Дихання зерна

Зерно, як всякий живий організм, дихає, і це має дуже велике значення при його зберіганні.

У зерні залежно від того, в яких умовах воно знаходиться, можуть здійснюватися два види дихання: аеробне і анаеробне (бродіння). Якщо доступ повітря достатній, то в зерні відбувається процес аеробного дихання. Якщо зерно зберігається без доступу повітря, в ньому відбувається процес анаеробного дихання.

Як відомо, сумарне рівняння аеробного дихання зерна

C₆H₁₂О₆ + О₂ ® 6СО₂ + 6Н₂О + 674 ккал (2867 кДж)

Таким чином, в результаті аеробного дихання споживаються цукор (глюкоза) і кисень, а утворюються вуглекислий газ і вода. Окрім СО₂ і Н₂О при диханні виділяється ще тепло: 674 ккал (2867 кДж) на одну грам-молекулу (180 г) витраченої глюкози.

Сумарне рівняння анаеробного дихання (спиртового бродіння)

C₆H₁₂О₆ ® 2С₂Н₅ОН + 2С0₂ + 28 ккал (117 кДж)

При анаеробному диханні також виділяється деяка кількість 28 ккал (117 кДж) на одну грам-молекулу витраченої глюкози.

Інтенсивне дихання зерна викликає значне витрачання його органічних речовин (глюкози). Іншими словами, приводить до зменшення сухої маси зерна.

Крім того, як це видно з рівняння, склад повітря в міжзерновому просторі змінюватиметься - кисень споживатиметься, а СО₂ накопичуватимеся. Бувають випадки, коли в повітрі міжзернового простору накопичується до 12-15 % і більш (у нормальному повітрі міститься всього лише 0,03 %) СО₂. І, як це видно з рівняння, в результаті посиленого дихання зерна виділяється вода. Таким чином, в результаті посиленого дихання зерна накопичуватимуться водяні пари і, отже, вологість зерна підвищуватиметься і інтенсивність дихання ще збільшується. Надзвичайно важливий наслідок інтенсивного дихання - виділення тепла. Зернова маса, як відомо, має погану теплопровідністю. Тому тепло, що виділяється в результаті інтенсивного дихання зерна, як би акумулюватиметься в зерновій масі, що у свою чергу сприятиме ще більшому посиленню процесу дихання і виникненню такого процесу як самозігрівання.

Якщо зерно знаходиться в герметичних умовах і в зерновій масі відбувається процес анаеробного дихання, зародок зерна гине від етилового спирту, що утворюється при цьому, який отруює зародок, і зерно втрачає схожість. Саме тому насіннєве зерно повинне зберігатися в умовах як можна кращого доступу повітря. Іноді при анаеробному диханні зерна разом із спиртним бродінням частково відбувається також процес молочнокислого бродіння, при якому з глюкози утворюється молочна кислота:

C₆H₁₂О₆ ® 2СН₃-СНОН-СООН

Інтенсивність дихання зерна залежить від ряду чинників, з яких найважливішими є вологість зерна і температура. Чим вище вологість зерна, тим інтенсивніше воно дихає. Важливо відзначити, що посилене дихання зерна починається тільки тоді, коли його вологість досягає певної величини.

Поки вологість не перевищує 14-15 %, інтенсивність дихання дуже незначна. Як тільки вологість перевищує 15 %, починається різкий підйом інтенсивності дихання: воно різко посилюється.

Вологість зерна, вище за яку починається таке різке посилення процесу дихання, називається критичною. Зазвичай критична вологість для зерна злаків і для насіння бобових культур складає 14-15 %.

Для багатого жиром насіння олійних культур критична вологість набагато нижча: вона дорівнює 8-9 %.

Як відомо, жир не зв'язує вологу. Якщо, як би, скинути з рахунку жир і перерахувати кількість вологи, що міститься в олійному насінні, на знежирену речовину, то вийде також величина критичної вологості 15 %. Таким чином, очевидно, що зерно пшениці, жита і інших злаків з вологістю нижче 14-15 % і олійне насіння з вологістю, що не перевищує 8-9 %, дихатимуть дуже слабо і, отже, добре, надійно зберігатися.

Другий чинник, від якого дуже сильно залежить інтенсивність дихання зерна, - температура. При низьких температурах, близьких до нуля градусів, дихання практично не відбувається.

У міру підвищення температури інтенсивність дихання зерна різко зростає і, нарешті, при 50-55 °С досягає максимуму, після чого починається різке зниження цього показника. Це відбувається із-за дуже високої температури, при якій починається денатурація білків і зерно гине.

Якщо температуру зернової маси знижувати, то дихання зерна слабшатиме, і при температурах, близьких до 0 °С, практично припиниться. Тому, якщо охолоджувати, заморожувати зерно, перешкоджаючи таким чином виникненню процесу дихання, це сприятиме кращому збереженню зернової маси. Необхідно, проте, відзначити, що вологе насіннєве зерно не можна охолоджувати дуже сильно (проморожувати), оскільки воно може втратити схожість.

Третій чинник, від якого залежить інтенсивність дихання зерна, - якість самого зерна. В цілому можна сказати, що чим гірше зерно за якістю, тим, за інших рівних умов, воно сильніше, інтенсивніше дихає і тим важче його зберігати. Так нормальне зерно дихає слабкіше, ніж морозобійне. Саме тому морозобійне і інші види пошкодженого зерна зберігати важче, ніж нормальне, доброякісне. Саме тому пошкоджене зерно повинне піддаватися особливо уважному спостереженню при зберіганні. Необхідно відзначити, що інтенсивність дихання зерна залежить також від його фізіологічного стану, зокрема від того, чи пройшло зерно післяжнивне дозрівання. Зерно, що не пройшло післяжнивного дозрівання, дихає значно інтенсивніше, ніж те, у якого період післяжнивного дозрівання закінчений і воно знаходиться в стані спокою.

Звідси витікає, що свіжозібране зерно особливе легко може піддатися самозігріванню і псуванню, внаслідок чого за ним необхідно вести ретельне спостереження.

Для характеристики дихання зерна велике значення має дихальний коефіцієнт - відношення об'єму вуглекислого газу, що виділяється при диханні, до об'єму кисню, що поглинається. Дихальний коефіцієнт нормального зерна зазвичай дорівнює одиниці:

ДК = V CO₂ = 1

V O₂

Якщо це відношення більше одиниці, це означає, що зерно виділяє дещо більше СО₂, чим поглинає кисню. Сухе зерно з вологістю 12-14 %, як правило, має дихальний коефіцієнт декілька вище за одиницю (1,2-1,3), оскільки зародок зерна, навіть у присутності кисню, частково дихає за типом анаеробного дихання (бродіння).

Якщо дихальний коефіцієнт менше одиниці, це означає, що кисню споживається більше, ніж виділяється СО₂. Це спостерігається при диханні олійного насіння, в якому жир, для того, щоб перетворитися на необхідний для дихання цукор (глюкозу), повинен заздалегідь окислюватися. Цей процес перетворення жиру в цукор вимагає деякої додаткової кількості кисню. Саме тому дихальний коефіцієнт олійного насіння, особливо якщо воно проростає, менше одиниці.