Биохимические процессы при послеуборочном дозревании и хранении зерна кратко

Обновлено: 25.06.2024

Сорбция – поглощение водяных паров и газов телами. Зерно всех культурных растений, семена сорняков и вся зерновая масса способны интенсивно поглащать или, как принято говорить, сорбировать (от лат. sorbere – поглощать) различные газы и пары. Сорбционные свойства зерна высокие, что объясняется его капиллярно-пористой структурой и способностью отдельных биохимических веществ зерна поглощать и удерживать строго определенное количество воды. Система макро– и микрокапилляров зерна с высокой активностью стенок капилляров обеспечивает интенсивное поглощение и удерживание молекул воды.
Наибольшей гигроскопичностью в зерне пшеницы обладает зародыш, затем оболочка и эндосперм. Щуплые и мелкие зерна обладают большей гигроскопичностью, чем выполненные, крупные. Это связано с тем, что отношение зародыша к размеру зерновки и отношение площади поверхности к массе зерна у щуплых и мелких зерен значительно больше. Битые и деформированные при обмолоте зерна также обладают повышенной гигроскопичностью.
Из-за высокой сорбционной способности зерновых масс хранить их в помещениях, где находятся пахучие вещества, нельзя. Следует своевременно проводить очистку партий зерна, в которых обнаружены корзинки полыни, дикого чеснока, кориандра и др.
Гигроскопичность зерновых масс, т. е. способность поглощать и отдавать пары воды – одно из его важнейших физико-химических свойств, учитываемых при хранении зерна и семян.
Зерно и зерновая масса способны поглощать или отдавать пары воды, происходит процесс сорбции или десорбции влаги. Это явление получило название гигроскопичности. Десорбция воды происходит, если парциальное давление водяного пара в непосредственной близости от поверхности зерна больше, чем в окружающем воздухе. Скважистость зерновой массы, обеспечивающая ее проницаемость, дает возможность каждому зерну принимать активное участие в процессах сорбции и десорбции.
Процессы сорбции и десорбции воды находятся у зерна в состоянии динамического равновесия. Каждому значению парциального давления водяного пара, находящегося в воздухе, и температуры соответствует определенное количество сорбируемой или десорбируемой воды. Сухое зерно поглощает водяные пары до тех пор, пока не наступит так называемое гигроскопическое равновесие, т. е. прекратится обмен влаги между зерном и воздухом. Установившаяся влажность зерна при данных параметрах влажности и температуры воздуха называется равновесной.
Равновесная влажность для злаковых культур и гречихи колеблется в пределах 7-36 %. При относительной влажности 60–70 % и температуре воздуха 20 є С зерно пшеницы имеет влажность 13,4-14,8 % и будет сухим (табл. 6).
Таблица 6
Равновесная влажность зерна различных культур при температуре 12 – 25 є С, % на сырую массу (по данным Б. А. Кригер)

* Равновесная влажность при температуре 20 є С.

У гречихи наблюдается неравномерное распределение влаги в ее морфологических частях. Так, при относительной влажности воздуха 75–77 % влажность гидрофильной части целого зерна составляет 15,6-15,9 %, а влажность гидрофильных каллоидов зародыша достигает 16,5-17,0 %. Повышенная влажность гидрофильных коллоидов зародыша по сравнению с плодовой оболочкой объясняется различиями в химическом свойстве. В ядре содержится гидрофильного белка в 4,5 раза выше, чем в плодовой оболочке. Эту закономерность в распределении влаги в анатомических частях гречихи следует учитывать при закладке ее на хранение. Гречиху на длительное хранение с влажностью более 13,0-13,55 % засыпать не следует.
С явлением сорбции и десорбции зерном, колосом и соломой влаги во время уборки урожая зерновых культур сталкивается в поле комбайнер. Так, если в ночные часы выпадает роса, то хлебные валки за ночь впитывают влагу, становятся не пригодными для обмолота, но в хорошую погоду по истечении некоторого времени они подсыхают и уборка продолжается.
Исследования влажности зерна, взятого в различное время из бункера комбайна, также говорят об этом (табл. 7).
Таблица 7
Влияние времени суток в период уборки урожая пшеницы на количество зерна различной влажности

