# Обработка и хранение продукции растениводства

5B007280 - Технология перерабатывающих производств __ст.преводаватель__ Саидов А.М.

## Лекция 2

ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, ПРОИСХОДЯЩИЕ В ЗЕРНОВОЙ

МАССЕ ПРИ ХРАНЕНИИ

Цель: сформировать представления о физиологических процессах происходящих в зерновой массе

План

1 Дыхание зерна и семян

2 Самосогревание зерновых масс

3 Проростание

4 Послеуборочное дозревание

1 Дыхание зерна и семян

Любая партия зерна и семян в практике хранения называется зерновой массой. А поскольку зерновая масса — это совокупность живых организмов (зерно и семена основной культуры, примеси различного происхождения, микроорганизмы), то она будет устойчива при хранении, если нежелательные физиологические процессы в ней не происходят или они очень сильно замедлены. Иными словами, зерно хранится успешно, если оно находится в состоянии анабиоза.

Зерна и семена, а также другие живые компоненты зерновой массы для поддержания своей жизнедеятельности получают необходимую энергию в процессе гидролиза (распада) запасных питательных веществ под действием ферментов.

Дыхание обеспечивает энергией клетки семян за счет окисления органических веществ, главным образом сахаров, под действием окислительно-восстановительных ферментов.

От газового состава воздуха межзерновых пространств зависят характер и интенсивность дыхания.

При достаточном доступе кислорода в зерновой массе преобладает нормальное (аэробное) дыхание, которое можно выразить суммарным уравнением

С6Н12О6 + 6О2 = СО2 + 6Н2О

При недостатке кислорода полного окисления органических веществ не происходит, в зерне идет процесс анаэробного (интрамолекулярного) дыхания (спиртового брожения), выражаемого суммарным уравнением

С6Н12О6 2С2H5OH + 2СО2

В зерновой массе накапливается спирт, что вызывает быструю потерю жизнеспособности семян, но кормовые достоинства такой зерновой массы не изменяются.

Однако следует иметь в виду, что при влажности свыше 40 % в зерновой массе

параллельно со спиртовым может начаться молочнокислое брожение, при котором из глюкозы образуется молочная кислота.

Кормовые достоинства зерновой массы существенно ниже, чем зерна.

С6Н12О6 2СН3СН(ОН)СООН

Анаэробное дыхание зерновой массы нежелательно, так как накопление этилового спирта и других промежуточных продуктов дыхания может привести к гибели зародыша, т. е. потере всхожести семян.

Вид дыхания зерна можно определить по его дыхательному коэффициенту — отношению объема выделенного диоксида углерода к объему поглощенного кислорода.

При отношении, равном единице, идет аэробное дыхание;

Если это отношение меньше единицы, то часть кислорода расходуется на другие процессы в зерновой массе;

Дыхательный коэффициент больше единицы бывает в том случае, когда наряду с аэробным идет и анаэробное дыхание, и чем больше выделяется углекислого газа и меньше поглощается кислорода, тем больше его доля.

Дыхание зерна при неблагоприятных условиях приводит к необоснованным потерям его сухой массы, а также к повышению температуры и влажности в зерновой массе, что негативно сказывается на результатах хранения. Потери тем больше, чем интенсивнее дыхание.

Факторы, влияющие на интенсивность дыхания. На интенсивность дыхания влияют влажность и температура зерновой массы, газовый состав воздуха межзерновых пространств, а также качество зерна (ботанические особенности, зрелость, выполненность и крупность, травмированность и наличие проросших зерен или семян)

Дыхание сухого зерна ничтожно мало, но оно резко возрастает при появлении в зерне свободной влаги. Такая влажность зерна или семян называется критической и характеризуется значениями, указанными в табл. 2.5.

Таблица 2.5. Критическая влажность зерна (семян) некоторых культур, %

Культура | Критическая влажность, %
Пшеница, рожь, ячмень, овес, семена злаковых кормовых трав | 14,5–15,5
Горох, вика, семена бобовых кормовых трав | 15–16
Подсолнечник, рапс, лен | 9–11
Кукуруза, просо, сорго, свекла, лук | 12,5–14,0

В докритическом диапазоне влажности вся вода в зерне или семенах прочно удерживается коллоидными веществами и недоступна живым компонентам зерновой массы. Зерно и семена при влажности ниже критической очень устойчивы и могут храниться в насыпях довольно большой высоты (20–30 м).

- Сухое зерно имеет невысокую интенсивность дыхания. За год хранения при температуре 10−20 оС 1 т сухого зерна (с влажностью до 14 %) теряет за счет дыхания 100 г (0,01 %) массы.

- У зерна средней сухости (от 14,1 до 15,5 %) интенсивность дыхания примерно в 1,5−2 раза выше, чем у сухого.

