Биотехнология низкотемпературного хранения яблок осенних сортов с применением газоселективных трековых мембран тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Костюк Василина Алексеевна

• Костюк Василина Алексеевна
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Костюк Василина Алексеевна

РЕФЕРАТ

SYNOPSIS

Введение

ГЛАВА 1. Состояние проблемы по хранению свежей растительной продукции.

1.1 Агробиологическая характеристика яблок

1.2 Фитопатологические и физиологические заболевания яблок

1.3 Современные технологии хранения плодов

1.3.1 Холодильное хранение яблок

1.3.2 Хранение плодов в регулируемой газовой среде

1.3.3 Хранение плодов в модифицированной газовой среде

1.3.4 Хранение плодов в замороженном состоянии

1.3.5 Химические методы хранения плодов

1.3.6 Послеуборочные и биологические методы обработки и хранения плодов

1.4 Физиолого-биохимические изменения при хранении яблок

ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования. Постановка эксперимента

2.1 Объекты исследования

2.1.1 Характеристика осенних сортов яблок

2.1.2 Характеристика трековых мембран

2.2 Методы исследования

2.3 Постановка эксперимента

ГЛАВА 3. Исследование и обоснование применения газоселективных трековых мембран для создания модифицированных газовых сред

3.1 Расчет газового состава, загрузки и площади мембран

3.2 Динамика интенсивности дыхания яблок осенних сортов

3.3 Изменение содержания моно- и дисахаридов яблок осенних сортов

при холодильном хранении

3.4 Изменение содержания органических кислот яблок осенних сортов

при холодильном хранении

3.5 Изменение содержания аскорбиновой кислоты в яблоках осенних сортов при холодильном хранении

3.6 Изменение активности ферментов в яблоках осенних сортов при холодильном хранении

3.7 Константы скорости реакций окисления субстратов дыхания яблок

3.8. Органолептическая оценка показателей качества яблок осенних сортов

3.9 Фитопатологические показатели сохраняемости яблок осенних сортов

3.10 Естественная убыль массы яблок осенних сортов в процессе хранения

Заключение

Список литературы

Список публикаций по теме диссертации

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

Реферат

Актуальность темы. Плоды и овощи являются наиболее важной составляющей рациона питания человека. По рекомендациям ВОЗ/ФАО для того, чтобы защитить организм от развития неинфекционных заболеваний и преждевременного старения организма необходимо потреблять около 400 г свежих фруктов и овощей ежедневно. Для профилактики гиповитаминоза и недостаточности макро- и микроэлементов потребление свежей плодоовощной продукции должно быть равномерным на протяжении всего года, поскольку организм человека не способен самостоятельно синтезировать многие биологически активные вещества. В условиях современной экологической обстановки рацион человека должен обязательно содержать достаточное количество биологически активных веществ антиоксидантного ряда для защиты организма от воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды.

Уровень потребления плодов и овощей остается достаточно низким, а потери плодоовощной продукции, начиная от послеуборочной обработки до реализации предприятиями розничной торговли составляют, согласно ФАО на 2021 год, от 25 до 40%. На этапах розничной торговли и потребления причина порчи продукции чаще всего заключается в чрезмерной обработке плодов и овощей и их ненадлежащем хранении, что приводит к закономерному нежеланию потребителя приобретать продукцию. Все это приводит к чрезмерному расходованию факторов производства, воды, энергии и других природных ресурсов, используемых для выращивания, хранения, обработки и переработки продукции.

Для уменьшения так называемого «экологического следа», снижения потерь и порчи в период послеуборочной обработки, но также и обеспечения населения свежей плодоовощной продукцией от урожая до урожая необходимо не только увеличивать объемы производства, но и внедрять современные и инновационные технологии хранения.

Для хранения плодов и овощей чаще всего предлагается использовать высокотемпературную обработку. Однако, в этом случае значительно снижается содержание биологически активных веществ. Поэтому перспективным является

применение искусственного холода и дополнительных к нему средств, например, пониженное содержание кислорода и повышенное диоксида углерода.

Решением проблемы длительного хранения свежей растительной продукции, в том числе в модифицированной газовой среде, занимались многие отечественные и зарубежные ученые: Григорьева Р.З, Гудковский В.А., Колодязная В.С, Полегаев В.И., Рогов И.А, Широков Е.П., Blackistone B.A., Brecht J.K, Parry R.T. и др.

В Северо-Западном регионе РФ выращивается большое число различных сортов яблок, в частности осенних. Большинство из них высокоурожайны, но не пригодны для длительного хранения.

Для создания модифицированной газовой среды предложены различные тканевые и полимерные материалы, которые отличаются адгезионными свойствами, селективностью и эксплуатационными характеристиками.

В лабораториях научно-исследовательского института синтетического каучука им. академика С. В. Лебедева и физико-технического института имени А.Ф. Иоффе РАН была разработана газоселективная композиционная трековая мембрана.

В настоящее время научная информация по использованию газоселективных трековых мембран для хранения свежей растительной продукции, в том числе яблок, в модифицированной газовой среде отсутствует.

Цель работы - исследовать и обосновать применение газоселективных трековых мембран для создания модифицированных газовых сред при хранении яблок осенних сортов; определить срок годности плодов в процессе хранения в модифицированной газовой среде при низкой положительной температуре.

