Фізіологічні процеси, які відбуваються у зерновій масі при зберіганні.
Нормальним процесом життєдіяльності зерна і насіння при зберіганні є дихання їх.
Крім того, у свіжозібраному насінні відбуваються біохімічні процеси які дістали назву – післязбиральне достигання. При неправильній організації зберігання зернових мас спостерігається одиничне або масове проростання зерен.
Зерна та насіння для підтримання життя дістають потрібну їм енергію в процесі дисиміляції запасних поживних речовин, головним чином цукрів. Цукри, які при цьому витрачаються, поповнюються в результаті гідролізу або окиснення більш складних поживних речовин.
Дисиміляція – цукрів відбувається аеробно, тобто в процесі окиснення або анаеробно під час бродіння.
При зберіганні зерна та насіння в них спостерігається обидва види дисиміляції, кінцевий результат якої може бути сумарно виражений рівнянням: С6Н12О6+ 6О26СО2+6Н2О + енергія;
С6Н12О66СО2+2С2Н5ОН + енергія.
Перше характеризує аеробний процес дисиміляції – аеробне дихання, коли спостерігається повне окиснення гексози (глюкози) з виділенням вихідних продуктів фотосинтезу – вуглекислого газу і води.
Друге – рівняння спиртового бродіння, тобто аеробного процесу, коли гексоза розщіплюється з утворенням такого мало окисленого органічного продукту. При достатньому доступі до зернових мас повітря в зерні і насінні переважає процес аеробного дихання. Останнє іноді розглядають як пристосувальний процес зерна і насіння до несприятливих умов навколишнього середовища.
В результаті дисиміляції в окремих зернах і зерновій масі відбуваються такі зміни:
1) Втрата у масі сухих речовин;
2) Збільшення кількості гігроскопічної вологи в зерні і підвищення відносної вологості повітря між зерновими масами;
3) Зміна складу повітря міжзернових просторів;
4) Нагромадження тепла в зерновій масі.
Окислені і розкладені гексози є неповторною втратою частини сухих речовин зернини та насіння. Величина цих втрат залежатиме від інтенсивності дихання. Тому вивчення факторів, які впливають на інтенсивність цього процесу становить великий інтерес для організації боротьби з втратами зерна у масі.
Вивченню факторів, які впливають на інтенсивність дихання зерна при зберіганні було присвячено багато досліджень. Найгрунтовніші роботи в цьому напрямі проведено в нашій країні і в США. Виявилося, що інтенсивність дихання зерна і насіння всіх культур при зберіганні закономірно змінюється від одних і тих самих факторів.
Всі вони можуть бути поділені на дві групи: 1) фактори, які впливають на інтенсивність дихання в будь-якій зерновій масі до них належать вологість, температура і ступінь аерації зернової маси.
2) фактори, які мають істотне значення тільки при зберіганні окремих партій зерна і впливають у специфічних особливостях їх.
Чим вологіше зерно, тим воно інтенсивніше дихає. Інтенсивність дихання дуже сухих зерен ( пшениці, жита, ячменю, вівса, кукурудзи і бобових з вологістю до 11-12%), а також насіння олійних культур з високим вмістом олії (з вологістю 4-6%) дуже мала і практично дорівнює нулю. Навпаки (дуже сере зерно з вологістю 30% і більше) і насіння олійних (з вологістю 15-20% і більше) у неохолодженому стані при вільному доступі повітря втрачають у масі сухої речовини за добу 0,05-0,2%.
Такий стан легко можно пояснити, якщо згадали про зв’язок води з речовинами зерна і насіння. Тільки з появою в них вільної вологи різко зростає активність гідролітичних і дихальних ферментів інтенсивність дихання зерна і отже втрати сухих речовин.
Вологість зерна і насіння при якій виникає вільна волога і різко зростає інтенсивність дихання дістала назву критичної.
Рівень критичної вологості діє уявлення про те, чому, наприклад сухе, зерно основних злакових культур з вологістю до 14% (тобто нижче критичної) стійке. Його можно зберігати в насипу великої висоти (до 30м і більше) що і практикується при зберіганні.
Зерно середньої сухості, яке перебуває на грані граничної вологості дихає приблизно в 2-4 рази інтенсивніше від сухого, але має ще малий газообмін і тому дуже стійке при зберіганні.