- Влажное зерно (влажность 15,5−17 %) разных культур резко увеличивает интенсивность дыхания: пшеницы — в 4−8 раз, овса в 2−5, кукурузы — в 8,5−17 раз по сравнению с зерном средней сухости.

Другим важным фактором, определяющим интенсивность дыхания зерновой массы, является ее температура. Чем она ниже, тем слабее дыхание.

Зерновая масса считается охлажденной в первой степени, если имеет температуру ниже 10 оС (до 0 оС). Жизнедеятельность всех компонентов зерновой массы при такой температуре резко снижена.

Глубокий анабиоз зерновой массы обеспечивает охлаждение ее до отрицательных температур. Такое зерно считается охлажденным во второй степени и сохраняется практически без потерь.

Однако если в зерновой массе будет свободная вода, она при отрицательных температурах замерзнет, а образовавшиеся кристаллы льда травмируют клетки и вызовут гибель зародыша.

В сухих же семенах связанная вода не замерзнет даже при температуре жидкого азота (−196 оС). На этой основе разработаны методы многолетнего хранения семян в селекционном процессе.

При хранении зерновых масс продовольственного и кормового назначения наибольшее значение имеет не вид или характер, а интенсивность дыхания.

Если дыхание замедлено (интенсивность его очень низкая), то оно не оказывает отрицательного влияния на сохранность и качество зерна и семян, происходят только незначительные потери массы (в пределах норм естественной убыли), за год не превышающие, как правило, 0,1−0,2 % при правильном хранении сухого зерна.

При хранении очень сырого зерна (с влажностью более 20 %), находящегося в неохлажденном состоянии, такие же потери массы сухого вещества могут произойти за сутки.

При интенсивном дыхании происходят не только потери в массе, но и значительные потери в качестве зерна и семян.

Самым отрицательным следствием дыхания в этом случае является выделение большого количества тепла, приводящего к самосогреванию зерновой массы.

2 Самосогревание зерновых масс

Сущность явления самосогревания. Самосогреванием зерновой массы называется явление самопроизвольного повышения ее температуры вследствие протекающих в ней физиологических процессов и плохой теплопроводности.

При запущенном самосогревании температура зерновой массы может подняться до 70−75 ºС. Самосогревание приводит к потерям в массе зерна, снижению его посевных и технологических качеств.

Физиологической основой самосогревания является дыхание всех живых компонентов (зерна, микроорганизмов, вредителей, органических примесей) зерновой массы.

Стадии самосогревания. В начальной стадии самосогревания температура повышается до 24−30 ºС, возникает амбарный или плесенный запах, отдельные зерна темнеют, появляется конденсат. Через 3−7 дней самосогревание переходит во вторую стадию.

Во второй стадии самосогревания температура повышается до 40 ºС, снижается сыпучесть, появляется солодовый запах, зерно темнеет, возникают колонии плесневых грибов, снижается всхожесть, технологические свойства.

Если самосогревание не ликвидировано на этой стадии, температура зерновой массы повышается до 50 ºС и выше, резко снижается сыпучесть, появляется сильный запах разложения. Процесс заканчивается обугливанием зерна, полной потерей сыпучести и всех показателей качества, а иногда происходит возгорание (семена подсолнечника).

Виды самосогревания. Наблюдения при хранении зерна показали, что все случаи самосогревания можно разделить на три вида: гнездовое, пластовое и сплошное.

Гнездовое самосогревание может возникнуть в любой части зерновой массы в результате увлажнения какого-либо участка (неисправность крыши), образования участков в зерновой массе с повышенным содержанием примесей или скопления насекомых в каком-либо участке.

При пластовом самосогревании греющийся слой возникает в зерновой массе в виде горизонтального или вертикального пласта.

Основной причиной пластового самосогревания является термо-
влагодиффузия, когда при наличии перепада температур под воздействием наружного воздуха, стен или пола хранилища появляется конденсационная влага в прилегающих слоях (пластах) зерна. Пластовое самосогревание никогда не возникает в центральных слоях зерновой массы, а только в периферийных.

Сплошное самосогревание — такой вид самосогревания, когда вся зерновая масса находится в греющемся состоянии.

Его причиной может быть запущенная форма пластового или гнездового самосогревания, а также интенсивное дыхание зерна с повышенной влажностью, особенно свежеубранного.

Систематический контроль за температурой хранящегося зерна является гарантией предупреждения и своевременного обнаружения
самосогревания зерна.

Факторы (причины), способствующие возникновению самосогревания зерновой массы и меры по их предупреждению

Основными источниками теплообразования являются само зерно и находящиеся в зерновой массе микроорганизмы. Причем микроорганизмам принадлежит ведущая роль.

При наличии благоприятных условий (повышенной влажности и температуры) суммарного количества тепла, выделяемого этими двумя источниками, вполне достаточно для возникновения и полного развития процесса самосогревания.