Для выполнения поставленной цели решались следующие задачи:

- исследовать и обосновать газовый состав по содержанию кислорода и диоксида углерода в зависимости от интенсивности дыхания исследуемых сортов яблок и площади газоселективной трековой мембраны.

- изучить изменение интенсивности дыхания, активности оксидоредуктаз, содержания моно- и дисахаридов, суммы органических кислот, аскорбиновой

кислоты яблок осенних сортов в зависимости от продолжительности их хранения при низкой положительной температуре и состава газовой среды;

- рассчитать константы скорости реакции окисления моно-и дисахаридов, органических кислот, аскорбиновой кислоты и терминальных оксидаз яблок осенних сортов в процессе хранения при низкой положительной температуре в обычной атмосфере и модифицированной газовой среде;

- определить поражаемость яблок осенних сортов основными возбудителями инфекционных заболеваний и естественную убыль массы в процессе их хранения при низкой положительной температуре в обычной атмосфере и модифицированной газовой среде;

- по комплексу органолептических и физико- химических показателей качества, а также микробиологических показателей безопасности обосновать сроки годности яблок осенних сортов в процессе их хранения при низкой положительной температуре в обычной атмосфере и модифицированной газовой среде;

- разработать технологическую инструкцию по хранению яблок осенних сортов, выращиваемых в почвенно- климатических условиях Северо-Западного региона РФ, при низкой положительной температуре с применением газоселективных трековых мембран.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Биотехнология низкотемпературного хранения яблок осенних сортов с применением газоселективных трековых мембран»

Научная новизна работы.

Выявлены кинетические зависимости изменения интенсивности дыхания, активности ферментов фенолоксидазы, пероксидазы и каталазы, содержания суммы моно- и дисахаридов, органических кислот и аскорбиновой кислоты от продолжительности хранения плодов при низкой положительной температуре с применением газоселективных трековых мембран. Составлены математические модели, характеризующие эти зависимости.

Показано, что константы скорости реакций псевдопервого порядка окисления моно- и дисахаридов, органических кислот и аскорбиновой кислоты, а также изменения активности оксидоредуктаз в процессе хранения осенних сортов яблок при низкой положительной температуре зависят от сорта и газового состава.

Максимальные значения констант характерны для яблок сорта Пепин Шафранный, хранящихся в обычной атмосфере, минимальные - для сорта Кордоновка при хранении в модифицированной газовой среде.

Доказано, что основными возбудителями инфекционных заболеваний яблок исследуемых сортов являются плесени Fusarium culmorum и Monilia fructigena. Устойчивость плодов к этим заболеваниям и продолжительность хранения зависит от сорта и состава газовой среды. Минимальная микробиальная порча отмечена при хранении яблок сорта Кордоновка в модифицированной газовой среде.

По динамике изменения содержания моно- и дисахаридов, органических кислот, аскорбиновой кислоты, активности оксидоредуктаз и поражаемости яблок основными возбудителями инфекционных заболеваний выявлены преимущества холодильного хранения яблок в модифицированной газовой среде, создаваемой с помощью газоселективной трековой мембраны площадью 17-22 см2/кг в зависимости от сорта. Состав модифицированной газовой среды: концентрации кислорода - (5,2±0,1%), диоксида углерода - (3,6±0,1%).

Теоретическая и практическая значимость.

Предложен биотехнологический метод создания модифицированной газовой среды за счет процесса дыхания плодов и применения трековой мембраны с селективностью 5 по отношению к кислороду и диоксиду углерода, толщиной - 10 цт, диаметром пор - 0,2 цт, плотностью пор - 1,7 107 см2, пористостью объемной - 5-6%.

Метод позволяет:

- максимально сохранить пищевую и биологическую ценность плодов;

- снизить потери от микробиологической порчи и убыли массы плодов на 30-40%;

- увеличить продолжительность хранения яблок при низкой положительной температуре в 1,5-2 раза в зависимости от сорта.

По комплексу органолептических, физико-химических показателей качества и микробиологических показателей безопасности обоснованы следующие сроки

годности яблок осенних сортов в процессе хранения при 1=(3±1)°С, сут: контрольные образцы яблок сортов: Пепин Шафранный до 60, Грушовка Юдичева и Кордоновка - до 90; опытные образцы яблок сортов: Пепин Шафранный - до 120, Грушовка Юдичева - до 150, Кордоновка - до 180.

Разработана технологическая инструкция по хранению яблок осенних сортов, выращиваемых в почвенно-климатических условиях Северо-Западного региона РФ, при низкой положительной температуре с применением газоселективных трековых мембран.

Основные положения, выносимые на защиту:

- научное обоснование и выбор газоселективных трековых мембран для создания модифицированных газовых сред в процессе хранения яблок осенних сортов, выращенных в Северо-Западном регионе РФ, при низкой положительной температуре

- кинетические зависимости изменения интенсивности дыхания, активности ферментов, содержания моно- и дисахаридов, аскорбиновой кислоты, органических кислот исследуемых сортов яблок от продолжительности их хранения при низкой положительной температуре с применением газоселективных трековых мембран

- физико-химические показатели качества и микробиологические показатели безопасности яблок осенних сортов; сроки годности плодов при низкой положительной температуре хранения с применением газоселективных трековых мембран.

