Хранение зерна с влажностью ниже критической
Зерно, достигшее полной спелости и высушенное до влажности ниже критической, можно хранить в течение длительного времени. Способность к прорастанию при этом сохранится. Процессы жизнедеятельности в нем понижены настолько, что практически их трудно обнаружить. В частности, поглощение кислорода и выделение углекислого газа так мало, что требуются очень длительные опыты, чтобы их уловить. Вместе с тем при увлажнении, повышении температуры и доступе кислорода зерно может вновь перейти в состояние активной жизнедеятельности и прорасти. Состояние, в котором находится высушенное и охлажденное зерно, может быть обозначено как анабиоз, т. е. такое состояние организма, при котором отсутствуют видимые проявления жизни, которые, однако, обнаруживаются при благоприятных условиях температуры и влажности. Проблема анабиоза имеет большое значение для практики сельского хозяйства и хранения, так как она связана с условиями сохранения жизнеспособности семян. Исследованию этой проблемы посвящены многие работы. Различают анабиоз полный и неполный, при котором процессы обмена веществ в организме протекают очень слабо. По отношению к зерну и семенам масличных культур применяют еще термин «хозяйственный анабиоз», т. е. неполный анабиоз, в состоянии которого семена сохраняют свои хозяйственные качества как посевной материал и как сырье для переработки. Вопрос о долговечности семян, т. е. о том времени, в течение которого может продолжаться состояние анабиоза при сохранении потенциальной жизнеспособности, издавна привлекал внимание исследователей и обобщен в нескольких монографиях. При оптимальных условиях хранения зерно способно сохранять всхожесть в течение десяти лет. Так при хранении пшеницы влажностью 12% в силосе с годичным изменением температуры внешней среды в пределах от 2 до 20°С всхожесть оставалась на уровне исходной в течение восьми лет. Отмечено сохранение всхожести зерна ячменя на уровне 96% после 32 лет хранения и зерна кукурузы — на уровне 70%. Овес и ячмень были вполне пригодны для посева, т. е. имели всхожесть 95% через 15 лет хранения. Семена овса и ячменя, пролежавшие в фундаменте здания в трубках в течение 133 лет, еще обнаружили незначительную всхожесть.
Биохимические изменения, происходящие при длительном хранении зерна в условиях, сохраняющих его всхожесть, изучены менее подробно По имеющимся данным, в образцах пшеницы, хранившихся в течение восьми лет, не изменилось содержание белка, что вполне понятно, так как дыхательный газообмен был слишком мал, чтобы повлиять на содержанке углеводов и тем самым изменить соотношение этих компонентов. Практически не изменилось содержание суммы глобулинов и общее содержание жира. Вместе с тем заметно повысилось количество свободных жирных кислот (кислотное число возросло с 10 до 30 мг KOH на 100 г жира).
При хранении овса низкой влажности в течение десяти месяцев не было обнаружено заметного изменения содержания глюкозы, фруктозы, мальтозы и сахарозы.
Значительно больше материала имеется в литературе по вопросу влияния условий хранения зерна низкой влажности на состав и свойства липидной фракции зерна, как наиболее подверженной окислительным и гидролитическим процессам. При шестилетнем хранении кукурузы влажностью от 10 до 13,5% после третьего года обнаружено постепенное понижение всхожести (от 100 до 75%) и одновременное повышение кислотного числа жира (от 4,5 до 9,0 мг KOH на 100 г). При этом никаких заметных изменений внешнего вида и развития плесеней найдено не было. В поздних работах более подробно исследовали липидную фракцию хранящегося зерна. Хранение зерна проса сопровождается заметными изменениями в составе свободных и связанных липидов: уменьшается количество полярных липидов, возрастает количество свободных жирных кислот и триглицеридов. Эти изменения могут происходить как в результате гидролитических, так и окислительных процессов, но возможен также и переход части липидов из свободных в связанные формы и обратно. Последним, по-видимому, и вызвано увеличение содержания триглицеридов. Очень сильно изменяется содержание фосфолипидов как во фракции свободных, так и связанных липидов. Наличие окислительных изменений липидов хранящегося проса можно обнаружить по снижению количества ненасыщенных триглицеридов с 77,6 до 65,9% через пол года хранения и соответственно повышению содержания насыщенных триглицеридов. В процессе шестимесячного хранения полностью разрушается β-каротнин при одновременном увеличении содержания кислородсодержащих пигментов (лютеина). При хранении сухого проса в течение года во фракции свободных липидов заметно возрастает содержание продуктов окисления при увеличении количества карбонильных соединений. Наличие высокой положительной корреляции между суммарным количеством окисленных продуктов и карбонильных соединений (коэффициент корреляции r=0,880—0,088) свидетельствует о закономерной взаимосвязи этих величин. Было изучено также соотношение различных жирных кислот липидов проса, хранившегося в течение 12 месяцев при влажности ниже критической. Результаты анализов показывают, что при этих условиях хранения сумма свободных липидов не изменилась, а сумма свободных жирных кислот увеличилась в несколько раз. Во фракции этих кислот содержание линолевой кислоты увеличивается, тогда как во фракции глицеридов по мере хранения количество этой кислоты уменьшается, а олеиновой возрастает.
