ÁGUA MATÉRIA SECA. GUbs Ms. GUbu. Mu Ms

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1 RELAÇÕES ÁGUA/SEMENTES Julio Marcos Filho Tecnologia Sementes Depto. Produção Vegetal USP/ESALQ Relações / sementes reúnem, basicamente, atividas dirigidas à garantia da continuida da espécie - Período senvolvimento (formação) - Quiescência (latência) - Germinação - Tolerância à ssecação - Deterioração Consiram-sese tanto os processos síntese, hidrólise, liberação energia (para a realização sses processos) eos que ocorrem em tecidos sidratados IMPORTÂNCIA E FUNÇÕES DA ÁGUA - Representa 70% do protoplasma células ativas - Organização da estrutura celular e caia processos bioquímicos anabólicos e catabólicos - Difusão solutos para regiões maior ativida enzimática - Organização e integrida das membranas - Percentagem, velocida e uniformida germinação - Velocida e intensida terioração - Ativida insetos e microrganismos - Decisões sobre momento colheita, secagem, processa- mento e armazenamento ÁGUA NAS SEMENTES Numa estrutura qualquer: massa matéria úmida = massa + massa matéria seca ÁGUA MATÉRIA SECA - TEOR: proporção terminada substância em um todo TEOR DE ÁGUA DAS SEMENTES Dimensão do teor é expressa pelo grau umida, com base na massa matéria úmida ou matéria seca PERDA DE PESO COM A SECAGEM - Situação inicial: 100,0 kg sementes com grau umida 35% (base úmida) 65,0 kg matéria seca + 35,0 kg - Secagem até atingir 13% Mu Ms GUbu Mu Matéria úmida (%) Mu Ms GUbs Ms Matéria seca g/g ou g/kg - Qual é o peso final da amostra? 65,0 kg matéria seca +?? kg 65,0 kg m.s. 87,0 % X kg 13,0 % 78,0 kg? X = 9,7 kg - Peso final da amostra = 65,0 kg m.s. + 9,7 kg = 74,7 kg 1

2 PERDA DE PESO COM A SECAGEM % Perda Peso (PP) = 100 (Gu inicial Gu final) 100 Gu final % Perda Peso (PP) = 100 (35,0 13,0) ,0 = 25,3 % 100 x 0,253 = 25,3 kg Peso final = ,3 = 74,7 PROPRIEDADES DA ÁGUA PROPRIEDADES DA ÁGUA - Composição e Estrutura da Água Molécula, mostrando dois elétrons na primeira camada e oito na externa. Note-se que o hidrogênio compartilha seu elétron simples com o oxigênio, formando uma ligação covalente. Como o oxigênio éum átomo maior que o hidrogênio, os elétrons são atraídos com maior força e repelidos pelo hidrogênio, modo que o oxigênio assume carga negativa e, o hidrogênio, carga positiva. Isto é consirado como um dipolo permanente. Um exemplo da afinida da por um sal, como o cloreto sódio. Note-se que a carga negativa do oxigênio i da circunda o íon positivo sódio eos íons positivos hidrogênio se aproximam do íon cloro. União entre moléculas coesão União entre moléculas e outra superfície asão HIGROSCOPICIDADE: capacida retenção, característica cada substância Variável com a composição química AR ATMOSFÉRICO: Quantida contida no ar X temperatura Umida saturação quantida máxima aumenta com a elevação da temperatura Temperatura ( o C) Umida Saturação (g vapor d / kg ar seco) 0 3, , , ,4 Variação da umida saturação em função da temperatura do ar (Harrington, 1972). 2

3 AR ATMOSFÉRICO: Umida relativa: quantida existente / máxima U. R. (%) = U. Atual U. Saturação x Aquecimento ou resfriamento do ar Alterações características na temperatura e umida relativa do ar durante o dia A elevação da temperatura provoca redução da umida relativa e vice-versa. PRESSÃO ATMOSFÉRICA: gases + vapor d SEMENTE: no estado vapor exerce pressão P. Vapor semente > P. vapor atmosférico SECAGEM P. Vapor atm > P. vapor semente UMEDECIMENTO PRESSÕES SE IGUALAM Espécie Feijão Soja Sorgo Temper. ( o C) Umida Relativa do Ar (%) ,5 9,9 11,3 12,8 14,5 16,6 28 8,3 9,7 11,1 12,6 14,3 16,4 36 8,2 9,6 11,0 11,5 14,2 16,3 20 7,2 8,0 9,1 10,7 13,1 15,4 28 5,7 6,5 7,6 9,2 11,6 13,9 36 4,2 5,0 6,1 7,7 10,1 12,4 20 9,6 10,8 12,0 13,0 14,1 17,4 28 9,1 9,3 10,5 11,5 13,6 15,9 36 6,6 7,8 9,0 10,0 12,1 14,4 Teor no ponto equilíbrio diminui com a elevação da temperatura; sob a mesma temperatura, aumenta com a elevação da umida relativa Para cada acréscimo 1 o C na temperatura do ar, queda aproximada 4,5% na U.R. FATORES QUE AFETAM Composição química Umida relativa e Temperatura do ar Permeabilida da cobertura Integrida das sementes 3