Степень достоверности и апробация результатов работы.

Эксперименты проводились в пятикратной повторяемости, данные обрабатывали методами математической статистки с доверительной вероятностью 95% с использованием стандартных компьютерных программ.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научных и учебно-методических, практических, всероссийских и международных конференциях: 1Х-ая Международная Научно-техническая конференция «КАЗАХСТАН - ХОЛОД 2019» (Казахстан, Алматы, 2019); Научная

конференция с международным участием "Неделя науки СПбПУ - 2019» (Санкт-Петербург, 2019); LIX научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО 2020 (Санкт-Петербург, 2020); IX Конгресс молодых ученых (Санкт-Петербург, 2020); Пятидесятая научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО (Санкт-Петербург, 2021); XII Евразийский международный научный форум (Санкт-Петербург, 2020); X Конгресс молодых ученых (Санкт-Петербург, 2021); III Международная научная конференция «Энерго-ресурсоэффективность в интересах устойчивого развития» SEWAN-2021 (Санкт-Петербург, 2021); LI научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО (Санкт-Петербург, 2022); XI Конгресс молодых ученых (Санкт-Петербург, 2022)

Публикации. По теме работы опубликовано 18 работ, включая 2 статьи в рецензируемых изданиях перечня ВАК и 2 статьи в базе данных Scopus/Web of Science.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 184 страницах, содержит: 24 рисунка, 7 таблиц, 4 приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, цель и задачи исследования. Определены теоретическая и практическая значимость и научная новизна работы, а также представлены научные положения, выносимые на защиту.

В первой главе приведен аналитический обзор отечественной и зарубежной научной литературы, посвященный изучению состояния проблемы по хранению свежей растительной продукции, а именно плодов. Особое внимание уделено применению холода и дополнительных к холоду средств для максимального сохранения качества продукции.

Во второй главе представлены объекты и методы исследования. Показана схема проведения исследования.

Объектами исследования выбраны яблоки осенних сортов: Кордоновка,

Грушовка Юдичева, Кунгурское Ананасное, Осеннее полосатое, Пепин Шафранный и Ананас Бержаницкого. Сорта выращены и собраны в коллекционном саду Павловской опытной станции «Всероссийского института генетических ресурсов растений имени Н.И. Вавилова» в 2019 и 2020 г г. Урожай яблок собран в технической стадии зрелости.

Объектом исследования при хранении осенних сортов яблок была выбрана газоселективная композиционная мембрана из подложки на основе трековых мембран из полиэтилентерефталата и селективного слоя на основе кремний органического блок-сополимера. Данная мембрана разработана в лабораториях научно-исследовательского института синтетического каучука им. С.В. Лебедева и физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН; использовали 2,2% раствор блок-сополимера в толуоле.

Параметры трековой мембраны: толщина - 10 цт, диаметр пор - 0,2 цт, селективность - 5, плотность пор - 1,7 107 см2, пористость объемная - 5-6%.

Постановка эксперимента: яблоки осенних сортов закладывали на хранение в полимерные контейнеры вместимостью до 3 кг. Опытные образцы хранили в контейнерах с герметично закрытыми крышками, оснащенными газоселективной мембраной (ГСТМ). Контрольные образцы хранили в контейнерах без крышек (приложение А.1). Масса плодов в каждом контейнере: от 1,5 до 2 кг.

Газовый состав создавался и регулировался за счет дыхания плодов и использования трековых мембран различной площади.

Опытные и контрольные образцы хранили в холодильной камере при температуре 1= (3±1°С). Относительная влажность в камере менялась в интервале 90-95%.

После сбора урожая и во время хранения в опытных и контрольных образцах определяли интенсивность дыхания, содержание моно- и дисахаридов, органических кислот, аскорбиновой кислоты, активность ферментов и фитопатологические показатели.

Эксперименты проводили в 5-кратной повторяемости. Данные обрабатывались методом математической статистики с нахождением

доверительного интервала при вероятности 0,95 с использованием компьютерных программ.

Схема проведения исследования представлена на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема проведения исследования

Исследование и обоснование применения газоселективных трековых мембран для создания модифицированных газовых сред при холодильном

хранении яблок осенних сортов

Для создания модифицированной газовой среды с пониженной концентрацией кислорода и повышенной концентрацией диоксида углерода выбрана газоселективная трековая мембрана со следующими характеристиками: Таблица 1 - Параметры трековой мембраны

Проницаемость по газам, дм3/м2(чМПа) Толщина мембраны, цт Селективность, а Ф

O2 N2 Ш2

3000 - 15000 10,0 5,0

Расчет загрузки и площади мембран проводился по формулам: Загрузка мембраны (кг/м2):

/СоН2 -14 Р-Р

С,Н2 - начальная концентрация кислорода, %; С(К2 - конечная концентрация кислорода, %; р-парциальное давление кислорода в атмосфере, (2,1-104 Па); Р — проницаемость мембраны по кислороду, [м3/(сН)]; / —интеснивность дыхания плодов, [м3/(кгс]).