Вологе зерно дихає в 4-8 раз інтенсивніше від сухого, але сире з (вологістю понад 17%) в 20-30 разів інтенсивніше від сухого. У міру дальшого зволоженню зерна і нагромадження в ньому вільної вологи ще більше зростає інтенсивність дихання.
Отже, висока інтенсивність дихання зерна і насіння при високій вологості фактично характеризує сумарну інтенсивність дихання зернової маси, тому що при цих умовах активно дихають і розмножуються, мікроорганізми. При зберіганні в зернах і насінні відбуваються комплекс процесів, який призводить до поліпшення посівних і технологічних якостей їх. Цей комплекс дістав назву післязбирального достигання. Післязбиральне достигання в зерні відбувається лише тоді, коли синтетичні процеси в насінинах переважають над гідролітичними. У зв’язку з цим для успішного завершення післязбирального достигання партія зерна повинна мати вологість нижче критичної, або в крайньому разі в її межах. При такому стані синтетичні процеси переважають над гідролітичними.
У свіжозібраному зерні з підвищеною вологістю переважають процеси гідролізу. В цих умовах насіння не тільки не поліпшує своїх посівних якостей, а й може знизити їх. Післязбирального достигання марно чекати в таких партіях. Слід вживати негайних заходів для консервації і їх сушінням або охолодженням. Правильно проведене теплове сушіння не тільки зупиняє гідролітичні процеси, а й сприяє післязбиральному достиганні.
Другою найважливішою умовою, яка впливає на хід процесів післязбирального достигання, є температура. Насіння достигає тільки при плюсовій температурі і найінтенсивніше при 15-30º і вище. Тому у перший період зберігання сухого свіжозібраного насіння не слід його дуже охолоджувати. Спостерігаючи за партіями такого насіння і піддаючи його періодичному провітрюванню можна добитися завершення достигання протягом 1-2 місяців зберігання і навіть менше. Насіння з підвищеною вологістю, якщо не можливо висушити його, може бути законсервоване охолодженням (але не проморожуванням).
Недостача кисню і нагромадження в зерновій масі вуглекислого газу сповільнює достигання. Тому при анаеробному диханні не тільки не відбувається достигання, а навіть знижується процент насіння, яке спочатку було схожим.
Отже, початкова вологість насіння, температура його зберігання та умови для газообміну визначають можливість післязбирального достигання. Наявність сушильної техніки в господарствах, які розташовані в зонах зволоженого клімату – необхідна умова одержання доброго насіння. При зберіганні відбувається ще одне негативне явище – проростання зерна (насіння). Проростання супроводжується інтенсивним диханням зерна, значним виділенням енергії, великими втратами у масі сухих речовин. При проростанні насіння вивільнюється величезна кількість енергії, яка виділяється у вигляді тепла. Крім того, зерна що проросли і набубнявіли мають значно нижчу цінність.
Змогу прорости насінню дає вбирання краплинно-рідкої вологи. Вона утворюється в насипах тільки внаслідок термовологопровідності (при значних перепадах температури), або потрапляє до них несправності стін, даху чи підлоги сховища, тобто коли відбувається зволоження зерна атмосферними або грунтовими водами.
Отже, у будь-якому випадку проростання зернових мас при зберіганні слід розглядати як наслідок неправильного зберігання, відсутності потрібного догляду за даною партією зерна.
Вихідні якості зерна можуть бути збережені тільки при умові, якщо в ній не було активного розвитку мікроорганізмів.
Фактори які впливають на стан і розвиток сапрофітних мікроорганізмів у зерновій масі, виявлено дуже багато. Вирішальне значення серед них мають середня вологість зернової маси і вологість окремих її компонентів (основного зерна, домішок, та повітря міжзернових просторів), температура і ступінь аерації зернової маси. Поряд з цими факторами істотне значення мають також цілісність і стан покривних тканин зернини, життєві функції її, кількість і видовий склад домішок.
Відомості для правильної організації зберігання зернових мас:
1. Властива зерновій масі мікрофлора яка зберігається в ній тривалий час навіть в умовах, які виключають активний розвиток її. Протягом усього часу нормального зберігання зернова маса насичена мікроорганізмами, хоч чисельність їх поступово зменшується, а видовий склад змінюється в процентному відношенні. Пояснюється це тим, що при тривалому зберіганні поступово відмирають неспорові бактерії, які утворюють спори і спори пліснявих грибів, зберігаються.
