1. Дыхание плодов и овощей. Сущность дыхательных процессов. Аэробное и анаэробное дыхание. Влияние интенсивности дыхания на величину потерь. Факторы, влияющие на интенсивность дыхания, их взаимосвязь с потерями. Формула процесса
При хранении плодов и овощей в них продолжаются процессы жизнедеятельности, свойственные живым объектам, но в отличии от периода выращивания эти процессы происходят без доступа из вне питательных веществ и воды. В то же время для нормального процесса жизнедеятельности может протекать только при определенном энергетическом уровне, поддержание которого требует затрат запасенных питательных веществ (Углеводов, органических кислот, липидов, фенольных соединений). В процессе дыхания происходит их окисление и энергия может вновь освобождаться и переходить в форму, необходимую для процессов жизнедеятельности. Поскольку энергия в хранящиеся плоды и овощи из вне не поступает, а только расходуется, то потери питательных веществ неизбежны, при этом теряются не только вещества, вовлекаемые в энергетические процессы, но и те, которые могут служить их источниками. При хранении, плоды и овощи в первую очередь расходуют сахара, а при их недостатке происходит расщепление сложных веществ, в состав которых входят остатки молекул сахаров. К таким веществам относятся крахмал, гемицеллюлоза и другие они расщепляются (гидролизируются) и образуют сахара.
Таким образом, необходимость поддержания жизнедеятельности плодов и овощей делает потери неизбежными. Возникающие потери подразделяют на количественные и качественные.
Количественные потери вызываются процессами, присущими живым объектам и их называют естественной убылью массы. Естественная убыль возникает в результате расхода части сухих веществ на дыхание и испарение воды. Эти два процесса являются важнейшими, так как необходимы для нормальной жизнедеятельности плодов и овощей. Потери сухих веществ на дыхание неизбежны. Потери воды при испарении воды также необходимы, поскольку часть освобождаемой при дыхании энергии выделяется в виде физиологического тепла и его отвод предотвращающее самосогревание продукции, происходит при испарении воды.
Считается, что на потери воды приходится 70 – 90% убыли массы продукции, а на потери сухого вещества от 10 – 30%, однако при высокой влажности воздуха доля потерь сухого вещества на дыхание возрастает и выше указанное соотношение изменяется за счет сокращения доли потерь воды до 10 – 50%.
В отличие от потерь сухого вещества потери воды частично восполняются, во-первых, часть воды образуется при окислении веществ в процессе дыхания, во-вторых, при относительной влажности воздуха близкой к 100%, некоторые виды плодов и овощей могут поглощать воду, восстанавливать свежесть, тургор тканей и увеличивать массу. Однако такая прибавка – явление временное, после чего потери воды и массы преобладают. Таким образом, естественную убыль массы плодов и овощей можно снизить, но полностью устранить без утраты жизнеспособности продукции нельзя.
Нормы естественной убыли различают по видам продукции, типам складов и месяцам. При длительном хранении на складах и кратковременном хранении в магазинах устанавливают отдельные сроки убыли.
Актируемые потери образуются за счет отходов и обусловлены недопустимыми микробиологическими, физиологическими и биологическими процессами. Процессов, вызывающих актируемые потери, можно избежать путем формирования природного иммунитета плодов и овощей, созданием и поддержанием оптимальных условий их хранения. Самыми распространенными процессами вызывающие актируемые потери являются микробиологические заболевания, на долю которых приходится 50 – 80% всех потерь плодов и овощей.
Процессы, происходящие при хранении свежих плодов и овощей, можно подразделить на физические, физиолого-биохимические, анатомо-морфологические.
Физические процессы обусловлены влаго- и тепловыделениями растительных организмов, а также выпадением воды на поверхности. В период развития растения (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. В результате проведенных исследований видно, что потеря воды в зависимости от вида, сорта и условий хранения составляет от 50 до 90%, а иногда и меньше.
