Технологічний інструмент

Дата добавления: 2015-10-12; просмотров: 716

В связи с гигроскопическими свойствами зерна и семян, влажность их при транспортировке и хранении может изменяться. Направление и скорость влагообмена зависят от разницы в давлении водяных паров над поверхностью зерна и в его капиллярах. Влага из зоны большего давления всегда переходит в зону меньшего давления. Поэтому, если парциальное давление водяных паров у поверхности зерна будет меньше, чем в воздухе, будет происходить увлажнение вороха зерна, когда же парциальное давление водяных паров в воздухе будет меньше, чем в зерновой массе, будет идти подсушивание зерновой массы. Влагообмен будет осуществляться до тех пор, пока парциальное давление пара в воздухе и зерне уравняется, т.е. наступит состояние динамического равновесия водяных паров воздуха и зерновой массы.

Влажность зерна, соответствующая такому состоянию, называется равновесной. Ее величина зависит и от температуры.

Для определения равновесной влажности обычно используют не величину давления пара, а более удобный для измерения показатель – относительную влажность воздуха. Ведь каждому значению относительной влажности воздуха соответствует определенная равновесная влажность зерна. Например, при относительной влажности воздуха 75% зерно пшеницы приобретает равновесную влажность 15,4%, а при относительной влажности воздуха 90% зерно увлажняется до уровня 20,5%.

Эта закономерность широко используется в практике для получения и поддержания необходимого уровня влажности зерна при сушке, активном вентилировании, транспортировке и хранении.

Равновесную влажность зерна определяют тепзиметрическим или динамическим методом. Отвешивают на технических весах две навески зерна по 5-10 г в сетчатые бюксы и помещают их на 30, 50, 60, 70, 80, 90 и 95% (для создания необходимой относительной влажности воздуха в эксикаторе наливают около 1 л раствора серной кислоты необходимой концентрации). Определяют одновременно влажность зерна, которое будет помещаться в эксикатор.

Опыт проводят при постоянной температуре. Через 1-2 недели (как только будет достигнута постоянная масса) навески из сетчатых бюксов пересыпают в предварительно взвешенные стеклянные бюксы с крышкой и взвешивают. Сначала определяют содержимое сухого вещества в исходном материале по формуле:

б (100 – в)

а = –––––––––––––,

а – масса сухого вещества, г,

б – масса исходной навески, положенной в эксикатор, г,

в – влажность исходной навески зерна, положенной в эксикатор, %.

Далее рассчитывают равновесную влажность зерна по формуле:

(б₁– а)×100

В = ––––––––––––––––,

б₁

В – равновесная влажность, %,

б₁ – масса зерна после опыта, после того, как его высушили в эксикаторе, г,

а – масса сухого вещества в исходной навеске, г.

Например, начальная влажность зерна – 12,5%; начальная исходная масса навески 5 г, через 1-2 недели навеска стала весить 5,6 г. К началу опыта (перед тем, как положить навеску в эксикатор) в навеске содержалось влаги (12,5 × 5) / 100 = 0,625 г, сухого вещества (а) 5 – 0,625 = 4,375 г (или сразу по формуле первой). Значит, к моменту окончания опыта, общее количество поглощенной воды составит 5,600 – 4,375 = 1,225 г. Равновесная влажность зерна будет равна (1,225 × 100) / 5,6 = 21,9 %.

Равновесную влажность зерна можно сразу же определить и по другой формуле:

В = 100 – (б₁/б₂) × (100 – в),

В – равновесная влажность, %,

б₁ – масса зерна до опыта, г,

б₂ – масса зерна после опыта, г,

в – исходная влажность (до опыта) в %.

Если подставить данные примера, то получим:

В = 100 – (5/5,6) × (100 – 12,5) = 21,9%.

Результаты опыта заносят в таблицу и по ним строят график. На оси ординат откладывают показания относительной влажности воздуха, на оси абсцисс – равновесной влажности.

Интенсивность дыхания зерна разной влажности

Дыхание представляет собой один из важнейших физиологических процессов всякого живого организма. В процессе дыхания происходит сложный окислительный распад сложных органических соединений до бо­лее простых продуктов – углекислого газа и воды. При этом выделяется свободная тепловая энергия, которая используется организмом для всех его жизненных процессов.

