Фізіологічні властивості зернових мас

Реферат на тему:

«Фізіологічні властивості зернових мас»

Зернова маса є складною біологічною системою -- сукупністю живих організмів з приблизно однаковими вимогами до умов життя. Процеси, які відбуваються в зерновій масі в результаті життєдіяльності її компонентів (зерна, насіння культурних рослин та насіння бур'янів, мікроорганізмів, комах, кліщів), називають фізіологічними. Життєдіяльність зернової маси під час зберігання виявляється у вигляді дихання, післязбирального дозрівання, проростання. Ці процеси мають велике практичне значення, оскільки вміння регулювати їх дає змогу зберегти зерно і скоротити втрати ним сухої речовини.

Період, протягом якого зерно й насіння зберігають свої споживчі якості (посівні, технологічні, продовольчі), називають довговічністю. Розрізняють довговічність біологічну, господарську і технологічну.

Біологічна довговічність зерна і насіння означає проміжок часу, протягом якого в партії або зразку їх зберігаються здатні до проростання хоча б одиничні насінини. Особливе значення для практики має господарська довговічність зерна і насіння, тобто період зберігання, протягом якого їх схожість залишається кондиційною і відповідає вимогам державного нормування. Технологічна довговічність -- це строк зберігання товарних партій зерна, протягом якого вони не втрачають своїх якостей для використання на харчові, фуражні й технічні потреби. Технологічні властивості зерна зберігаються довше, ніж насінні За біологічною довговічністю насіння всі рослини поділяють на ікро-, мезо- і макробіотики. Перші зберігають схожість від кількох днів до 3 років, другі -- від 3 до 15 років, треті -- від 15 до 100 років. Насіння більшості сільськогосподарських рослин належить до мезобіотиків і зберігає схожість за сприятливих умов протягом 5 -- Ю років. Найдовговічнішим є насіння бобових (квасолі, бобових кормових трав та ін.), вівса, сорго, пшениці, менш довговічним -- ячменю, кукурудзи, найменш довговічним -- жита, проса, тимофіївки.

Найпоширеніша причина зниження життєздатності насіння при тривалому зберіганні -- поступова дегенерація хроматину в клітинному ядрі, внаслідок чого порушуються процеси поділу клітин. Дослідження природи загибелі насіння під час зберігання та причин їх різної довговічності тривають і нині. Збереженість борошномельних і хлібопекарських властивостей зерна при тривалому зберіганні залежить від його початкових характеристик і ознак. Різкі температурні та механічні впливи на зерно під час зберігання спричинюють значні зміни його якості. Борошномельні та хлібопекарські властивості зерна жита і пшениці через 7-10 років зберігання залишаються переважно без істотних змін.

З подовженням строку зберігання зерна круп'яних культур ядро його стає крихкішим, внаслідок чого зменшується вихід доброякісної крупи. В насінні олійних культур відбуваються розкладання й окислення жирів. Вихід олії з такого насіння не знижується, але вона малопридатна для харчових та деяких технічних цілей. Чим нижчий рівень біологічної активності зернової маси, тим менші втрати нею сухих речовин і тим краща кількісна та якісна збереженість зерна. При зберіганні зерна пшениці, жита, ячменю за оптимальних умов втрати сухих речовин протягом року не перевищують 0,1 %.

Дихання -- важливий фізіологічний процес, який е основою обміну речовин у живих організмах. Під час дихання відбувається процес дисиміляції запасних органічних речовин, переважно цукрів, внаслідок якого виділяється енергія, необхідна для підтримання життєвих реакцій організму. Тільки невелика частина енергії дихання зерна використовується для його потреб; більшість - 95 %) виділяється у вигляді теплоти, зумовлюючи підвищення температури зернової маси, погіршення її збереженості, розрізняють аеробне й анаеробне дихання зернової маси. Аеробне дихання відбувається при вільному доступі кисню. Його можна виразити таким рівнянням:

Поглинання зерном кисню та виділення вуглекислого газу і води змінюють газовий склад повітря міжзернових щілин, що може погіршити збереженість зерна насінного призначення. У зерна підвищеної вологості весь об'єм кисню міжзернових щілин може бути витрачений протягом першої доби після збирання. Однак у зерновій масі дихання триває і після повного використання кисню:

С₆НІ₂О₆ > 2СО₂ + 2С₂Н₅ОН + 118 кДж. Гексоза

У цьому разі відбувається неповний гідроліз запасних речовин, утворюється значна кількість етилового спирту, що призводить до самоотруєння і загибелі зародка зернівки.