При одной и той же относительной влажности и температуре воздуха зерно различных культур имеет различную влажность, что непосредственно связано с его химическим составом и гидрофильностью входящего в его состав белка.
Особенно заметными эти различия становятся при высокой влажности воздуха. Так, при относительной влажности воздуха 85 %, равновесная влажность зерна кукурузы составляет 18,1 %, а гороха, богатого белком, – 19,0 %.
С сухим веществом зерна и семян выявлены различные формы связи воды. На основе термодинамического принципа о формах связи воды, предложенного П. А. Ребиндером, сухие коллоиды поглощают первые порции воды с тепловым эффектом, соответствующим энергии образования химической связи. В зерне это химически связанная вода, удаление ее нарушает молекулярную структуру тканей зерновки. Затем, с повышением обводненности коллоида, тепловой эффект прогрессивно уменьшается, т. к. молекулы воды, окруженные гидратационными оболочками электроотрицательных группировок коллоидов, начинают удерживаться силами электростатического притяжения.
Вода эта адсорбционно связанная, при ее удалении структура ткани зерновки нарушается, а при последующем увлажнении восстанавливается.
Установлено, что молекулы воды в периферических слоях водных оболочек слабо удерживаются, и их можно удалить даже при небольшом внешнем воздействии. Внедряющиеся при набухании молекулы воды раздвигают молекулы коллоидов и тем самым ослабляют силы взаимного притяжения между ними. С увеличением толщины гидратного слоя уменьшаются силы притяжения воды, набухание затормаживается. Эта вода – капиллярно связанная, осмотически удерживаемая, при тепловой сушке может быть удалена без нарушения молекулярной структуры тканей.
В зерне не вся связанная вода удерживается с одинаковой энергией, и ее определяют как свободную и связанную. Та часть воды, которая удерживается большой силой, является связанной, а удерживаемая меньшей – свободной. Химически и адсорбционно связанной в зерне является связанная вода, капиллярно связанной и осмотически удерживаемой – свободная. При появлении в зерне и семенах свободной воды возрастает активность ферментов, участвующих в дыхании, активизируется сам процесс дыхания.
Граница появления в зерне свободной воды, при которой наблюдается резкий скачок интенсивности дыхательных процессов, получила название критической влажности.
Ее величина зависит от вида зерна, анатомического строения и химического состава. Чем больше в зерне содержится крахмала и белка, тем выше критическая влажность. Она низкая у семян масличных культур, т. к. вода в них удерживается только нелипидной частью семянки (табл. 8).
Таблица 8
Критическая влажность зерна и семян злаковых, бобовых и масличных культур

Зерно и семена масличных культур, содержащие свободную воду в значении ниже критического, считаются сухими и пригодны для хранения.

2.4. Физиологические процессы, протекающие в зерне при хранении

Любая зерновая масса – это биологическая система с присущими ей свойствами проявления жизнедеятельности в виде послеуборочного дозревания, дыхания, прорастания и самосогревания. Эти процессы, происходящие в результате жизнедеятельности входящих в нее живых компонентов (зерно, семена сорняков, насекомые и клещи, микроорганизмы), получили название физиологических. Знание их сущности и умение регулировать в зерновой массе их интенсивность прохождения дает возможность обеспечить надежное хранение зерна и семян.

2.4.1. Дыхание зерна

Рис. 49. Влияние температуры на интенсивность дыхания зерна (по В. Л. Кретовичу и А. П. Прохоровой) при влажности:
1 – 14 %; 2 – 16 %; 3 – 18 %; 4 – 22 %
В производственных условиях своевременное охлаждение зерна является эффективным мероприятием, обеспечивающим сохранность при временном хранении до сушки сырого зерна.
Итак, при хранении зерна и семян необходимо создавать условия для снижения интенсивности их дыхания до минимума за счет охлаждения или снижения влажности.