Биологическое назначение процесса испарения воды заключаются в: отводе физиологического тепла выделяемого при дыхании, что препятствует повышению температуры в тканях; перемещении веществ в растворенном состоянии в различные части плодов и овощей. Потери воды от испарения могут привести к обратному (временному) и необратимому (длительному) увяданию. При обратимом увядании растительные клетки могут поглощать водяные пары через открытые устьица и кутикулы при насыщении ими окружающей среды. При этом клетки восстанавливают тургор (в них снижается осмотическое давление 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 микробиологической порче, чем восстанавливаются. При необратимом увядании у плодов и овощей, увеличивается проницаемость протопласта, возрастает интенсивность дыхания, что вызывает возрастание потерь. Для того чтобы предотвратить увядание за счет испарения воды (транспирации) применяют вещества, которые называются антитранспиранты. Это парафин, полиэтилен, полихлорвиниловый спирт.
Наличие повреждений механических, за счет сельскохозяйственных вредителей, а также микробиологических болезней, вода начинает испаряться быстрее, а при нарушении покровных тканей, усиливается дыхание. На интенсивность испарения воды большое влияние оказывают относительная влажность воздуха и температура при хранении. Повышенная влажность и пониженные температуры замедляют испарение воды, но высокая влажность воздуха даже при незначительных колебаниях температуры может вызвать конденсацию (отпотевание) водяных паров на поверхности продукции, что создаст благоприятные условия для ее микробиологической порчи. При хранении стараются предотвратить конденсацию, для этого поддерживают равномерный температурно – влажностный режим или укрывают хранящиеся плоды и овощи изолирующими материалами которые поглощают конденсированную влагу. Причиной выпадения конденсата является тепловыделение, в результате которой образуется перепад температур. Интенсивность тепловыделения в большей степени зависит от температуры хранения, чем от особенностей вида продукции. Так, при температуре 20° С она наибольшая, при 0С и близ криоскопических температурах – наименьшая. При криоскопических температурах, вызывающих замерзание продукции и гибель живых растительных клеток, тепловыделение полностью прекращается.
Замерзание является отрицательным процессом для жизнедеятельности свежих плодов и овощей, свойства которых значительно изменяются. В них нарушаются процессы усвоения питательных веществ живыми клетками (ассимиляция) и процессы расщепления сложных органических веществ (диссимиляция) в сторону необратимого разрушения. Температура замерзания разных плодов и овощей колеблется от – 05 до – 5° С. Замерзание плодов и овощей происходит ступенчато: при понижении температуры ниже точки замер наступает переохлаждение продукции, кристаллы льда при этом не образуются. Температурой замерзания считается наивысшая точка температуры переохлаждения, после которой температура вновь снижается.
Физико – биологические процессы в плодах и овощах происходят при помощи ферментов.
Дыхание – важный процесс, лежащий в основе всех процессов жизнедеятельности плодов и овощей. Процесс дыхания осуществляется через экзергонические реакции, которые сопровождаются 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. Во время дыхания образуются нестойкие промежуточные соединения, служащие исходными продуктами для синтетических процессов. Так как основой жизнедеятельности, как и в период выращивания, остаются процессы ассимиляции (процесс усвоения питательных веществ живыми клетками) и диссимиляции (процесс расщепления сложных органических веществ), то при хранении растительный организм пытается наиболее значимые из них поддерживать на необходимом уровне (распад и синтез белков, ферментов ид.) Однако при отсутствии поступления питательных веществ это равновесие можно поддерживать за счет необходимого распада сложных органических соединений, являющихся субстратами для дыхания. Главными среди них в плодах и овощах, являются углеводы, и в первую очередь моносахара, затем органические кислоты, жиры, белки и фенольные соединения. Суммарное уравнение химических превращений моносахаров при дыхании плодов и овощей выглядит следующим образом:
С6Н12О6 --- 6 СО2 + 6 Н2О + 668ККАЛ (2867кДж).
Выделяемая энергия становится конечным продуктом, ради которого и осуществляется процесс дыхания. Следствием этого процесса являются потери массы плодов и овощей за счет расхода гексоз (глюкоза, галактоза, фруктоза и др.) и других энергетических веществ, изменения состава окружающей среды путем поглощения кислорода, выделения углекислого газа и поглощения запаса воды в тканях.
Анаэробное дыхание сопутствует аэробному, так как во внутренних тканях плодов и овощей всегда может возникать дефицит кислорода. Однако при достаточном содержании его 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: