CC BY
29УДК 635.1:634.1
Хоконова М.Б., доктор сельскохозяйственных наук, профессор Khokonova M.B., Doctor of Agricultural Sciences, professor Кабардино-Балкарский ГАУ, г. Нальчик, Россия, e-mail: dinakb gsha77@mail. ru Kabardino-Balkarian State Agrarian University, Nalchik City, Russia
БИОХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ХРАНЕНИЯ ПЛОДООВОЩНОЙ ПРОДУКЦИИ В РЕГУЛИРУЕМОЙ АТМОСФЕРЕ
(Biochemical bases for storing fruit and vegetable products in a controlled atmosphere)
В центре физиолого-биохимических процессов при созревании плодов и овощей лежит биологическое окисление, что охватывает и такое понятие, как дыхательный газообмен или дыхательная активность. С дыханием связаны все наиболее важные превращения в тканях - гидролиз, синтез, окисление, распад и другие изменения, а также скорость созревания, продолжительность хранения. Все физиолого-биохимические изменения в плодоовощной продукции совершаются за счет энергии, освобождающейся при дыхании. В процессе дыхания образуются также многие промежуточные вещества, необходимые организму, а также удаляются балластные соединения. Целью работы являлось определение влияния отдельных компонентов газовой среды на скорость дыхания плодоовощной продукции. В качестве объектов исследований служили зимние сорта яблок: Джонатан, Мантуанское, Ренет Симиренко; овощи: морковь и чеснок; плоды груши и лимонов. при оптимальном режиме хранения в РА дыхание яблок различных сортов протекает равномерно и замедленно. Так, после 5-7 месяцев хранения интенсивность дыхания яблок сортов Джонатан, Ренет Симиренко составила 53-78% по сравнению с плодами, хранившимися в обычных условиях (контроль). В РА с концентрацией кислорода 4-5% и углекислого газа 5-6% интенсивность дыхания чеснока была на 57% ниже по сравнению с контролем. Подобное действие на интенсивность дыхания моркови оказала среда, содержащая 6,1% кислорода и 5,4% углекислого газа. Анализируя яблоки, хранившиеся в обычных условиях и в камерах с РА, установили, что условия регулируемой газовой среды значительно снижали интенсивность выделения этилена. Определено, что повышенные концентрации углекислого газа и пониженные кислорода в окружающей атмосфере задерживают созревание и перезревание плодоовощной продукции, способствуют лучшему сохранению биологически активных и других соединений, удлиняют сроки их хранения и уменьшают потери. В результате воздействия повышенных концентраций углекислого газа на ферментативные процессы замедляется процесс усвоения кислорода тканями плодов.
Ключевые слова: плодоовощная продукция, газовый состав, дыхание, созревание, хранение, внутритканевая атмосфера.
Введение. Преимущества хранения плодоовощной продукции в регулируемой атмосфере (РА) хорошо известны. Однако следует отметить, что такое хранение не заменяет хранения в холодильнике, его температура обычно на 3-50С выше, чем в холодильной камере. Хранение плодоовощной продукции в РА затормаживает процессы созревания и перезревания, вследствие чего удлиняются сроки ее хранения, повышаются качество и выход товарной продукции, сохраняется иммунитет, снижаются микробиальная
At the center of physiological and biochemical processes during the ripening of fruits and vegetables is biological oxidation, which also covers such a concept as respiratory gas exchange or respiratory activity. All the most important transformations in tissues are associated with respiration - hydrolysis, synthesis, oxidation, decay and other changes, as well as the rate of maturation, storage time. All physiological and biochemical changes in fruit and vegetable products are made due to the energy released during respiration. In the process of respiration, many intermediate substances necessary for the body are also formed, and ballast compounds are also removed. The aim of the work was to determine the influence of individual components of the gaseous medium on the rate of respiration of fruit and vegetable products. The objects of research were winter varieties of apples: Jonathan, Mantua, Renet Simirenko; vegetables: carrots and garlic; fruits of pears and lemons. With the optimal storage regime in RA, the respiration of apples of various varieties proceeds evenly and slowly. So, after 5-7 months of storage, the respiration intensity of apple varieties Jonathan, Renet Simirenko was 53-78% compared with fruits stored under normal conditions (control). In RA with an oxygen concentration of 4-5% and carbon dioxide of 5-6%, the intensity of garlic respiration was 57% lower compared to the control. A medium containing 6,1% oxygen and 5,4% carbon dioxide had a similar effect on the respiration rate of carrots. Analyzing apples stored under normal conditions and in chambers with RA, it was found that the conditions of a controlled gas environment significantly reduced the intensity of ethylene release. It has been determined that elevated concentrations of carbon dioxide and reduced oxygen in the surrounding atmosphere delay the ripening and over ripening of fruit and vegetable products, contribute to better preservation of biologically active and other compounds, lengthen their shelf life and reduce losses. As a result of the impact of elevated concentrations of carbon dioxide on enzymatic processes, the process of oxygen uptake by fruit tissues slows down.