2.4.2. Послеуборочное дозревание зерна и семян

2.4.3. Самосогревание зерновых масс

Высокая физиологическая активность зерновых масс при небрежном отношении к свежеубранному зерну с повышенной влажностью, начиная с первых моментов его поступления, может вызвать крайне нежелательные явления, связанные с потерей всхожести семян и снижением технологических, пищевых и кормовых достоинств зерна. Из-за отсутствия надлежащего контроля и ухода за зерновыми массами и вследствие протекающих в них физиологических и физических процессов у влажного и сырого зерна наблюдается повышение температуры до 55–65 є С, а в отдельных случаях до 75 є С и выше. Это физиологическое явление получило название самосогревания зерновых масс.
Под самосогреванием понимают повышение температуры зерновой массы вследствие как интенсивных физиологических процессов, самопроизвольного распада запасных веществ зерна, так и из-за крайне низкой теплопроводности зерновой массы. Различные зерновые культуры по-разному проявляют свою способность к самосогреванию. По этому признаку, т. е. подверженности к самосогреванию, все зерновые культуры, как считает М.Г. Голик, можно условно разделить на 4 группы: первая – культуры, слабо подвергающиеся самосогреванию (горох и кукуруза в початках); вторая – умеренно подвергающиеся самосогреванию (пшеница, рожь, ячмень, рис); третья – легко подвергающиеся самосогреванию (просо, овес, кукуруза в зерне); четвертая – сильно подвергающиеся самосогреванию (подсолнечник, соя и другие масличные культуры).
Состоящая из автономных живых систем зерновок и некоторого количества семян сорных растений зерновая масса при влажности свыше критической интенсивно дышит, выделяя при аэробном типе дыхания огромное количество тепла. Самосогревание возникает в результате проявления активной жизнедеятельности зерна основной культуры, зерен других культур, семян сорных растений, микроорганизмов, насекомых и клещей. На возникновение самосогревания огромное влияние оказывают физиологически активные семена сорняков. В практике хранения зерна чаще всего самосогревание наблюдается в свежеубранных зерновых массах, своевременно не прошедших очистку от примесей.
Интенсивность дыхания семян сорняков, как об этом свидетельствуют данные исследований А. И. Стародубцевой, чрезвычайно велика (табл. 9).
Таблица 9
Интенсивность дыхания в свежеубранной зерновой массе зерна пшеницы и семян сорных растений при температуре 19–22 °C

При интенсивном развитии в зерновой массе скапливающихся в ограниченных участках насыпи насекомых и клещей создаются предпосылки для самосогревания зерна.

Федеральное государственное бюджетное учреждение

РОССИЙСКИЙ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЙ ЦЕНТР

О послеуборочном дозревании

Послеуборочное дозревание семян

Сразу после уборки у семян бывает пониженная всхожесть, а часть урожая вообще не сможет прорасти. Послеуборочное дозревание — это сложный биохимический процесс, протекающий в свежесобранном зерне. В семенах есть вещества, замедляющие прорастание. Свежеубранное зерно характеризуется высокой активностью ферментов прорастания, плохой газо- и водопроницаемостью. Цитоплазма находится в состоянии, которое делает невозможным прорастание. Зерно, не прошедшее этап послеуборочного дозревания, нуждается в более сложном наблюдении.

В дозревшем семени соединения, препятствующие прорастанию, разрушаются. Послеуборочное дозревание протекает на фоне сложных биохимических процессов:

- Снижается деятельность ферментной системы, замедляется метаболизм;

- Повышается активность ассимиляции и затихает диссимиляция;

- Накапливаются высокомолекулярные органические вещества — запасные липиды, углеводы;

- Завершается синтез белков, они приобретают устойчивость к гидролитическому воздействию протеолитических ферментов;

- Увеличиваются размеры макромолекул;

- Улучшается воздушная и водопропускная способность тканей;

Большую роль в дозревании играют ферменты. Дозревание снижает активность каталазы, полифенолоксидазы, других ферментов, физиологически подвижных веществ. В конце этого этапа зерно полностью созревает. Одновременно повышается продолжительность его хранения, всхожесть. Улучшаются и технологические свойства: повышается выход муки при помоле, клейковина укрепляется, увеличивается объем влаги хлеба, поры становятся тонкостенными, готовая выпечка более светлая, уменьшается липкость, необходимые факторы.

Послеуборочное дозревание приносит плоды только в том случае, если обеспечиваются соответствующие условия хранения зерна.