Процес дихання зерна можна оцінити за допомогою дихального коефіцієнта -- відношення об'єму вуглекислого газу, що виділився, до кількості кисню, витраченого безпосередньо у процесі дихання. Цей коефіцієнт дорівнює одиниці, якщо процес відбувається точно за рівнянням аеробного дихання. Якщо на дихання витрачаються речовини, багатші на кисень, ніж цукор (щавлева або винна кислота), то коефіцієнт дихання більший за одиницю. І навпаки, якщо процес дихання відбувається за рахунок речовин з невеликим вмістом кисню (жирних кислот) і при цьому жир перетворюється на цукор (у насінні олійних культур), то об'єм кисню, що використовується, перевищуватиме об'єм виділеного вуглекислого газу і коефіцієнт дихання буде меншим за одиницю.

Аналіз наведених вище рівнянь свідчить, що дихання зернової маси супроводжується втратою маси зерна внаслідок підвищення вологості зерна і відносної вологості повітря міжзернового простору та зміною його складу, утворенням тепла в зерновій масі, яка зберігається. При інтенсивному диханні зернової маси за сприятливих умов втрати сухих речовин можуть бути значнішими. Втрати маси сухого зерна при його зберіганні називають Фиродними.

Інтенсивне дихання зернової маси супроводжується її зволоженням, оскільки вода, що виділяється в результаті окислення гексози, і адсорбується зернами. Це призводить до збільшення відносної вологості повітря міжзернового простору та подальшого посилення інтенсивності дихання зернової маси.

При диханні зернової маси витрачається кисень і виділяється вуглекислий газ, внаслідок чого в насипі збільшується вміст вуглекислого газу і зменшується вміст кисню, тобто змінюються умови зберігання. В партіях зерна створюються анаеробні умови, що супрово виділенням етилового спирту, який пригнічує його життєдіяльність та призводить до втрат схожості.

Анаеробне дихання зерна іноді поряд із спиртовим бродінням частково супроводжується молочнокислим, за якого з глюкози утворюється молочна кислота та виділяється енергія:

С₆Н₁₂О₆ > 2СН₃СН(ОН)СООН + 118 кДж .

Для того, щоб запобігти цим небажаним явищам, зерно насіннєвого призначення треба зберігати в умовах з достатнім доступом повітря.

У процесі дихання зернової маси (зерна, насіння, мікроорганізмів, шкідників) виділяється значна кількість теплоти. Частина її використовується для внутрішніх перетворень у зерні, а решта -- вивільняється і надходить у навколишній простір. Тому найкращу збереженість зерна можна забезпечити тоді, коли воно в період зберігання перебуває у стані анабіозу, тобто в стані пониженої життєдіяльності (понижена інтенсивність дихання).

Інтенсивність дихання визначають за кількісними втратами маси сухої речовини зерна, виділеної теплоти, використаного кисню та виділеного вуглекислого газу зерновою масою при певних значеннях вологості, температури і доступу повітря. Інтенсивність процесу дихання виражають у міліграмах або в кубічних сантиметрах вуглекислого газу, що виділився з 1000 г сухої речовини зерна за добу.

Фактори, що впливають на інтенсивність дихання зерна. Збереженість зернової маси залежить від інтенсивності її дихання. Чим вона вища, тим важче зберегти зернову масу від псування і тим більші втрати її маси. Інтенсивність дихання зернової маси залежить від вологості, температури, ступеня аерації, тривалості зберігання її якості і стану.

Вологість зернової маси -- найважливіший і надійний фактор регулювання її життєдіяльності. Волога в зерні є середовищем, в якому відбуваються всі життєві процеси. Сухе зерно дихає досить повільно. Так, інтенсивність дихання зерна пшениці, жита та інших злакових культур з вологістю 11- 12 % практично дорівнює нулю. З підвищенням вологості зерна в межах сухого стану зернової маси Інтенсивність дихання дещо збільшується, однак залишається низькою. Зерно середньої сухості дихає у 2 - 4 рази, вологе -- в 4 - 8, сире -- у 20 - ЗО разів інтенсивніше, ніж сухе. Проте інтенсивність Дихання зерна збільшується не прямолінійно, а по кривій, яка має критичну зону (рис. 2).

