Процессы превращения веществ при хранении плодов и овощей. Дозревание плодов при хранении.

Во время хранения в плодах и овощах происходят различные физические и физиолого-биохимические процессы, которые оказывают существенное влияние на их качество и сохраняемость. Эти процессы протекают в тесной взаимосвязи и зависят от природных свойств плодов и овощей, наличия повреждений, зрелости, качества товарной обработки, режима хранения и других факторов. В значительной мере процессы хранения являются продолжением процессов, происходящих в плодах и овощах во время их роста. Но есть и принципиальное различие между ними: во время роста наряду с распадом органических веществ в плодах и овощах осуществляется синтез этих веществ, а в хранящихся объектах происходит главным образом их распад и расход с выделением энергии, необходимой для жизнедеятельности клеток.

Физические процессы

Основными физическими процессами, происходящими в плодах и овощах при хранении, являются испарение влаги, выделение тепла, изменение температуры.

Физический процесс испарения воды зависит от степени гидрофильности коллоидов, анатомического строения и состояния покровных тканей (толщина и плотность кожицы, наличие воскового налета), характера и степени поврежденности, влажности окружающей атмосферы, скорости движения воздуха, температуры хранения, степени зрелости, упаковки, сроков и способов хранения плодов и овощей и других факторов, в том числе от интенсивности аэробного дыхания, в процессе которого также образуется вода.

Молодые корнеплоды, овощная зелень, недоразвитые плоды, в которых цитоплазменные и вакуолярные коллоидные частицы обладают слабой водоудерживающей способностью, легко отдают влагу, увядают и теряют свежесть.

Повреждения механические или грибковые, как правило, также усиливают потери воды. Так, яблоки, пораженные паршой на площади до З см2, за 6 мес. хранения теряют 2,8% воды, на площади до 6 см2 -- 5,7%; здоровые за это же время теряют 0,8% воды.

Выделение влаги плодами и овощами различно в разные периоды хранения; в начале хранения обычно наблюдается активное испарение воды (период послеуборочного дозревания), в средний период оно понижается, а в конце хранения вновь повышается вследствие приближении нового вегетационного периода. Перезревание плодов сопровождается усиленной влагоотдачей, так как по мере старения коллоидов понижается их гидрофильность.

Как пониженная влажность, так и повышенная температура воздуха усиливают испарение воды. Скорость испарения влаги не находится в прямой зависимости от содержания ее в плодах и овощах, а зависит от температуры, дефицита влажности воздуха, циркуляции воздуха, степени зрелости и других факторов. Иногда наблюдается обратное явление -- повышение содержания влаги в плодах и овощах при высокой относительной влажности окружающего воздуха, например при хранении корнеплодов в умеренно влажном песке. Очевидно, влага, образующаяся в процессе аэробного дыхания, остается в тканях и, кроме того, плоды и овощи поглощают ее из окружающей среды.

Однако в большинстве случаев на практике наблюдается увядание плодов и овощей, особенно при низкой влажности воздуха, усиленной вентиляции и т. д. Увядание нередко происходит не по всей массе плода и овоща, а на отдельном участке (где слабее покровные ткани), например морковь начинает увядать с конца корня, яблоки и груши -- с участка около чашечки. Опыты показывают также, что увядание плодов начинается с поврежденных участков (пятна парши, уколы долгоносика и т. д.). Поэтому многие практические меры при хранении плодов и овощей имеют целью максимально уменьшить испарение влаги и предупредить увядание плодов и овощей. К таким мерам относятся: поддержание в хранилищах достаточно высокой влажности воздуха, переслойка овощей песком, применение упаковочных материалов, обертка плодов в бумагу и др.

Вместе с тем поверхность плодов и овощей должна быть сухой во избежание развития микроорганизмов. Поэтому влажные картофель и овощи перед закладкой на хранение обычно просушивают.

Выделение тепла. В процессе дыхания плодов и овощей во время хранения выделяется тепло. Однако в воздух выделяется не все тепло, так как часть его используется клеткой для обменных реакций и на процесс испарения, часть запасается в виде химически связанной энергии в АТФ.

