Изменение состава и свойств плодов и овощей при замораживании.

Интенсивность и характер изменений продуктов при замораживании зависят от условий и параметров процесса, а также от качественных характеристик плодов и овощей. Специфика состава и строения плодов и овощей, особенности и взаимосвязь протекающих в них физико-химических и биохимических реакций оказывают существенное влияние на сохранение их свойств при замораживании.

При замораживании вода превращается в лед, что изменяет осмотические условия, и резко сокращает скорость большинства биохимических процессов в плодах и овощах. При определении условий и режимов замораживания, с целью достижения максимальной обратимости процесса, стремятся максимально учитывать особенности свойств и строения плодов и овощей.

Особенности состояния плодов и овощей при замораживании обусловливаются фазовым переходом воды в твердое состояние и повышением концентрации растворенных в жидкой фазе веществ. Процесс кристаллообразования приводит к изменению физических характеристик плодов и овощей, сопровождающемуся изменениями их физико-химических, биохимических и морфологических свойств.

Размер, форма и распределение кристаллов льда в структуре плодов и овощей зависят от их свойств и условий замораживания. Состояние мембран и клеточных оболочек, их проницаемость, ионная, молярная концентрация растворенных веществ отдельных структурных образований растительных тканей, степень гидратации основных компонентов предопределяют особенности распределения льда в системе, размер и форму кристаллов.

Более низкая концентрация растворенных веществ в межклеточном пространстве определяет то, что кристаллы льда формируются в первую очередь в межклеточной жидкости. При температуре ниже точки замерзания водяной пар в крупных межклеточных пространствах начинает конденсироваться в виде капелек влаги па прилегающих клеточных стенках. Эта вода и превращается в первые микроскопические кристаллики льда, которые распространяются между клетками, обволакивая стенки клеток. Кристаллы разной формы (в виде линз, разветвленные и др.) разрастаются между клетками эпидермиса и паренхимы. Процесс сопровождается повышением осмотического давления вследствие роста концентрации растворенных в жидкости солей, что в свою очередь обусловливает миграцию влаги из клеток. Дальнейший рост кристаллов происходит за счет влаги, содержащейся в клетках, что объясняется разницей в давлении пара на поверхности разных кристаллов.

При понижении температуры в клетках сначала наступает состояние переохлаждения, а затем в них спонтанно возникают центры кристаллизации, приводящие к образованию внутриклеточного льда. Граница перехода из одного агрегатного состояния в другое обусловлена не только концентрацией раствора, свойствами отдельных его компонентов, но и рядом других факторов. Так, в тонких капиллярах воду можно переохладить до −20°С. Граница переохлаждения отдельных растворов и пищевых продуктов различна, а температура ниже этой границы или механическое встряхивание приводит к очень быстрому, практически массовому превращению воды в лед.

При медленном замораживании с образованием крупных кристаллов вне клеток изменяется первоначальное соотношение объемов за счет перераспределения влаги и фазового перехода воды. Быстрое замораживание предотвращает значительное диффузионное перераспределение влаги и растворенных веществ и способствует образованию мелких, равномерно распределенных кристаллов льда.

По мере перемещения границ фазового перехода от периферии к центру продукта изменяются размер и характер распределения кристаллов льда. Наиболее мелкие кристаллы образуются в поверхностных слоях продукта.

Максимальное кристаллообразование в плодах и овощах происходит при температуре от −2 до −8°С. При быстром прохождении этого интервала можно избежать значительного диффузионного перераспределения воды и образования крупных кристаллов. Степень повреждения тканевых структур плодов и овощей при замораживании зависит от размеров кристаллов льда и физико-механических превращений, протекающих в тканях на молекулярном уроне.

На размер кристаллов льда и характер их распределения между структурными элементами существенно влияют состав и свойства плодов и овощей. Так, лук, картофель и некоторые другие овощи покрыты плотной естественной оболочкой, что способствует переохлаждению, тогда как капуста белокочанная, не имеющая такой оболочки, не переохлаждается, что объясняется наличием крупных межклетников и большим содержанием свободной воды.

6. Устойчивость плодов и овощей к болезням. Особенности микроорганизмов, которые поражают плоды и овощи. Использование индукторов для повышения устойчивости плодов и овощей к болезням. Влияние доноров этилена на плоды и овощи.

Устойчивость плодов и овощей к болезням.

Различные виды и сорта плодов и овощей отличаются друг от друга по устойчивости к микробиологическим и физиологическим заболеваниям.

Устойчивость плодов и овощей является проявлением их естественных или наследственных свойств, сложившихся под влиянием внешних условий и передающихся по наследству.

