Co временем в капиллярносвязанную влагу переходят растворимые вещества зерна, и состав раствора, в виде которого она проникла в капилляр, изменяется, в том числе в результате процессов, протекающих в самом растворе.
Таким образом, на начальных этапах взаимодействия с материалом зерна (например, при искусственном увлажнении), когда основная масса физико-механически связанной влаги практически не утрачивает свои исходные свойства (особенно находясь в форме влаги смачивания), ее можно удалить механическим способом или испарением, затратив дополнительную энергию лишь на преодоление сил поверхностного натяжения пор, макро- и микрокапилляров. По мере изменения состава (т. е. концентрации) раствора энергия связи этой влаги с материалом зерна возрастает.
Физико-химическая связь прочнее физико-механической. К ней относят осмотически и адсорбционно связанную влагу. Осмотически связанная влага (влага набухания) проникает внутрь коллоидного тела (зерно) через полупроницаемые оболочки (мембраны) клеток под действием осмотического давления. Считается, что осмотически связанная влага коллоидных капиллярно-пористых тел по своим свойствам не отличается от обычной воды. Однако применительно к зерну осмотически связанная влага имеет свои особенности. Как показали исследования Е. Д. Казакова и других авторов, в результате проникновения в клетку эта влага изменяет свою форму и свойства. Вначале она становится составной частью цитоплазмы и клеточного сока, заполняющего вакуоли. Затем она вступает в различные физические и химические взаимодействия с компонентами клеток, т. е. происходят внутриклеточные превращения. Таким образом, для удаления осмотически связанной влаги необходима дополнительная теплота не только для преодоления сил осмотического давления, но и для разрыва ее связи на внутриклеточном уровне.
Адсорбционно связанная влага образует на активной поверхности зерна (силовое поле которой образуют энергетически ненасыщенные молекулы и ионы, мерой свободной энергии которых является поверхностное натяжение) слой сорбции водяного пара из атмосферы толщиной в несколько сотен диаметров молекул воды. Формирование этого полимолекулярного слоя начинается с первого слоя сорбированной влаги толщиной в одну молекулу воды — так называемого мономолекулярного слоя. Каждая из входящих в состав этого слоя молекула воды, будучи диполем, притягивается к точке сорбции одним из своих положительно или отрицательно заряженных концов (т. е. принимает ориентированное положение), утрачивает подвижность и создает на своей наружной поверхности новое силовое поле с новой совокупностью точек возможной сорбции и образования второго слоя сорбированной влаги. Последний, в свою очередь, притягивает третий слой и т.д. с сопутствующим проникновением в глубь тела мономолекулярного и последующих слоев сорбированной влаги и образованием связи не только на внешних, но и на внутренних поверхностях отдельных макромолекул (мицелл). В результате свободная поверхностная энергия смещается с поверхности тела на толщину мономолекулярного сорбированного слоя влаги.
На начальном этапе адсорбции влаги веществами зерна с коллоидными свойствами наряду с выделением теплоты набухания (гидратации) происходит сжатие системы тело — вода (явление контрактации), при котором сумма объемов тела и воды уменьшается, хотя тело, поглощая влагу, увеличивает свои размеры.
Находясь в сжатом состоянии, имея повышенную плотность и большую прочность связи, убывающую от мономолекулярного к последующим слоям, адсорбционно связанная влага способна оказать существенное влияние на характер, направление или интенсивность биохимических процессов, протекающих в зерне.
Для удаления из зерна адсорбционно связанной влаги требуются значительные дополнительные затраты теплоты. Причем вначале ее следует перевести в парообразное состояние, после чего она начинает перемещаться к поверхности зерна.
Химически связанная влага образуется в результате химических реакций и является наиболее прочной. В этом случае вода входит в состав веществ зерна в точных количественных соотношениях и ее можно удалить только химическим воздействием либо прокаливанием материала.
