Зависимость интенсивности дыхания растительных продуктов от температуры

концентрации кислорода интенсивность дыхания снижается, при увеличении

возрастает. Интенсивность дыхания снижается вследствие увеличения

концентрации углекислого газа.

Когда содержание кислорода в окружающей атмосфере уменьшается ниже

определенного предела или при полном отсутствии кислорода, клетки продуктов

растительного происхождения переходят к так называемому интрамолекулярному

или бескислородному дыханию, представляющему собой в химическом отношении

брожение.

Брожение наряду с дыханием является основной формой диссимиляции веществ

в организме. При дыхании суммарный выход энергии велик, а конечными

продуктами являются неорганические соединения углекислого газа и воды. При

брожении выход энергии значительно меньше, органический материал не

распадается до конца и накапливаются относительно богатые энергией

органические вещества.

Для большинства тканей продуктов растительного происхождения характерна

способность к спиртовому брожению, для некоторых — к молочнокислому.

Начальные стадии дыхания и брожения одинаковы, но в анаэробных условиях

процесс диссимиляции углеводов прекращается на стадии гликолиза при

молочнокислом брожении либо на стадии образования ацетальдегида и этанола

при спиртовом.

Переход к интрамолекулярному дыханию у растений может быть частичным,

что определяется не только составом газовой среды, но и физиологическим

состоянием организма. Так, бескислородное дыхание отмечается в период

созревания плодов. При полном отсутствии кислорода переход исключительно к

интрамолекулярному дыханию приводит к гибели организма, так как

накапливающийся этанол губительно действует на живую клетку.

4)ХРАНЕНИЕ ПЛОДОВ В РЕГУЛИРУЕМОЙ ГАЗОВОЙ СРЕДЕ

При хранении плодов практически единственной формой их взаимодействия с

окружающей средой является дыхательный газообмен. Поэтому их

жизнедеятельность в роцессе хранения в значительной степени определяется

составом окружающей атмосферы. Изменяя определенным образом газовую среду,

например повышая содержание углекислого газа и уменьшая содержание

кислорода, можно снизить интенсивность обменных процессов в хранимых

плодах, для того чтобы отделить состояние климактерия и старения плода. На

подавлении жизнедеятельности путем создания определенного состава атмосферы

основано хранение плодов в регулируемой газовой среде.

Для паренхимной ткани плодов характерно наличие обширных межклеточных

пространств, заполненных газом. Газовый состав внутренней атмосферы плодов

устанавливается в результате динамического равновесия между интенсивностью

потребления кислорода и выделением углекислого газа, с одной стороны, и

скоростью диффузии этих газов — с другой. Обмен с окружающей средой

происходит через кутикулу, которая затрудняет циркуляцию газов, вследствие

чего внутри плода создается своеобразная газовая атмосфера с повышенным

содержанием углекислого газа и пониженной концентрацией кислорода.

Характерно, что состав атмосферы в межклетниках неодинаков: в расположенных

ближе к поверхности межклетниках состав атмосферы более близок к составу

окружающей среды. Газовый состав в межклетниках у разных плодов различен,

изменяется с их возрастом и зависит от температуры и наружной атмосферы.

Кутикула плодов разных сортов различается по толщине и составу, в

результате чего поступление внутрь кислорода и его концентрация в

межклетниках и клеточном соке также варьируются. В связи с этим одни плоды

будут испытывать недостаток кислорода или избыток углекислого газа, тогда

как для других эта же газовая среда окажется благоприятной.

Кислородные оптимумы дыхания неодинаковы на разных этапах развития

плода, а также смещаются под воздействием температурного фактора. При 30 °С

оптимальной является 5 %-ная концентрация кислорода, при температуре 10 °С

и ниже—1 %-ная. Повышенные концентрации углекислого газа особенно

благоприятны для задержки обменных процессов в плодах в

постклимактерическом состоянии.

