Сельское хозяйство / 4.Технологии хранения и переработки сельскохозяйственной продукции

д.т.н. Станкевич Г.Н., асп. Бабков А.В.

Одесская национальная академия пищевых технологий, Украина

Современный подход к изучению интенсивности дыхания зерна

Зерно – это живой организм. Выдающийся биолог и селекционер И.В. Мичурин писал: «В организме каждого семени, даже тогда, когда оно находится в состоянии покоя, т.е. в сухом виде, процесс жизнедеятельности не останавливается, происходит постоянный, хотя и медленный обмен веществ, который поддерживает жизнь в зародышевой клетке» [1]. Из этого следует то, что медленно, но постоянно в зерне происходят сложные биохимические превращения, и источником постоянной энергии этих процессов является дыхание зерна. Таким образом, интенсивность дыхания зерна является показателем биологической активности хранящейся зерновой массы. Изучение этого процесса имеет непосредственное отношение к теории и практике хранения зерна, поскольку связано с определением расхода сухих веществ семян при их хранении, а также с определением условий влияния внешней среды, что характеризуют оптимальные режимы хранения [2].

К начальным веществам, которые принимают участие в процессе дыхания, например, зерновых культур, относятся: углеводы зерна (в частности, глюкоза) и кислород из атмосферного воздуха, к конечным продуктам этого процесса: углекислый газ, вода и спирт. Таким образом, в процессе дыхания, клетки семян используют энергию за счет расщепления своих органических веществ, т.е. дыхание зерна во время хранения сопровождается потерей сухих веществ, которую, в свою очередь, относят к естественным потерям процесса хранения. В зависимости от условий, в которых находится зерно, возможно возникновение трех направлений протекания процесса дыхания: аэробного (с участием кислорода), анаэробного (без доступа кислорода к зерну) и смешанного. Чаще всего смешанное дыхание возникает тогда, когда в зерновой насыпи у одной части семян нет доступа к кислороду и, соответственно, зерно дышит по анаэробному направлению, а в другой части, где происходит обновление воздушных потоков, проходит аэробный процесс дыхания [3]. Вопрос о величине потерь, обусловленных дыханием, является особенно важным потому, что они при хранении могут изменяться в зависимости от состояния зерна и от условий его хранения (влажности, температуры, аэрации и т.п.). При анализе этого процесса необходимо учитывать не только сложный комплекс биохимических превращений в самом зерне, обусловленных их интенсивностью, но и направление процессов дыхания. Интенсивность процесса дыхания зерна в зависимости от разных факторов возможно характеризовать весовыми потерями при хранении, выделением тепла, поглощением кислорода и выделением углекислого газа [1-4].

Наиболее распространенные способы определения интенсивности дыхания зерна базируются на различных физических и химических методах, в каждом из которых, в основу метода положен один показатель, определив который, в дальнейшем производят расчет всех составляющих процесса дыхания зерна. Примерами этого могут быть способы и средства, на базе которых производят определение процесса дыхания зерна: по накоплению углекислого газа; по снижению содержания кислорода; по снижению сухой массы зерна; по изменению давления в емкости, наполненной зерном (манометрические методы); по определению количества тепла, которое выделилось на протяжении исследования [4, 5].

Целью работы является решение задачи по разработке способа и прибора для определения интенсивности дыхания зерна в виде компактной установки, которая работает на основе более точных методов исследований, и опирается на определение трех основных показателей процесса, что характеризуют сложные биохимические превращения в зерне при его дыхании. При этом сама установка должна быть максимально простой, надежной и удобной в эксплуатации, а способ с ее использованием не должен требовать промежуточных операций на протяжении всего исследования, с момента закладки исследуемого образца, и до момента получения конечных результатов, которые возможно использовать при анализе, и всевозможных расчетах разных характеристик процесса интенсивности дыхания зерна. Кроме того, разрабатываемый подход должен быть универсальным и позволять производить изучение интенсивности дыхания зерна по всем трем возможным его направлениям (аэробному, анаэробному и смешанному).

На основании серии исследовательских работ, направленных на изучение всевозможных конструктивных и методических решений различных способов изучения интенсивности дыхания зерна, был разработан способ и сконструирован опытный стенд для определения интенсивности дыхания зерна, который базируется на анализе динамики изменения количественных показателей компонентов воздушной газовой, смеси соприкасающейся или проходящей сквозь исследуемый объект в замкнутой системе прибора. Такой подход, реализованный в способе и конструкции опытного стенда, позволяет одновременно отслеживать количество углекислого газа, что выделяет зерно при дыхании, и, соответственно, количество поглощенного при этом кислорода за единицу времени. Изучение процесса интенсивности дыхания зерна, согласно разработанной методике, и при использовании предложенного прибора состоит из расчета численных показателей массы кислорода и углекислого газа, находящихся в замкнутой системе, в начале запланированного временного интервала опыта, в конце, и при необходимости в промежуточных точках общего интервала исследования. На основании этого, учитывая то, что процессы дыхания и брожения тесно связаны между собой, появляется возможность определить характер дыхания (т.е. направление процесса дыхания), благодаря дополнительному расчету, так называемого коэффициента дыхания, который является отношением объема выделенного углекислого газа к объему кислорода, что был поглощен в процессе дыхания. Кроме того, для получения корректных значений, которые характеризуют то или иное направление дыхания или смесь этих процессов в конструкцию прибора были заложены две модификации, которые позволяют конструктивно-схематическим путем отделить изучение процесса дыхания по аэробному направлению от процессов смешанного и анаэробного дыхания.

В результате применения предложенной конструкции стенда и метода определения интенсивности дыхания зерна, появляется возможность отслеживать динамику выделения углекислого газа и, соответственно, поглощения кислорода на протяжении общего временного интервала исследования, а так же, на основании этих значений рассчитывать коэффициент дыхания зерна. Коэффициент дыхания зерна в свою очередь, позволит определить соотношение аэробного и анаэробного процессов дыхания, при смешанном дыхании, и даст возможность рассчитать корректные значения расхода сухих веществ и выделения тепловой анергии зерном при его дыхании в тех или иных условиях. На основании подобных исследований в дальнейшем, появляется возможность прогнозировать стойкость при хранении зернового сырья, возможные потери сухих веществ биополимеров растительного происхождения, и соответственно тепловыделения зерновой массы при ее хранении в тех или иных условиях.

Литература:

1. Мичурин И.В. Избранные сочинения // Под редакцией проф. П.Н. Яковлева, М.: ОГИЗ Государственное издательство сельскохозяйственной литературы, 1948 г., - 791 с.

2. Трисвятский Л.А. Хранение зерна // 4-е, перераб. и доп. изд. М., «Колос», 1975 г., - 400 с.

3. Казаков Е.Д., Кретович В.Л. Биохимия зерна и продуктов его переработки // М.: «Агропромиздат», 1989 г., -368 с.

4. http://ussr-forever.ru/raskaz/207-dihanie.html

5. Стародубцева А.И., Паньшина Н.И. Практикум по хранению зерна. // Изд. 2-е, доп. и перераб. М.: «Колос», 1976 г., - 256 с.

6. http://www.orion.com.ua