Типовими бактеріями які не утворюють спор, є представлене роду Psendomanus. Серед них переважає Bactherbicola akreum – рухлива дрібна (1-3 мк) паличка, вона утворює на щільному середовищі колонії золотистого кольору. У значно менших кількостях зустрічаються Bact flnonsecum – теж паличка, що утворює на щільному середовищі сіруваті колонії.
Ці бактерії не можуть руйнувати оболонки зернини і не беруть участь безпосередньо в його псуванні. Лише у свіжозібраній зерновій масі вони мають ще велику здатність до газообміну, виділяють багато тепла і цим сприяють самозігріванню.
Бактерії, що утворюють спори, в зерновій масі представлені головним чином картопляною (Bact. Mesentericum) і сінною ( Bact. Subtilis) паличками. Вони можуть зберігатися в зерновій масі протягом тривалого часу. Спори картопляної ї сінної палички дуже стійкі і при помолі зерна значна частина цих паличок потрапляє в борошно.
При певних умовах (повільному охолодженні хліба після випічки або зберіганні його при підвищених плюсових температурах) картопляна пличка, бурхливо розмножуються в м’якуші хліба і він псується.
Отже, у будь-якій зерновій масі, що зберігається протягом певного часу при сприятливих умовах для розвитку мікроорганізмів, останні активно розмножуються, впливами на стан і якість її.
2. В зерновій масі дуже багато аеробних мікроорганізмів. Тільки повна герметизація зернової маси і відсутність запасу в ній кисню виключає можливість розвитку аеробних мікроорганізмів.
3. Основну частину мікрофлори зернової маси становлять мезофільні мікроорганізми, тобто ті, що мають оптимум розвитку 20-40º, мінімуму – 3,5 – 1,0 º, і максимум при 40-45 º. Отже, при зберіганні зернових мас зниження їхньої температури до 8-10 º і нижче значно затримує розвиток мікроорганізмів.
4. Найважливішою умовою, що визначає можливість розвитку мікроорганізмів у зерновій масі є вологість її. При відносно рівномірному розподілі вологи в зерновій масі інтенсивний розвиток мікроорганізмів спостерігається тільки при вологості вище критичної.
Чим більше вільної вологи в зерні і домішок тим інтенсивніше відбувається розвиток мікроорганізмів.
Винятково сприятливі умови створюються для бурхливого розвитку мікроорганізмів при утворенні в зерновій масі конденсації (краплинорідкої) вологи. Вона утворюється на поверхні зерен і дуже добре використовується бактеріями та спорами пліснявих грибів. При такому стані розвиток мікроорганізмів стає можливим у зерновій масі з вологістю нижче критичної. Розвиток мікроорганізмів супроводжується проникненням їх у пори року оболонок порожнини зернини, тобто призводить до нагромадження мікрофлори.
Отже, зниження вологості зерна до рівня нижче критичної і запобігання утворенню в зерновій масі краплинорідкої вологи є надійним засобом захисту її від активної дії мікроорганізмів.
5. Наявність у зерновій масі механічно травмованих зерен сприяє активному розвитку мікроорганізмів. Внаслідок пошкодження покривних тканин, внутрішні частини зерна стають доступними для живлення багатьох мікроорганізмів, нездатних руйнувати клітковину і прискорюється розвиток плісневих грибів.
6. На чисельність мікрофлори , її видовий склад і можливість розвитку впливає кількість та склад домішок. Чим більше домішок у зерновій масі, тим більша і насиченість її мікроорганізмами. Особливо багаті на мікрофлору такі фракції домішок, як зіпсовані зерна, органічне і мінеральне сміття.
7. Вимірювальний вплив на стан і якість зернової маси з усього складу мікрофлори роблять плісняві гриби. Незважаючи на малу чисельність їх, у свіжозібраному зерні, якщо відбувається активний розвиток, вони стають дуже небезпечними. Кількість плісняви зростає в сотні і тисячі разів при цьому змінюються ознаки свіжості партії зерна, знижується схожість і виділяється велика кількість тепла.
Шкідники хлібних запасів – комахи і кліщі при сприятливих умовах для існування інтенсивного живлення, дихають і розмножуються.
