Созревание, фазы созревания. Послеуборочное дозревание, процессы протекающие в семенах, практическая значимость

Зерно при развитии проходит несколько фаз созре­вания: зеленую, молочную, тестообразную, восковую и твердую. Каждая фаза отличается от другой тем, что зерно имеет разный цвет, размер, консистенцию, хими­ческий состав, влажность.Общая направленность процессов, происходящих в зерне при созревании, - это синтез сложных веществ из более простых. Низкомолекулярные соединения (углеводы и азотистые вещества), поступая в зерно, постепенно превращаются под действием соответству­ющих ферментов в высокомолекулярные соединения - крахмал, белки, жиры. Содержание свободной влаги в зерне при этом постепенно уменьшается, а связан­ной - возрастает.К середине восковой спелости заканчивается по­ступление питательных веществ в зерно, завершается прирост урожая, зерно приобретает наилучшие техно­логические свойства. Влажность его составляет 24- 21 %. Зерно по своему состоянию близко к фазе полной спелости, но из колоса не выпадает. Продолжитель­ность фазы восковой спелости колеблется от 3-4 дней в степных районах в жаркую погоду до 20 дней в рай­онах с повышенным увлажнением. Установление фазы восковой спелости имеет огром­ное значение в практике раздельной уборки зерна. Следует отметить, что влажность является основ­ным показателем фазы развития зерна.Установление этого порога привело к важному практическому выводу - убирать хлеб надо не в ста­дии технической спелости, а раньше, при достижении зерном высоких технологических показателей и устой­чивом нахождении зерна в колосе.Этот способ уборки, получивший название раз­дельный, в настоящее время широко распространен в нашей стране при уборке зерновых и бобовых куль­тур. Сущность его заключается в том, что растения скашивают жатками и оставляют в поле в валках, через 3-5 дней валки убирают подборщиком комбай­на и обмолачивают. Зерно при этом имеет влажность на 5-6% ниже, чем при уборке его прямым комбайни-рованием, меньшую засоренность и легче вымолачива­ется из колоса в связи с более низкой влажностью со­ломы и половы, которые на корню высыхают значи­тельно медленнее, чем в валках.До недавнего времени способ раздельной уборки зерна при соответствующих климатических условиях считался самым прогрессивным. Однако в последние годы было установлено, что раздельная уборка отри­цательно сказывается на качестве такой культуры, как рис.Подсыхание риса при нахождении в валках, по дан­ным профессора М. Г. Голика, ведет к увеличению со­держания трещиноватых зерен, что является одной из основных причин снижения выхода целого ядра при переработке риса. Кроме того, часто наблюдающееся увлажнение ме­телок в нижней части валка способствует возникнове­нию процесса самосогревания и появлению пожелтев­ших зерен. Вот почему в последние годы уборка риса прово­дится в основном прямым комбайнированием. Следу­ет, однако, заметить, что в последнем случае рис пос­тупает на хлебоприемные предприятия с влажностью на 5-6% выше, что в значительной степени затруд­няет работу предприятия. Экономическая эффективность того или иного способа уборки риса на сегод­няшний день остается открытой.Состояние физиологической зрелости зерна являет­ся также одним из определяющих факторов его сох­ранности. Оказывается, зерно, убранное в стадии вос­ковой или даже технической спелости, не является еще физиологически зрелым. Энергия дыхания свежеубран-ного зерна повышена, способность к прорастанию по­нижена, и, наконец, мука, выработанная из такого зерна, обладает пониженными хлебопекарными досто­инствами. Такое зерно плохо хранится. Однако через некоторое время его качество улучшается: дыхание постепенно снижается, повышается всхожесть, изменя­ются биохимические свойства.Период в жизни зерна, в течение которого оно дос­тигает физиологической зрелости, называется периодом послеуборочного дозревания.Наличие у зерна периода, в течение которого оно не прорастает, является своеобразной его перестра­ховкой. Ведь если зерно, обладающее всхожестью осенью, попадет в землю, то оно может прорасти, и тогда осенние заморозки погубят росток. Вот и выра­ботала природа у семян своеобразную защиту от прорастания в неблагоприятных условиях. Кроме того, в практике сельского хозяйства север­ных районов приходится проводить посев озимых све-жеубранными семенами. Срок от уборки до посева иногда составляет всего лишь 10-15 дней, а свежеуб-ранные семена имеют низкую всхожесть.Поэтому ученые работают, с одной стороны, над созданием озимых сортов с коротким периодом пос­леуборочного дозревания, а с другой - над изыска­нием средств, способствующих ускорению данного процесса.Что происходит в зерне в период послеуборочного дозревания?Зерно с незаконченным периодом послеуборочного дозревания дышит очень интенсивно. А так как ды­хание является источником энергии сложнейших био­химических реакций в зерне, последние протекают в нем с повышенной активностью.