Key words: fruits and vegetables, gas composition, respiration, ripening, storage, interstitial atmosphere.
порча и физиологические повреждения. В условиях РА замедляется образование этилена в продукции, пик дыхания растягивается, неясно выражается, иначе протекают изменения биологически активных и других компонентов заложенных на хранение продуктов [2, 3, 4, 7].
В центре физиолого-биохимических процессов при созревании плодов и овощей лежит биологическое окисление, что охватывает и такое понятие, как дыхательный газообмен или дыхательная активность.
С дыханием связаны все наиболее важные превращения в тканях - гидролиз, синтез, окисление, распад и другие изменения, а также скорость созревания, продолжительность хранения [10, 11]. Все физиолого-биохимические изменения в плодоовощной продукции совершаются за счет энергии, освобождающейся при дыхании. В процессе дыхания образуются также многие промежуточные вещества, необходимые организму, а также удаляются балластные соединения.
В связи с этим целью работы являлось определение влияния отдельных компонентов газовой среды на скорость дыхания плодоовощной продукции.
Материалы и методы исследований
В качестве объектов исследований служили зимние сорта яблок: Джонатан, Мантуанское, Ренет Си-миренко; овощи: морковь и чеснок; плоды груши и лимонов.
Исследования проводились в условиях ООО «Сады Баксана» и на кафедре «Технология производства и переработки сельскохозяйственной продукции» Кабардино-Балкарского ГАУ в 2020-2021 гг.
Результаты и их обсуждение
Состав газовой среды наряду с температурой является важным фактором, регулирующим скорость биологического окисления в растительных клетках. С этой точки зрения боле медленное созревание плодоовощной продукции в РА объясняется подавлением тех процессов, которые поставляют энергию для различных реакций, сопряженных с созреванием. Уменьшение концентрации кислорода понижает интенсивность дыхания яблок. Однако влияние углекислого газа оказалось также весьма существенным. Так, если в атмосфере отсутствовал углекислый газ и имелось 5% кислорода, интенсивность дыхания уменьшалась по выделению углекислого газа до 70%, а при наличии углекислого газа и кислорода по 5% она по выделению углекислого газа составляла только 38%. Следовательно, повышенная концентрация углекислого газа и пониженная кислорода в раной мере снижает интенсивность дыхания. Дыхание клубней картофеля и корнеплодов моркови сильно замедляется, когда в газовой среде отсутствует углекислый газ, а концентрация кислорода соответственно ниже 6,5% и 3,5%. При этом оно протекает в пределах нормального аэробного дыхания.
При повышении углекислого газа в окружающей среде увеличивается его содержание внутри плодоовощной продукции. Углекислый газ относится к группе наиболее проницаемых газов, он быстрее других распространяется и легче проникает через биологические мембраны. Достигая определенных для каждого растительного объекта концентраций, углекислый газ начинает затормаживать дыхание и другие физиологические процессы. Его следует рассматривать как активный регулятор обмена веществ, влияю-
щих на окислительно-восстановительную систему плодоовощной продукции.
Снижение концентрации кислорода в атмосфере при пониженной температуре сказалась на интенсивности дыхания плодоовощной продукции меньше, чем при повышенной.
В растительных клетках функции активаторов кислорода на заключительных этапах дыхания способны выполнять цитохромоксидаза, полифенолокси-даза, аскорбинатоксидаза и флавиновые ферменты. Наличие некоторых ферментных систем, выполняющих одну и ту же функцию, расширяет адаптационные возможности растительных организмов. С изменением концентрации кислорода и углекислого газа изменяется доля участия отдельных оксидаз в процессе дыхания. При очень низких концентрациях кислорода резко возрастает активность цитохромоксидазы и пероксидазы, а активность флавопротеиновых ферментов снижается.
