CC BY
197
Сельское хозяйство
УДК 681.17
ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДЛИТЕЛЬНОГО ХРАНЕНИЯ ПЛОДОВО-ОВОЩНОЙ ПРОДУКЦИИ ВАКУУМНЫМ СПОСОБОМ С ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ОБРАБОТКОЙ ОЗОНОМ*
С.В. Мищенко1, В.Г. Однолько2, Ю.В. Воробьев3,
Ю.В. Родионов3, И.В. Попова3, А.А. Букин4,
Ю.Г. Скрипников5, М.А. Митрохин5
Кафедры: «Автоматизированные системы и приборы» (1), «Конструкции зданий и сооружений» (2),
«Теория машин, механизмов и детали машин» (3),
«Переработка полимеров и упаковочное производство» (4), ГОУ ВПО «ТГТУ»; кафедра «Технология хранения и переработки продукции растениеводства» (5),
ФГОУВПО «МичГАУ»
Ключевые слова и фразы: вакуум-контейнеры; вакуумные характеристики среды; озонирование; регулируемая атмосфера.
Аннотация: Проведен обзор условий хранения плодово-овощной продукции. Выявлены основные недостатки существующих способов. Предложен новый способ хранения, и разработана экспериментальная установка для его реализации.
Фрукты, овощи и ягоды - жизненно необходимые продукты питания человека. При сравнительно невысокой энергетической ценности, они являются одним из основных источников витаминов, минеральных солей, органических кислот, ароматических веществ, клетчатки и легко усваиваемых организмом углеводов. Потребление их должно быть равномерным в течение всего года. Наряду с дальнейшим увеличением производства плодов, первостепенное значение приобретает поиск путей сокращения потерь и сохранения качества плодов на всех этапах: производства, хранения и доведения до потребителя.
Основная задача хранения заключается в создании условий, поддерживающих жизнедеятельность плодов в течение длительного времени на уровне, обеспечивающем их медленное дозревание и задерживающем процессы старения, без значительного снижения ценных потребительских качеств, с сохранением максимальной устойчивости против паразитарных и физиологических заболеваний [5, 7, 8].
Одним из основных способов хранения овощей и плодов является хранение при пониженных температурах. Однако томаты и некоторые сорта яблок низкие температуры переносят плохо, и сохраняемость при таких условиях не отличается хорошим результатом.
*
Принято к печати 13.12.2006 г.
Овощи можно сохранять в упаковке из полимерных материалов: полиэтиленовых пакетах, ящиках и контейнерах с полиэтиленовыми вкладышами, герметичных мешках - хранение в модифицированной атмосфере (МА). В данной технологии плоды упаковываются в полимерные пакеты с определенной газопроницаемостью. В результате процессов дыхания и ограниченной газопроницаемостью пакетов внутри упаковки создается модифицированная (измененная) атмосфера, содержащая пониженный уровень кислорода О2 и повышенный двуокиси углерода СО2. В упаковке происходят процессы созревания и старения плодов, способствующие сохранению их качества. Содержание О2 и СО2 в МА значительно колеблется и зависит от газопроницаемости пленки, помологического сорта, физиологического состояния плодов, температуры и продолжительности хранения. Однако при длительном хранении плодов в МА внутри упаковки накапливается высокий уровень этилена и образуется капельная влага, что способствует усилению развития многих физиологических заболеваний и грибных гнилей. Способ используется, как правило, в совокупности с охлаждением.
За рубежом, решая проблему сохранности плодово-овощной продукции, на хранение закладывают только специально выведенные устойчивые сорта, имеющие ровную, гладкую блестящую поверхность кожицы, без вмятин и трещин. Следует заметить, что эти сорта овощей и фруктов характеризуются низким содержанием витаминов и минералов. Их хранят при жестком температурном режиме, чтобы снизить физиологическую активность и улучшить сохранность продуктов [4].
Как показала практика, наилучшую сохранность качества плодов обеспечивает технология хранения в регулируемой атмосфере (РА), заключающаяся в том, что плоды хранят в герметичных камерах при определенной концентрации кислорода и углекислого газа. Хорошие результаты на некоторых сортах получают при хранении в регулируемой атмосфере с низким содержанием кислорода, которое предусматривает быстрое охлаждение (в течение 1-2 часов) и последующее замещение в камерах кислорода азотом (в течение1-2 суток, до 0,5... 1,2 % кислорода). Способ обеспечивает высокую сохранность без значительного ухудшения качества плодов, но требует дорогостоящего генератора азота (его стоимость составляет около 20...25 % от общей стоимости технологического процесса), что приводит к значительным капитальным и эксплуатационным затратам. В то же время, он используется только в период вывода камер на газовые режимы [9].
