Анализ общего уравнения дыхания

Дыхание

 

Определение. Виды дыхания

Для осуществления всех реакций в живых организмах требуется постоянный приток энергии. Основным источником энергии в живой клетке является дыхание.

Дыхание — это окислительно-восстановительный процесс расщепления (диссимиляции) органических веществ (углеводов, липидов) с выделением энергии. При окислении высвобождается та энергия, которую аккумулировали зеленые растения в процессе фотосинтеза.

Общее уравнение дыхания:

С₆Н₁₂О₆ + 6О₂ ® 6СО₂ + 6Н₂О + 2780 кДж

Это уравнение аэробного дыхания. Наряду с этим существуют организмы более древние в эволюционном отношении, у которых процесс окисления органических веществ идет в анаэробных условиях. Этот тип окисления впервые был изучен у микроорганизмов и получил название «брожение».

Различают три основные типа брожения:

1.1 Спиртовое

С₆Н₁₂О₆ ® 2С₂Н₅ОН + 2СО₂ + Q кДж;

Лежит в основе производства вина, пива, хлеба

1.2 Молочнокислое

Играет большую роль при изготовлении молочнокислых продуктов, кваса, хлебных заквасок, квашении овощей, получении молочной кислоты.

1.3 Маслянокислое

С₆Н₁₂О₆ ® СН₃СН₂СН₂СООН + 2Н₂ + 2СО₂ + Q кДж

Вследствие неприятного вкуса и запаха масляной кислоты не находит применения, но оно вызывает порчу пищевых продуктов: картофеля, овощей, вспучивание сыра, прогоркание масла.

Кроме этих основных видов брожения в природе существуют пропионовокислое, уксуснокислое, ацетоновое и другие виды.

Для растений, животных и человека характерен аэробный распад углеводов.

 

Участие органических веществ в процессе дыхания

В процессе дыхания окислению могут подвергаться не только углеводы, но и жиры, белки и органические кислоты. Определить ориентировочно участие определенного субстрата в дыхании можно, оценивая величину дыхательного коэффициента (ДК), т. е. отношение количества выделившегося диоксида углерода к количеству поглощенного кислорода, согласно общему уравнению дыхания:

ДК = СО₂/О₂.

При расходовании в процессе дыхания углеводов ДК будет равен 1. Как следует из уравнения,

ДК = 6СО₂/6О₂ = 1.

Однако на окисление в ходе дыхания используются и другие субстраты. Например, при прорастании семян масличных растений на дыхание используются запасные липиды — триацилглицеролы. При окислении триацилгли-церола ДК определяется из следующего уравнения дыхания:

С₅₇Н₁₀₄О₆ + 80О₂ ® 57СО₂ + 52Н₂О

ДК < 1

Если поглощение кислорода будет меньше, чем выделяется диоксида углерода, то ДК > 1, а при анаэробном дыхании ДК равен бесконечности:

С₆Н₁₂О₆ ® 2СО₂ + 2С₂Н₅ОН

 

Анализ общего уравнения дыхания

Процесс дыхания лежит в основе хранения любого растительного сырья. Анализ общего уравнения показывает, что при дыхании происходят следующие явления:

3.1 Потеря сухой массы вещества. В результате расходования органического вещества на дыхание всегда происходит уменьшение сухой массы хранящегося растительного сырья.

3.2 Изменение газового состава атмосферы, окружающей массу хранящегося сырья, вследствие уменьшения массовой доли кислорода и возрастания диоксида углерода. Количество последнего может увеличиться в сотни раз, благодаря чему аэробное окисление переходит в анаэробное, главным образом в спиртовое брожение с образованием в клетке этилового спирта.

3.3 Выделение воды в виде водяных паров при дыхании. Это приводит к повышению влажности сырья и увеличению интенсивности его дыхания.

3.4 Выделение большого количества энергии в виде теплоты. Вследствие плохой теплопроводности растительной массы теплота накапливается внутри слоя хранящегося сырья.

Под влиянием выделения паров воды, накопления теплоты и роста температуры внутри массы хранящегося сырья начинается процесс самосогревания. Температура может достигать значительных величин, вызывая необратимую порчу сырья. Основными технологическими приемами, предупреждающими самосогревание, в частности зерновых масс, являются сушка, активное вентилирование, охлаждение, а для некоторых видов сырья — химическое консервирование.

 

Интенсивность дыхания

Количественная характеристика дыхания определяется его интенсивностью. Последняя может быть оценена в соответствии с общим уравнением дыхания следующими показателями: величиной потери массы веществ, окисляемых в ходе дыхания; количеством теплоты, выделяемой при дыхании; количеством поглощенного кислорода и выделенного диоксида углерода.