Созревание и перезревание плодоовощной продукции связаны со сменой различных групп ферментов. Например, в лимонах к концу созревания активность цитохромоксидазы сводится к нулю, тогда как в последующий период жизни плодов она возрастает. Следовательно, переход одной фазы развития в другую характеризуется сменой преобладания при дыхании тех или иных ферментативных систем, катализирующих этот процесс. У различных видов плодоовощной продукции в разные периоды жизни кислородный оптимум дыхания зависит от преобладающей активности тех или иных ферментных систем.
Наши исследования показали, что при оптимальном режиме хранения в РА дыхание яблок различных сортов протекает равномерно и замедленно. Так, после 5-7 месяцев хранения интенсивность дыхания яблок сортов Джонатан, Ренет Симиренко составила 5378% по сравнению с плодами, хранившимися в обычных условиях (контроль). В РА с концентрацией кислорода 4-5 % и углекислого газа 5-6% интенсивность дыхания чеснока была на 57% ниже по сравнению с контролем. Подобное действие на интенсивность дыхания моркови оказала среда, содержащая 6,1% кислорода и 5,4% углекислого газа.
Воздушное пространство занимает 5-50% общего объема плода. Роль межклетников в диффузии газов весьма велика. Пути ее различны - через плодоножку, кожицу, небольшие ранки на поверхности. На диффузию влияет и возраст плода. Например, при созревании и старении проницаемость тканей яблок и груш для воздуха снижается [9]. Следовательно, внутритканевая атмосфера плода зависит как от внешней среды, так и от метаболической активности собственных клеток. Исследования яблок, хранившихся в РА, показали, что внутритканевая атмосфера содержала углекислого газа в 2-3 раза больше, а кислорода несколько меньше, чем окружающая среда. Концентрация углекислого газа во внутритканевой атмосфере яблок составила 15-20%, а кислорода снизилась до 23 %. Увеличение дозы углекислого газа и уменьшение кислорода снижали интенсивность дыхания по срав-
нению с контрольными плодами у яблок сорта Джонатан на 46%.
Повышение содержания углекислого газа во внутритканевой атмосфере и понижение кислорода сказываются на характере и скорости биохимических процессов. На дыхание в РА должны интенсивнее использоваться соединения, богатые кислородом, так как концентрация его в атмосфере снижается и при этом появляются новые анаэробные продукты жизнедеятельности [6]. Углекислый газ, растворенный в клеточном соке, регулирует рН, повышает кислотность среды, тормозит гидролитические процессы и скорость дозревания плодов. При дозревании и перезревании в тканях плодов повышается содержание спирта и ацетальдегида [1]. Ацетальдегид в спелых плодах образуется и накапливается даже при полном обеспечении тканей кислородом. В них активируется фермент, декарбоксилирующий яблочную кислоту, и независимо от концентрации кислорода в среде образуется ацетальдегид. Более интенсивно декарбокси-лирование происходит при свободном доступе кислорода. Повышенное содержание углекислого газа во внутритканевой атмосфере тормозит расщепление яблочной и пировиноградной кислот, что задерживает накопление ацетальдегида [12]. Поэтому при хранении продукции в РА содержание ацетальдегида в плодах немного меньше, чем при обычной атмосфере.
Давно известно о стимулирующем действии этилена, образующегося в тканях, на созревание многих видов плодоовощной продукции. Этилен влияет на распад хлорофилла, созревание семян внутри плода. Но в малых дозах он стимулирует дыхание и способствует процессам созревания только в том случае. если плоды достигли минимальной стадии спелости. До этого плоды вырабатывают какие-то ингибиторы, подавляющие действие этилена и снижающие способность его новообразования [5].
Известно, что невызревшие плоды синтезируют и содержат во внутритканевой атмосфере незначительные дозы этилена. Поэтому они совсем не выделяют или выделяют его в очень небольшом количестве. По мере развития плодов синтез этилена усиливается, и при вступлении их в фазу созревания
наблюдается интенсивное его выделение в окружающую атмосферу. Максимальную интенсивность выделения этилена обнаружили в момент достижения плодами потребительской спелости. При перезревании яблок интенсивность выделения этилена довольно заметно снижалась. Установлено, что интенсивность выделения этилена - сортовой признак и у плодов разных сортов она различна.
