Биохимические процессы при хранении зерна
На интенсивность биохимических процессов, протекающих в зерновой массе, оказывают существенное влияние гигроскопичность и теплопроводность зерна и скважистость зерновой массы.
Благодаря гигроскопичности зерна, зависящей от его химического состава, устанавливается определенная равновесная влажность зерновой массы в соответствии с относительной влажностью воздуха помещения, где хранится зерно.
Эта равновесная влажность различна для разных зерновых культур. Для ячменя И. Я. Бахаревым приводятся следующие данные.
| Относительная влажность воздуха при 20°C в % | ||||||||
| Равновесная влажность ячменя в % | 8,3 | 9,5 | 10,9 | 12,0 | 13,4 | 15,2 | 17,5 | 20,9 |
Несколько иные данные других авторов, по-видимому, объясняются различным биохимическим составом ячменя. По всем имеющимся данным, чем выше белковистость ячменя, тем выше и его равновесная влажность при прочих равных условиях.
Чем выше относительная влажность воздуха помещений, где хранится ячмень, тем выше равновесная влажность зерна, а отсюда, тем интенсивнее будет протекать дыхание зерна и тем быстрее будет происходить согревание зерновой массы.
Повышение температуры зерновой массы при одном и том же количестве образовавшегося тепла будет зависеть от теплоемкости зерна, в среднем равной 0,33.
Теплопроводность зерновой массы складывается из теплопроводности самого зерна и теплопроводности межзернового пространства в зерновой массе. Теплопроводность зерновой массы очень низка и колеблется от 0,12 до 0,2 ккал/м • ч • град.
Вследствие малой теплопроводности зерновой массы при хранении возможно очаговое согревание зерна.
Скважистость, или величина межзернового пространства, есть отношение объема межзернового пространства к общему объему зерновой массы:
где:
W - общий объем зерновой массы;
V - объем зерна.
Для ячменя с натурой 580-700 г скважистость равна 45- 55% от всего объема, занимаемого зерновой массой.
Скважистость оказывает влияние на передачу тепла путем конвекции и перемещение влаги через зерновую массу в виде водяных паров в воздухе: она имеет большое значение и для сохранения жизнеспособности зерна, так как межзерновое пространство является резервуаром, из которого зерно черпает кислород во время дыхания.
Все процессы передачи тепла в зерновой массе, процессы газообмена, сорбции и десорбции газов протекают вследствие необычайно большой активной поверхности зерна. Каждое зерно представляет собой капиллярно-пористое тело с размерами межклеточных капилляров от 10-3 до 10-7 см, а зерновая масса является совокупностью капиллярно-пористых тел. Активная поверхность капилляров в зерновой массе ячменя в 1 кг равна около 50 м2.
Благодаря такой большой активной поверхности зерновой массы зерно легко и быстро поглощает разного рода пахучие вещества, находящиеся в воздухе в небольших концентрациях, и приобретает посторонний запах, особенно при сушке, при дезинфекции или при хранении в помещениях, где поблизости размещены вещества, обладающие посторонним запахом.
Дыхание зерна и влажность. Во время хранения зерно продолжает дышать, несмотря на то, что влажность его очень мала. Как указывалось выше, масса зародышей в ячменях может составлять от 2,5 до 5% от массы зерна. Соответственно этому будет различной и интенсивность дыхания зерна: она будет тем больше, чем больше зародыш ячменя. Но особенно сильно изменяется интенсивность дыхания в зависимости от влажности зерна. При влажности зерна 10% на 1 кг ячменя образуется до 9-10 мг углекислого газа в сутки; при влажности 16-17% - уже до 160-200 мг.
Как видно, повышение влажности всего на 6% увеличивает интенсивность дыхания почти в 20 раз. Причина такого резкого увеличения интенсивности дыхания лежит в том, что внутри зерна влага распределена неравномерно (табл. 13).
Таблица 13
| Средняя влажность зерна | Влажность оболочки | Влажность средней части эндосперма | Влажность зародышей |
| в % | |||
| 9,46 | 10,00 | 10,80 | |
| 15,21 | 15,95 | 24,50 | |
| 21,96 | 21,85 | 32,94 | |
| 30,00 | 29,45 | 67,24 |
Таким образом, зародыш всегда имеет большую влажность, чем зерно в целом. Незначительное увеличение влажности зерна влечет за собой резкое увеличение влажности зародыша, а это в свою очередь вызывает еще более резкое увеличение интенсивности дыхания зерновой массы.