Физической основой самосогревания является плохая теплопроводность зерновой массы. Образование тепла в том или ином участке зерновой массы, превышающее отдачу его в окружающую среду, приводит к возникновению самосогревания.

Существенное значение в образовании первоначальных очагов
самосогревания в зерновой массе имеют такие физические свойства, как термовлагопроводность и способность к самосортированию.

Причины возникновения и развития процесса самосогревания можно разделить на три группы:

1) состояние зерновой массы;

2) состояние зернохранилищ и их конструкция;

3) условия содержания зерновых масс и методы ухода за ними.

1) Состояние зерновой массы. На развитие процесса самосогревания влияют влажность, температура, физиологическая активность микроорганизмов зерновой массы.

Самосогревание чаще всего происходит в партиях зерна, заложенных на хранение во влажном или сыром состоянии, увлажненных в процессе хранения.

При наличии капельножидкой влаги в зерновой массе (конденсация водяных паров, подмешивание) процесс протекает интенсивно, даже при общем незначительном повышении влажности зерна.

Возникновение процесса самосогревания зерновых масс с повышенной влажностью зависит от их температуры. Даже в партии сырого зерна развитие этого процесса возможно только при определенном температурном минимуме, который бы обеспечил доскональную физиологическую активность всех компонентов зерновой массы.

Установлено, что при температуре 10−15 оС начальные стадии
самосогревания развиваются очень медленно, а при температуре ниже 8−10 оС оно обычно не возникает.

При температуре выше 20 оС создаются благоприятные условия для развития микроорганизмов, которые в результате жизнедеятельности выделяют дополнительные тепло и влагу.

Физиологическая активность зерновой массы в целом также является важным фактором, способствующим возникновению процесса самосогревания. В свежеубранном зерне, не прошедшем послеуборочного дозревания, в партиях зерна морозобойного, недозрелого, с наличием проросших зерен, с примесью семян сорных растений интенсивность самосогревания резко возрастает.

Правильная организация послеуборочной обработки семян (сушка, очистка от примесей) и хранения снижает возможность его возникновения.

Радикальным средством борьбы с самосогреванием является активное вентилирование зерновой массы охлажденным воздухом, которое позволяет быстро и эффективно ликвидировать очаги самосогревания. Если же отсутствуют установки для активного вентилирования, необходимо принимать активные меры, позволяющие снизить температуру зерна. Это перебрасывание его зернопогрузчиками, пропуск через зерноочистительные воздушно-решетные машины, в результате чего зерно контактирует с атмосферным воздухом и охлаждается. Ручное перелопачивание зерна малоэффективно в борьбе с самосогреванием. Наоборот, оно может привести к дальнейшему всплеску интенсивности физиологических процессов.

2) Состояние зернохранилищ и их конструкций. Степень гидроизоляции зернохранилищ, теплопроводность конструкций, циркуляция воздуха могут способствовать возникновению процесса самосогревания.

При недостаточной гидроизоляции крыши, стен или пола хранилища создаются условия для увлажнения отдельных участков зерновой массы, а следовательно, и ее самосогревание.

Неравномерный обогрев или охлаждение зерновых масс при хорошей теплопроводности стен, пола или крыши приводят к значительным перепадам температур, что обычно является главной предпосылкой к возникновению самосогревания.

Нерегулируемый свободный доступ атмосферного воздуха в хранилище может привести к перепадам температур в зерновой массе, увлажнению определенных ее слоев и активизации микробиологической деятельности, повышению интенсивности дыхания самого зерна. Поэтому хранение в хороших и прочных складах и силосах, позволяющих ограничивать доступ воздуха в определенные периоды времени, особенно весной и осенью, значительно сокращает возможности для развития процессов накопления тепла в зерновой массе.

3) Условия содержания зерновой массы в хранилищах и способы ухода за ней. Из условий этой группы важнейшими являются высота насыпи и соблюдение правил при очистке, сушке и перемещениях зерновой массы. Высота насыпи всегда должна быть увязана с состоянием зерновой массы.

Чем больше ее физиологическая активность и влажность, тем меньше должна быть высота насыпи. Охлажденная и сухая зерновая масса при условии ее достаточной гидро- и теплоизоляции устойчива при хранении и может быть загружена в силосы элеватора высотой 20−30 м и более.

При хранении в складах с горизонтальными полами высота насыпи партий зерна может достигать 4−6 м, а с наклонными полами — намного больше. Насыпь влажного и сырого зерна в складах в теплое время года снижают до 2 м. Однако и это не гарантирует сохранения зерна от возникновения самосогревания. Известны случаи самосогревания зерновых масс с влажностью в пределах или несколько выше критической, заложенных на хранение насыпью высотой всего 1 м.