Итак, состав газовой среды при хранении плодов должен быть таким, чтобы

сохранить нормальный дыхательный газообмен, не нарушить соотношение между

аэробной и анаэробной фазами дыхания при одновременном замедлении процессов

созревания. При этом необходима правильная корреляция между температурой

хранения, концентрациями углекислого газа и кислорода в окружающей

атмосфере и состоянием плодов применительно к данному сорту и с учетом

места его произрастания, размеров, степени зрелости, районов выращивания,

климатических условий года и других факторов.

При хранении, плодов в атмосфере, содержащей повышенные количества

углекислого газа, последний проникает в межклетники паренхимной ткани.

Благодаря хорошей растворимости углекислого газа в водных растворах и

липидах он поступает в клетки и растворяется в клеточном соке. Влияние

повышенной концентрации углекислого газа на метаболизм клетки проявляется

прежде всего в подавлении дыхания, что объясняется действием углекислого

газа на процесс декарбоксилирования яблочной кислоты.

В реакции декарбоксилирования яблочной кислоты до пировиноградной

углекислый газ является одним из конечных продуктов. Поэтому избыток его в

среде сдвигает равновесие реакции влево, препятствуя расщеплению субстрата.

Кроме этого углекислый газ блокирует систему малик-фермента. Он является

также конкурентным ингибитором этилена и тормозит созревание плодов.

Углекислый газ стимулирует биосинтез жирных кислот, участвующих в

образовании поверхностных восков, что приводит к снижению проницаемости

кутикулы.

Являясь антисептиком, углекислый газ задерживает развитие

микроорганизмов на поверхности плодов. Наиболее чувствительны к действию

углекислого газа плесневые грибы.

Однако значительное повышение содержания углекислого газа может вызвать

физиологические заболевания.

Допустимые концентрации углекислого газа находятся в пределах 2,5—10 %.

При хранении плодов в атмосфере с повышенным содержанием углекислого газа

не рекомендуется поддерживать температуру ниже 2—2,5 °С.

К повышенным концентрациям углекислого газа более чувствительны

недозрелые плоды.

При хранении в измененной газовой атмосфере на биохимические процессы в

плодах влияют не только повышенные концентрации углекислого газа, но и

пониженные концентрации кислорода.

При понижении концентрации кислорода до 3—5 % дыхание ослабляется, но

сохраняется его нормальный характер и дыхательный коэффициент равен

единице. При дальнейшем понижении содержания кислорода в окружающей плоды

атмосфере наблюдаются некомпенсированное выделение углекислого газа плодами

и нарушение нормального процесса дыхания.

Влияние пониженного содержания кислорода сказывается в основном на

биосинтезе этилена: плоды перестают синтезировать метионин, являющийся

предшественником этилена, что приводит к задержке созревания плодов.

Пониженные концентрации кислорода вызывают ослабление активности полифенол-

оксидазы и снижают устойчивость плодов к действию низких положительных

температур.

Таким образом, каждый компонент газовой среды оказывает специфическое

воздействие на плоды при хранении, в то же время влияние на биохимические

процессы в плодах измененной газовой среды более сложно. Характерно, что

газовые смеси, различные по составу, используемые для хранения плодов, не

снижают, а лишь отделяют на некоторый срок начало климактерического подъема

дыхания: замедляются процессы распада и расходования основных запасных

веществ в плодах, уменьшается расход сахара на дыхание, задерживается

преобразование крахмала в сахар, тормозится гидролиз протопектина,

приостанавливается изменение цвета, так как уменьшается гидролиз

хлорофилла, хорошо сохраняется аромат плодов.

Разные виды и сорта плодов неодинаково реагируют на газовый состав.

