1.3.1. Дихання

Дихання — важливий фізіологічний процес, який є 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 її (90 — 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. Су­марно 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:

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 витрати гексо­зи, підвищенням вологості зерна і відносної вологості повітря між-зернового 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 знач­ними. Втрати маси сухого зерна при його зберіганні називають природними.

Інтенсивне дихання зернової маси супроводжується її зволожен­ням, оскільки вода, що виділяється в результаті окислення гексози, сорбується 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 супроводжуються 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:

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 — 30 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

якої різко посилюються фізі-олого-біохімічні і мікробіоло­гічні процеси та змінюються умови зберігання, називаєть­ся критичною (табл. 5).

Отже, критичній вологості зерна відповідає такий її рі­вень, вище за який у ньому з'являється вільна волога, різко посилюється інтенсив­ність дихання і виникає за­гроза пошкодження мікроор­ганізмами.

Для більшості сільськогос­подарських культур критич­на вологість відповідає рівно­важній вологості зерна, яка встановлюється при 75 %-й відносній вологості повітря. Найкраще брати за основу вологість повітря 60 %, тому що в атмосфері такого повітря зерно і насіння сухі, тобто не мають вільної вологи. Якщо вологість навколишнього середовища вища за 65 %, можливі зволоження сухої зернової маси і погіршення її зберігання.

Таблиця 5. Критична вологість зерна і насіння при температурі

18 - 25 °С, %

У насінні олійних культур порівняно з зерном злакових значен­ня критичної вологості менше, що пояснюється значним вмістом у них ліпідів — гідрофобних речовин, які не здатні зв'язувати вологу (рис. 3).

За вмістом вологи зерно (насіння) буває сухе, середньої сухості, вологе і сире. Критична вологість знаходиться в межах середньої сухості зерна (насіння). Зернова маса в сухому стані (вологість ниж­ча за критичну) стійка при зберіганні і вимагає меншого догляду,

ніж у вологому і сирому, тому що вологе (сире) зерно досить інтен­сивно дихає і може псуватися під час зберігання внаслідок самозіг­рівання.

Температура зернової маси. Зниження температури значно послаблює інтенсивність дихання всіх живих компонентів зернової маси і сприяє збільшенню строків її зберігання (рис. 4). Чим нижча температура, тим менша інтенсивність дихання зерна, тобто тим менше виділяється вуглекислого газу (табл. 6).

Таблиця 6. Інтенсивність дихання зерна, мг СО2 на 100 г абсолютно сухої речовини за 24 год

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 (0 — 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 30 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.