При расчете загрузки мембраны учитывали интенсивность дыхания исследуемых сортов яблок: Кордоновка, Грушовка Юдичева, Кунгурское Ананасное, Осеннее полосатое, Пепин Шафранный и Ананас Бержаницкого, значения которого при температуре хранения яблок составили, мгСО2/(кг*ч) -7,3; 8,6; 8,7; 8,8; 6,3 и 5,5 соответственно. Учитывая незначительные различия по интенсивности дыхания сортов, значения загрузки мембран рассчитаны для сортов Грушовка Юдичева (В1), Кордоновка (В2) и Пепин Шафранный (В3).

После определения загрузки мембран, рассчитан газовый состав для

хранения яблок осенних сортов в модифицированной газовой среде.

Концентрации по кислороду задаем в интервале 2,0-7,0%, что характерно для субнормальных модифицированных газовых сред.

Концентрацию диоксида углерода рассчитываем с учетом того, что в процессе хранения яблок на дыхание используются как моно- и дисахариды, так и органические кислоты. Поэтому дыхательный коэффициент 5 принимаем 1.1. Таким образом, концентрация СО2, % в стационарном режиме, рассчитана по формуле

гле о — селективность мембраны, 5,0. Площадь мембраны рассчитаны по формуле:

5 = -,

м

т — масса плодов, кг.

Значения площади мембран на 1 кг яблок представлены в таблице 2. Таблица 2 - Газовый состав и площадь мембраны:

Газовый СО2, % СсО2, % Б, см2/ кг

состав,номер В1 В2 В3

1 2,0 4,2 4 4,4 3,7

2 3,0 4,0 7 6,9 6,5

3 4,0 3,7 10 9,8 9,6

4 5,0 3,5 18 17,7 17,0

5 5,5 3,4 20 19,7 19,4

6 6,0 3,3 22 21,7 21,6

7 7,0 3,1 25 24,7 24,5

На основании анализа данных, представленных в таблице 2, выбираем расчетные значения концентраций кислорода и диоксида углерода следующего

состава:

№4 - Со2=5,0%, Ссо2=3,5%; №5 - Со2=5,5%, Ссо2=3,4%.

Динамика интенсивности дыхания яблок осенних сортов Дыхание является основным физиологическим процессом, определяющим жизнеспособность плодов и овощей в процессе их хранения, устойчивость к фитопатологическим и физиологическим заболеваниям, скорость реакций окисления и гидролиза субстратов дыхания, влияющей на пищевую и биологическую ценность, качество и безопасность хранимых плодов. Интенсивность дыхания плодов зависит от многих факторов, важнейшими из которых является сортовые особенности, температура и газовый состав по содержанию кислорода и диоксида углерода

На рисунке 2 показана зависимость изменения интенсивности дыхания от продолжительности хранения яблок осенних сортов при низкой положительной температуре.

10

х

л

X

2 ^

л н

и о X и к

и X си н

X

к

9 ж «

X 2

• Кордоновка

♦ Грушовка Юдичева

■ Кунгурское Ананасное

Ж Осеннее полосатое

А Пепин Шафранный

X Ананас Бержаницкого

_ Ъ мес

7

6

5

0

1

3

4

5

6

Рисунок 2 - Кинетические кривые изменения интенсивности дыхания от продолжительности хранения яблок осенних сортов

Как следует из рисунка 2, все сорта отличаются различной скоростью изменения интенсивности дыхания, и как следствие, различной сохраняемостью субстратов дыхания, участвующих в биохимических процессах растительной клетки. В течение 2-3 мес хранения яблок интенсивность дыхания в зависимости

от сорта остается постоянной (сорта Грушовка Юдичева, Осеннее полосатое и Кордоновка), незначительно увеличивается (Пепин Шафранный, Ананас Бержаницкого) или уменьшается (Кунгурское Ананасное). При последующем хранении значения этого показателя снижается независимо от сорта. Этот процесс можно объяснить изменением активности фермента малатдегидрогеназы декарбоксилирующей (малик-фермента), который обуславливает декарбоксилирование яблочной кислоты, являющейся одним из субстратов дыхания. Образующаяся пировиноградная кислота подвергается ферментативному разложению с образованием ацетальдегида и этанола. Их образование подавляет активность малик-фермента, и параллельно с этим снижается интенсивность дыхания.

Получены уравнения регрессии, характеризующие зависимость изменения интенсивности дыхания яблок от продолжительности их хранения: Сорт «Кордоновка» 1к= -0,054т3+0,42т2-0,73т+7,3; Я2=0,946; Сорт «Грушовка Юдичева» 1гю= -0,058т3+0,46т2-0,85т+8,6; Я2=0,993; Сорт «Кунгурское Ананасное» 1ка= -0,035т3+0,29т2-0,65т+8,7; R2 = 0,992; Сорт «Осеннее Полосатое» 1оп= -0,038т3+0,29т2-0,56т+8,8; R2 = 0,998; Сорт «Пепин Шафранный» 1пш= -0,054т3+0,42т2-0,72т+6,3; Я2=0,993; Сорт «Ананас Бержаницкого» 1аб= -0,069т3+0,53т2- 0,81т+5,5; R2 = 0,989.

На основании полученных данных для дальнейших исследований были выбраны сорта: Кордоновка, Грушовка Юдичева и Пепин Шафранный.