Перші порції вологи, що поглинаються сухим зерном, посилюють Його дихання незначною мірою. При досягненні зерном певного рівня вологості (для більшості зернових культур -- близько 15 %) інтенсивність дихання різко зростає. Вологість зерна, починаючи з

Вплив підвищених температур на інтенсивність дихання зерна і його життєві функції залежить також від часу, протягом якого зерно зберігалося в цих умовах. Так, максимальна інтенсивність дихання зерна пшениці при 50 - 55 °С виявляється тільки протягом короткого часу. У зерні, вологість якого вища за критичну, при продовженні дії високих температур інтенсивність дихання зменшується тим швидше, чим більша його вологість. При понижених температурах (О -10 °С) інтенсивність дихання зерна дуже мала, що дає змогу консервувати навіть вологе і сире зерно.

Доступ повітря до зерна. Інтенсивність і характер дихання зерна й насіння прямо залежать від складу газового середовища. Так, при вільному доступі повітря до зернової маси підвищується інтенсивність його дихання, оскільки в міжзернових просторах вміст кисню достатній, тобто відбувається аеробне дихання.

У сухому зерні інтенсивність дихання незначна, тому його посівні якості зберігаються довше. Очевидно, через низьку інтенсивність дихання в його клітинах майже не утворюється продуктів анаеробного розкладання.

При відсутності кисню відбувається анаеробне дихання зерна, в його тканинах нагромаджується етиловий спирт, і воно швидко втрачає життєздатність. Однак продовольчі й фуражні властивості такого зерна менше змінюються, оскільки при анаеробному диханні виділення тепла зменшується приблизно в ЗО разів і не створюються сприятливі умови для розвитку шкідливих мікроорганізмів. Герметизація зернової маси і зберігання її без доступу кисню -- один з технологічних прийомів консервування сирого фуражного зерна.

Інтенсивність дихання зернової маси залежить також від стану і якості зерна. Під час спостереження за партіями зерна з різними дефектами виявлено їх підвищену інтенсивність дихання і меншу стійкість при зберіганні. Так, зернова маса, яка містить багато недозрілих зерен (підмочених під час збирання або транспортування, пророслих, щуплих, роздавлених та ін.), менш стійка при зберіганні, внаслідок чого можливе суцільне її самозігрівання.

Отже, для підвищення стійкості зерна при зберіганні його треба після збирання просушити і якнайшвидше видалити з нього всі фракції зерна й домішки з підвищеною інтенсивністю дихання у процесі очищення й сортування. Виділені фракції зерна пониженої якості переробляють на комбікорм або зберігають окремо.

На інтенсивність дихання зернової маси впливають і ботанічні особливості культури. Наприклад, зерно м'якої пшениці дихає інтенсивніше, ніж зерно твердої, а інтенсивність дихання зерна пшениці вища, ніж зерна гречки.

Пшениці закінчуються протягом 1-1,5 міс, жита 10-15 діб, вівса -- 20 діб, ячменю 6 -- 8 міс. Насіння олійних культур також має певний період післязбирального дозрівання. Насіння кукурудзи після сушіння (видалення надлишкової вологи) зразу стає фізіологічне повноцінним.

Проростання зерна. При різкому порушенні режиму обробки і зберігання зерна в насипу можуть проростати як окремі зерна, так і цілі шари зернової маси. Однак для проростання зерна необхідні певні умови -- достатня вологість, тепло і доступ повітря.

Зерно починає проростати тільки при поглинанні крапельно-рідкої вологи та зволоженні до 40 % і вище, наприклад, при сильному зволоженні зернової маси опадами або ґрунтовою вологою чи в результаті конденсації води за різких перепадів температури.

Якщо для індивідуального розвитку рослини (онтогенезу) проростання зерна -- звичайний етап життєвого циклу, то для зберігання і промислової переробки цей процес небажаний, оскільки призводить до зниження його якості та псування. Проросле зерно має зародковий корінець і брунечку, коричневе забарвлення зародка, збільшений об'єм, понижену сипкість та в'язкість водно-борошнистої суспензії, підвищений вміст розчинних у воді речовин. Вміст сухої речовини в такому зерні значно зменшується, оскільки на проростання й підвищення інтенсивності його дихання витрачається велика кількість органічних речовин.

Якість клейковини пророслого зерна м'якої пшениці змінюється більше, твердої -- менше. Борошно з пророслого зерна солодке на смак, що знижує його хлібопекарські властивості. Крім того, при переробці на борошно змінюються режими підготовки його до розмелювання та самого розмелювання. Найефективнішим заходом підвищення якості хліба з такого борошна на хлібозаводі є збільшення кислотності тіста на 1 - 2°, чого досягають застосуванням рідких дріжджів. При цьому активність осамілази знижується і стан м'якушки випеченого хліба значно поліпшується.