Основным материалом для дыхания служат углеводы, в первую оче­редь глюкоза. В семенах масличных культур, в которых сравнительно мало углеводов, дыхание происходит за счет окисления жиров, распадающихся до глюкозы, которая в свою очередь и подвергается окислению.

Энергию дыхания выражают количеством миллиграммов углекислого газа, выделенного 1000 г сухого вещества зерна за 24 часа.

Процесс дыхания за счет ферментативного окисления углеводов или других органических веществ носит название аэробного типа дыхания и происходит в соответствии с суммарным уравнением:

С₆Н₁₂О₆+ 60₂ = 6С0₂ + 6Н₂О + 2870 КДж

или С₆Н₁₂О₆+ 60₂ = 6С0₂ + 6Н₂О + 674 ккал

В процессе дыхания семена теряют некоторую часть запасных ве­ществ. При интенсивном дыхании семян потери сухих веществ могут дос­тигать значительных размеров, что вредно отражается на жизнедеятельно­сти зародыша, а следовательно и на урожае.

Выделившаяся при дыхании вода повышает влажность зерна. Одно­временно с этим повышается и влажность воздуха межзерновых про­странств. При перепадах температуры в зерновой массе создаются условия для конденсации водяных паров на семенах. Образовавшаяся капельно­жидкая влага впитывается зерном, влажность его еще больше возрастает. Дополнительное увлажнение зерна способствует дальнейшему усилению энергии дыхания и развитию на зерне микроорганизмов.

При недостаточном проветривании в зерновой массе, кроме паров воды, скапливается большое количество углекислого газа и уменьшается содержание кислорода.

Как видно из суммарного уравнения аэробного типа дыхания, выде­ляется и громадное количество тепловой энергии на 1 грамм-молекулу окисляемой глюкозы. В связи с плохой теплопроводностью зерна, значи­тельная часть тепла задерживается внутри семенной массы, что способст­вует развитию процессов самосогревания.

Основная задача организации правильного хранения зерна состоит в том, чтобы при хранении зерна процесс дыхания был сведен до минимума.

Интенсивность дыхания зависит от ряда факторов и в первую оче­редь от влажности, температуры и доступа кислорода (рис. 5, 6).

11 12 13 14 15 16 17 Влажность, %

Рис.5. Зависимость интенсивности дыхания
зерна проса от влажности.

Чем влажнее семена, тем интенсивнее протекает у них дыхание. Од­нако прямой зависимости между влажностью и интенсивностью дыхания не наблюдается. Так у семян, содержащих в себе 10-12% воды, выделяется на 1 кг сухого вещества за сутки всего 0,3-0,4 мг углекислого газа. Такие же семена, но содержащие 14-15% воды, выделяют за тот же период 1,3-1,5 мг углекислого газа, то есть в 3-4 раза больше. При дальнейшем же увели­чении влаги в семенах (>15-18%) дыхание возрастает очень быстро и при 30-33% влажности увеличивается более чем в 10000 раз. Дальнейшее же увеличение влажности снижает энергию дыхания и наступает момент, ко­гда зерно погибает.

Резкое повышение энергии дыхания при увеличении влажности указывает на наличие в семенах "свободной влаги", то есть влаги слабо или вовсе не удерживаемой гидрофильными коллоидами. Наличие в семенах свободной воды способствует проявлению биохимических процессов, в том числе и дыхания. Влажность зерна, начиная с которой резко увеличи­ваются биохимические и физиологические процессы, называют критиче­ской.

Рис.6. Влияние температуры на интенсивность
дыхания зерна пшеницы:
1- 22%, 2-18%, 3-16%, 4-влажность зерна 14%.

Таким образом, критическая влажность является тем пределом, до которого вся вода находится в семенах в "связанном виде". Опыты В.Л.Кретовича показали, что влажность 14,5-15,5% является критической для всех злаковых культур, в том числе и пленчатых.

Таким образом, на длительное хранение необходимо закладывать се­мена с влажностью ниже критической. Зерно пшеницы, ржи и других зла­ков с влажностью ниже 14…15% и масличные семена с влажностью не вы­ше 8...9%, будут дышать очень слабо, следовательно надежно хранится.