Изменение содержания моно- и дисахаридов яблок осенних сортов при холодильном хранении

Одним из важных показателей, определяющих пищевую ценность и вкус

яблок, является содержание моно -и дисахаридов, количество которых зависит от сорта. Изменение содержания их в процессе хранения яблок зависит от продолжительности и технологических параметров данного процесса/

На рисунках 3-5 показаны зависимости изменения содержания моно- и дисахаридов от продолжительности хранения яблок осенних сортов.

14 12

к

° Й? 10 О со 2 & 8

* I 8

* I 6

й я а а 4

^ мес

0 2 3 4 6 ■ ГСТМ ■ Контроль

14 12

* 10

и ^

о и 8 2 &

И 3

к к 6 в Ц<

4

а а

V к

ч ч 2

2

3

4

t, мес

I ГСТМ ■ Контроль

Рисунок 3 - Изменение содержания моно- и дисахаридов от продолжительности хранения яблок сорта «Кордоновка»

14

к 12 10

о И 2 &

и 3 8 6

* $ 6 4

ч ч

Рисунок 4 - Изменение содержания моно- и дисахаридов от продолжительности хранения яблок сорта «Грушовка Юдичева»

^ мес

2 3 4 6 ■ ГСТМ ■ Контроль

Рисунок 5 - Изменение содержания моно- и дисахаридов от продолжительности хранения яблок сорта «Пепин Шафранный»

Как следует из рисунков, количество моно- и дисахаридов уменьшается как в контрольных, так и опытных образцах яблок, особенно после 3 мес хранения. Однако, скорость реакции, связанной с окислением моно - и дисахаридов, значительно ниже в опытных образцах, что связано с более низкой интенсивностью дыхания.

Получены уравнения регрессии, характеризующие зависимость изменения содержания моно- и дисахаридов от продолжительности хранения яблок сорта:

2

0

0

0

6

0

0

«Кордоновка»:

Смд=0,062т3-0,65т2+0,63т+11,00; Я2=0,995 (Контроль); Смд=0,045т3-0,53т2+0,72т+11,00; Я2=0,981 (ГСТМ). «Грушовка Юдичева»:

Смд =0,037т3-0,39т2+0,28т+12,80; Я2=0,996 (Контроль); Смд=0,027т3-0,34т2+0,42т+12,80; Я2=0,995 (ГСТМ). «Пепин Шафранный»:

Смд=0,041т3-0,44т2+0,47т+11,00; Я2=0,999 (Контроль); Смд=0,043т3-0,44т2+0,58т+11,00 Я2=0,998 (ГСТМ). Изменение содержания органических кислот яблок осенних сортов

при холодильном хранении Определяющее значение в формировании вкуса растительной продукции имеют не только сахара, но и органические кислоты. Из огромного разнообразия всех кислот в большом количестве чаще всего встречаются: яблочная, лимонная и щавелевая кислоты.

На рисунках 6-8 показаны зависимости изменения содержания органических кислот от продолжительности хранения яблок осенних сортов.

Рисунок 6 - Изменение содержания органических кислот от продолжительности хранения в яблоках сорта «Кордоновка»

Рисунок 7 - Изменение содержания органических кислот от продолжительности хранения в яблоках сорта «Грушовка Юдичева»

♦ Контроль ГСТМ

Рисунок 8 - Изменение содержания органических кислот от продолжительности хранения в яблоках сорта «Пепин Шафранный»

Как следует из полученных данных, содержание органических кислот снижается во всех образцах, как в контрольных, так и в опытных. Связано это с тем, что органические кислоты, как наиболее окисленные соединения легче вовлекаются в процессы дыхания, по сравнению с теми же углеводами или другими веществами. Поэтому содержание органических кислот при хранении закономерно снижается. Получены уравнения регрессии, характеризующие зависимость изменения содержания органических кислот от продолжительности хранения яблок сорта: «Кордоновка»:

Сок=-0,029т2-0,023т+1,53; R2=0,996 (Контроль);

Сок=-0,029т2-0,014т+1,53; Я2=0,995 (ГСТМ).

«Грушовка Юдичева»:

Сок=-0,016т2-0,011т+1,61; Я2=0,970 (Контроль); Сок=-0,031т2-0,046т+1,61; Я2=0,992 (ГСТМ). «Пепин Шафранный»:

Сок=0,0 17т2-0,022т+ 1,30; Я2=0,997 (Контроль);

Сок=0,001т2-0,017т+1,30; Я2=0,958 (ГСТМ).

Изменение содержания аскорбиновой кислоты в яблоках осенних сортов при холодильном хранении

Витамин С является важным нутриентом в рационе человека и действует как водорастворимый антиоксидант, защищающий организм человека от свободных радикалов. Помимо антиокислительных свойств, витамин С также действует как

кофактор многих ферментов. Также представляется возможным использовать АК в качестве биохимического маркера качества хранения.

При окислении аскорбиновой кислоты (АА) образуется дегидроаскорбиновая кислота (ДАК), и реакция протекает с образованием промежуточных продуктов. АА И ДАК могут служить источником витамина С. При их необратимом окислении образуется дикетогулоновая кислота, не обладающая С-витаминной активностью.

На рисунках 9-11 показаны зависимости изменения содержания аскорбиновой кислоты от продолжительности хранения яблок осенних сортов.