Изменение температуры. Явное тепло, выделяемое при дыхании плодов и овощей, определенно влияет на их температурное состояние. Эту форму биологической энергии, являющейся результатом энергетического обмена клеток, учитывают при охлаждении плодов и овощей. Однако охлаждение или нагревание в процессе хранения (и не только хранения) происходит в огромной степени под влиянием температуры окружающей атмосферы. При этом скорость охлаждения зависит от температуры и скорости движения охлаждающего воздуха, подаваемого в хранилище. Процесс охлаждения овощной зелени, ягод и косточковых плодов намного ускоряется в воде со льдом или в специальной вакуум-камере.

Длительное хранение большинства плодов и овощей при низких температурах (близких к 0° С) снижает интенсивность процессов внутриклеточного метаболизма, замедляет процессы дозревания и перезревания, снижает расход запасных веществ на дыхание, а также деятельность микроорганизмов. Но снижение температуры не может быть произвольным, так как при определенных низких температурах свежие плоды и овощи замерзают и могут погибнуть. Уровень температуры хранения должен находиться где-то близко к границе замерзания тканей плодов и овощей, что зависит главным образом от содержания органических кислот, сахаров, пектина и др.

Температура замерзания многих плодов и овощей в основном коррелируется с содержанием в них сухих веществ и находится в пределах от --1 до --2,5° С. Так, средняя температура. замерзания картофеля --1,2°'С, капусты белокочанной --1,6°, моркови и свеклы --1,6°, лука-репки --1,78°, яблок --2° винограда --3,8°, вишни --3,5° С и т. д.

Процесс замерзания плодов и овощей, помещенных в среду с отрицательной температурой (ниже 0° С), имеет некоторые общие тенденции. Сначала температура в плодах и овощах падает ниже точки замерзания, но в течение некоторого времени кристаллы льда еще не образуются. Происходит так называемое переохлаждение тканей. Вода клеточного раствора при этом замерзает. При переходе воды в лед выделяется скрытая теплота, и температура тканей сразу повышается, достигая определенной высшей очки (обычно до --0,7, -- 1,8° С), на которой держится некоторое время, а затем начинает вновь снижаться. Эту высшую точку, о которой поднимается температура переохлаждения, называют температурой замерзания.

В процессе замерзания тканей плодов и овощей обычно происходит ряд таких изменений внутриклеточных ультраструктур, как, например, коагуляция белков цитоплазмы и органоидов, частичное обезвоживание коллоидов и т. д. Молекулы воды, все более теряя свою подвижность по мере замораживания, перестраиваются в относительно устойчивую кристаллическую систему, соответственно уменьшается количество водородных связей молекул воды с белками. В результате глубокого замораживания происходит обезвоживание протоплазмы и в итоге -- гибель живых клеток.

Хотя при этом и высвобождается большое количество энергии, называемой скрытой теплотой льдообразования (на каждый кг льда выделяется 80 ккал, иди 336 кДж, тепла), но связывание молекул воды друг с другом ослабляет связь воды с белками. Кроме того, образующиеся кристаллы льда в какой-то степени разрушают клеточные оболочки, но главное при замораживании плодов и овощей (обычными способами) нарушается физическая структура живого протопласта. По-видимому, это происходит за счет образования кристаллов из водного матрикса цитоплазмы при замораживании и резкого движения воды в клетку при оттаивании (А. Леопольд). Совершенно очевидно, что при хранении свежих плодов и овощей нельзя допускать их замерзания.

Физиолого-биохимические процессы

Наиболее важными физиолого-биохимическими процессами, проис- ходящими при хранении плодов и овощей, являются изменение в их химическом составе и дыхание.

Изменения в химическом составе плодов и овощей. Такие изменения называют также биохимическими, так как во время хранения плодов и овощей их химический состав изменяется в результате разнообразных ферментативных превращений, в том числе дыхания.

