Классификация и характеристика видов плодоовощных товаров

2. Процессы, происходящие при хранении плодов и овощей

Поддержание процессов жизнедеятельности на необходимом уровне - неотъемлемое условие сохраняемости плодов и овощей. При хранении им необходимо создать такие условия, которые замедляли бы, но не прекращали, процессы, свойственные нормальному функционированию живого организма.

Процессы, происходящие при хранении свежих плодов и овощей, можно подразделить на физические, физиолого-биохимические, анатомо-морфологические, микробиологические.

По функциональному назначению большинство из указанных процессов предназначено для осуществления основной биологической цели - сохранения жизнеспособности меристематических тканей для вегетативного или генеративного размножения. Определяющими процессами жизнедеятельности являются дыхание и испарение воды. Другие процессы имеют своей целью либо поддержание на необходимом уровне этих процессов, либо обеспечение естественной устойчивости против неблагоприятных внешних воздействий.

Физические процессы обусловлены влаго- и тепловыделениями растительных организмов, а также выпадением воды на поверхности.

Испарение воды - это переход воды в пар и диффузия его по межклеткам, через устьица и чечевички плодов и овощей в окружающее пространство. В вегетационный период испарение воды более или менее уравновешивается поступлением ее от корней растений. В отличие от этого при хранении продукции испарение воды вызывает ее потери, а следовательно, убыль массы в целом. Потеря воды, как показали исследования, составляет в зависимости от вида, сорта и условий хранении от 50 до 90%, а иногда даже меньше.

Биологическое назначение процесса испарения воды заключается в нескольких функциях: отводе физиологического тепла, выделяемого при дыхании, что предупреждает повышение температуры в тканях; перемещение веществ в растворенном состоянии в различные части плодов и овощей.

Испарение воды происходит в основном через устьица и чечевичку, в меньшей мере - через кутикулу. Перидерма не пропускает воду, так как суберин газо- и водонепроницаем. Устьичная транспирация состоит из собственно испарения воды с поверхности влажных клеток мезофилла и диффузии через устьица водяного пара, образовавшегося в межклетках.

Потери воды могут привести в обратимому (временному) и необратимому (длительному) увяданию. При обратимом увядании растительные клетки могут поглощать водяные пары через открытые устьица и кутикулу при насыщении ими окружающей среды. При этом клетки восстанавливают тургор (в них снижается осмотические и повышается тургорное давление) и нормальный обмен веществ.

При необратимом увядании тургорное состояние и нормальный обмен веществ не восстанавливаются, поглощение воды не происходит или происходит очень медленно, в результате ткани быстрее подвергаются микробиологическое порче, чем восстанавливаются. Активность ферментов изменяется из-за повышенного осмотического давления. Ферменты, регулирующие превращения крахмала в сахар, подвергаются необратимым процесса. Недостаток сахаров вызывает нарушение энергического обмена и снижает естественную устойчивость, поэтому увядшая продукция быстрее подвергается микробиологической порче. У увядших плодов и овощей, особенно при необратимом увядании, увеличивается проницаемость протопласта, возрастает интенсивность дыхания, что вызывает возрастание потерь.

Для предотвращения нежелательных последствий увядания за счет транспирации воды применяют вещества, называемые антитранспирантами. Это парафин, полиэтилен, полихлорвиниловый спирт.

На интенсивность испарения воды влияют водоудерживающая способность тканей, их обводненность, состояние покровных тканей (толщина перидермы, кутикулы, наличие повреждений, состояние устьиц и чечевичек), а также влажность воздуха, температура, воздухообмен.

Сильная обводненность плодов и овощей из-за дождливой погоды, обильных поливов, особенно в предуборочный период, усиливает испарение воды как с поверхности, так и из глубинных слоев мякоти.

Наличие повреждений механических, за счет сельскохозяйственных вредителей, а также микробиологических болезней повышает интенсивность испарения воды вследствие нарушения целостности покровных тканей, усиления дыхания. Так, механически поврежденная морковь в первые две недели теряла на 1,14-2,50% воды больше, чем неповрежденная.