Рисунок 9 - Изменение содержания аскорбиновой кислоты от продолжительности хранения в яблоках сорта «Кордоновка»

Рисунок 10 - Изменение содержания аскорбиновой кислоты от продолжительности хранения в яблоках сорта «Грушовка Юдичева»

Рисунок 11 - Изменение содержания аскорбиновой кислоты от продолжительности хранения в яблоках сорта «Пепин Шафранный»

Как следует из рисунков, содержание аскорбиновой кислоты уменьшается в процессе хранения независимо от сорта и газового состава. Минимальное уменьшение этого соединения характерно для сорта Грушовка Юдичева, максимальное - для сорта Пепин Шафранный, как при хранении в обычной

атмосфере, так и в модифицированной газовой среде.

Получены уравнения регрессии, характеризующие зависимость изменения содержания аскорбиновой кислоты от продолжительности хранения яблок сорта «Кордоновка»:

Сак=-0,008т3+0,12т2-0,85т+10,3; R2=0,999 (Контроль); Сак=-0,001т3-0,043т2-0,065т-10,3; R2=0,988 (ГСТМ). «Грушовка Юдичева»:

Сак=0,085т2-1,01+12,4; R2=0,920 (Контроль); Сак=0,042т2-0,058т+12,4; R2=0,964 (ГСТМ). «Пепин Шафранный»:

Сак=0,064т2-1,26+11,9; Я2=0,976 (Контроль); Сак=0,035т2-1,06т+11,9; R2=0,980 (ГСТМ).

Из полученных данных следует, что содержание аскорбиновой кислоты снижается во всех образцах: как в контрольных, так и в опытных. Объясняется это тем, что аскорбиновая кислота, легко отдавая протоны, участвует во многих восстановительных реакциях, а ее восстановительные свойства усиливаются под действием фермента аскорбатоксидазы.

Изменение активности ферментов в яблоках осенних сортов при

хранении

Ферментные системы играют роль катализаторов всех биохимических процессов. В том случае, когда пищевые продукты консервируют, в данном случае холодом, активность ферментов является негативным фактором, ускоряющим метаболические процессы, приводящие к разрушению биологически активных веществ. В связи с этим, чрезвычайно важной является задача контролирования активности ферментов на всех стадиях хранения; и в первую очередь это касается оксидоредуктаз, ускоряющих процессы окисления, что всегда приводит к распаду веществ, ухудшению цвета и качества плодов в целом.

В качестве исследуемых ферментов были выбраны фенолоксидаза, каталаза и пероксидаза.

Высокая ферментная активность фенолоксидазы негативно сказывается на

качестве и сохраняемости плодов при хранении. Поскольку в большем количестве полифенолоксидаза обнаружена в хлоропластах и митохондриях плодов, то она является ответственным ферментом за потемнение плодов и овощей. Например, потемнение яблок, картофеля, персиков зависит от присутствия и активности полифенолоксидазы.

Поскольку ферментативное изменение окраски и побурение является нежелательным процессом, то большое внимание уделяют использованию ингибиторов данного фермента, а именно: аскорбиновой кислоты, диоксида серы и тетраборатов.

На рисунках 12-14 показаны зависимости изменения активности фенолоксидазы в яблоках осенних сортов от продолжительности хранения.

Рисунок 12 - Изменение активности фенолоксидазы в яблоках сорта «Кордоновка»

Рисунок 13 - Изменение активности фенолоксидазы в яблоках сорта «Грушовка Юдичева»

Рисунок 14 - Изменение активности фенолоксидазы в яблоках сорта «Пепин Шафранный»

Как следует из представленных данных, активность фенолоксидазы

увеличивается как в опытных, так и в контрольных образцах, однако, в опытных образцах фермент проявляет меньшую активность в связи с пониженной концентрацией кислорода внутри контейнера.

Общее повышение активности фермента может быть объяснено возрастанием активных групп окислительных ферментов. Полученные данные так же свидетельствуют о том, что активность ферментов зависит от сортовых особенностей.

Получены уравнения регрессии, характеризующие изменение активности фенолоксидазы в яблоках сорта: «Кордоновка»:

Аф=-0,06т3+0,54т2-0,69т+4,48; Я2=0,926 (Контроль);

Аф=-0,038т3+0,345т2-0,35т+4,48; Я2=0,955 (ГСТМ). «Грушовка Юдичева»:

Аф=-0,014т2+1,106т+5,60; Я2=0,993 (Контроль);

Аф=0,043т2+0,283т+5,60; Я2=0,978 (ГСТМ). «Пепин Шафранный»:

Аф=0,07т2+0,07т+6,88; Я2=0,962 (Контроль);

Аф=0,09т2-0,13т+6,88; Я2=0,990 (ГСТМ).

Существенную роль в процессах адаптации растительного организма к неблагоприятным условиям окружающей среды, а именно скачок температур, изменение газового состава и т.д играют ферменты каталаза и пероксидаза.

Связь каталазы с системой физиологических и биохимических процессов в клетке может служить индикатором реакции растительного организма на комплекс внешних воздействий.

Фермент каталаза демонстрирует пероксидазную активность, в реакциях, где донорами электронов служат низкомолекулярные спирты. Также специфическим субстратом для каталазы служат алифатические спирты, в то время как другие ферменты с пероксидазной активностью не используют эти субстраты.