В плане удешевления технологии хранения в РА представляет интерес опыт Китая по хранению яблок в пещерах в пленочных тентах. После съема неохлажденные плоды помещают под тенты в пещеру, где температура составляет + 10 °С. Такие условия обеспечивают высокую интенсивность дыхания плодов, концентрация углекислого газа СО2 довольно быстро поднимается до 15.18 %, а О2 -снижается до 3.6 %. В течение последующих 6-8 недель температуру в пещере искусственно снижают до 0.+ 5 °С. За счет вмонтированных в стенки тентов газодиффузионных вставок уровни СО2 постепенно уменьшают до 5.6 %, а О2 устанавливают в диапазоне 4.5 %. Проведенные исследования показали, что данный способ обеспечивает качество яблок лишь незначительно хуже, чем при хранении в РА (концентрация СО2 составляет 3 %, О2 - 3 %, / = 0 °С).
Одним из условий хранения является удержание влаги в плодоовощной продукции. Н.А. Максимов объяснял содержание влаги и скорость ее испарения действием осмотических сил клеточного сока и процессами, происходящими в тканях растений, прежде всего - интенсивностью дыхания. А.М. Алексеев, Ф.Д. Скалзин и В.Н. Желкевич полагают, что искусственное торможение дыхания снижает во-
доудерживающую способность растений. Также при хранении необходимо регулировать концентрацию этилена, образующегося в процессе жизнедеятельности плодов и овощей и являющегося основным гормоном их созревания. Он выделяется плодами (эндогенный) или поступает с окружающей среды (экзогенный) и в крайне низких концентрациях активизирует их созревание, перезревание, старение, приводящее к развитию многих заболеваний и снижению качества (потеря сочности, вкуса, внешнего вида). Поэтому физиологической основой хранения плодов и овощей является ингибирование (задерживание) синтеза (процесса образования) этилена и снижение его отрицательного действия при хранении, транспортировании и доведении плодов и овощей до потребителя.
По данным Л.В. Метлицкого [11] стимулирующее влияние этилена на процессы созревания плодов характеризуется следующими положениями:
- действует не только на созревание перикарпия (мякоти) плода, но и на заключенные в нем семена;
- прямо или косвенно вызывает распад хлорофилла, благодаря чему изменяется окраска зеленых плодов;
- вызывает ускоренно наступление климактерического подъема дыхания (климактерик - переходная фаза между развитием и функциональным разрушением, между онтогенезом и старением, проявление климактерика обычно совпадает с наступлением у плодов потребительской зрелости) у хранящихся плодов;
- усиливает проницаемость клеточных мембран, что влияет на весь клеточный метаболизм.
С целью уменьшения количества образующегося этилена создают среду с пониженным содержанием кислорода. Увеличение концентрации кислорода влечет за собой интенсивное синтезирование этилена в результате не прекращающейся жизнедеятельности овощей. В противоположность кислороду, углекислый газ не влияет на синтез этилена, но при повышенных концентрациях может тормозить его биологическое действие. По мнению С. Берга и Е. Берга [6], СО2 является конкурентом этилена, его ингибитором. В присутствии этилена углекислый газ не оказывает тормозящего действия на процессы жизнедеятельности, за исключением того случая, когда его концентрация в среде хранения составляет 10 % и более [10].
Перед закладкой овощей на хранение необходимо провести их санитарную обработку по уничтожению гнилостных бактерий, грибов и других микроорганизмов, находящихся на поверхности плодово-овощной продукции. В настоящее время обработку проводят различными химическими способами, которые, в свою очередь, не проходят бесследно, отражаясь на качестве продуктов. Употребление такой продукции в пищу небезопасно. Однако, для санитарной обработки продуктов можно использовать озон, который, к тому же, способен вступать в реакцию с этиленом, нейтрализуя его действие [3].
Для решения проблем, связанных с сохранностью овощей и фруктов, с целью увеличения сроков хранения предлагается технология хранения плодовоовощной продукции под вакуумом с периодической обработкой озоном.
По сравнению с обработкой различными химикатами, озон считается менее опасным, так как не накапливается и не оседает на поверхности овощей и фруктов. Молекула озона нестабильна и обладает свойством самораспада. Именно благодаря этому свойству озон является сильным окислителем и исключительным по эффективности дезинфицирующим средством. Нестабильность озона обуславливает необходимость его получение непосредственно на месте потребления. Озон не подлежит упаковке, хранению и транспортировке. Скорость разложения озона
в воздушной или водной среде оценивается при помощи периода полураспада, то есть, времени, в течение которого концентрация озона уменьшается вдвое.
Результаты исследований по определению влияния озона на микрофлору (на чистые культуры некоторых видов грибов) дают хорошие результаты. Выявлено, что озон целесообразно применять в период лаг-фазы (фаза задержки размножения) развития микроорганизмов. Т ак, например, озонирование при концентрации озона С = 12...15 мг/м3 при определенной влажности и температуре как периодическое по 3 и 6 ч в сутки, так и непрерывное по 48 ч замедляет развитие грибов, увеличивая лаг-фазу в 1,5-4,5 раза.
При использовании озона в процессе хранения овощей и фруктов его воздействию подвергаются компоненты покровных тканей (воски кутикулы), играющих важную роль в обеспечении защиты плодов от увядания и поражения микроорганизмами. Выявлено, что озон не приводит к значительным изменениям в химическом составе восков и способен инициировать усиление их основной защитной функции - снижение скорости потери влаги. Но высокие дозы подачи озона приводят к поражению участков покровных тканей, лишенных воскового слоя, что вызывает возрастание скорости потери влаги в целом. Периодическая обработка яблок в процессе хранения озоном низких концентраций (0,7...3,0 мг/м3, Т = 40...120 мин ежедневно) способна модифицировать процессы формирования воскового слоя и препятствовать побурению кожуры, так как выделяющийся этилен быстро окисляется озоном. Когда же озон не способен уже препятствовать побурению кожуры, то все равно замедляет этот процесс путем нейтрализации летучих веществ. Этот процесс характерен для фруктов, овощей и ягод: бананов, апельсинов, малины, клубники, яблок и т. д. По мнению ряда исследователей, продолжительность хранения продукции с периодической обработкой озоном можно увеличить вдвое с одновременным сохранением тонкого аромата фруктов [4].
Для подтверждения эффективности вакуумного способа хранения с предварительным озонированием спроектирована опытная установка (рис. 1), включающая: вакуум-контейнеры 1-5, вакуумную систему, представляющую собой двухступенчатый жидкостно-кольцевой вакуум-насос 6 [1, 2], асинхронный двигатель 7, озонатор 8, а также серию контроллеров и регулирующих устройств (вакуумметры, ртутные термометры). В каждый контейнер с разными значениями вакуума закладывается одинаковое количество яблок разных сортов (5 сортов). Концентрация озона устанавливается, исходя из производственной характеристики озонатора «Озон ОВ-1». Контроль значений вакуума и температуры осуществляется визуальным способом и при помощи запорной арматуры.
Внутрь вакуум-контейнеров помещаются опытные образцы яблок (яблоки специально отобранные, определенной степени зрелости, определенных сортов). Первый этап проведения эксперимента заключается в определении максимального значения вакуума, при котором яблоки будут терять свою естественную влажность. Данный опыт проводится в одном из вакуум-контейнеров. После проведения начального опыта вакуум-контейнер освобождается. Далее загружаются все контейнеры, герметизируются, и создается вакуум, при этом среда в первом контейнере - 90 %-й вакуум, t = 18 °С; во втором контейнере - 80 %-й вакуум, t = 18 °С ; в третьем контейнере - 70 %-й вакуум, t = 18 °С ; в четвертом контейнере - 60 %-й вакуум, t = 18 °С; в пятом контейнере - атмосферное давление, концентрация озона составляет 3 мг/м3, t = 18 °С . Озон способен улучшить вкусовые качества яблок и замедлить процесс созревания, а следовательно, и гниения. Каждый вакуум-контейнер должен оснащаться вакуумметром, ртутным
602 ISSN 01Зб-5ВЗ5. Вестник ТГТУ. 2007. Том 13. № 2Б. Transactions TSTU
Рис. 1. Схема экспериментальной установки хранения яблок вакуумным способом с периодическим озонированием:
1-5 - вакуум-контейнеры; 6 - двухступенчатый вакуум-насос; 7 - асинхронный двигатель;
8 - озонатор; ТЕ - ртутный термометр; РЕ - вакуумметр
термометром для определения оптимальных режимов хранения плодоовощной продукции в вакууме с предварительным озонированием. Предположительно указанный способ хранения позволит: увеличить сроки хранения плодово-овощной продукции; повысить процент рентабельной продукции; улучшить вкус; создать условия, необходимые для перевозки скоропортящейся продукции на большие расстояния.