Послеуборочное дозревание представляет собой, как говорит само название, завершение процесса соз­ревания зерна, т. е. завершение тех сложных процес­сов синтеза, в результате которых в зерне формируют­ся белки, жиры, углеводы и т. д.В этот период заканчивается накопление основно­го вещества зерна злаков - крахмала, который сос­тавляет основную массу зерна -до 85%. Синтез этого высокомолекулярного полисахарида происходит за счет более простых соединений, поэтому в зерне в пе­риод послеуборочного дозревания наблюдается умень­шение количества Сахаров. Одновременно завершает­ся синтез белков - уменьшается содержание низко­молекулярных азотистых веществ, идущих на форми­рование белка. При хранении свежеубранного зерна до завершения его послеуборочного дозревания уве­личивается количество жира, синтез которого проис­ходит за счет находящихся в зерне свободных жирных кислот, таких, как, например, линолевая, олеиновая, линоленовая и т. д. Существенно, что в этот период меняется не только количество белка и крахмала, но и их качество. Белок становится менее растворимым (например, в 70%-ном растворе спирта), более устой­чивым к воздействию некоторых ферментов, в данном случае тех, под действием которых происходит рас­пад белка. Крахмал при дозревании зерна повышает свою способность к набуханию в воде.Изменение свойств белков влечет за собой и изме­нение свойств клейковины при послеуборочном доз­ревании.Если количество клейковины при послеуборочном дозревании остается практически без изменения, то ее качество может несколько меняться. Направление этих изменений в значительной степени определяется исходным качеством клейковины. В процессе после­уборочного дозревания клейковина может улучшить свою эластичность, растяжимость, способность к набуханию при этом увеличивается. Однако может проити и некоторое ослабление клейковины.И в том и в другом случае изменение физических Свойств клейковины является следствием завершения процессов послеуборочного дозревания зерна.Влияние послеуборочного дозревания на семенные и технологические свойства зерна. Мы уже знаем, что зерно, не завершившее период послеуборочного дозре­вания, обладает низкой всхожестьюЗародыш, выделенный из зерна, не прошедшего период послеуборочного дозревания, при проращива­нии даст нормальный, здоровый росток. Следователь­но, причиной низкой всхожести является не состояние зародыша, а какие-то другие причины, задерживаю­щие его рост. Роль кислорода, получившего доступ к зародышу, сводится к участию в образовании ферментов, речь о которых пойдет дальше. Низкая проницаемость оболо­чек объясняется содержанием в них особых веществ, называемых протопектиновыми. С точки зрения сни­жения всхожести свежеубранного зерна эти вещества препятствуют проникновению кислорода к зародышу. А с точки зрения технологии переработки наличие этих веществ, придающих оболочкам вязкость, зат­рудняет процесс помола. Следовательно, особенность оболочек недозревшего зерна оказывает влияние и на его мукомольные свойства. Мука из недозревшего зерна вымалывается труднее, имеет повышенную золь­ность и темный цвет.Интересные данные по изучению влияния после­уборочного дозревания на мукомольные свойства зер­на были получены профессором Н. И. Соседовым. При переработке зерна пшеницы с завершенным периодом послеуборочного дозревания по сравнению с зерном, убранным в фазе технической спелости, было уста­новлено сокращение продолжительности помола в среднем на 14%, снижение, расхода энергии на 6- 7%, улучшение показателей зольности и выходов му­ки с первых пяти размольных систем.В то же время после завершения процесса физио­логического дозревания при дальнейшем хранении не было никаких различий в помолах, периодически про­водимых через каждые два месяца.Хлебопекарные свойства зерна, завершившего по­слеуборочное дозревание, также заметно улучшаются. Тесто из такого зерна получается более упругим, рас­тяжимым, а хлеб - большего объема и лучшего ка­чества. Если общая оценка хлеба, выпеченного из зер­на, убранного в технической спелости, только удов­летворительная, то из этого же зерна, но достигшего физиологической зрелости, - хорошая.Мы уже указывали на увеличение при дозревании зерна количества жира. Однако если для злаков это возрастание незначительно, то для масличных культур, например для сои, оно достигает больших величин.Следовательно, переработка недозрелых семян сои, обладающих пониженной масличностью, не экономич­на. Целесообразно перерабатывать семена, завершив­шие период послеуборочного дозревания.Все это ставит перед учеными и практиками две задачи: изучить продолжительность периода после­уборочного дозревания отдельных культур и уметь ускорять данный процесс.Продолжительность периода послеуборочного дозревания различных культур зависит от многих факторов, среди которых вид культуры явля­ется определяющим. Например, для овса этот период более длителен, чем для ячменя и пшеницы, а для ржи более короткий по сравнению с последними. Известно, что озимые культуры завершают этот период быстрее, чем яровые, скороспелые быстрее, чем позднеспелые. Но и в пределах одной культуры длительность перио­да послеуборочного дозревания колеблется по сортам. Приведем примеры для некоторых культур.