Более того, в зависимости от условий произрастания один и тот же сорт

яблок рекомендуется хранить при различном составе газовой среды. Так, для

яблок сорта Джонатан, выращенных в Швейцарии, оптимальной газовой средой

являются 4 %-ная концентрация кислорода и 3—4 %-ная концентрация

углекислого газа при 4 °С. Яблоки этого же сорта, выращенные в США,

рекомендуют хранить при 3 %-ной концентрации кислсрода и 5 %-ной

концентрации углекислого газа при 0°С, а выращенные в Голландии—при 13 %-

ной концентрации кислорода и 7 %-ной концентрации углекислого газа при 3,5

°С.

Известно, что объем газа, содержащегося в плодах разных сортов,

колеблется и, как правило, в позднеспелых сортах он больше, чем у

раннеспелых.

Растворимость углекислого газа в клеточном соке зависит от рН, и эта

величина у плодов одного сорта, но разных мест произрастания может

различаться на 0,5 и даже 1.

По-видимому, сорта плодов, в тканях которых может растворяться

углекислый газ в большом количестве, лучше переносят хранение в измененной

газовой среде, чем сорта плодов с пониженной растворимостью углекислого

газа.

5) ОХЛАЖДЕНИЕ И ХРАНЕНИЕ ПЛОДОВ И ОВОЩЕЙ В ОХЛАЖДЕННОМ СОСТОЯНИИ

Режим хранения охлажденных продуктов растительного происхождения

выбирается таким образом, чтобы создать условия для сохранения их

жизнеспособности и естественного иммунитета при максимальном снижении

интенсивности биохимических процессов и подавлении развития микрофлоры. Как

известно, большинство биохимических реакций подчиняются правилу Вант.Гоффа.

Для тканей продуктов растительного происхождения, величина Q равняется

1,8—6,8 и составляет для картофеля 1,85, лука репчатого—1,95, капусты

белокочанной— 2,18, яблок—2,54, моркови—3,74, черной смородины—6,77. По

величине Q можно судить прежде всего об интенсивности снижения

окислительных процессов дыхания при хранении. Так, из приведенных данных

видно, что пониженные температуры сильнее влияют на снижение дыхания черной

смородины и моркови, чем яблок и картофеля. Однако по значению Q трудно

судить о других внутриклеточных процессах, происходящих в плодах и овощах,

не только из-за сложности биохимических реакций, но и из-за их взаимосвязи

со структурными изменениями ткани, неоднозначного влияния пониженных

температур на клеточные органоиды, отдельные компоненты клетки и процессы.

Согласно исследованиям Гора зависимость интенсивности дыхания Р от

температуры t в интервале от исходной температуры продукта до температуры

хранения (порядка 1—2 °С) можно выразить экспоненциальной функцией

следующего вида:

P=P exp(kt),

где Р — интенсивность дыхания при 0°С; k — температурный коэффициент

интенсивности дыхания.

Величина k для плодов каждого вида и овощей постоянна, по ее значению

судят об устойчивости к хранению.

Пониженные температуры оказывают влияние на все структурные элементы

клетки продуктов растительного происхождения и прежде всего мембраны.

Следует отметить, что мембраны чрезвычайно чувствительны к малейшим

изменениям внешней среды. При этом изменяется прежде всего состояние

липидов и функциональной воды.

Согласно современным представлениям липиды, составляющие основу мембран,

беспрерывно движутся, образуя так называемое липидное море, в котором

плавают молекулы белка по отдельности или сгруппированные в определенных

сочетаниях. Часть белков в мембране зафиксирована в определенном положении.

Поэтому основными структурными компонентами мембран считают липопротеиновые

комплексы со встроенными молекулами воды. Роль этой функциональной воды

особенно велика: образуя водородные связи между белками и липидами, именно

она определяет структуру мембран. Кроме того, эта вода является активным

участником биохимических реакций, происходящих в мембранах.

Под влиянием пониженных температур уменьшается подвижность молекул

липидов и белка молекул, что является одной из' причин снижения скорости

реакций и нарушения структуры мембран, а также отражается на характере

происходящих в клетке процессов.