Наибольшее влияние на интенсивность испарения воды плодами и овощами оказывают относительная влажность воздуха и температура при хранении. Повышенная влажность и пониженные температуры замедляют испарение воды. Однако чрезмерно высокая влажность воздуха даже при незначительных колебаниях температуры может вызвать конденсацию водяных паров на поверхности продукции и тары.

Конденсация - явление отрицательное, так как образование капельножидкой влаги или «инфекционных капель» на поверхности продукции создает благоприятные условия для ее микробиологической порчи. При хранении стремятся предупредить конденсацию («отпотевание») продукции путем поддержания равномерного температурно-влажностного режима или укрытия поверхности изолирующими материалами, поглощающими конденсированную влагу.

Отпотевание продукции наиболее часто встречается при начальной стадии хранения картофеля и овощей в закромах, секциях, буртах, траншеях, а также при хранении их в полиэтиленовых мешках и складышах. При хранении картофеля с естественной вентиляцией помогает укрытие ее соломой, мешками, слоем свеклы, а также наличие гребней и впадин на поверхности насыпи.

Причина выпадения конденсата - тепловыделение продукции, в результате которого образуется перепад температур на границе теплого воздуха, нагретого физиологическим теплом, и холодного воздуха хранилищ.

Таблица 1

Как видно из таблицы 1, интенсивность тепловыделения зависит больше от температуры хранения, чем от особенностей вида продукции. Так, при температуре 20оС она наибольшая, при 0оС и близкриоскопических температурах - наименьшая. При критических температурах, вызывающих замерзание продукции и гибель живых растительных клеток, тепловыделение прекращается полностью.

Замерзание - отрицательный процесс для жизнедеятельности свежих плодов и овощей, свойства которых значительно изменяются. В них нарушаются процессы ассимиляции и диссимиляции в сторону необратимого разрушения.

Температура замерзания разных плодов и овощей колеблется от -0,5 до

-5оС (наименьшая - у огурцов, наибольшая - у винограда, орехов).

Замерзание плодов и овощей происходит ступенчато: при понижении температуры ниже точки замерзания наступает переохлаждение продукции, кристаллы льда при этом не образуются. Затем начинается льдообразование с выделением скрытой теплоты, в результате температура тканей на некоторое время повышается и вновь падает. Температурой замерзания считается наивысшая точка температуры переохлаждения, после которой температура вновь снижается. [4, с.101-104]

Физиолого-биохимические процессы происходят в плодах и овощах при участии ферментов.

Дыхание - важнейший процесс, лежащий в основе всех процессов жизнедеятельности плодов и овощей.

В хранящихся плодах и овощах большинство процессов жизнедеятельности являются эндергоническими, т.е. происходящими только благодаря притоку энергии. Основным источников энергии для них является процесс окислительного фосфорилирования в митохондриях, при котором продукты фотосинтеза (углеводы, органические кислоты, белки, жиры и пр.) окисляются с выделением заключенной в них энергии (свободной энтальпии). При этом поглощается кислород и выделяется углекислый газ и вода, т.е. неорганические соединения, бедные энергией.

Процесс дыхания осуществляется через экзергонические реакции, происходящие с выделением небольшого количества энергии, которая в основном используется на процессы жизнедеятельности растительных клеток (2/3 выделяемой энергии) и лишь частично выделяется во внешнюю среду в виде физиологического тепла.

В ходе дыхания образуются нестойкие промежуточные соединения, служащие исходными продуктами для синтетических процессов. Поскольку основой жизнедеятельности, как и в период выращивания, остаются процессы ассимиляции и диссимиляции, то при хранении растительный организм пытается наиболее значимые из них поддерживать на необходимом уровне (распад и синтез белков, ферментов и др.). Однако при отсутствии притока питательных веществ поддержание этого равновесия возможно лишь за счет необратимого распада сложных органических соединений, являющихся субстратами для дыхания.

Ведущее место среди них в плодах и овощах принадлежит углеводам, и в первую очередь моносахаридам, затем органическим кислотам, жирам, белкам и фенольным соединениям. Суммарное уравнение химических превращений моносахаров при дыхании плодов и овощей выглядит следующим образом:

С6Н12О6 + 6 О2 > 6 СО2 + 6 Н2О + 688 ккал (2867 кДж).