После сбора урожая ассимиляторы больше не поступают, но сохраняется высокая влажность. При таких условиях активизируются гидролитические процессы. Их можно остановить, снизив влажность. Существует два способа решения задачи: высушивание и активное вентилирование.

Послеуборочное дозревание ускоряют, если прибегнуть к активной сушке, которую осуществляют сухим прогретым воздухом.

Свежесобранное зерно имеет повышенную влажность — это мешает прорастанию. Но и чрезмерное высушивание тоже уменьшает всхожесть. Поэтому содержание влаги в зерне не должно опускаться ниже критического показателя. В противном случае гидролиз преобладает над синтезом.

Обратный процесс тоже приводит к ухудшению качества семенного зерна.

В ходе послеуборочного дозревания не менее важно соблюдать температурный режим. Температура зерна не должна опускаться до 15 °С и ниже, иначе процесс дозревания прекращается. Рекомендуемый температурный диапазон — 15…30 °С. Наибольшая эффективность дозревания зерна пшеницы наблюдается при температуре агента сушки на уровне 45 °С. Хорошие результаты достигаются при вентилировании сухим воздухом.

Еще одна задача – обеспечить доступ кислорода до зерна. Повышенная концентрация диоксида углерода приводит к замедленному дозреванию. Нужно следить за тем, чтобы синтетические процессы преобладали над гидролитическими.

Если условия соблюдаются, то послеуборочное дозревание длится около двух месяцев. На продолжительность процесса, в частности, влияют такие факторы: климат региона, в котором выращивали культуру, и погодные условия в период созревания, первоначальная физиологическая зрелость материала, сортовые особенности по срокам дозревания — скороспелые, позднеспелые.

Один из главных факторов среди перечисленных выше — первоначальная физиологическая зрелость семян. На дозревание закладывают зерно возрастом старше 19–28 дней. От этого параметра зависит продолжительность процесса:

Минимальная, 15–20 суток — для технически спелого зерна.

Максимальная, 45–50 суток — для семян в возрасте 22–25 дней.

Когда процесс завершен, зерно достигает полной спелости. Прошедшие данную обработку зерна хранятся довольно долго.

Послеуборочное дозревание зерна - это биохимический процесс, который происходит в свежесобранных семенах и ведёт к его физиологической зрелости, то есть способности давать нормальные всходы.

Это процесс стабилизации физиологических свойств семян. Дозревание семян происходит при условии его правильного хранения. После уборки поступление ассимилятов прекращается, а высокая влажность ещё сохраняется. Поэтому активизируются гидролитические процессы. Основным условием является уменьшение влажности путём теплового высушивания или активного вентилирования.

Основные преимущества послеуборочного дозревания

Период этого этапа для зерна характеризуется совокупностью сложных биохимических процессов, основными из которых являются:

уменьшение активности ферментной системы и интенсивности метаболизма;
повышенная активность процессов ассимиляции;
ингибирование диссимиляционных процессов;
завершение накопления запасных липидов и белков;
увеличение размеров макромолекул;
увеличение воздушно- и водопропускной способностей тканей семян;
повышение сходства семян.

После завершения этого этапа семена и зерно становятся полностью созревшими, могут храниться длительное время. При создании необходимых условий семена/зерно лучше прорастают.

Послеуборочное созревание семян может происходить и в поле при благоприятных погодных условиях. Необходимым условием является сухая погода. Суть полного созревания в поле заключается в:

уменьшении влажности;
снижении активности биохимических процессов;
созревании семян на растении (равно послеуборочному созреванию вне растения).

Факторы, необходимые для правильного послеуборочного созревания

Свежесобранное зерно характеризуется зачастую высокой влажностью и высокой активностью биохимических процессов. В зависимости от условий хранения и технологии подготовки семян к хранению возможны несколько вариантов, как поступить с семенами, которые находятся на этапе созревания. Именно поэтому прибегают к данному методу. Для нормального протекания процесса необходимы такие условия:

влага в зерне не должна падать ниже критического показателя, ведь тогда гидролиз будет преобладать над синтезирующими процессами и качество зерна будет только ухудшаться;
температура зерна должна быть не меньше 15°С. Если температурная отметка гораздо ниже, то процедура послеуборочного созревания останавливается.

