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.