Аналогичные изменения в сумме липидов, извлекаемых хлороформ — метанольной смесью, были обнаружены при хранении риса. При исследовании липидной фракции овса низкой влажности также было найдено, что при хранении происходит окисление. Суммарное содержание продуктов окисления липидов, нерастворимых в петролейном эфире, неуклонно возрастает. Общее же количество липидов в процессе годичного хранения не изменяется. Как и для проса, содержание каротиноидных пигментов и токоферолов при хранении овса понижается.
Следовательно, в зерне с влажностью ниже критической все же протекают процессы как гидролитического, так и окислительного изменения липидной фракции.
По мере дальнейшего хранения даже в наиболее благоприятных условиях всхожесть зерна понижается вследствие естественных процессов старения организма. Одним из биохимических механизмов старения семян, потери ими всхожести является прекращение транскрипции РНК и репликации ДНК. При увеличении срока хранения зерна уменьшается содержание РНК и ДНК в его зародыше. Зародыш овса, хранившегося в течение семи лет, проявляет пониженную способность к синтезу простых белков. Высокомолекулярные альбумины совсем не синтезируются, а часть простых белков подвергается деградации.
При исследовании свойств зерновок риса, потерявших всхожесть при длительном хранении, установили, что у них полностью ингибирован процесс дыхания. Наряду с этим происходит заметное снижение содержания растворимых при pH 7,4 и pH 5,3 белков. В первой из этих фракций содержатся в основном ферменты дегидрогеназа и цитохромоксидаза, во второй — дегидрогеназа, а изменение растворимости этих фракций характеризует понижение активности ферментов. Процессы диссимиляции белков, особенно в тканях зародыша, выражаются в очень сильном повышении содержания аммиака (табл. 149). Глубокие изменения происходят также и в липидном комплексе зерна (табл. 150).
Изменяется жирнокислотный и фракционный состав липидов, при этом заметно уменьшается содержание триглицеридов и увеличивается количество свободных жирных кислот. Отмечено также снижение активности липазы, вероятно, вследствие накопления продуктов гидролиза жира. Понижается и содержание токоферолов, что подтверждает данные, полученные ранее на других зерновых культурах.
По мере потери зерном всхожести активность протеаз падает. После годичного хранения их активность понижается почти вдвое. В связи с этим исследовали механизм снижения активности протеаз зерна кукурузы при длительном хранении. Было установлено, что в процессе хранения повышается активность ингибитора протеаз и соответственно понижается общая активность гидролаз, расщепляющих запасные питательные вещества эндосперма.
Представляет интерес изучение свойств зерна пшеницы урожая 1888 г., хранившейся в лаборатории в стеклянном сосуде в течение 64 лет, по сравнению с зерном пшеницы того же сорта, хранившимся в течение трех лет. Зерно полностью потеряло всхожесть. Анализ его выявил сильное понижение растворимости белков в 0,1 н. растворе уксусной кислоты (табл. 151). На низком уровне была также активность протеаз, но активность комплекса осахаривающих крахмал ферментов практически не отличалась от нормальной, Пробная выпечка обнаружила сильное изменение свойств белков клейковины, которые не обладали должными для получения нормального хлеба реологическими свойствами.
Эти данные показывают, что при длительном хранении при влажности ниже критической происходит постепенная денатурация белков зерна.
В серии исследований изучили динамику изменения всхожести зерна сухой пшеницы при длительном хранении в силосах элеваторов, особенности ферментов этого зерна и свойства его белков. Вместе с этим исследовали образцы пшеницы, хранившиеся в сухом состоянии от 16 до 23 лет, но по которым не было более подробных данных исходных образцов. Провели специальные анализы для выяснения содержания кислорода и углекислого газа в воздухе межзерновых пространств. Установили, что количество кислорода сохранялось на всем протяжении хранения на уровне 18,7—19,6%, а углекислого газа — 0,05—0,32%. Следовательно, зерно находилось все время в условиях, при которых обеспечивалось аэробное дыхание. В этих условиях за четыре года хранения происходит некоторое понижение всхожести и энергии прорастания зерна: после четырех лет хранения всхожесть составляет около 90% исходной. Очень сильно понижается активность каталазы, причем особенно резкий скачок отмечается между вторым и третьим и третьим и четвертым годом хранения. Осахаривающая способность не обнаруживает резких изменений: после первого года хранения она несколько падает, а затем практически не изменяется. Количество сырой клейковины в процессе четырехлетнего хранения изменяется настолько мало, что практически его можно считать стабильным.
Ho очень заметные изменения обнаруживаются при изучении ее свойств. Было отмечено ясно выраженное укрепление клейковинного геля, который по мере хранения становился все более упругим. При исследовании пшеницы, хранившейся в сухом состоянии в силосах элеваторов 16 лет, также было отмечено укрепление клейковины, которая становилась чрезмерно крепкой, крошащейся, Определение белковых фракций, растворяющихся в различных растворителях, обнаружило только более или менее четкое понижение растворимости белков в воде у зерна, хранившегося 16 лет. Изменения в содержании глиадина были незакономерны, так же как и фракции белков, растворимых в 0,1 и. растворе уксусной кислоты (глиадин + глютенин). Изменение содержания водорастворимых белков в определенной степени соответствует уменьшению активности каталазы и протеаз, обнаруживаемому в зерне при длительном хранении.
Изложенные опыты показали, что при оптимальных условиях» т. е. при влажности ниже критической, четырехлетнее хранение пшеницы не ухудшает ее мукомольных и хлебопекарных свойств, так как свойства белков клейковины еще не настолько изменились, чтобы мука потеряла способность формировать нормальное тесто.