Вторым фактором, оказывающим влияние на энергию дыхания, явля­ется температура. Установлено, что по мере повышения температуры ин­тенсивность дыхания зерна резко возрастает и при 50-55°С достигает мак­симума, после чего начинается резкое падение кривой дыхания. Это резкое падение энергии дыхания происходит из-за слишком высокой температу­ры, при которой начинается денатурация белков, ферменты теряют свою активность, зерно погибает. Если же понижать температуру зерновой мас­сы, то дыхание зерна ослабевает, а при температуре близкой к 0°С полно­стью прекращается.

Следовательно, если охлаждать или промораживать зерно, препятст­вуя таким образом возникновению интенсивного дыхания, зерновая масса будет сохранятся лучше. Необходимо отметить, что влажное семенное зер­но нельзя охлаждать сильно (более -5°С), так как оно может потерять всхожесть.

Лучшей температурой для хранения семян является 0-10°С.

Следует помнить, что у семян бобовых культур интенсивность дыхания более высокая, чем у семян злаковых. Этим объясняется более быстрая порча семян этих культур при хранении.

При недостатке или при полном отсутствии в семенной массе кисло­рода, если зерно хранится без доступа воздуха, то в нем происходит вто­рой тип дыхания – процесс анаэробного дыхания (бескислородного, интра­молекулярного):

С₆Н₁₂О₆ = 2СО₂ + 2С₂Н₅ОН(2СН₃СН₂ОН) + 234 КДж (28 ккал) энер­гии на 1 граммолекулу израсходованной глюкозы.

Брожение – процесс глубокого окислительного распада органических веществ, преимущественно сахаров, несопровождающийся потреблением молекулярного кислорода. Оно, как и аэробное дыхание, состоит из боль­шого числа промежуточных окислительно-восстановительных реакций, но оно не приводит к полному окислению органического вещества. Основные типы брожения – спиртовое (уравнение написано выше), молоч­нокислое и маслянокислое. Все остальные наблюдаемые в природе виды брожений представляют собой сочетание этих 3-х основных типов.

Среди микроорганизмов, вызывающих спиртовое брожение, следует назвать дрожжи – микроорганизмы из класса сумчатых грибов.

Велика роль спиртового брожения при тестоведении и выпечке хле­ба. Углекислый газ разрыхляет тесто, придавая пористое строение, а спирт и другие продукты брожения участвуют в образовании аромата.

Иногда при анаэробном дыхании зерна наряду со спиртовым броже­нием частично происходит процесс молочнокислого брожения, при кото­ром из глюкозы образуется молочная кислота:

С₆Н₁₂О₆ = 2СО₂ + 2СН_зСНОНСООН + 94,2КДж энергии

Молочнокислое брожение вызывают молочнокислые бактерии. Их разделяют на 2 группы. Первая группа сбраживает гексозу с образованием преимущественно молочной кислоты и очень малого количества побочных продуктов – их называют гомоферментативными (типичными) бактериями.

Вторая группа, называемая гетероферментативными (нетипичными) молочнокислыми бактериями, вызывает более сложное брожение, при ко­тором наряду с молочной кислотой образуются другие продукты: уксусная кислота, этиловый спирт, водород, метан, диацетил, эфиры и пр.

Молочнокислое брожение играет большую роль при изготовлении хлебных заквасок и жидких дрожжей в хлебопечении. Оно часто происхо­дит одновременно со спиртовым брожением при изготовлении многих пи­щевых продуктов и полуфабрикатов: простокваши, ацидофилина, кефира, кумыса, кваса, кавказского "мацони", при квашении капусты, солении огурцов, томатов, при силосовании кормов, а спиртовое при производстве различных видов вин.

Маслянокислое брожение, часто сопутствующее при спиртовом и молочнокислом брожениях, как ненужное и даже вредное, вызывают мик­роорганизмы, большинство которых анаэробные бактерии. Они превра­щают углеводы, спирты и другие вещества в масляную кислоту по суммар­ному уравнению:

С₆Н₁₂О₆ — СН₃СН₂СН₂СООН + 2СО₂ + 2Н₂

^{Масляная кислота}

Три главных типа брожения, органически связанных между собой, обычно протекают в данной среде одновременно. Вместе с тем, они находятся в самой тесной органической связи с нормальным кислородным аэробным дыханием.

Для обеспечения себя необходимым количеством энергии растение при спиртовом брожении должно израсходовать большее количество гексоз, чем при аэробном дыхании.