Выделяемая энергия является конечным продуктом, ради которого и осуществляется процесс дыхания. Неизбежным следствием этого процесса являются потери массы плодов и овощей за счет расхода гексоз и других энергических веществ, изменения состава окружающей среды путем поглощения кислорода, выделения углекислого газа и пополнения запаса воды в тканях.

Окисление энергетических веществ осуществляется через ряд ферментативных реакции. Различают три стадии процесса дыхания: гликолиз, цикл Кребса, или ди- и трикарбоновых кислот, и окислительное фосфорилирование.

Гликолиз характеризуется расщеплением и частичным окислением гексоз с образование пировиноградной кислоты; происходит в анаэробных условиях.

Цикл Кребса осуществляется в аэробных условиях. Пировиноградная кислота вовлекается в цикл трикарбоновых кислот, в результате чего она полностью разрушается до углекислого газа с выделением энергии, используемой для синтеза АТФ или восстановления переносчиков дыхательной цепи. Конечным результатом окислительного фосфорилирования является образование АТФ вследствие окисления переносчиков электронов (НАДН, НАДФН). В АТФ происходит запасание энергии в форме макроэргических связей, из которых она освобождается по мере надобности и расходуется на процессы жизнедеятельности. Образующиеся при дыхании промежуточные продукты используются для синтеза веществ, необходимых клетке.

Дыхательный коэффициент (ДК) выражается отношением объема кислорода к объему углекислого газа, т.е. ДК = VCO2/VC2.

Величина ДК зависит от используемого на дыхание субстрата: для гексоз ДК=1; для жиров и белков ДК<1 (0,69 и 0,7 - 0,8 соответственно), для органических кислот - ДК > 1 (4). ДК может косвенно свидетельствовать, какой компонент из смеси органических веществ плодов и овощей преимущественно используется на дыхание.

Повышение концентрации выделяемой углекислоты над расходом кислорода (ДК<1) свидетельствует о преимущественном использовании на дыхание белков, жиров или об образовании продуктов неполного окисления (спирты, органические кислоты: щавелевая, винная, уксусная и др.), что характерно для анаэробного дыхания. Поскольку белков и жиров в плодах и овощах мало, то вовлечение их в дыхательный обмен происходит только в крайнем случае и основной причиной снижения ДК является анаэробное дыхание.

Анаэробное дыхание сопутствует аэробному, так как во внутренних тканях плодов и овощей всегда может возникать дефицит кислорода. Однако при достаточном содержании его в окружающей среде анаэробное дыхание занимает небольшой удельный вес и заметной роли не играет. Преобладающим является аэробное дыхание. Лишь при недостатке кислорода (менее 2%) анаэробное дыхание преобладает над аэробным. Анаэробное дыхание является наименее экономичным типом дыхания, так как количество выделяемой энергии почти в 30 раз меньше, чем при аэробном:

С6Н12О6 > 2 СО2 + 2 С2Н5ОН + 22,5 ккал.

Выделяющийся при этом этиловый спирт и его предшественник - ацетальдегид вызывают физиологические нарушения обмена веществ, снижают естественную устойчивость к неблагоприятным условиям и приводят к потемнению тканей плодов и овощей.

Интенсивность дыхания зависит от физиологического состояния плодов и овощей, от вида и сорта, температуры, газового состава среды, наличия повреждений. Наибольшей интенсивностью дыхания отличаются молодые, быстрорастущие растительные органы, клетки которых заполнены протопластом и содержат много митохондрий. Очень энергично дышат листья, нераспустившиеся соцветия, почки и семена, особенно прорастающие, кончики корнеплодов, верхушки стеблей (вершины клубней). Потери массы за счет дыхания у молодых частей плодов и овощей в 10-20 раз больше, чем у старых.

Плоды и овощи разных видов отличаются по интенсивности дыхания (таблица 2).

Таблица 2

Плоды и зеленые овощи характеризуются более интенсивным дыханием, чем вегетативные овощи, находящиеся в состоянии покоя. На интенсивность дыхания их большое влияние оказывает и температура. Понижение ее вызвает у большинства плодов и овощей замедление всех процессов жизнедеятельности, в том числе и дыхания. Исключение составляет картофель, у которого наименьшая интенсивность дыхания наблюдается при температуре 4-5оС. При дальнейшем понижении температуры интенсивность дыхания клубней возрастает.