4 ÁGUA NA SEMENTE: Ligada a substâncias componentes ( presa ) ou livre ISOTERMA DE SORÇÃO: Curva sigmói Descreve a quantida sorvida por uma substância sob influência da umida relativa do ar, em terminada temperatura. Grau Umida da Semente (%) ISOTERMAS Região 1 Região 2 Região 3 HIDRATAÇÃO: processo adsorção SECAGEM: processo ssorção Umida Relativa do Ar (%) HISTERESE HISTERESE: diferenças entre pontos equilíbrio durante os processos adsorção e ssorção, para uma mesma umida d relativa do ar ou potencial hídrico Sementes: ampla variação na estrutura morfológica, anatômica e química variação do grau afinida à. Afinida po ser expressa mediante o conhecimento do potencial hídrico Proteínas: compostas por sequências aminoácidos com múltiplos sítios sorção Carga positiva no terminal amino e negativa no terminal carboxílico Carga negativa: ligação com a através pontes hidrogênio Amido: ligações com o Hidrogênio pom ocorrer nos grupos hidroxílicos da molécula amido, mas a afinida à é menor que adas proteínas Lipídios: ácidos graxos não têm grupos polares, modo que não há ligações H, não havendo atração pela ÁGUA NA SEMENTE: caracterizada por estado energia intificado pelo potencial energia por unida volume potencial ou potencial hídrico, expresso em unidas medida pressão 4

5 ψ a = ψ m + ψ + ψ p ψ a = potencial ; ψ m = potencial mátrico (atração por superfícies) ψ = potencial osmótico (atração por compostos com carga) ψ p = pressão turgescência (exercida contra as pares) Potencial ou hídrico: expressão do estado energia da. Potencial hídrico da pura = zero Potencial mátrico e potencial osmótico negativos Pressão turgescência positiva Difusão da : gradiente energia, do maior potencial (menos negativo) para o menor potencial (mais negativo) À medida que as sementes são umecidas seu potencial se eleva eodo substrato diminui, até que seja alcançado o equilíbrio. Neste ponto quantidas se estabilizam O conhecimento do potencial permite verificar até que ponto um sistema está ou não em equilíbrio e estabelecer uma estimativa da possibilida movimentação da entre dois sistemas. Tipos Água Intificados com base no potencial hídrico e modo ligação com a superfície das macromoléculas Teor : quantida presente na amostra Potencial hídrico: informa atuação e disponibilida FORMAS DE ÁGUA NA SEMENTE -Há cinco tipos na semente, finidos pela localização e associação com as substâncias que compõem a semente - Tipos 1, 2e3 : presa grau umida até 33% - Tipos 4e5: sementes com grau umida 33% (bu) São corresponntes a solução concentrada ea solução diluída livre Depenndo do tipo, maior ou menor ativida metabólica Água Tipo 1: Tecidos muito secos (< 7,5% ) Fortemente ligada à superfície das macromoléculas Remoção acelera terioração (menor proteção) Potencial hídrico inferior a 150 Água Tipo 2: Tecidos com 7,5% a 20% Forma película lgada na superfície da matriz Potencial hídrico -11 a -150 Reações químicas facilitadas 5

6 tipo 2 sítio hidrofílico aminoácidos aminoácidos Água Tipo 1: Tecidos muito secos (< 7,5% ) Fortemente ligada à superfície das macromoléculas Não tem propriedas solvente Ativida metabólica restrita Remoção acelera terioração (menor proteção) Água Tipo 2: Tecidos com 7,5% a 20% Forma película lgada na superfície da matriz Potencial hídrico -11 a -150 Passa a exercer papel solvente Reações facilitadas: enzimáticas, oxidativas, catabólicas Água Tipo 3: Tecidos com 20% a 33% Indicação presença congelável Potencial hídrico -4 a -11 Reações intensificadas e ativida microrganismos Água Tipo 4: Tecidos com 33% a 41% Características solução concentrada Potencial hídrico -1,5 a -4 Suficiente para ativar processos síntese, germinação tipo 3 Água Tipo 3: Tecidos com 20% a 33% Indicação presença congelável Potencial hídrico -4 a -11 Promove umecimento da superfície matricial Une-se a sítios hidrofóbicos macromoléculas Reações intensificadas e ativida microrganismos tipo 2 sítio hidrofílico aminoácidos sítio hidrofóbico Água Tipo 4: Tecidos com 33% a 41% Características solução concentrada Potencial hídrico -1,5 a -4 Ativados processos síntese, início da germinação tipo 3 tipo 2 sítio hidrofílico aminoácidos sítio hidrofóbico Água Tipo 5: Tecidos com > 41% Características solução diluída Potencial hídrico > -1,5 Germinação se completa em solução concentrada ou em poros capilares (tipo 4) 6