Различная обработка зерна и перемещение, проводимые без учета свойств зерновой массы и ее состояния, могут форсировать процесс самосогревания. Примером этому может быть перелопачивание теплого или греющегося зерна для охлаждения. При недостаточном охлаждении перелопачиванием достигают лишь аэрирования греющейся зерновой массы, которое приводит к бурной вспышке самосогревания. Такая же картина наблюдается при активном вентилировании зерновой массы, если через нее пропущено недостаточное количество воздуха или в насыпи образуются застойные (непродуваемые) участки.

Зная природу самосогревания зерновой массы и условия его развития, в практике хранения никогда не следует рассчитывать на возможность самоликвидации этого процесса под действием естественного перепада температур. Даже большая разница между температурами греющейся зерновой массы и окружающего ее холодного воздуха в складе (или даже в бунте) не прекращает самосогревания. Известны случаи, когда начавшийся поздней осенью процесс самосогревания в партиях не охлажденного своевременно зерна развивался достаточно быстрыми темпами во внутренних участках насыпи при температуре наружного воздуха −25 оС и ниже. В одной из партий, охваченных сплошным самосогреванием, температура зерновой массы достигла 54 оС, а температура окружающего ее воздуха −34 оС.

3Прорастание

При хранении зерна и семян следует исключить их прорастание, которое совершенно недопустимо, так как сопровождается полной утратой семенных качеств и резким ухудшением технологических достоинств вследствие активного гидролиза запасных питательных веществ.

Прорастание (появление зародышевых корешков и зародышевого стебелька) сопровождается усиленным дыханием, выделением тепла, потерей массы сухого вещества (в течение пяти суток после начала прорастания зерно хлебных злаков теряет 4−5 % сухого вещества). Зерно при этом приобретает солодовый запах и сладкий вкус, т. е. утрачивает свою свежесть.

Прорастание становится возможным в результате накопления зерном капельножидкой влаги (не менее 50 % от массы зерна), которая поступает в зерновую массу при нарушении правил перевозки и хранения (негерметичное хранилище: попадание в него атмосферных осадков через неисправную крышу, доступ грунтовых и талых вод через пол).

Также капельножидкая влага образуется как конденсат при перепадах температур в различных участках зерновой массы вследствие явления термовлагопроводности — переноса влаги с потоками тепла (из теплых участков в холодные). Все эти процессы нельзя допускать при хранении зерна.

4 Послеуборочное дозревание

При правильном хранении в зерновой массе не происходят нежелательные физиологические процессы, а, напротив, в первый период хранения свежеубранного зерна происходит его дальнейшее дозревание, которое заключается в повышении жизнеспособности семян, их всхожести и энергии прорастания. Отмечается также улучшение технологических качеств в небольших пределах: повышается качество сырой клейковины в зерне пшеницы, увеличивается выход масла при переработке маслосемян. Комплекс сложных биохимических процессов в зерне и семенах при хранении, приводящих к улучшению их посевных и технологических качеств, получил название послеуборочного дозревания.

В процессе послеуборочного дозревания происходят уменьшение содержания в зерне водорастворимых веществ, постепенное снижение активности ферментов, сокращение интенсивности дыхания, а также синтез сложных химических веществ (белков, крахмала, жиров). В результате зерно становится физиологически зрелым и вступает в состояние покоя, приобретая повышенную устойчивость при хранении. Послеуборочное дозревание происходит только в том случае, если синтетические процессы в семенах преобладают над гидролитическими. А для этого необходимо, чтобы зерно находилось в сухом состоянии (с влажностью ниже критической). Это главное условие для нормально протекающего процесса дозревания. В свежеубранном зерне с повышенной влажностью преобладание процессов гидролиза приводит не к уменьшению физиологической активности, а к ее дальнейшему росту. Семена не только не улучшают своих посевных качеств, но могут и снизить их. Послеуборочное дозревание в таких партиях зерна не происходит.

Важнейшим условием, обеспечивающим процесс послеуборочного дозревания, является температура. Семена дозревают только в условиях положительной температуры и наиболее интенсивно — при 15−30 оС. Поэтому в первый период хранения сухие свежеубранные семена не следует значительно охлаждать. Наиболее интенсивно послеуборочное дозревание протекает при активном доступе воздуха к семенам. Недостаток кислорода и накопление в зерновой массе диоксида углерода замедляют дозревание. При благоприятных условиях хранения процесс послеуборочного дозревания семян основных злаковых культур заканчивается в течение полутора-двух месяцев. Таким образом, послеуборочное дозревание имеет не только технологическое, но и экономическое значение.

Контрольные вопросы

1 Факторы, влияющие на интенсивность дыхания?

2 Условия содержания зерновой массы в хранилищах и способы ухода за ней?

3 Причины возникновения и развития процесса самосогревания?