В этой связи огромное значение имеет выращивание устойчивых к болезням сортов плодов и овощей. Однако в природе отсутствуют такие сорта, которые вообще не поражались бы микроорганизмами при благоприятных условиях.

Большая или меньшая устойчивость плодов и овощей данного сорта к микроорганизмам или полная невосприимчивость, основанная на несовместимости растительного организма и паразита, является наследственным признаком, который регулируется генетическим аппаратом организма. Существует корреляция между количеством генов, определяющих устойчивость, например, картофеля разных сортов к данному паразиту, и количеством рас этого паразита, обладающих вирулентностыо. Генетика устойчивости сорта соответствует обычно генетике вирулентности паразита. Физические расы обнаружены у многих паразитических микроорганизмов, способных поражать различные сорта картофеля.

Устойчивость плодов и овощей против заболеваний при хранении определяется многими биологическими факторами — анатомическим строением, образованием раненой перидермы, выделением бактерицидных веществ (фитонцидов и фитоалексинов), реакцией сверхчувствительности, характером внутриклеточного обмена веществ (прежде всего дыхания) и др. Все эти факторы взаимосвязаны, обусловлены условиями индивидуального роста и развития организма (т. е. условиями окружающей среды в процессе онтогенеза), когда происходит формирование плодов и овощей.

В любом случае поражение болезнетворными микроорганизмами плодов и овощей облегчается при наличии механических повреждений.

Наряду с дыханием большую роль в сохранности плодов и овощей играют процессы, связанные с образованием в ответ на инфекцию антибиотических веществ, подавляющих паразитные организмы, а также продуцируемые ими экзоферменты и токсины. Антибиотическими свойствами обладают некоторые вещества, образующиеся в раненой и прираневой зонах.

Реакция сверхчувствительности или некротическая реакция, заключается в том, что вместе с проникшим паразитом отмирают и сами клетки пораженного участка. Благодаря этому инфекция дальше не распространяется, а на пораженном месте образуются некротические пятна, размер которых зависит от устойчивости сорта, продолжительности роста гриба, числа убитых клеток пораженного объекта. Причиной гибели клеток и проникшего паразита являются образующиеся при этом фитоалексины, а также продукты окисления полифенолов. Последние, по-видимому, могут также локализовать очаг инфекции и предупреждать проникновение в прилегающие здоровые клетки токсических веществ, оставшихся на пораженном участке.

Устойчивость плодов и овощей против заболеваний — это сложное физиологическое явление. Однако его нельзя связывать только с содержанием каких-либо определенных веществ (сахаров, кислот, аминокислот и др.), а следует рассматривать как выражение общих свойств живой клетки и клеточных включений, всех процессов, происходящих в ткани под влиянием инфекции.

Средства устойчивости весьма обширны и образуют три линии обороны. Первую линию обороны составляют конституционные вещества, т. е. присутствующие в растительной ткани до контакта с паразитом, например фитонциды, находящиеся в покровных тканях, а также гликоалкалоиды, стероидные и фенольные соединения, содержащиеся в покровных тканях клубней картофеля. Важны также особенности структурной организации тканей и присутствие кутикулярных веществ, препятствующих проникновению спор. В этом одна из причин более высокой транспортабельности и лежкости толстокожих сортов винограда и яблок. Именно поэтому так важно свести до минимума нанесение плодам и овощам механических повреждений, которые как бы открывают ворота для проникновения инфекции.

Вторая линия обороны представлена продуктами превращения конституционных веществ, образующимися в ответ на контакт с паразитом. Типичными в этом отношении являются вещества, появляющиеся при окислении фенолов, которые по фунгитоксичности сильнее исходных соединений.

Третья и наиболее сильная линия обороны состоит из защитных веществ, практически отсутствующих в тканях до заражения и возникающих в ответ на инфекцию. К ним относятся фитоалексины (низкомолекулярные соединения химической природы).

Различные защитные механизмы действуют согласованно, взаимно дополняя друг друга. Так, продукты окисления фенолов, вызывая гибель клетки, чаще всего подавляют развитие проникшего паразита. «Добивают» его фитоалексины, которые образуются в здоровых клетках, но проникают в погибшие, где накапливаются до фунгитоксичных концентраций (100-200 мкг/г некротированной ткани).