Під час зберігання насінних, продовольчих і фуражних фондів у господарствах, треба врахувати такі основні положення:
1. Комахи і кліщі існують у зернових масах, зернових продуктах, борошні, крупі, комбікормах і в самих сховищах. В сховищах вони розселяються в щілинах конструктивних елементів (стінах, опорах, підлогах).
Отже, може бути зараження шкідниками, які раніше були в сховищах свіжозібраних партій зерна або інших зернових продуктів доставлених на зберігання. Можливо також, що чисте, знезаражене і підготовлене до приймання продуктів, сховище заражується від засипаних у нього партій зерна з певним ступенем зараженості.
2. Комахи і кліщі на різних стадіях розвитку можуть тривалий час обходитися без їжі. Тому природного і повного знезаражування сховищ, які не завантажені продуктами протягом кількох місяців, звичайно не відбувається. Якщо ж склад не був очищений від органічних залишок і має підвал, зараженість його зберігається протягом року або навіть кількох років.
3. Зернові продукти і сховища можуть виявитися зараженими внаслідок занесення шкідників на різних стадіях розвитку гризунами і птахами. Крім того, шкідники заносяться в сховища разом з інвентарем, тарою і навіть сильнім вітром від недалеко розташованих заражених об’єктів.
4. Найважливішим фактором, що впливає на інтенсивність розвитку комах і кліщів у зернових продуктах і зерносховищах є температура. Нижня межа температури активного існування шкідників перебуває на рівні 6-12º, а верхня 36-42 º. Між цими порогами лежать оптимальні температурні точки для розвитку кожного виду шкідників. За межами цих порогів як у бік низьких, так і в бік високих температур настає дисперсія: комахи і кліщі стають майже нерухомими. При дальшому відхиленні від температурних порогів шкідники гинуть.
5. Менше ніж температура, але істотно, впливає на розвиток комах і кліщів, вологість зернової маси. У тілі комах, шкідників зернових продуктів міститься від 48 до 67% води. Трохи більше її в личинках і гусеницях (60-70%) і ще більше в тілі кліщів. Тому тільки при вмісті в зернових продуктах певного мінімуму вологи, комахи і кліщі можуть розвиватися і розмножуватися.
Стійкість комах при несприятливій температурі змінюється в залежності від середовища, в якому вони перебувають. Для ілюстрації дії низької температури на комірного довгоносика є дані, з яких випливає, що в межах від 0 º до 10 º виживаність довша чим вища вологість зерна. Лише при 15 º довгоносики гинуть незалежно від вологості зернової маси.
6. Для комах та кліщів потрібний кисень. Якщо кисню в окремих шарах насипу не вистачає, як це наприклад може бути інколи в силосах елеваторів та високих бункерах, комахи і кліщі переміщуються в ділянки багатші на кисень, тобто до поверхні насипу і до стін сховища.
7. Наявність у зерновій масі травмованих зерен і дрібних органічних часток сприяє розвитку комах крім, тих, що проходять стадії розвитку в середині зернини і кліщів. Механічно пошкоджені зерна і насінини, дрібні частини їх та органічний пил є доступним живильним середовищем.
8. Шкідники хлібних запасів надають перевагу неосвітленим частинам насипів продуктів і затемненим ділянкам у сховищах. При нестачі тепла кліщі на деякий час виповзають на поверхню, які обігріваються сонячними променями. Проте при сильній сонячній радіації спостерігається пригнічення шкідників (перегрівання і обезводнення) тому вони переповзають у затемнені місця. При сонячному сушінні зерна і насіння, частина шкідників гине.
9. Комахи і кліщі в зернових масах що зберігаються і в самих сховищах можуть бути знищені сильнодіючими засобами, які отримують при газообміні діють на їх нервову систему або руйнують хітинові покриви. Тому залежно від господарських і технічних можливостей застосовують різні засоби і способи дезинсекції.
Механічним способом (наприклад, пропускання через зерноочисні машини) можно видалити більшу частину шкідників із зернової маси але не можно повністю знезаразити її. При подальшому зберіганні, якщо не буде створено умов, які консервують зернову масу (зниження температури і т.д.) зараженість знову зростатиме.