Существенны изменения в содержании углеводов и других пластических веществ, расходуемых клетками в процессе их жизнедеятельности, особенно в период послеуборочного дозревания. Содержание крахмала -- основного запасного вещества у большинства плодов и овощей (томатов, моркови и др.) уменьшается в результате его ферментативного осахаривания. Общее содержание сахара при этом возрастает (в период дозревания), но, достигнув определенного максимума, уровень его начинает снижаться. Количество сахарозы, протопектина, гемицеллюлоз, кислот, как правило, снижается, количество растворимого пектина увеличивается. В результате перехода части протопектина в пектин уменьшается твердость плодов. Однако скорость превращения углеводов, а также и характер их изменений зависят от видов их и сортовых особенностей плодов и овощей, условий хранения, степени зрелости и других факторов. Увеличение общего сахара в яблоках происходит не только вследствие осахаривания крахмала плодов (1,5--2% в момент съема зимних сортов), но также за счет гидролиза гемицеллюлоз, пектиновых веществ.

В хранящихся плодах и овощах существенно изменяется количество органических кислот. Как правило, общее содержание кислот в них уменьшается, но количество отдельных из них может возрастать по разным причинам.

Содержание клетчатки в плодах и овощах при хранении почти не изменяется, количество дубильных веществ в процессе дозревания и последующего хранения быстро снижается и соответственно изменяется вкус плодов.

Количество витамина С во время хранения плодов постепенно снижается, и тем быстрее, чем меньшей устойчивостью при хранении обладают плоды. Особенно сильно аскорбиновая кислота разрушается в период перезревания плодов, что связано с нарушением восстановительных процессов в тканях и доступом воздуха к клеткам.

Красящие вещества изменяются наиболее заметно в период дозревания плодов. Содержание хлорофилла в плодах, как правило, снижается, а каротиноидов увеличивается. Дыхание плодов и овощей. Процесс дыхания является основ ной формой взаимодействия с окружающей средой. Дыхание объективно отражает состояние плодов и овощей в данный период хранения.

Биологическая роль дыхания состоит в том, чтобы обеспечивать живые ткани плодов и овощей энергией, необходимой для их жизнедеятельности. В процессе дыхания высвобождается энергия, накопленная плодами и овощами во время их роста и формирования в виде различных пластических веществ. Расход этих веществ в дыхании наряду с испарением влаги неизбежно сопровождается убылью массы плодов и овощей, поэтому такие потери называют естественными. Их можно снизить путем регулирования интенсивности дыхании и испарения влаги, что имеет важное практическое значение. Процесс дыхания является весьма сложным и протекает через ряд промежуточных превращений веществ с участием определенных ферментов.

При аэробном дыхании, протекающем с участием кислорода воздуха, конечными продуктами является углекислый газ и вода. В случае окисления одной грамм-молекулы гексозы выделяется энергия, соответствующая 674 ккал, или 2824 кДж, тепла. Теплота, выделяемая при дыхании плодов и овощей, является причиной их самосогревания, что нередко наблюдается в хранилищах. При недостаточном вентилировании и охлаждении складских помещений происходит значительное накопление тепла, что в свою очередь усиливает интенсивность дыхания плодов и овощей, т. е. процесс самосогревания их имеет автокаталитический характер. Температура в массе хранящихся картофеля и овощей может иногда достигнуть довольно высоких пределов. Процесс самосогревания усиливается иногда в результате развития термофильных микроорганизмов, обладающих весьма высокой интенсивностью дыхания.

Существенно влияет на интенсивность дыхания поражение плодов и овощей физиологическими заболеваниями.

В разные периоды роста и развития плодов и овощей характер дыхания неодинаков. Наиболее высокая активность дыхания обычно наблюдается в период созревания, особенно на первых этапах их роста, затем падает и через некоторое время вновь повышается. У некоторых плодов и овощей (яблок, груш, айвы, бананов, томатов, дынь и др.) в период дозревания при хранении наблюдается заметный подъем интенсивности дыхания, названный Ф. Киддом и С. Вестом климактерическим подъемом дыхания, или климактериком.

В конце хранения (весной) дыхание вегетативных овощей возрастает в связи с начавшимися процессами прорастания (окончанием периода покоя и переходом к генеративной стадии развития), а также в связи с повышением температуры воздуха в хранилищах без искусственного охлаждения в отличие от плодов, дыхание которых в конце хранения заметно ниже, чем в начале хранения (в период дозревания).