Некоторые культуры (например, гречиха) совсем не имеют периода послеуборочного дозревания. При­целенные величины продолжительности периода после­уборочного дозревания нужно рассматривать только как некоторые средние показатели.В период дозревания, являясь харак­терным признаком сорта, может изменяться под влия­нием погодных условий в период прорастания, форми­рования, созревания и уборки. Так, например, высокие температуры воздуха и недостаточное количество осадков в период прорастания приведут к сокращению периода дозревания, а низкая температура и повы­шенная влажность - к его увеличению. Чем дольше воздействие повышенных температур в период фазы восковой спелости, тем короче период покоя семян. В свою очередь, продолжительность данной фазы пря­мо пропорциональна количеству осадков в этот пе­риод.Результатом влияния этих условий на продолжи­тельность периода послеуборочного дозревания семян является колебание его в довольно значительных пре­делах. Так, для риса сорта Краснодарский 424 этот период может колебаться от 37 до 125 дней, а для сор­та Дубовский 129 - от 25 до 95 дней.Влияние завершенности физиологических процес­сов в зерне, убранном в стадии технической спелости, на стойкость хранения, технологические свойства и технологию переработки зерна, поставило перед уче­ными задачу - изыскать пути сокращения данного периода.Многие исследователи изучали и изучают влияние сушки на всхожесть семян. Однако трудно сравнивать данные и делать соответствующие выводы, если усло­вия сушки различны. В одном случае прогрев зерна будет способствовать повышению его всхожести, а в другом - не только снижению, но и общей гибели живого начала зерна. Но даже при соблюдении оди­наковых режимов сушки эффект воздействия тепла на зерно может быть различным. Зависеть он будет от исходного качества зерна, степени его спелости, про­должительности периода дозревания зерна, который у различных культур и даже сортов в пределах одной культуры различен.Кроме того, изучая эффект воздействия прогрева на всхожесть зерна, следует принимать во внимание не только спелость зерна к моменту окончания сушки, но и скорость дозревания его после обработки теплом или проветриванием. Эти моменты необходимо учиты­вать в практике хранения. Пшеница сорта Лютесценс 62 быстрее и эффектив­нее заканчивает свое физиологическое дозревание при экспозиции сушки 40-50 мин, но и период послеуборочного дозревания этого сорта более длителен.Пытаясь ускорить данный процесс, всегда следует помнить следующее: при сушке зерна, проводимой для завершения физиологических процессов, энергия прорастания, характеризующая дружность всходов, практически не изменяется при определении ее сразу же после сушки. Но если наблюдать за таким зерном в процессе хранения, то окажется, что этот показатель возрастает значительно быстрее, чем у зерна, не под­вергавшегося сушке.Другим не менее важным способом ускорения про­цесса послеуборочного дозревания является активное вентилирование зерновой массы. Наибольший эффект этот прием дает при использовании воздуха с влаж­ностью 30-35% независимо от скорости вентилиро­вания. Так, по данным Н. И. Соседова, потребовалось всего лишь 6 ч для завершения процесса послеубороч­ного дозревания у пшеницы сорта Лютесценс 62, всхо­жесть которой при этом возросла с 79 до 100%. Для разных культур и сортов продолжительность вентили­рования различна. Однако не всегда можно достичь полного физиологического дозревания к моменту окон­чания вентилирования зерна. Но завершение процесса при хранении такого зерна наступит значительно быст­рее, чем у зерна, не подвергавшегося обработке.Отрицательное воздействие пониженных темпера­тур на завершенность периода дозревания зерна име­ет огромное практическое значение при хранении, так как в течение длительного времени сохраняет в зерне повышенное физиологическое состояние. Хранение свежеубранных семян овса и ячменя при температуре 2°С даже в течение трех лет не привело к завершению периода послеуборочного дозревания.Итак, период послеуборочного дозревания пред­ставляет собой достройку органических веществ зер­на. Его незавершенность делает зерно нестойким при хранении вследствие его повышенной физиологической активности. Переработка такого зерна снижает про­изводительность оборудования, дает продукцию худ­шего качества, при переработке семян масличных культур снижает выход масла.В процессе хранения можно ускорить послеубороч­ное дозревание, обрабатывая зерно теплом на зерно­сушилках или установках активного вентилирования.Зерно, не прошедшее период послеуборочного доз­ревания, не рекомендуется переводить на зимнее хра­пение, так как низкие температуры замедлят этот процесс и снизят стойкость зерна.