Доступ кислорода, обеспечивающий более эффективное в энергети­ческом отношении аэробное дыхание, предохраняет зерно (растение) от излишних затрат органического вещества, характерных для анаэробного дыхания.

Действие кислорода, уменьшающего расход углеводов на дыхание и угнетающего брожение и образование продуктов анаэробного обмена, по­лучило название эффекта Пастера.

Опыты, проведенные М.Заболотским, показали, что недостаточное содержание или полное отсутствие кислорода в воздухе межзерновых про­странств вредно сказывается на всхожести зерна с повышенной влажно­стью. Опыт проводился с зерном пшеницы с исходной влажностью 11,3% и всхожестью 88%. Часть зерна была увлажнена и хранилась в замкнутых со­судах без доступа воздуха:

При влажности 11,3% всхожесть 70,7%через 240 дней

13,8% 49,6% 275 дней

16,4% 1,0% 269 дней

19,0% 0% 266 дней

22,0% 0% 156 дней

23,0% 0% 152 дней

Кроме того, при анаэробном типе дыхания выделяется этиловый спирт, который убивает зародыш семян, поэтому при этом типе дыхания не следу­ет хранить семенные партии зерна, наоборот семена при хранении следует периодически проветривать. Анаэробный тип дыхания совершенно безопа­сен для кормовых партий зерна и частично для продовольственных.

Таким образом, из всего вышеизложенного можно сделать вывод, что интенсивность дыхания зависит от ряда факторов; влажности, температу­ры, аэрации, а также качества зерна, в значительной степени от зрелости семян, физиологического состояния зерна.

Чем хуже зерно по качеству, тем при прочих равных условиях оно интенсивнее дышит и тем труднее его хранить. Нормальное зерно дышит слабее, чем морозобойное или щуплое, поэтому эти виды зерна и другие виды поврежденного зерна хранить труднее, чем доброкачественное. За ним требуется особенно внимательное наблюдение при хранении. Зерно, не прошедшее послеуборочное дозревание, дышит значительно интенсив­нее, чем то зерно, у которого период послеуборочного дозревания закончен. От­сюда следует, что свежеубранное зерно особенно легко может подверг­нуться самосогреванию и порче, вследствие чего за ним необходимо вести осо­бенно тщательное наблюдение.

Для характеристики дыхания зерна большое значение имеет дыха­тельный коэффициент – отношение объема выделяемого при дыхании ди­оксида углерода к объему поглощаемого кислорода:

СО₂

Д_к = ––––––––––––––.

О₂

Дыхательный коэффициент нормального зерна обычно равен единице. Это происходит в связи с тем, что процесс аэробного дыхания протекает в точ­ном соответствии с уравнением дыхания. Если дыхательный коэффициент больше единицы, то это значит, что зерно выделяет больше углекислого га­за, чем поглощает кислорода. Такую картину можно наблюдать на ранних этапах про­растания некоторых семян, плотная оболочка которых недостаточно про­ницаема для кислорода.

В таких семенах наряду с аэробным процессом дыхания происходит так же процесс спиртового брожения, который прекращается после того, как развивающийся корешок прорвет оболочку.

При созревании масличных семян дыхательный коэффициент обычно превышает 1. Это следствие того, что часть потребляемого на дыхание ки­слорода заимствуется из углеводов. Сухое зерно с влажностью 12...14% имеет дыхательный коэффициент выше 1 (1,2-1,3), поскольку в зародыше зерна даже в присутствии кислорода частично происходит анаэробное брожение. Небольшое количество углекислого газа без использования ки­слорода воздуха в зерне может образоваться в результате декарбоксилирования глютаминовой кислоты под воздействием глютаматдекарбоксилазы с образованием аминомасляной кислоты и углекислого газа.

Иногда дыхательный коэффициент меньше единицы. Например, при высокой влажности семян подсолнечника на ранних стадиях созревания ДК имеет величину 0,6-0,7 при одновременном интенсивном процессе на­копления масла.

В прорастающих семенах масличных культур ДК также меньше 1. Это объясняется тем, что процесс прорастания этих семян сопровождается окислением бедных кислородом жирных кислот и превращением жира в сахар, которое сопровождается потреблением значительного количества кислорода.