Особенности микроорганизмов, которые поражают плоды и овощи. Многие микроорганизмы, поражающие плоды, овощи и картофель при хранении, например возбудители серой гнили, голубой плесени и другие, способны превращать фитоалексины до нетоксичных соединений. В этом одна из причин отсутствия иммунных сортов плодов и овощей. Но степень поражения может быть различной, и она во многом зависит от скорости образования фитоалексинов в растительной ткани и способности микроорганизмов превращать их в менее токсичные вещества. Поэтому при выборе режима хранения следует стремиться к тому, чтобы он способствовал быстрому образованию фитоалексинов и наиболее медленному их превращению в нетоксичные вещества.

Использование индукторов для повышения устойчивости плодов и овощей к болезням.

Необходимо, наряду с выведением более устойчивых сортов, применением целенаправленной агротехники и соблюдением оптимального режима хранения клубней, плодов и овощей, добиться повышения их устойчивости против болезней путем иммунизации.

Из возбудителя опасной болезни картофеля – фитофтороза удалось выделить индуктор защитных реакций, которым оказался ЛГП-комплекс, состоящий из липидов (60 %), углеводов (35 %) и белков (5 %). Обработка клубней картофеля ЛГП-комплексом сделала их устойчивыми против поражения расами патогена, которыми они поражались ранее. Опыты, проведенные на опытных полях Белорусского НИИ картофелеводства и плодоовощеводства, показали, что потери картофеля при хранении сократились благодаря обработке семенных клубней ЛГП-комплексом перед посадкой в 2 раза.

Устойчивость плодов и овощей к неблагоприятным воздействиям и болезням.

На сохраняемость плодов и овощей кроме биологически обусловленной лежкости также влияют многие показатели устойчивости к неблагоприятным воздействиям, устойчивости к механическим воздействиям, зависящие от строения и состава покровных тканей.

Так, плотные и прочные ткани тыквы, сухие покровные листья лука позволяют транспортировать их на далекие расстояния без повреждений и хранить при различных условиях. Установлена взаимосвязь между содержанием клетчатки, влияющей на развитие механических тканей, и сохраняемостью плодов.

Устойчивость плодов и овощей к болезням связана и с особенностями их химического состава. Так, высокое содержание дубильных, красящих веществ в плодах делают их устойчивыми к поражению фитопатогенами.

Плоды и овощи как живые объекты при хранении способны противостоять повреждениям, образуя покровные ткани взамен поврежденных.

Основную роль в устойчивости играет дыхательный обмен, в результате которого синтезируются пластические вещества для противодействия фитопатогенам. Устойчивые сорта характеризуются невысокой активностью дыхания, однако она резко усиливается при поражении микроорганизмами. Неустойчивые сорта имеют усиленное дыхание, но оно не увеличивается при возникновении болезней.

Кроме того, в плодах и овощах содержатся вещества, препятствующие развитию болезнетворных микроорганизмов – полифенолы, эфирные масла, фитонциды. У устойчивых объектов при поражении могут образовываться ингибиторы – фитоалексины, которых в здоровых тканях нет.

На сохраняемость плодов и овощей кроме биологически обусловленной лежкости также влияют многие показатели устойчивости к неблагоприятным воздействиям, устойчивости к механическим воздействиям, зависящие от строения и состава покровных тканей.

Так, плотные и прочные ткани тыквы, сухие покровные листья лука позволяют транспортировать их на далекие расстояния без повреждений и хранить при различных условиях. Установлена взаимосвязь между содержанием клетчатки, влияющей на развитие механических тканей и сохраняемостью плодов.

Влияние доноров этилена на плоды и овощи.

Этилен находит широкое использование в сельском хозяйстве. Применяют не непосредственно этилен, а этилен-продуценты, которые, разлагаясь, образуют этилен. Наиболее распространен среди них этефон – 2-хлорэтилфосфоновая кислота:

ClCH₂CH₂PO(OH)₂CH₂=CH₂ + HСl + H₃PO₄

Этефон применяют для ускорения созревания и облегчения уборки томатов, для их послеуборочного дозревания (дозаривания). Обработка этефоном облегчает механизированную уборку яблок, вишен, цитрусовых, облепихи, винограда. На плантациях каучуконосов этефон усиливает отделение латекса у каучуконосных деревьев гевеи, ускоряет выделение живицы у сосны. Этефон способствует формированию укороченного толстого стебля, не полегающего под тяжестью колоса. Его применяют при выращивании огурцов для консервирования. Этефон подавляет развитие мужских цветков и стимулирует формирование женских цветков с последующим партенокарпическим (без оплодотворения) развитием плодов. Этефон используют для опадения листьев хлопчатника перед машинной уборкой коробочек, применяют для регуляции зацветания ананасов и на многих других культурах.