Фізіологічні процеси в зерновій масі (дихання її живих компонентів) супроводжується виділенням тепла. У зв’язку з поганою тепло і температуропровідністю тепло що утворюється в зерновій масі може затримуватися в ній і спричинювати самозігрівання. Отже, cамозігрівання зернової маси – наслідок її фізіологічних і фізичних властивостей.
Температура зернової маси при тривалому самозігріванні досягає 55-65ºС. Потім зернова маса буде поступово природно охолоджуватись, але в ній в наслідок підвищення температури відбуваються такі глибокі зміни, що вона втратить усі споживчі властивості. Зерна і насінини чорніють, зернова маса втрачає сипкість і перетворюється в моноліт, повністю втрачаються посівні хлібопекарські якості, та інші технологічні якості. У деяких випадках зерно набуває токсичних властивостей.
Навіть при нижчій температурі (25-30º) помітні погіршення якості і втрата у масі сухих речовин у розмірі кількох процентів. Тому необхідно організовувати зберігання зернових мас так, щоб можливість виникнення самозігрівання була виключена. Тепло в зерновій масі утворюється і нагромаджується в наслідок:
а) інтенсивного дихання зерна основної культури, а також зерен і насінин які входять до складу домішок.
б) активного розвитку мікроорганізмів.
в) інтенсивної життєдіяльності комах і кліщів. Самі кліщі в умовах нашої країни мають істотне значення в утворенні тепла і вологи і неохолоджених зернових масах. Однак партії зерна очищені від домішок і без ознак зараженості все ж зазнаючи самозігрівання. Тому основними джерелами утворення тепла в зерновій масі вважають саме зерно і мікроорганізми.
Спостереженнями за зерновими масами при зберіганні в складах та елеваторах виявлено певні закономірності виникнення і розвитку процесу самозігрівання. Самозігрівання розділяють на три види – гніздове, шарове і суцільне.
Гніздове самозігрівання може виникнути в будь-якій частині зернової маси внаслідок однієї з таких причин:
зволоження якоїсь ділянки зернової маси при несправності дахів, або недостатній гідроізоляції стін сховищ;
засипання в одне сховище зерна з різною вологістю і в наслідок чого створюється осередки (гнізда) з підвищеною вологістю;
утворення в зерновій масі ділянок з підвищеним вмістом домішок, пилу і мікроорганізмів, від засипання разом різнорідного за вмістом домішок зерна;
скупчення комах і кліщів в водяній ділянці насипу.
Шарове самозігрівання дістало назву тому, що зерно в насипу зігрівається у певному горизонтальному або вертикальному шарі. Залежно від того, на якій ділянці насипу утворюється такий шар, розрізняють самозігрівання верхове, низове або вертикальне. Природа будь-якого шарового самозігрівання однакова. Воно є наслідком явище термовологопровідності, властивого зерновій масі. Перепади температури, яких зазнають периферійні частини насипу створюють умови для переміщення вологи та конденсації її. Тому шарове самозігрівання виникає недалеко від поверхні насипу або в шарах, які близько розташовані від підлоги і стін сховища.
Суцільне самозігрівання характеризує такий стан, при якому вся зернова маса, за винятком периферійних ділянок, перебуває в стані зігрівання. До останнього часу суцільне самозігрівання розглядали як занедбану форму шарового або гніздового.
Проте суцільне самозігрівання появляється відразу в зернових масах з високою вологістю які містять велику кількість різних домішок, в тому числі частини рослин і недостиглих зерен. Навіть короткочасне зберігання восени такого зерна насипом невеликим шаром (1м) без негайного охолодження, призводить до бурхливого розвитку процесу. Коливання в температурі які виявляються в тому чи іншому місці, істотного значення не мають.
У зв’язку з можливістю виникнення процесу самозігрівання в будь-якій зерновій масі в інших місцях її, а також різким негативним впливом цього явища на якість зерна і насіння виникає потреба систематично спостерігати за станом зберігаємих партій зерна. Низька температура в насипах свідчить про благо приємне зберігання.
Слід пам’ятати, що процес самозігрівання який почався в зерновій масі, сам по собі не припиниться і пройде всі стадії підвищення температури. Тільки активне втручання людини, із застосуванням потрібних технічних засобів забезпечує його ліквідацію. Однак підвищення температури в зерновій масі може бути наслідком її теплової енергії. [4]