При резком понижении температуры может произойти частичное разобщение

дыхания, в результате чего. Возрастет тепловыделение. При пониженных

температурах в клетках продуктов растительного происхождения наблюдается

развитие альтернативных окислительных процессов дыхания с участием

пероксидазы, сукцинатдегидрогеназы, полифенолоксидазы и аскорбиноксидазы.

Замедление скорости внутриклеточных реакций при пониженных температурах

приводит к снижению интенсивности дыхания. Однако в результате испарения

воды дыхание может возрастать. У разных продуктов интенсивность испарения

влаги зависит не только от параметров охлаждающей среды, но и от объекта.

Большие размеры паренхимных клеток и межклетников, незначительная толщина

покровных клеток, большей частью расположенных в один ряд, обусловливают

интенсификацию испарения воды тканями продуктов растительного

происхождения, особенно овощных культур.

Основная часть воды диффундирует через систему межклетников в

направлении к покровной ткани. Даже плоды, покрытые толстым слоем

кутикулярных веществ, например цитрусовые, теряют содержащуюся в них влагу

в результате испарения.

Испарение влаги при хранении плодов и овощей нарушает нормальное течение

обмена веществ в тканях, вызывает ослабление тургора и их увядание. В

результате увядания ускоряются процессы распада содержащихся в клетках

веществ, увеличивается их расход на дыхание, нарушается энергетический

баланс, что приводит к снижению устойчивости плодов и овощей к поражению

микроорганизмами и ухудшению качества.

Под влиянием пониженных температур изменяются вязкость и подвижность

протоплазмы. Как известно, вязкость протоплазмы клеток продуктов

растительного происхождения в 12— 20 раз больше вязкости воды и зависит от

процессов жизнедеятельности клетки. При понижении температуры в связи с

возрастанием вязкости может произойти нарушение структуры протоплазмы и тем

самым жизнеспособности клетки.

Интервал температур, в котором жизнедеятельность клеток продуктов

растительного происхождения сохраняется, довольно широк. Но для успешного

холодильного консервирования этот интервал сокращается: от температуры

замерзания продукта до 11—12 °С.

Стремясь максимально понизить интенсивность процессов и в то же время не

нарушить нормальную жизнедеятельность организма растительного

происхождения, плоды и овощи, как правило, хранят обычно при температуре,

примерно на 1 °С превышающей температуру замерзания. Исключение составляют

продукты растительного происхождения, подверженные при пониженных

температурах физиологическим заболеваниям, например бананы хранят при 11—13

°С, цитрусовые—при 3— 4 °С.

При хранении в продуктах растительного происхождения продолжаются, но

крайне медленно, физиологические процессы. В плодах снижается интенсивность

дыхания и отдаляется состояние климактерия (рис. 11). Из рис. 4 видно, что

плоды при пониженных температурах сохраняются в течение более длительного

времени. В плодах медленно увеличивается содержание Сахаров, снижается

содержание органических кислот, происходят процессы, приводящие к улучшению

вкуса, аромата, а часто и цвета плода. К концу хранения усиленно

расходуются органические кислоты, содержание их в ткани снижается. Особенно

уменьшается количество яблочной кислоты. В результате анаэробного дыхания

возрастает содержание этилового спирта и ацетальдегида. Так, через 7,5 мес

хранения яблок Ренет Симиренко потери Сахаров составили 20 %, органических

кислот — 50 % при одновременном увеличении содержания спирта и

ацетальдегида в 4—5 раз.

В плодах частично уменьшается содержание аскорбиновой кислоты. Наименьшие

потери витамина С отмечены у цитрусовых, причем в мякоти содержание его

практически не изменяется. Чем ниже допустимая температура хранения, тем

меньше потери витаминов.

При пониженных температурах хранения у овощей большинства видов

интенсифицируются процессы расщепления крахмала и образования сахаров. У

овощного гороха, фасоли, сахарной кукурузы и некоторых других культур при

хранении, наоборот, синтезируется крахмал.

