Реферат: Зависимость интенсивности дыхания растительных продуктов от температуры

   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 низкомолекулярных белковых соединений). Концентрированные растворы агрессивны по отно­шению к белкам, прежде всего ферментам. Поэтому, несмотря на снижение кинетической энергии и ограничение возможности диффузии, некоторые ферментативные реакции в заморожен­ных тканях могут ускоряться либо будет изменяться их тече­ние. Замораживание действует прежде всего на липопротеиновые комплексы. Разрыв водородных связей в совокупности с по­вышением ионной силы внутриклеточных растворов приводит к разрушению комплексов.

   Из ферментов легче других повреждаются те, которые обра­зуют сложные мультиферментные системы, локализованные на внутренних мембранах органоидов клетки: ферментные системы дыхательной цепи и окислительного фосфорилирования митохондрий. При этом нарушаются координация и сбалансирован­ность отдельных реакций, а также их синхронность. Происходит разобщение процессов дыхания (окислительного фосфолирирования), что выражается в утрате организмом основных жизнен­ных функций, а именно дыхания и способности к генерации энергии.

 В вакуоли локализована инвертаза, особенностью которой является активность в широком диапазоне рН (3,0—7,5). По­этому изменение кислотности среды при замораживании не сни­жает ее активности. Активируемые инвертазой реакции обус­ловливают накопление сахара в замороженной ткани.

Сохранение активности пектолитических ферментов способ­ствует повышению гидрофильных свойств коллоидов и умень­шению степени повреждения стенок.

Каталаза и пероксидаза катализируют дегидрирование фе­нолов, аминов, флавонов и аминокислот. Их действие иногда является причиной появления у замороженных плодов и овощей постороннего привкуса. Из этих ферментов пероксидаза более устойчива к действию отрицательных температур.

Существуют и такие ферменты, активность которых повы­шается при замораживании. К ним относятся полифенолоксидаза и липолитические ферменты. Действие липазы проявля­ется даже при температуре —40 °С.

Пектолитические ферменты в зависимости от вида продукта оказывают различное действие. Так, в яблоках их активность приводит к размягчению ткани.

7)РЕЖИМЫ ХРАНЕНИЯ

Для каждого вида продукции разработаны оптимальные режимы хранения (табл. 1(а)). Температуру и влажность воздуха в хранили­щах измеряют психрометром Августа. В небольших подвалах его размещают в средней части прохода на высоте 1,5 м от пола. В погребах и хранилищах, удаленных от жилища, должно быть четыре-пять таких психрометров. Их располагают в середине, в конце (на расстоянии 1 м от пола) и под коньком.

Страницы: 1, 2, 3, 4