Для підвищення якості житнього борошна з пророслого зерна його сушать при підвищеній температурі (65 - 70°С) або застосовують гідротермічну обробку, зволожуючи перед розмелюванням до 23 -25 % і прогріваючи близько 2 хв при 75 - 78°С. Тривалість зберігання житнього борошна з малопророслого зерна -- 2-3 тижні.

Ретельний контроль за вологістю зерна в різних шарах і ділянках насипу, запобігання утворенню краплинно-рідкої вологи в зерновій масі -- основні заходи запобігання проростанню зерна під час його зберігання. Самозігрівання зернової маси -- це підвищення її температури наслідок фізіологічних процесів, які відбуваються в ній, та низької теплопровідності. Можливе при зберіганні зерна на токах, у зерносховищах, при транспортуванні у вагонах або суднах.

У процесі аеробного дихання сирого й особливо свіжозібраного зерна виділяється теплота, яка підвищує температуру зернової маси навіть при відносно невисоку (0,7-1 м) його насипу. Це пояснюється тим, що теплопровідність зерна дуже низька і майже вся утворювана при цьому теплота витрачається на його нагрівання. Крім того, з підвищенням температури зернової маси посилюється інтенсивність її дихання, внаслідок чого теплота виділяється в значній кількості й акумулюється в зерновій масі. Отже, фізіологічною основою самозігрівання є дихання всіх живих компонентів зернової маси, яке призводить до значного виділення тепла, а фізичною -- її погана теплопровідність. Як наслідок, утворення тепла в тій чи іншій ділянці зернового насипу перевищує віддачу його в навколишнє середовище, тобто викликає самозігрівання.

Самозігрівання, що почалося в зерновій масі, не припиняється мимовільно до повного його закінчення. Цей процес закінчується тільки тоді, коли температура підвищується до меж, яких не витримують живі компоненти зернової маси і гинуть. Тому якщо вжити термінових заходів щодо припинення самозігрівання зернової маси, то воно може повністю втратити посівні, продовольчі, фуражні й технічні якості. Гранична температура зерна при самозігріванні 55-65°С. Самозігрівання свіжозібраного зерна відбувається досить інтенсивно -- граничної температури воно набуває вже через 2-4 доби.

Утворенню і нагромадженню теплоти в зерновій масі сприяють інтенсивне дихання зерна основної культури та зерен і насінин, які входять до складу домішок; активний розвиток мікроорганізмів; інтенсивна життєдіяльність комах і кліщів. Насіння бур'янів, маючи вищу інтенсивність дихання порівняно з інтенсивність дихання основного зерна, сприяє більшому нагромадженню в ньому теплоти. Особливо багато її виділяється в неочищеному зерні з підвищеною вологістю і вмістом зелених часточок рослин та насіння бур'янів.

У процесі життєдіяльності комах та кліщів також виділяється певна кількість теплоти. При великих зараженості зерна і скупченнях шкідників в окремих ділянках насипу виділяється значна кількість теплоти, що також призводить до його самозігрівання. Самозігрівання сухого зерна, яке зберігається при температурі 20 - ЗО °С, може виникнути внаслідок розвитку в ньому комірного довгоносика або тривалого зберігання.

Самозігрівання -- явище комплексне, тобто це результат інтенсивного дихання самого зерна і мікроорганізмів, що містяться у зерновій масі. Однак не будь-яке підвищення температури у зерновій масі треба розглядати як початок розвитку процесу самозігрівання, оскільки температура в ній може підвищуватися, наприклад, через поступове прогрівання у весняний і літній періоди. Інтенсивність, з якою виникає і розвивається процес самозігрівання, залежить від стану зернової маси, стану конструкції зерносховищ, умов зберігання зерна в сховищах і догляду за ним.

При зберіганні зерна ділянка насипу, у якій спостерігається підвищена фізіологічна активність, може стати осередком самозігрівання. Залежно від стану зернової маси та умов зберігання самозігрівання може виникнути в різних частинах насипу. У практиці зберігання зерна розрізняють самозігрівання гніздове, шарове й суцільне.

Гніздове самозігрівання виникає у будь-якій частині зернової маси при наявності однієї з таких причин:

зволоження зернової маси при протіканні дахів або недостатній гідроізоляції стін сховищ;

засипання в одне сховище або одну засіку зерна різної вологості, внаслідок чого створюються осередки (гнізда) з підвищеною вологістю;

наявності в зерновій масі ділянок з підвищеним вмістом домішок і пилу;

скупчення комах і кліщів в одній ділянці насипу.

Отже, гніздове самозігрівання зерна можливе лише при порушенні основних правил його розміщення і догляду за ним.