Но дыхание зерновой массы не исчерпывается дыханием собственно зерна. На энергию дыхания зерновой массы оказывает большое влияние и находящаяся на зерне микрофлора. Условия влажности и температуры, благоприятные для развития физико-биохимических процессов в тканях зерна, в особенности зародыша, как правило, благоприятны также для развития и жизнеспособности микрофлоры зерна. Поэтому при большой влажности зерна, помимо интенсивного дыхания самого зерна, происходит и выделение углекислоты микроорганизмами, находящимися на зерне.
Предельной влажностью зерна, допускающей удовлетворительное хранение, является влажность, близкая к критической, 14-15%. За пределами этой влажности начинается резкое возрастание интенсивности дыхания. Для иллюстрации этого положения можно привести данные Кретовича В. Л. по пшенице.
| Влажность зерна в % | Образовалось углекислого газа на 100 г сухого вещества за 24 ч в мг |
| 10,6 | 0,41 |
| 14,6 | 0,69 |
| 15,7 | 0,73 |
| 16,8 | 2,52 |
| 17,7 | 7,01 |
| 17,8 | 8,04 |
Интенсивность дыхания ячменя в зависимости от влажности близка к приведенным выше данным; но она может колебаться в зависимости от сорта ячменя, а по нашим данным - в зависимости от величины зародыша в ячмене.
Один килограмм ячменя в течение 24 ч в зависимости от влажности и температуры хранения может выделять следующее количество углекислоты.
| Влажность в % | Температура в°C | Количество выделившейся за сутки CO2 в мг |
| 0,04 | ||
| 14-15 | 1,4 | |
| 14-15 | 7,5 | |
| 14-15 | 20,0 | |
| 16,9 | 123,0 | |
| 20,5 | 359,0 |
Как видно, влияние влажности на интенсивность дыхания особенно велико при повышенной температуре хранения. Повышение температуры на 10 град увеличивает интенсивность дыхания ячменя почти в 5 раз при влажности ячменя 14 -15%.
В настоящее время можно считать установленным, что вода в протоплазме зародышевых тканей зерна содержится в двух состояниях - в свободном и связанном. В присутствии только связанной воды материал является как бы сухим и ферментативные процессы протекают в нем крайне медленно. Как только в зерне появляется свободная вода[8], ферментативные процессы начинают идти усиленным темпом. Таким образом, критическая влажность зерна является предельной, и превышение ее приводит к появлению в зерне свободной воды.
Резкое увеличение энергии дыхания зерна при повышении его влажности сверх критической объясняется появлением в клетках свободной, воды, наличие которой служит необходимой предпосылкой для проявления ферментативной деятельности и биохимических превращений, лежащих в основе дыхания зерна.
Дыхание зерна влечет за собой потерю углеводов, образование воды и углекислого газа, а также самосогревание зерна. На каждый грамм образовавшейся в результате дыхания углекислоты образуется около 0,4 г воды и выделяется около 2,1 ккал тепла. Таким образом, если зерно влажностью 17% за сутки выделяет 200 мг углекислого газа на 1 кг зерна, то оно может согреться больше чем на 1 град[9]. Это в свою очередь еще больше увеличивает интенсивность дыхания.
Все изложенное выше вполне ясно объясняет, почему при хранении зерна необходимо все внимание сосредоточить на его влажности и не допускать повышения более 14-15%.
Изменения химического состава зерна. Биохимические процессы затрагивают не только углеводы, но и другие вещества. Особенно отчетливо это обнаруживается на белках ячменя. Как правило, во время длительного хранения повышается содержание фракции белка, растворимой в 0,2%-ной щелочи.
Наблюдается заметное изменение физико-химических свойств отдельных фракций белка, в особенности гордеина. Гордени свежего зерна способен удерживать около 4,5% влаги, а гордеин того же зерна после трехлетнего хранения удерживал 7,63% влаги.