Анализируя яблоки, хранившиеся в обычных условиях и в камерах с РА, установили, что условия регулируемой газовой среды значительно снижали интенсивность выделения этилена [13]. Выделение яблоками сорта Джонатан этилена к концу хранения за одни сутки составило, мкл/кг (табл.).
Таблица 1. - Количество этилена, _выделяемого яблоками
Сорт Контроль Опыт
Джонатан 65 45
Мантуанское 100 63
Ренет Симиренко 35 10
К концу хранения плоды контрольных партий выделили значительно больше этилена, чем опытные. Соответственно они быстрее созревали. Яблоки исследуемых сортов неодинаково реагировали на снижение дозы кислорода и повышение углекислого газа в окружающей атмосфере, что указывает на зависимость биосинтеза этилена от сорта плодов.
Выводы
Таким образом, повышенные концентрации углекислого газа и пониженные кислорода в окружающей атмосфере задерживают созревание и перезревание плодоовощной продукции, способствуют лучшему сохранению биологически активных и других соединений, удлиняют сроки их хранения и уменьшают потери. В результате воздействия повышенных концентраций углекислого газа на ферментативные процессы замедляется процесс усвоения кислорода тканями плодов.
Литература
1. Мукаилов М.Д., Хоконова М.Б. Плодоовощные
консервы профилактического назначения. Проблемы развития АПК региона. 2017; 2:94-98.
2. Неменущая Л.А. Современные технологии хране-
ния и переработки плодоовощной продукции. -Издательство «Росинформагротех». 2009. -172 стр. ISBN: 978-5-7367-0703-4.
3. Поморцева Т. И. Технология хранения и перера-
ботки плодоовощной продукции: Учеб. для учреждений нач. проф. образования / Т. И. Поморцева; М-во образования Рос. Федерации. Ин-т развития проф. образования. - М.: ПрофОбрИз-дат : ИРПО, 2001. - 135, [1] c : табл.; 22 см. - (Федеральный комплект учебников) (Профессио-
нальное образование).; ISBN 5-8222-0165-2 (ИРПО).
4. Романова Е.В., Введенский В.В. Технология хра-
нения и переработки продукции растениеводства. [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://biblioclub.ru. 2010: 23; (Abstr.).
5. Северин Е.С., Алейникова Т.Л., Осипов Е.В., Сила-
ева С.А. Б63 Биологическая химия. — М.: ООО «Медицинское информационное агентство», 2008. - 364 стр.
6. Синха Н.К., Хью И.Г. Настольная книга произво-
дителя и переработчика плодоовощной продукции. - Издательство «Профессия». 2014. - 896 стр. ISBN: 978-5-904757-52-6
7. Сокол П.Ф. Хранение плодоовощной продукции и
картофеля: [Сб. ст.] / ВАСХНИЛ; [Редкол.: П. Ф. Сокол (отв. ред.) и др.]. - М.: Колос, 1983. - 302 с. : ил.;
8. Хоконова М.Б. Совершенствование технологии
производства плодово-ягодных экстрак-тов.2015:214-217.
9. Хоконова М.Б., Абдулхаликов Р.З. Современные
способы хранения плодоовощной продук-ции.2016:140-148.
10. Хоконова М.Б., Машуков А.О. Изучение химиче-
ского состава и продуктов окисления яблок в условиях регулируемой атмосферы. Известия Кабардино-Балкарского ГАУ. 2020; 3:17-21.
11. Хоконова М.Б., Машуков А.О. Определение ин-
тенсивности дыхания плодов и овощей. Биология в сельском хозяйстве. 2018; 3:16-19.
12. Хоконова М.Б., Терентьев С.Е. Изменение соста-
ва соков при их спиртовании хранении. Пиво и напитки. 2016; 5:32-34.
13. Хоконова М.Б., Хоконов А.Б. Оценка качествен-
ных показателей яблок для производства сидро-вых виноматериалов. Сельскохозяйственное землепользование и продовольственная безопасность. Материалы VII Международной научно-практической конференции, посвященной памяти Заслуженному деятелю науки РФ, КБР, Республики Адыгея профессора Б.Х. Фиапшеву. 2021:76-79.
Поступила в редакцию: 10.08.2022 г.
Хоконова М.Б., доктор сельскохозяйственных наук, профессор ФГБОУ ВО «Кабардино-Балкарский государственный аграрный университет имени В.М. Кокова», Нальчик, Россия; е-шаП: ШпакЪ Ыи-|77 @шаЛ. гц