Шарове самозігрівання зернової маси виникає при зберіганні її в силосах, сховищах, буртах. Називається так тому, що шар зерна, в якому відбувається самозігрівання, міститься в насипі, котрий має вигляд горизонтального або вертикального пласта. Самозігрівання може виникати в нижньому (низове самозігрівання) або верхньому (верхове) шарі насипу, біля стін зерносховища (вертикально-пластове).

Основною причиною шарового самозігрівання є така фізична властивість зернової маси, як термовологопровідність -- переміщення вологи в зерновій масі в напрямі струменя теплоти, що зумовлюється перепадом температур.

Верхове самозігрівання виникає при зберіганні зернової маси переважно в періоди з найбільшим перепадом температури зерна і навколишнього середовища, тобто пізно восени і рано навесні. Горизонтальний пласт зерна, в якому відбувається самозігрівання, розміщений на глибині 0,7 - 1,5 м від поверхні зернового насипу, а товщині останнього у сховищі 1-1,5м -- на глибині 0,15-0*25 м від його поверхні.

Розвиток верхового самозігрівання умовно можна уявити так. Восени в зерносховища закладають недостатньо охолоджене свіжозібране зерно з підвищеною фізіологічною активністю. Внаслідок інтенсивного дихання зерна та інших процесів повітря в міжзерновому просторі нагрівається і зволожується. Потоки теплого й вологого повітря піднімаються вгору, стикаючись на своєму шляху з верхніми шарами насипу, які охолоджені холодним атмосферним повітрям, внаслідок чого відбувається конденсація водяної пари. Температура шару, який зволожується, стає сприятливою для розвитку мікробів та посиленої життєдіяльності зерна.

Навесні і на початку літа, коли внутрішня частина зернової маси має низьку температуру, а верхні її шари прогріваються теплим повітрям, також можливі конденсація водяної пари і посилений розвиток фізіологічних процесів у зерні. Весняне верхове самозігрівання характерне для теплої ранньої весни після зими із сильними морозами. При різкому перепаді температур в цей час спостерігається верхове самозігрівання сухого зерна або зерна, яке довго зберігається.

При верховому самозігріванні у зв'язку з тепломасообмінними процесами у зерновій масі температура внутрішніх її ділянок, що розміщені нижче шару, який нагрівається, підвищується, як правило, повільно. Щоб ліквідувати верхове самозігрівання, верхній пласт зерна знімають, охолоджують, сушать і розміщують в іншому сховищі.

Низове самозігрівання розвивається у нижньому шарі насипу зерна на відстані 0,2 - 0,5 м від підлоги або основи силосу елеватора. Зазвичай виникає влітку або восени при завантаженні свіжозібраного неохолодженого зерна у склади з холодною підлогою. Таке самозігрівання часто супроводжується проростанням та злежуванням зерна в нижньому шарі насипу і при недогляді може призвести до суцільного самозігрівання. Ліквідувати його можна лише активним вентилюванням.

Вертикально-пластове самозігрівання характерне для зернових мас, які зберігаються в металевих бункерах, силосах елеватора або в сховищах, при зволоженні будь-якої стіни, що контактує із зерновою масою. Виникає у вертикальному шарі зерна на відстані 0.5 - 0,6 м від стіни. Йому можна запобігти, якщо стіна засіки буде віддалена на 0,5 - 0,6 м від зовнішньої стіни сховища.

Суцільне самозігрівання можливе в зерновій масі з високою вологістю і великим вмістом недозрілих зерен та домішок, а також коли осередки самозігрівання не ліквідовано. Колір зерна при цьому змінюється до темно-коричневого і навіть чорного. На початку самозігрівання (при температурі до ЗО°С) зерно набуває комірного запаху, незначно темніє, на зародку з'являється плісеневий наліт. Після охолодження і сушіння таке зерно використовують на продовольчі цілі та для підсортовування до зерна нормальної якості.

Під час самозігрівання (температура до 34 -- 38 °С) змінюється якість зерна: знижується сипкість, виникають солодовий запах і плісень, найбільш вологі зерна темніють. Таке зерно на продовольчі цілі непридатне, оскільки хлібопекарські якості його значно погіршуються.

При запущеній формі самозігрівання температура зерна підвищується до 50 °С і більше. Різко знижується сипкість зернової маси (або вона втрачається зовсім), зерно набуває коричнево-чорного або чорного кольору, виникають затхлий та гнильно-затхлий запахи. Щоб запобігти псуванню зерна, треба вжити термінових заходів, оскільки таке зерно непридатне для продовольчих чи фуражних цілей.