7 Água Tipo 5: Tecidos com > 41% Características solução diluída Potencial hídrico > -1,5 Germinação se completa tipo 3 tipo 2 sítio hidrofílico aminoácidos sítio hidrofóbico Água Tipo 4 e Tipo 5: Não interagem com a superfície da proteína Têm propriedas muito semelhantes ao uma solução Corresponntes à absorvida livre Umidas relativas (inpenntes da espécie e tipo tecido): Água Tipo 1: equilíbrio com < 30% U.R. em solução concentrada ou em poros capilares (tipo 4) em solução diluída (tipo 5) Água Tipo 2: equilíbrio com 30 a 85% U.R. Água Tipo 3: equilíbrio com 85 a 92% U.R. Tipos Água: Intificados com base no potencial hídrico e modo ligação com a superfície das macromoléculas O PROCESSO DE EMBEBIÇÃO Potencial Água: ψm m + ψπ + ψp À medida que o material se hidrata, as moléculas passam a ocupar posições mais distantes da matriz (força retenção diminui) Potencial Hídrico Teor TIPOS () B s B u 1 < -150 < 8,0 < 7, a 11 8 a 25 7,5 a a 4 25 a a a 1,5 45 a a 41 5 > -1,5 > 70 > 41-0,05-0, Transferência ocorre através gradiente energia, com movimentação da região maior para a menor potencial, até que seja alcançado o equilíbrio. A partir daí, entra em condutivida hidráulica ação a O PROCESSO DE EMBEBIÇÃO - Embebição ocorre gradativamente, com o umecimento inicial dos tecidos mais próximos à superfície É estabelecida uma frente hidratação, à medida que a caminha para o interior da semente - Intifica-se fronteira nítida, slocando-se se para as partes mais secas e o aumento contínuo da quantida nas partes umecidas 0 h 6 h O umecimento não é uniforme e sofre influência da região da semente em que há penetração maior quantida e das características e funções dos tecidos internos 24 h 48 h McDonald, et al. 7

8 Conhecimento do ponto equilíbrio higroscópico: Bases para a secagem artificial, embalagem e armazenamento SECAGEM: RUPTURA DO O PROCESSO DE SECAGEM a) Transferência da da superfície da semente para a atmosfera P. Vapor semente > P. vapor atmosférico SECAGEM P. V. atm. > P. vapor semente UMEDECIMENTO PRESSÕES SE IGUALAM a) Transferência da superfície para a atmosfera O PROCESSO DE SECAGEM Se oar não está em movimento, gradiente cada vez menor e tendência ao equilíbrio G.U. inicial PERDA DE ÁGUA PELA SEMENTE DURANTE A SECAGEM Continuida da secagem movimentação do ar e entrada outro mais seco ou que consiga retirar da semente O PROCESSO DE SECAGEM b) Movimentação da do interior para a superfície da semente O PROCESSO DE SECAGEM b) Movimentação da do interior para a superfície da semente Velocida variável com a espécie e exerce influência significativa sobre o tempo secagem Gramíneas forrageiras, brássicas > trigo, aveia, centeio, cevada > milho, ervilha, feijão, arroz, soja 8

9 G.U. inicial EVENTOS FISIOLÓGICOS E ASPECTOS TECNOLÓGICOS IMPORTANTES ASSOCIADOS AO ESTADO DA ÁGUA E GRAU DE UMIDADE DE SEMENTES G.U. final PERDA DE ÁGUA PELA SEMENTE DURANTE A SECAGEM SECAGEM CONTÍNUA OU INTERMITENTE? Teor Água (%) Tipo Água > /20 a 30 3 Eventos Destacáveis Maturida fisiológica dicotiledôneas Início do metabolismo para a germinação dicotiledôneas Complementação da germinação Síntese proteínas e ácidos nucléicos durante a maturação e a germinação Ativida mecanismos reparo membranas e DNA Armazenamento sementes recalcitrantes Alta sensibilida a injúrias por congelamento Respiração intensa e aquecimento da massa sementes armazenadas Deterioração acelerada Ativida intensa microrganismos Níveis mínimos para a ativida enzimas que atuam em reações anabólicas Estruturação do sistema membranas celulares Níveis necessários para a síntese ATP Armazenamento sementes recalcitrantes Recalcitrantes não sobrevivem com a remoção ssa Teor Água (%) Tipo Água 12/14 a 18/ a 13 2 < a 8 1 Eventos Destacáveis Diminui aatividaativida respiratória, mas permanece orisco aquecimento Níveis mínimos para as reações síntese catalisadas por enzimas Deterioração durante o armazenamento Ativida fungos e insetos armazenamento Níveis aquados para a colheita mecanizada Menor sensibilida da semente a injúrias mecânicas (grau umida 13% a16%) Não se verificam reações síntese Redução da velocida terioração Aceitável para o armazenamento em embalagens porosas ou resistentes a trocas vapor d com a atmosfera Ocorrência insetos Redução drástica ou paralisação da ativida insetos Favorável ao armazenamento em embalagens herméticas Favorável ao armazenamento em embalagens herméticas Possibilida dormência e autoxidação lipídios Remoção po acelerar a terioração Proteção contra efeitos tóxicos radicais livres 9