На рисунках 15-17 показаны зависимости изменения активности каталазы в яблоках осенних сортов.

Рисунок 15 - Изменение активности каталазы в яблоках сорта «Кордоновка»

Рисунок 16 - Изменение активности каталазы з яблоках сорта «Грушовка Юдичева»

Рисунок 17 - Изменение активности каталазы в яблоках сорта «Пепин Шафранный»

Как следует из представленных данных, активность каталазы уменьшается как в опытных, так и в контрольных образцах и остается более высокой в опытных образцах яблок.

Получены уравнения регрессии, характеризующие изменение активности каталазы в яблоках сорта: «Кордоновка»:

Ак=-0,004т3-0,029т2-0,14т+3,06; Я2=0,993 (Контроль); Ак=0,002т3-0,024т2+0,23т+3,06; Я2=0,998 (ГСТМ). «Грушовка Юдичева»:

Ак=-0,017т2-0,84т+4,44; Я2=0,981 (Контроль); Ак=-0,103т2-0,11т+4,44; Я2=0,998 (ГСТМ). «Пепин Шафранный»:

Ак=-0,128т2+0,13т+3,84; Я2=0,986 (Контроль); Ак=-0,157т2-0,36т+3,84; Я2=0,995 (ГСТМ).

Пероксидаза (КФ 1.11.1.7) - железопорфириновый фермент, встречающийся во всех растениях, животных, микроорганизмов. Относится к классу оксидоредуктаз. Пероксидаза окисляет ряд органических соединений растений с участием перекиси водорода и другие перекисей.

Увеличение активности данного фермента может быть вызвано изменением условий хранения. На рисунках 18-20 показаны зависимости изменения активности пероксидазы в яблоках осенних сортов.

, 0,55

-р

я ч к с > 0,5 л о

о р |0,45

В СО

ь т с Л 0,4 л о

он Ш * 0,35

К т м

и < 0,3

т, мес 7

♦ Контроль ГСТМ

Рисунок 18 - Изменение активности пероксидазы в яблоках сорта «Кордоновка»

Рисунок 19 - Изменение активности пероксидазы з яблоках сорта «Грушовка Юдичева»

0

1

2

3

4

5

6

Рисунок 20 - Изменение активности пероксидазы в яблоках сорта «Пепин Шафранный»

Как следует из представленных данных, активность пероксидазы увеличивается как в опытных, так и в контрольных образцах, однако, в опытных образцах фермент проявляет меньшую активность в связи с пониженной концентрацией кислорода внутри контейнера.

Повышение активности пероксидазы может объясняться снижением

активности каталазы: она катализует распад пероксида водорода на воду и кислород, а пероксидаза вызывает перенос кислорода из пероксида водорода на вещества, способные к окислению, а также реакцией плодов на условия хранения.

Получены уравнения регрессии, характеризующие изменение активности пероксидазы в яблоках сорта: «Кордоновка»:

Ап=-0,02т2+0,08т+0,34; Я2=0,999 (Контроль); Ап=0,004т2+0,02т+0,34; Я2=0,998 (ГСТМ). «Грушовка Юдичева»:

Ап=0,007т2+0,08т+0,24; Я2=0,970 (Контроль); Ап=0,004т2+0,03т+0,24; Я2=0,994 (ГСТМ). «Пепин Шафранный»:

Ап=-0,01т2+0,29т-0,21; Я2=0,993 (Контроль); Ап=-0,0 15т2+0,25т-0,2 1; Я2=0,994 (ГСТМ).

Константы скорости реакций окисления субстратов дыхания яблок

На основании полученных данных были рассчитаны константы скорости реакций псевдопервого порядка (К) превращения биологически активных веществ (таблица 3) и изменения активности ферментов (таблица 4) при хранении яблок осенних сортов в обычной (контроль) и модифицированной газовой среде (ГСТМ).

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Костюк Василина Алексеевна, 2022 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Бабакин Б.С., Бабакин С.Б., Воронин М.И. Энергосберегающие холодильные технологии транспортировки, хранения и дозаривания фруктов. — М.: ДеЛи плюс, 2013,— 190 с.

2. Балан Е.Ф. Биоэнергетические основы холодильной технологии хранения фруктов и овощей. — Одесса—Ки-шинэу, 2004. — 244с.

3. Большаков С.А. Холодильная техника и технология продуктов питания. — М.: Академия, 2003. — 304 с.

4. Ибраев A.M. и др. Холодильная технология пищевой промышленности: уч. пособие. — Казань: КГТУ, 2012. — 124 с.

5. Иванов Т.Н., Жчтникова B.C., Левгерова Н.С. Технология хранения плодов, ягод и овошей. — Орел: ГТУ, 2009.-203 с.

6. Кипрушкина Е.И., Колодязная B.C., Чеботарь В.К. Экономически безопасные методы в интегрированной защите и сохранении растительной продукции // Пищевая промышленность. 2013. № 2. С. 4—7.

7. Коидов Ш.М., Колодязная B.C. Фитопатологические заболевания столовых сортов винограда при холодильном хранении с применением трековых мембран //Материалы VI Международной научно-технической конференции «Низкотемпературные и пищевые технологии XXI века», 13-15.11,2013. -СПб.: НИУ ИТМО, С. 413-414.