Наличие тех или иных форм связи влаги предопределяется структурой материала и его химическим составом. Все материалы подразделяют на три группы: капиллярно-пористые, коллоидные, коллоидные капиллярно-пористые. В капиллярно-пористых материалах влага удерживается капиллярными силами (силами поверхностного натяжения), в коллоидных преобладает осмотическая влага, в коллоидных капиллярно-пористых материалах содержится как капиллярная, так и осмотическая влага. Как известно, зерно относится к группе коллоидных капиллярно-пористых материалов.
Влага имеет большое значение для всех жизненных процессов зерна. Например, в наибольшей мере утратившая свойства обычной воды, химически и адсорбционно связанная влага (особенно мономолекулярный слой и близкие к нему слои сорбированной влаги), в силу повышенной прочности связи, при нормальных условиях хранения не может перемещаться из клетки в клетку и почти не участвует в реакциях обмена веществ зерна, достигшего состояния полной физиологической зрелости. Влага же, в наименьшей мере утратившая свойства обычной воды, капиллярно- и осмотически связанная, в силу меньшей прочности связи является одним из движущих факторов реакций обмена веществ, может участвовать в реакциях гидролитического характера, включающих превращение крахмала в сахар, сложных белков в простые, в разложении жира на глицерин и жирные кислоты, может перемещаться из клетки в клетку.
Для количественной характеристики состояния зерна по влажности используют приведенную в табл. 3.1 классификацию.
При сушке с целью последующей закладки зерна на длительное безопасное хранение из зерна в обязательном порядке следует удалить физико-механическую и осмотически связанную влагу. Жизнедеятельность и дыхание зерна, просушенного до сухого (в соответствии с табл. 3.1) состояния, происходят медленно (почти приостанавливаются), и хранение такого зерна протекает нормально.
Факторы, влияющие на интенсивность дыхания зерна

При увеличении влажности зерна его жизнедеятельность усиливается и создаются благоприятные условия для развития микроорганизмов и активизации вредителей зерна. Все это приводит к самосогреванию зерновой массы, в результате чего качество зерна ухудшается.
Влажность, при которой в зерне появляется влага, способная перемещаться из клетки в клетку и участвовать в реакциях гидролитического характера и обмена веществ, и в результате чего резко возрастает интенсивность дыхания, называется критической. Значение последней для различных культур зависит от их химического состава и в условиях хранения при температуре 18...25 °C и относительной влажности воздуха до 70 % находится в пределах средней сухости зерна и семян (см. табл. 3.1).
Низкая критическая влажность масличных культур объясняется значительным содержанием в них липидов — гидрофобных веществ, не способных связывать влагу.
Если, например, критическая влажность крахмально-белкового комплекса семян подсолнечника не должна превышать 14,5 % (в пределах среднего значения для большинства злаковых культур), то при содержании в них 40 % жира их критическая влажность
Факторы, влияющие на интенсивность дыхания зерна

а при содержании жира 50 % — 7,25 %.
Таким образом, даже при одинаковых условиях хранения масличных культур влажность высокомасличных семян всегда должна быть ниже влажности низкомасличных семян.
Температура зерновой массы. Усилению жизнедеятельности зерна (т. е. росту интенсивности дыхания) способствует повышение его температуры в пределах, гарантирующих сохранение жизненных функций зерна. Дальнейшее повышение температуры (выше порога его термоустойчивости, характеризуемой предельной температурой нагрева зерна, при которой полностью сохраняется его исходное качество) приводит к коагуляции белков, инактивированию ферментов и гибели зерна.
Понижение температуры в пределах 0...10 °C снижает интенсивность дыхания даже влажного и сырого зерна. Использование при хранении зерна пониженных температур ограничивается пределом его морозоустойчивости, ниже которого имеет место потеря жизнеспособности зерна.
И термоустойчивость, и морозоустойчивость зерна зависят от его влажности; чем ниже влажность, тем больше пределы термоустойчивости и морозоустойчивости. Для обеспечения наилучших условий хранения зерна в качестве показателей его термо- и морозоустойчивости, согласно рекомендациям М.Г. Голика и Н.Б. Воронюк, следует ориентироваться на показатели, характеризующие его семенные достоинства.