Картофелю особенно свойственно влияние температуры на направленность

реакции крахмал ? сахар, что необходимо учитывать при разработке условий

его хранения. При понижении температуры в клубнях происходит накопление

сахаров, а при повышении увеличивается содержание крахмала, что связано с

активностью ферментов, катализирующих прямую и обратную реакции и имеющих

различную оптимальную температуру действия. С понижением температуры

возрастает растворимость углекислого газа во внутриклеточном соке,

изменяется рН последнего и возрастает скорость распада крахмала.

6) ЗАМОРАЖИВАНИЕ И ХРАНЕНИЕ ПРОДУКТОВ РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ В

ЗАМОРОЖЕННОМ СОСТОЯНИИ

Основными факторами, определяющими степень обратимости замораживания,

являются характер кристаллообразования и локализация льда.

Как правило, первые кристаллы льда образуются в межклетниках. При

понижении температуры ниже точки замерзания водяной пар в крупных

межклетниках начинает конденсироваться в виде капелек воды на прилегающих

клеточных стенках. Эта вода и превращается в первые микроскопические

кристаллики льда. Эти кристаллики лъда распространяются по межклетникам,

обволакивая стенки клеток. Кристаллики бывают в виде линз или разветвленных

кристаллов, разрастающихся между клетками эпидермиса и паренхимы. Далее

рост кристалликов происходит за счет воды, содержащейся в. клетках, что

объясняется разностью между давлениями пара внутри клетки и вне ее.

Активность протекания этого процесса зависит от химического состава,

проницаемости клеточных стенок, содержания свободной воды в клетке,

вязкости протоплазмы, индивидуальных особенностей ткани, степени за-

каливания и др.

Вследствие дегидратации температура замерзания содержимого клеток

понижается. При понижении температуры в клетках сначала наступает состояние

переохлаждения, а затем в них спонтанно возникают центры кристаллизации,

приводящие к образованию внутриклеточного льда.

При понижении температуры вязкость протоплазмы возрастает в результате

объединения отдельных белков в длинные цепи, образующие, трехмерную

сетчатую структуру. Протоплазма вследствие связывания воды переходит в

гелеобразное состояние.

При созревании плодов происходит преобразование протопектина, входящего

в состав стенок клеток. Образующийся пектин обладает высокими гидрофильными

свойствами: он связывает большие количества воды и способствует образованию

гелеобразной структуры, что положительно сказывается на обратимости

процесса замораживания. В недозрелых плодах содержится больше свободной

воды и происходит в основном внутриклеточная кристаллизация, приводящая к

гибели плодов.

Клетки листовой ткани окружены оболочками, состоящими из одного слоя

стенок, поэтому эта ткань подвергается разрушительному воздействию

отрицательных температур.

Содержащийся в овощах крахмал оказывает определенное влияние на характер

кристаллизации. Многие овощи, например лук, картофель, покрыты плотной

естественной оболочкой, что способствует переохлаждению, тогда как другие,

например капуста белокочанная, не имеющая подобной оболочки, не

переохлаждается, что объясняется наличием крупных межклетников и большим

содержанием свободной воды.

У клубней картофеля в состоянии покоя повышается газо-и

водопроницаемость покровных тканей, что обусловливает большую вероятность

внеклеточной кристаллизации льда.

Процесс замораживания, в частности внеклеточная кристаллизация, зависит от

холодостойкости и степени закаливания продукта данного вида.

При понижении температуры тканей уменьшается кинетическая энергия

молекул, повышается вязкость внутриклеточной жидкости, уменьшаются

растворимость газов и диффузия веществ, что в совокупности приводит к

снижению скорости химических реакций. В жидкой фазе отмечается повышенная

концентрация электролитов, среди которых интерес представляют хлористые

соли натрия, аммония, калия и органических веществ (сахаров, нуклёотидов и

Страницы: 1, 2, 3