Список литературы
1. Пат. 2291320 Российская Федерация. Двухступенчатая жидкостнокольцевая машина / Ю.В. Воробьев, Ю.В. Родионов, М.М. Свиридов, В.В Попов, В. А. Максимов, А.В. Волков ; заявитель и патентообладатель Тамб. гос. техн. ун-т. -№ 2004130045 ; заявл. 11.10.04.
2. Пат. 2291987 Российская Федерация. Жидкостно-кольцевая машина / Ю.В. Воробьев, Ю.В. Родионов, В.В Попов, М.М. Свиридов, В.А. Максимов ; заявитель и патентообладатель Тамб. гос. техн. ун-т. - № 2004130046 ; заявл. 11.10.04.
3. Stoichiometry in the neutral iodometric procedure for ozone by Gas-Phase Titration with Nitric Oxide / J.A. Hocgecoh, R.E. Baumgardner, B.E. Martin, K.A. Rehme // Analitical chemistry. - 1971. - Vol. 43, № 8. - P. 1123-1126.
4. Гудковский, В.А. Борьба с потерями фруктов при хранении / В.А. Гуд-ковский // Плодовоовощное хоз-во. - 1985. - № 11. - C. 50-53.
5. Гудковский, В.А. Система сокращения потерь и сохранение качества плодов и винограда при хранении : метод. рекомендации. - Мичуринск : Изд-во Мичур. гос. аграр. ун-та, 1990. - 120 с.
6. Burg, S.P. Gas exchange in fruits / S.P. Burg, E.A. Burg // Physiol. Plantarum. Koben havn. - 1965. - V.18. - Р. 870-884.
7. Широков, Е.П. Технология хранения и переработки плодов и овощей с основами стандартизации / Е.П. Широков. - М. : Агропромиздат, 1988. - 230 с.
8. Широков, Е.П. Хранение и переработка продукции растениеводства с основами стандартизации и сертификации / Е.П. Широков, В.И. Полегаев. - М. : Колос, 1999. - 254 с.
9. Тяжкороб, А.Ф. Генераторы газовых сред / А.Ф. Тяжкороб, В.И. Бондарев. - Киев : Наукова думка, 1988. - 231 с.
10. Метлицкий, Л.В. Биохимия плодов и овощей / Л.В. Метлицкий. - М. : Экономика, 1970. - 271 с.
11. Метлицкий, Л.В. Основы биохимии плодов и овощей / Л.В. Метлицкий. -М. : Экономика, 1976. - 348 с.
Maintenance of Long Storage of Fruit and Vegetable Products Using Vacuum Technique with Preliminary Ozone Processing
S.V. Mishchenko1, V.G. Odnolko2, Yu.V. Vorobyov3, Yu.V. Rodionov3,
I.V. Popova3, A.A. Bukin4, Yu.G. Skripnikov5, M.A. Mitrokhin5
Departments: «Automated Systems and Apparatus» (1),
«Construction of Buildings» (2),
«Theory of Machines, Mechanisms and Machine Elements» (3),
«Polymeric Manufacturing Engineering and Packing Production» (4), TSTU; department «Technologe of Storing and Processing of Plants Products» (5), Michurinsk State Agrarian University
Key words and phrases: vacuum containers; vacuum characteristics of medium; regulated atmosphere; ozone treatment.
Abstract: The review of the conditions of storing fruit and vegetable products is given. The main drawbacks of the existing methods are revealed. The new way of storing is proposed; experimental device for its instrumentation is developed.
Versorgung der langwierigen Aufbewahrung der Gemtiseproduktion nach der Vakuumweise mit der vorlaufigen Bearbeitung vom Ozon
Zusammenfassung: Es ist die Ubersicht der Bedingungen der Aufbewahrung der Gemuseproduktion durchgefuhrt. Es sind die Hauptmangel der existierenden Weisen gezeigt. Es ist die neue Methode der Aufbewahrung angeboten und es ist die experimentale Anlage fur ihre Realisierung angeboten.
Assurance de la longue conservation des produits des fruits et de legumes par un moyen a vide avec un traitement prealable par ozone
Resume: Est realisee une revue des conditions de la conservation des produits des fruits et de legumes. Sont deduits les principaux defauts des moyens connus. Est propose un nouveau moyen de la conservation; est elaboree une installation experimentale pour sa realisation.