8. Колодязная B.C., Кипрушкина E.H., Седова А.Л., За-дворнова Т.А. Факторы повышения качества плодов при холодильном хранении // Проблемы экономики и управления вторшвле и промышленности. 2013. № 1.С.46—52.

9. Колодязная B.C., Коидов Ш.М. Кинетика реакций окисления субстратов дыхания столовых сортов винограда при холодильном хранении с применением трековых мембран // Вестник Международной академии холода. 2015. № 1.С. 29-31.

10. Колодязная В.С, Коидов Ш.М. Кинетика реакции окисления аскорбиновой кислоты при холодильном хранении столовых сортов винограда в контролируемой атмосфере // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». 2015. № I.C. 96-100.

11. Колодязная В С, Данина М.М., Коидов Ш.М. Влияние контролируемой атмосферы нафизиолого-биохимические процессы и показатели качества плодов при холодильном хранении // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». 2015. № 2. С. 53-60.

12. МанжесовВ.И., Попов И.А., Щедрин Д.С. Технология хранения растениеводческой продукции. — Воронеж: ВГАУ, 2009. - 249 с.

13. Мурашев C.B., Вержук В.Г., Белова А.Ю. Раннее прогнозирование потерь плодовой продукции при холодильном хранении // Процессы и аппараты пищевых производств. 2011. № 1.

14. Широков Е.А. Технология хранения и переработки овощей с основами стандартизации. — M.: Агропромиздат, 2009.-280 с.

15. Основы создания модифицированной газовой среды для хранения цветочной продукции. Ч. 2. Электронный ресурс. URL: http://www.valleyflora.ru/osnovy-sozdaniya-sredy-2/html (дата обращения 03.03.2015).

REFERENCES

1. Babakin B.S.,Babakin SB., Voronin M.I. Energy-saving Cold Technologies for Transportation, Storage and Ripening of Fruits. - M.: DeLi plyus, 2009. -192 p.

2. Balan E.F. Bioenergy Basics of Cold Storage Technology of Fruits and Vegetables. — Odessa—Chisinau, 2004. — 244 p.

3. Bolshakov S.A. Kholodil'naya tekhnika i tekhnologiya produktov pitaniya [Refrigeration Technology and Food Technology). — M.: Academy. 2003. — 304 p.

4. Ibraev A.M. et at. Refrigeration Technology of Food Industry. - Kazan': KGTU, 2012. - 124 p.

5. Ivanov T.N., Zhitnikova V.S., Levgerova N.S Storage Technology of Fruits, Berries and Vegetables. — Orel: GTU, 2009. - 203 p.

6. Kiprushkina E.I., Kolodyaznaya V.S., Chebolar' V.K. Economically Safe Methods in Integrated Protection and Preservation of Plant Products. Food industry// Pishchevaya promyshlennost'. 2013. № 2. P. 4-7.

7. Koidov Sh.M., Kolodyaznaya V.S. // Phytopathological Diseases of Table Grapes during the Cold Storage with the Use of Track Membranes// Materials of the Vl-th International Scientific and Technical Conference «Low-temperature and Food Technologies of the XXI Century». 13—15.11. 2013. -SPb.: ITMO University. P. 413—414.

8. Kolodyaznaya V.S., Kiprushkina E.I., Sedova A.L., Zadvornova T.A. Factors of Fmit Quality Improvement during the Cold Storage// Problemy ekonomiki i upravleniya v torgovle i promyshlennosti. 2013. № 1. P. 46-52.

9. Kolodyaznaya K.S., Koidov Sh.M. Kinetics of Reactions of Oxidation of Table Grape's Respiratory Substrates during the Cold Storage with the Use of Track Membranes// Vestnik Mezhdunarodnoi akademii kholoda. 2015. № 1. P. 29-31.

10. Kolodyaznaya V.S., Koidov Sh.M. [Kinetics of Reactions of Oxidation of Ascorbic Acid during the Cold Storage ofTable Grape's in Controlled Atmosphere // Nauchnyj zhurnal NIU ITMO. Seriya «Processy i apparaty pishchevyh proizvodstv». 2015. № LP. 96-100.

11. Kolodyaznaya V.S., Danina SH.M., KoidovSh.M. Effects of Controlled Atmosphere on Physiological-biochemical Processes and Quality Indices of Fruits during the Cold Storage// Nauchnyj zhurnal NIU ITMO. Seriya «Processy i apparaty pishchevyh proizvodstv». 2015. № 2. P 53—60.

12. Manzhesov V./., Popov I.A., Shedrin D.S. Storage Technology of Plant-growing Production. — Voronezh: VGAU. 2009. - 249 p.

13. Murashev S.V., Verzhuk V.G., Belova A.Yu. Early Forecasting of Losses of Fruit Products During the Cold Storage// Protsessy i apparaty pishchevykh proizvodstv. 2011. № 1.

14. Shirokov E.A. The Technology of Storage and Processing of Vegetables with the Basics of Standardization. — M.: Agropromizdat, 2009. - 280 p.

15. The Basics of Creating a Modified Gas Environment for the Storage of Floral Products (part 2). URL: http:// www.valleyflora.ru/osnovy-sozdaniya-sredy-2/html (Cited 03/03/2015).

36

№ 12/2017 2%