Доступ свежего воздуха к зерну. Избыточный доступ свежего воздуха к зерновой массе повышает интенсивность ее дыхания. Хранение зерна без доступа свежего воздуха (т. е. без вентилирования) сопровождается снижением в воздухе межзернового пространства содержания кислорода и увеличением содержания диоксида углерода. С одной стороны, диоксид углерода угнетающе действует на микрофлору зерна и вынуждает его и клетки ткани переходить на анаэробное дыхание. С другой стороны, при продолжительном хранении в среде с повышенным содержанием диоксида углерода и небольшого количества кислорода зерно теряет свои семенные достоинства. Именно поэтому семенное зерно при хранении подлежит обязательному систематическому вентилированию, а партии зерна продовольственного и фуражного назначения подвергают активному вентилированию исключительно в целях снижения их влажности или температуры.
Длительное хранение семенного материала возможно и в герметичных условиях, но при пониженных температурах и очень низких значениях влажности (примерно в 2,4...1,7 раза ниже влажности, соответствующей сухому состоянию) Создание подобных режимов и условий хранения практически неосуществимо в крупных зернохранилищах и возможно лишь для незначительных количеств семенного материала, например, для генетического фонда растительных ресурсов мира.
Состояние, качество и ботанические особенности зерна. Для зерновой массы, содержащей большое количество недозрелых (в том числе морозобойных) зерен, а также проросших на корню, подмоченных при уборке и транспортировании, щуплых, дробленых и с другими дефектами, характерны повышенная (на 25...50%) по сравнению с нормальным зерном интенсивность дыхания, меньшая стойкость при хранении, подверженность к самосогреванию даже при относительно низкой влажности. По указанным причинам подобные партии зерна, подвергаемого хранению, требуют особенно тщательного наблюдения и по возможности быстрой реализации.
Следует учитывать и то, что при одинаковых условиях хранения интенсивность дыхания зависит от ботанических особенностей зерна; например, она выше у сортов кукурузы, имеющих крупный зародыш, а также у мягкой пшеницы по сравнению с твердой.
Длительность хранения. Естественным результатом дыхания зерна при хранении являются потери им сухой массы, относимые к биологическим потерям, обусловленным жизнедеятельностью зерна влажностью ниже критической. Исследованиями на значительных массах зерна различных культур установлено, что величина этих потерь, а следовательно, и интенсивность дыхания существенно снижаются по мере роста длительности хранения зерна, что учтено при составлении действующих на предприятиях отрасли хлебопродуктов норм и правил расчета естественной убыли зерна, продуктов его переработки, семян трав, кормов травяных и искусственно высушенных, а также семян масличных культур.
Факторы, влияющие на интенсивность дыхания зерна

Как свидетельствует приведенная на рис. 3.1 кривая 1, построенная по действующим нормам естественной убыли, в течение всего процесса хранения зерна пшеницы насыпью в складе возможно снижение его массы в результате дыхания, однако истинный характер интенсивности дыхания можно оценить по кривой (см. рис. 3.1), характеризующей величину прироста допустимой убыли. В первые 15 мес хранения прирост допустимой убыли снижается, а затем стабилизируется и остается на постоянном уровне (0,01 % за каждые три последующих месяца хранения и 0,04 % за каждый последующий год хранения).
Наличие органических примесей. Присутствующие в зерновой массе семена сорных и некоторых культурных растений, относимых стандартом к зерновой или сорной примеси, также как и зерно основной культуры, дышат.
При этом, как показывает практика, влажность этих компонентов зерновой массы, а следовательно, и интенсивность их дыхания значительно выше, чем зерна основной культуры. Причем, как свидетельствуют данные, приведенные в табл. 3.2, это различие наиболее характерно для свежеубранного зерна сравнительно невысокой влажности; для партий зерна более высокой влажности разница в интенсивности дыхания снижается. Таким образом, очевидно, насколько важно своевременное удаление органических примесей из партий зерна с низкой влажностью.
Факторы, влияющие на интенсивность дыхания зерна