Только при таких обстоятельствах послеуборочное дозревание зерновых культур может завершится уже примерно через 2 месяца.

Длительность процедуры во многом зависит также от первоначальной физиологической зрелости, которая определяется климатом при выращивании и непосредственно созревании, сортовыми особенностями зерна по срокам созревания (позднеспелые, скороспелые).

Метод ускорения послеуборочного дозревания

Чтобы сократить время процедуры прибегают к активной сушке путём вентиляции зерна сухим прогретым воздухом. Сушка в зависимости от технологических режимов способна не только ускорить, но и завершить этот процесс.

Влияние послеуборочного созревания на технологические свойства зерноматериала и сроки созревания

На этом этапе семена приобретают кондиционное сходство (не менее 87% проросших семян в течение 5 дней) и может достигать максимальных значений - до 100%.

На созревание могут закладываться семена определённого возраста - не моложе 19-28 дней. Продолжительность дозревания зависит от возраста семян и уменьшается с его увеличением:

самая большая - 45-50 дней для 22-25-дневных семян;
наименьшая - 15-20 дней - для зерна, собранного в стадии технической спелости.

После завершения этого этапа в жизни семян/зерна урожай становится полностью созревшим и может храниться длительное время.

Сразу после уборки у семян пониженная всхожесть, а часть урожая вообще не сможет прорасти. Послеуборочное дозревание — сложный биохимический процесс, протекающий в свежесобранном зерне. Благодаря такой подготовке посевной материал достигает максимальных показателей кондиционного сходства. У семян, прошедших этот этап подготовки, повышается стойкость при хранении. У зерна, предназначенного для переработки, улучшаются хлебопекарные качества.

Плюсы послеуборочного дозревания

В семенах есть вещества, замедляющие прорастание. Свежеубранное зерно характеризуется высокой активностью ферментов прорастания, плохой газо- и водопроницаемостью. Цитоплазма находится в состоянии, которое делает невозможным прорастание. Зерно, не прошедшее этап послеуборочного дозревания, нуждается в более сложном наблюдении.

Снижается деятельность ферментной системы, замедляется метаболизм
Повышается активность ассимиляции и затихает диссимиляция
Накапливаются высокомолекулярные органические вещества — запасные липиды, углеводы
Завершается синтез белков, они приобретают устойчивость к гидролитическому воздействию протеолитических ферментов
Увеличиваются размеры макромолекул
Улучшается воздушная и водопропускная способность тканей
Повышается сходство

Большую роль в дозревании играют ферменты. Дозревание снижает активность каталазы, полифенолоксидазы, других ферментов, физиологически подвижных веществ.

В конце этого этапа зерно полностью созревает. Одновременно повышается продолжительность его хранения, всхожесть. Улучшаются и технологические свойства:

Повышается выход муки при помоле
Клейковина укрепляется
Увеличивается объем влаги хлеба, поры становятся тонкостенными
Готовая выпечка более светлая
Уменьшается липкость

Необходимые факторы

Высушивание;
Активное вентилирование.

Справка! Послеуборочное дозревание ускоряют, если прибегнуть к активной сушке, которую осуществляют сухим прогретым воздухом.

Особенности процесса

Еще одна задача — обеспечить доступ кислорода до зерна. Повышенная концентрация диоксида углерода приводит к замедленному дозреванию. Нужно следить за тем, чтобы синтетические процессы преобладали над гидролитическими.

Если условия соблюдаются, то послеуборочное дозревание длится около двух месяцев. На продолжительность процесса, в частности, влияют такие факторы:

Климат региона, в котором выращивали культуру, и погодные условия в период созревания
Первоначальная физиологическая зрелость материала
Сортовые особенности по срокам дозревания — скороспелые, позднеспелые

Минимальная, 15–20 суток — для технически спелого зерна
Максимальная, 45–50 суток — для семян в возрасте 22–25 дней

Когда процесс завершен, зерно достигает полной спелости. Прошедшие данную обработку зерна хранятся довольно долго. Кроме того, они приобретают кондиционное сходство. Так, в течение 5 дней после посева прорастает не менее 87% семян, но показатель может достигать и 100%.

Читайте также: